WO2015018571A1 - Verfahren zur herstellung eines mikroelektromechanischen wandlers - Google Patents

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membrane
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Marcel GIESEN
Thomas Metzger
Phillip EKKELS
Ansgar SCHÄUFELE
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    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • the transducer has a membrane.
  • the transducer may, for example, mechanical signals that are generated by a deflection of the membrane in
  • the electrical signals may be generated, for example, by a change in capacitance between the diaphragm and a stationary backplate, with a voltage applied between the diaphragm and the backplate.
  • the mechanical signals that deflect the membrane can be generated, for example, by sound waves or other pressure fluctuations. Accordingly, the transducer can be used as a microphone and the
  • the transducer can also be used as a pressure sensor.
  • microelectromechanical transducer is known from EP 1 093 703 Bl.
  • the voltage of all membranes is corrected in a common method step.
  • the object of the present invention is therefore to specify a method for producing microelectromechanical transducers, which is distinguished by improved efficiency, for example, in that the membranes can be better adapted to the given specifications.
  • Microelectromechanical transducer comprising the following steps: Producing a plurality of microelectromechanical transducers on a single wafer, each transducer comprising a membrane,
  • the method is also suitable for the production of a
  • the method thus treats each of the wafers individually, with each wafer still remaining in at least two regions
  • this method also makes it possible to change the shape of the distribution in addition to shifting the above-mentioned distribution of the stresses of the membranes in a wafer.
  • the distribution can be narrowed so that a larger proportion of the membranes is now within the specified specification limits. In this way, the proportion of produced waste can be significantly reduced.
  • the microelectromechanical transducers can have, in addition to the membrane, a counterelectrode which can be formed, for example, by a backplate.
  • the transducers may be suitable for applying an electrical voltage between the membrane and the counterelectrode, so that the membrane and
  • Counter electrode form a capacitor. If changes in the capacitance of the capacitor are now measured, then the converter can be used as a microphone or as a pressure sensor.
  • the wafer has a plurality of transducers.
  • the term "plurality” here refers to at least two transducers, but the wafer will typically have significantly more than two transducers.
  • the wafer is divided into at least two areas. Each of the areas has at least one transducer with a membrane. However, the areas can also have significantly more than one transducer.
  • the wafer may be divided into an arbitrarily large number of areas, each of the areas having at least one transducer with a membrane.
  • the division of the wafer into regions can, for example, be made on the basis of empirical values which show that the scattering of the target parameter "mechanical stress" is the same in certain zones of the wafer, whereby the wafer can be divided into one zone from which it can be assumed that the mechanical stresses of the membranes in this zone are almost the same
  • Tension of a membrane can be taken from the predetermined target value to a transducer in the respective area representative of the deviations in the entire range.
  • the division of the wafer into areas can thus be made on the basis of suspected differences between the mechanical stresses of the membranes in the areas.
  • Voltages can be measured. For example, the capacity of a membrane depending on a
  • the mechanical stress of the membrane can then be calculated.
  • the predetermined setpoint value may also describe a range of acceptable mechanical stresses.
  • the sample may correspond to a percentage of membranes in the respective area.
  • the sample may contain between 0.1 and 100% of the membranes of the
  • Sample between 1 and 10% of the membranes of the respective area.
  • the size of the sample may be determined depending on the desired accuracy and on the expected deviation from a given target value for the stresses.
  • the sample may also have a certain number of membranes of the respective area.
  • the sample may comprise a single membrane in each area.
  • Sample can include all membranes in the respective area.
  • Range are adjusted so that the mean value coincides with the predetermined target value. In this way, as many membranes as possible can be adjusted so that their tension is within the specified specification limits.
  • the mechanical stresses of the membranes are adapted in the first region. For this purpose, various methods can be used in which the load and / or the thickness of the membranes in the first Range can be adjusted. The load on the membrane is also referred to as the "stress" of the membrane In this process step, all membranes of the first area can be treated equally.
  • the mechanical stresses of the membranes are adjusted in the second region.
  • a different method can be used to adapt the mechanical stresses of the membranes in the second region than for the first region.
  • the mechanical stress of the membranes by adjusting the thickness and / or the
  • Each membrane in the second region can be treated equally in this process step.
  • Adjusting the mechanical stress may approximate the mechanical stresses of the membranes in the respective one
  • Range to a target value It can be a
  • the capacitance of the respective transducer can be measured as a function of an applied electrical voltage and from this the voltage of the membrane can be determined.
  • the capacitance can be measured by means of a measuring tip applied to the membrane taking into account the change in capacitance by the application of the measuring tip.
  • the method may further comprise the step of adjusting the
  • the thickness of all membranes in the respective region can be adapted in a common process step.
  • the mechanical stress of a membrane is given as the product of thickness and stress on the membrane.
  • the stress is proportional to the thickness of the membrane.
  • the thickness of the membranes can be reduced in the respective area by locally etching the area.
  • the local etching can be carried out by plasma etching or by chemical etching in the gas, vapor or liquid phase.
  • the local etching may be halogen based.
  • the thickness of the membranes can be increased in the respective area by local deposition of material in this area.
  • the locally deposited material may comprise silicon nitride.
  • the locally deposited material may be identical to the material of the membrane or the material of an outer layer of the membrane. In this way it can be avoided that it is due to different thermal
  • the stress can be adjusted by implanting at least one selected from impurities, foreign ions, or foreign molecules in the membrane.
  • the implanted foreign atoms, ions or molecules affect the load on the membrane, and thus the
  • Each transducer may include a spacer
  • the method may include the step of heating the transducer to a temperature above the glass transition temperature of the substance. As a result, a design-related load on the membrane can be reduced. Subsequently, the transducer can again be at a temperature below the glass transition temperature
  • the method may include the step of separating the wafer into separate transducers, this step after adjusting the tension of the membranes in the
  • Figure 1 shows a schematic representation of a
  • microelectromechanical transducer
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a wafer.
  • FIG. 3 schematically shows the selection of a random sample in a region of the wafer.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a
  • Microelectromechanical transducer 1 which can be used in particular as a microphone.
  • the transducer 1 has a
  • Substrate 2 a membrane 3 and a first spacer 4. The edges of the membrane 3 are at the first
  • the membrane 3 is spaced from the substrate 2.
  • a second spacer 5 is arranged.
  • a back plate 6 is attached.
  • Between the back plate 6 and the membrane 3 may be a
  • the membrane 3 has three layers 7, 8, 9.
  • the membrane 3 has two outer layers 7, 9 and an inner layer 8, between the two outer layers 7, 9
  • Layers 7, 9 is arranged.
  • the inner layer 8 comprises polycrystalline silicon.
  • the two outer layers 7, 9 have silicon nitride.
  • the substrate 2 comprises silicon and the back plate 6 comprises polycrystalline silicon.
  • the spacers 4, 5 each consist of one
  • insulating material for example of silicon dioxide (Si0 2 ).
  • the membrane 3 is thin and has a low mechanical stress so that it can move around an equilibrium position.
  • the "tension" of the diaphragm 3 here denotes a mechanical tension that is to be distinguished from the electrical tension that can be applied between the diaphragm 3 and the backplate 6. For example, triggered by sound waves, lead to a deflection of the diaphragm 3 from its equilibrium position. In particular, the distance between the membrane 3 and
  • the second spacer 5 generates an air gap 10
  • the back plate 6 has at least one opening 11, penetrate through the sound waves in the air gap 10 and so can reach the membrane 3. Furthermore, on the opposite side of the
  • a back volume 12 is arranged, which by a
  • Opening in the substrate 2 is formed.
  • Membrane 3 and back plate 6 are each electrically conductive. Is between membrane 3 and back plate 6 is an electrical
  • the inner layer 8 of the membrane has boron- or phosphorus doped polycrystalline silicon and also has a compressive stress, as indicated in Figure 1 by the arrow.
  • the two outer layers 7, 9 of the membrane 3 each have a tensile stress, as is also indicated by arrows.
  • the total mechanical stress of the membrane 3 results from the sum of the stresses of the individual layers 7, 8, 9. In each layer 7, 8, 9, the stress on the layer 7, 8, 9 is essentially determined by two Factors determined. On the one hand contributes to a design-related stress to the load on the layer 7, 8, 9, wherein the design-related burden is caused by the application of the layer 7, 8, 9. On the other hand contributes a thermal load to the mechanical stress of the layers 7, 8, 9, wherein the thermal load is from the
  • the design-related load can by the following
  • the material of the spacers 4, 5 is silicon dioxide and has
  • the transducer 1 or a wafer with a plurality of transducers 1, to a temperature above the
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a wafer 13.
  • the wafer 13 has a large number of transducers 1.
  • Each of the transducers 1 is one of the transducers 1 shown in FIG. 1, each having a diaphragm 3.
  • the mechanical stress of a membrane 3 is given as the product of the thickness of the membrane 3 and the load on the membrane 3.
  • the wafer 13 is divided into a first region 14, a second region 15, a third region 16 and a fourth region 17 in a first method step. This is an exemplary classification for a first embodiment of the method.
  • the wafer 13 can be divided into an arbitrary set of areas in alternative embodiments of the method, wherein the number of areas is always greater than or equal to two and that
  • Distribution pattern can be chosen differently.
  • the division of the wafer 13 into the individual regions 14, 15, 16, 17 can be carried out, for example, according to a production-related distribution of the mechanical stresses.
  • the size of the Sample 18 is selected depending on various parameters. These parameters include, for example, the desired accuracy and the expected size of the
  • the tension of the membrane 3 of each transducer 1 of the random sample 18 is determined.
  • the determined voltages of the membranes 3 of the sample 18 from the respective regions 14, 15, 16, 17 are then averaged and in a further process step, the voltages of all membranes 3 in the respective region 14, 15, 16, 17 are adjusted as a function of the previously
  • the tension of a membrane 3 can be determined in various ways. In the following, an exemplary method for this will be explained.
  • a measuring tip is placed on the membrane 3. Between membrane 3 and back plate 6, an electrical voltage is applied, so that the membrane 3 and the back plate 6 form a capacitance.
  • the measuring tip detects the capacity. Now the voltage is gradually increased.
  • the measuring tip measures the
  • the measuring tip falsifies the mechanical stress of the membrane 3 by exerting a mechanical pressure on the membrane 3.
  • the measuring tip is always pressed onto the membrane 3 with the same force.
  • the geometry of the wafer 13 is measured prior to contacting with the probe tip. In this case, any deformations of the wafer 13 or fluctuations in the height of the wafer 13 can be detected.
  • this information is taken into account and the position of the probe tip is adjusted accordingly, so that deformations of the wafer 13 and fluctuations in the height of the wafer 13 do not lead to distortions in the measurement of the capacitance by the probe tip.
  • the measured value of the capacitance as a function of the applied electrical voltage is subsequently corrected by the force which the measuring tip exerted on the membrane 3.
  • each area 14, 15, 16, 17 is treated individually. Accordingly, in particular when adjusting the voltages of the membranes 3 in the first region 14, the
  • the voltage of the membranes 3 can both be increased and reduced.
  • the voltages are increased if the mean value for this range 14, 15, 16, 17 is smaller than the predetermined setpoint value. Similarly, the voltages are reduced if the
  • Mean value for the respective area 14, 15, 16, 17 is greater than the predetermined target value.
  • the stresses of the membranes 3 can be reduced by etching away material from the membrane 3, so that the thickness of the membrane 3 is reduced.
  • a plasma etching process or a chemical etching process with an etchant in the gas, vapor or liquid phase can be used.
  • the etching process may in particular be halogen-based.
  • a corresponding tool is guided along the wafer 13, which carries out the etching. It But it is also sufficient to move the site of action or focus of an etch. Depending on the residence time of the tool above the respective region 14, 15, 16, 17, a corresponding thickness of the material of the membrane 3 is etched away. Accordingly, the etching tool in the areas 14, 15, 16, 17, in which a greater deviation of the mean value of the sample 18 has been determined, can be used for a longer time than in the areas in which the mean deviates by a smaller amount , In this way, the thicknesses of the membranes 3 in different regions 14, 15, 16, 17 of the wafer 13 can be readjusted differently from each other.
  • the mechanical stresses of the membranes 3 can be increased by the fact that material is applied to the membrane 3, so that the thickness of the membrane 3 is increased.
  • Material may in particular be silicon nitride, which is identical to the material of the outer layer 7, 9. In this way, the occurrence of further thermal stresses due to various thermal
  • the material may be applied to the respective regions 14, 15, 16, 17 of the wafer 13 with a similar tool as above
  • the tool applies different amounts of material in the respective area 14, 15, 16, 17.
  • one area of the wafer 13 can be treated differently than another area.
  • the tool may also be suitable in one Area of the wafer 13 to make an etching and so reduce the thickness of the membranes 3 in this area and in another area of the wafer 13, a material deposition
  • the tool is suitable for treating each region 14, 15, 16, 17 independently of the respectively adjacent other regions 14, 15, 16, 17.
  • the ratio of the region in which a tensile stress prevails to the regions of the membrane 3 in which a compressive stress is present is thereby also changed. This also allows the tension of the membrane 3 to be adjusted.
  • the load on the membranes 3 can be adjusted later. This is a suitable
  • Implanting a selected from foreign atoms, foreign ions or foreign molecules in the membrane 3. These influence the loads of the respective membrane 3 and thus make it possible to increase the load and thus the tension of the membrane 3 targeted targeted or reduce. Also for implanting, the above-described tool can be used, which allows different regions 14,
  • the wafer 13 is singulated into individual transducers 1. For this he can for example be sawn.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Wandlers, das die folgenden Schritte aufweist: -Herstellen einer Vielzahl von mikroelektromechanischen Wandlern (1) auf einem einzigen Wafer (13), wobei jeder Wandler (1) eine Membran (3) aufweist, -Aufteilen des Wafers (13) in zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich (14, 15), -Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe (18) von Membranen (3) des ersten Bereichs (14) und Vergleich mit einem vorgegebenen Soll-Wert, -Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe (18) von Membranen (3) des zweiten Bereichs (14) und Vergleich mit dem vorgegebenen Soll-Wert, -Anpassen der Spannungen der Membranen (3) in dem ersten Bereich (14) an den vorgegebenen Soll-Wert, und -Anpassen der Spannungen der Membranen (3) in dem zweiten Bereich (15) an den vorgegebenen Soll-Wert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Wandlers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines mikroelektromechanischen Wandlers. Der Wandler weist eine Membran auf. Der Wandler kann beispielsweise mechanische Signale, die durch eine Auslenkung der Membran erzeugt werden, in
elektrische Signale umwandeln. Die elektrischen Signale können beispielsweise durch eine Änderung einer Kapazität zwischen der Membran und einer unbeweglichen Rückplatte erzeugt werden, wobei zwischen der Membran und der Rückplatte eine Spannung anliegt. Die mechanischen Signale, die die Membran auslenken, können beispielsweise durch Schallwellen oder andere Druckschwankungen erzeugt werden. Dementsprechend kann der Wandler als Mikrofon eingesetzt werden und die
Schallwellen messen. Der Wandler kann auch als Drucksensor verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
mikroelektromechanischen Wandlers ist aus EP 1 093 703 Bl bekannt. Bei dem in EP 1 093 703 Bl beschriebenen Verfahren wird für ein Batch, das eine Vielzahl von Wafern aufweist, wobei jeder Wafer wiederum einen Wandler mit einer Membran aufweist, die Spannung aller Membranen in einem gemeinsamen Verfahrensschritt nachkorrigiert .
Bei diesem Verfahren wird jedoch stets jede Membran des Batches gleich behandelt. Es ist dementsprechend nicht möglich Unterschiede zwischen den einzelnen Membranen eines Wafers, die sich produktionsbedingt ergeben können,
auszugleichen. Daher führt das Verfahren dazu, das bei sehr eng vorgegebenen Grenzen für die Spannungen der
herzustellenden Membranen ein nicht unwesentlicher Teil der Membranen außerhalb dieser Grenzen liegt und dass es ferner nicht möglich ist, diese Membranen einzeln ausreichend nachzukorrigieren . Dementsprechend entsteht ein nicht
unwesentlicher Ausschuss.
Typischerweise ergibt sich bei der Herstellung eines Wafers eine gausskurvenartige Verteilung der Spannungen der
Membranen. Das Verfahren gemäß EP 1 093 703 Bl ermöglicht es, den Schwerpunkt dieser Verteilung zu verschieben. Es
ermöglicht es jedoch nicht, die Form der Verteilung zu verändern. Bei eng vorgegebenen Spezifikationsgrenzen wird daher auch nach Durchführung des Verfahrens ein nicht
unwesentlicher Teil der hergestellten Wandler eine Membran aufweisen, deren Spannung außerhalb der vorgegebenen
Spezifikationsgrenzen liegt.
Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu Herstellung mikroelektromechanischer Wandler anzugeben, das sich durch eine verbesserte Effizienz auszeichnet, beispielsweise dadurch, dass die Membranen besser an die vorgegebenen Spezifikationen angepasst werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und verbesserte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
mikroelektromechanischen Wandlers vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist: - Herstellen einer Vielzahl von mikroelektromechanischen Wandlern auf einem einzigen Wafer, wobei jeder Wandler eine Membran aufweist,
- Aufteilen des Wafers in zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich,
- Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe von Membranen des ersten Bereichs und Vergleich mit einem vorgegebenen Soll-Wert,
- Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe von Membranen des zweiten Bereichs und Vergleich mit dem vorgegebenen Soll-Wert,
- Anpassen der mechanischen Spannung der Membranen in dem ersten Bereich an den vorgegebenen Soll-Wert, und
- Anpassen der mechanischen Spannung der Membranen in dem zweiten Bereich an den vorgegebenen Soll-Wert.
Die Schritte können dabei in der hier angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Das Verfahren eignet sich ferner zur Herstellung einer
Vielzahl von mikroelektromechanischen Wandlern. Bei dem
Verfahren werden bereits hergestellte mikroelektromechanische Wandler weiter bearbeitet. Insbesondere werden die
mechanischen Spannungen der Membranen der
mikroelektromechanischen Wandler angepasst.
Das Verfahren behandelt somit jeden der Wafer einzeln, wobei jeder Wafer außerdem noch in zumindest zwei Bereiche
aufgeteilt wird, in denen wiederum unabhängig von dem jeweils anderen Bereich die mechanischen Spannungen der Membranen angepasst werden. Auf diese Weise ist es möglich, lokale Abweichungen in den Spannungen der Membranen in dem einen Bereich von dem jeweils anderen Bereich zu korrigieren. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren ermöglicht dieses Verfahren es dementsprechend, zusätzlich zur Verschiebung der oben genannten Verteilung der Spannungen der Membranen in einem Wafer auch die Form der Verteilung zu verändern.
Insbesondere kann die Verteilung verschmälert werden, so dass ein größerer Anteil der Membranen nunmehr innerhalb der vorgegebenen Spezifikationsgrenzen liegt. Auf diese Weise kann der Anteil des produzierten Ausschusses erheblich reduziert werden.
Die mikroelektromechanischen Wandler können neben der Membran eine Gegenelektrode aufweisen, die beispielsweise durch eine Rückplatte gebildet werden kann. Die Wandler können dazu geeignet sein, dass zwischen Membran und Gegenelektrode eine elektrische Spannung angelegt wird, so dass Membran und
Gegenelektrode einen Kondensator ausbilden. Werden nunmehr Veränderungen der Kapazität des Kondensators gemessen, so kann der Wandler als Mikrofon oder als Drucksensor eingesetzt werden.
Der Wafer weist eine Vielzahl von Wandlern auf. Der Begriff „Vielzahl" bezeichnet hier zumindest zwei Wandler, wobei der Wafer jedoch typischer Weise deutlich mehr als zwei Wandler aufweisen wird.
Der Wafer wird in zumindest zwei Bereiche aufgeteilt. Jeder der Bereiche weist dabei zumindest einen Wandler mit einer Membran auf. Die Bereiche können jedoch auch deutlich mehr als einen Wandler aufweisen. Der Wafer kann in eine beliebig große Zahl von Bereichen aufgeteilt werden, wobei jeder der Bereiche zumindest einen Wandler mit einer Membran aufweist. Die Aufteilung des Wafers in Bereiche kann beispielsweise anhand von Erfahrungswerten vorgenommen werden, die zeigen, dass die Streuung des Zielparameters „mechanische Spannung" in bestimmten Zonen des Wafers gleich ist. Der Wafer kann dabei so eingeteilt werden, dass je ein Bereich mit je einer Zonen übereinstimmt, von der angenommen werden kann, dass die mechanischen Spannungen der Membranen in dieser Zone nahezu gleich sind. So kann eine Abweichung der mechanischen
Spannung einer Membran von dem vorgegebenen Soll-Wert an einem Wandler im jeweiligen Bereich stellvertretend für die Abweichungen im ganzen Bereich genommen werden.
Die Aufteilung des Wafers in Bereiche kann somit anhand von vermuteten Unterschieden zwischen den mechanischen Spannungen der Membranen in den Bereichen vorgenommen werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden für jeden Bereich, getrennt von den anderen Bereichen, die mechanischen
Spannungen einer Stichprobe von Membranen des jeweiligen Bereichs festgestellt und mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen. Das Feststellen der jeweiligen mechanischen
Spannungen kann durch Messungen erfolgen. Beispielsweise kann die Kapazität einer Membran in Abhängigkeit von einer
angelegten elektrischen Spannung mit einer Messspitze
gemessen werden und aus dieser Information kann anschließend die mechanische Spannung der Membran berechnet werden.
Weitere alternative Methode zur Bestimmung der mechanischen Spannung der Membran 3 sind aus EP 1 093 703 Bl bekannt.
Diese Methoden können hier alternativ oder ergänzend zu dem oben beschriebenen Messen mittels der Messspitze eingesetzt werden . Der vorgegebene Soll-Wert kann auch einen Bereich von akzeptablen mechanischen Spannungen beschreiben. Die Stichprobe kann einem Prozentsatz von Membranen des jeweiligen Bereichs entsprechen. Beispielsweise kann die Stichprobe zwischen 0,1 und 100 % der Membranen des
jeweiligen Bereichs umfassen, vorzugsweise umfasst die
Stichprobe zwischen 1 und 10 % der Membranen des jeweiligen Bereichs. Die Größe der Stichprobe kann abhängig von der angestrebten Genauigkeit und von der erwarteten Abweichung von einem vorgegebenen Soll-Wert für die Spannungen bestimmt werden . Die Stichprobe kann auch eine bestimmt Anzahl von Membranen des jeweiligen Bereiches aufweisen. Die Stichprobe kann eine einzige Membran des jeweiligen Bereichs umfassen. Die
Stichprobe kann sämtliche Membranen des jeweiligen Bereichs umfassen .
Es kann ein Mittelwert über die Spannungen der Membranen der Stichprobe des jeweiligen Bereiches bestimmt werden und anschließend können die Spannungen der Membranen des
Bereiches so angepasst werden, dass der Mittelwert mit dem vorgegebenen Soll-Wert übereinstimmt. Auf diese Weise können möglichst viele Membranen so angepasst werden, dass ihre Spannung innerhalb der vorgegebenen Spezifikationsgrenzen liegen . In einem weiteren Verfahrensschritt werden die mechanischen Spannungen der Membranen in dem ersten Bereich angepasst. Dazu können verschiedene Verfahren benutzt werden, bei denen die Belastung und/oder die Dicke der Membranen in dem ersten Bereich angepasst werden. Die Belastung der Membran wird auch als „Stress" der Membran bezeichnet. Es können in diesem Verfahrensschritt alle Membranen des ersten Bereichs gleich behandelt werden.
Anschließend werden die mechanischen Spannungen der Membranen in dem zweiten Bereich angepasst. Dabei kann zur Anpassung der mechanischen Spannungen der Membranen in dem zweiten Bereich ein anderes Verfahren eingesetzt werden als für den ersten Bereich. Wiederum kann die mechanische Spannung der Membranen durch eine Anpassung der Dicke und/oder der
Belastung der Membranen erreicht werden. Jede Membran in dem zweiten Bereich kann in diesem Verfahrensschritt gleich behandelt werden.
Ist der Wandler in mehr als zwei Bereiche aufgeteilt worden, so können in einem weiteren Verfahrensschritt nunmehr die mechanischen Spannungen der Membranen in den weiteren
Bereichen sukzessive und jeweils unabhängig von den übrigen Bereichen angepasst werden.
Das Anpassen der mechanischen Spannung kann ein Annähern der mechanischen Spannungen der Membranen in dem jeweiligen
Bereich an einen Soll-Wert darstellen. Dabei kann ein
Mittelwert der Stichprobe des jeweiligen Bereichs auf den vorgegebenen Soll-Wert eingestellt werden.
Die Schritte des Feststellens und des Anpassens der
mechanischen Spannung der Membran erfolgen in dem jeweiligen Bereich getrennt von dem Feststellen und Anpassens der mechanischen Spannungen der Membranen in den anderen
Bereichen . Bei dem Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen in dem jeweiligen Bereich können die Spannungen der Membranen in dem jeweils anderen Bereich unverändert bleiben. Dieses ermöglicht es insbesondere, jeden Bereich unabhängig von den jeweils anderen Bereichen zu behandeln und so
produktionsbedingte Unterschiede zwischen den Bereichen aus zugleichen .
Können solche produktionsbedingte Unterschiede vermutet werden, so kann die Aufteilung des Wafers in die Bereiche anhand dieser Vermutungen vorgenommen werden.
Bei dem Bestimmen der mechanischen Spannung einer Membran kann die Kapazität des jeweiligen Wandlers in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung gemessen werden und daraus die Spannung der Membran ermittelt werden.
Insbesondere kann die Kapazität mittels einer Messspitze gemessen werden, die an die Membran angelegt wird, wobei die Veränderung der Kapazität durch das Anlegen der Messspitze berücksichtigt wird.
Das Verfahren kann ferner den Schritt Anpassen der
mechanischen Spannungen der Membranen aller Bereiche in einem gemeinsamen Verfahrensschritt aufweisen, wobei dieser Schritt vor dem Aufteilen des Wafers in zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich durchgeführt wird. Anschließend werden für den ersten und den zweiten Bereich wie oben beschrieben die mechanischen Spannungen der Membranen jeweils unabhängig von den Membranen des jeweils anderen Bereichs angepasst. Es kann somit zunächst eine Grobkorrektur für alle Membranen des Wafers vorgenommen werden und dann eine Feinkorrektur der mechanischen Spannungen der Membranen in jedem Bereich lokal. Die zuerst vorgenommene Grobkorrektur ermöglicht, es das Verfahren zu beschleunigen und effizienter zu gestalten.
Bei dem Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen in dem jeweiligen Bereich kann die Dicke aller Membranen in dem jeweiligen Bereich in einem gemeinsamen Verfahrensschritt angepasst werden. Die mechanische Spannung einer Membran ist gegeben als Produkt aus Dicke und Belastung der Membran.
Dementsprechend ist die Spannung proportional zur Dicke der Membran .
Die Dicke der Membranen kann in dem jeweiligen Bereich durch lokales Ätzen des Bereiches reduziert werden. Dabei kann das lokale Ätzen durch ein Plasmaätzen oder durch ein chemisches Ätzen in der Gas-, Dampf- oder Flüssigphase vorgenommen werden. Insbesondere kann das lokale Ätzen Halogen-basiert sein .
Die Dicke der Membranen kann in dem jeweiligen Bereich durch lokales Abscheiden von Material in diesem Bereich erhöht werden. Das lokal abgeschiedene Material kann Siliziumnitrid aufweisen. Das lokal abgeschiedene Material kann mit dem Material der Membran oder dem Material einer äußeren Schicht der Membran identisch sein. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass es durch unterschiedliche thermische
Ausdehnungskoeffizienten zu Belastungen der Membran kommt, die die mechanische Spannung der Membran wiederum verändern würden .
Bei dem Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen in dem jeweiligen Bereich kann die Spannung durch Implantieren von zumindest einem ausgewählt aus Fremdatomen, Fremdionen oder Fremdmolekülen in der Membran angepasst werden. Die implantierten Fremdatome, -ionen oder -moleküle beeinflussen die Belastung der Membran, und auf diese Weise auch die
Spannung der Membran. Auf diese Weise kann die mechanische Spannung der Membran erhöht oder reduziert werden, abhängig davon welche Fremdatome, -ionen oder -moleküle implantiert werden .
Jeder Wandler kann einen Abstandhalter aufweisend eine
Substanz mit einer Glasübergangstemperatur und ein Substrat aufweisen, wobei jede der Membranen an dem Abstandhalter und von dem Substrat beabstandet befestigt ist. Das Verfahren kann den Schritt Erhitzen des Wandlers auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur der Substanz aufweisen. Dadurch kann eine konstruktionsbedingte Belastung der Membran abgebaut werden. Anschließend kann der Wandler wieder auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur
abgekühlt werden.
Das Verfahren kann den Schritt Vereinzeln des Wafers in voneinander getrennte Wandler aufweisen, wobei dieser Schritt nach dem Anpassen der Spannung der Membranen in den
jeweiligen Bereichen durchgeführt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die
Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der
Erfindung . Figur 1 zeigt in schematische Darstellung einen
mikroelektromechanischen Wandler .
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Wafer. Figur 3 zeigt schematisch die Auswahl einer Stichprobe in einem Bereich des Wafers . Figur 1 zeigt in schematische Darstellung einen
mikroelektromechanischen Wandler 1, der insbesondere als Mikrofon verwendet werden kann. Der Wandler 1 weist ein
Substrat 2, einen Membran 3 und einen ersten Abstandhalter 4 auf. Die Ränder der Membran 3 sind an dem ersten
Abstandhalter 4 befestigt. Die Membran 3 ist von dem Substrat 2 beabstandet. Auf der dem Substrat 2 abgewandeten Seite der Membran 3 ist ein zweiter Abstandhalter 5 angeordnet. An dem zweiten Abstandhalter 5 ist eine Rückplatte 6 befestigt.
Zwischen der Rückplatte 6 und der Membran 3 kann eine
elektrische Spannung angelegt werden.
Die Membran 3 weist drei Schichten 7, 8, 9 auf. Insbesondere weist die Membran 3 zwei äußere Schichten 7, 9 und eine innere Schicht 8 auf, die zwischen den beiden äußeren
Schichten 7, 9 angeordnet ist. Die innere Schicht 8 weist polykristallines Silizium auf. Die beiden äußeren Schichten 7, 9 weisen Siliziumnitrid auf. Das Substrat 2 weist Silizium auf und die Rückplatte 6 weist polykristallines Silizium auf. Die Abstandhalter 4, 5 bestehen jeweils aus einem
isolierenden Material, beispielsweise aus Siliziumdioxid (Si02) .
Die Membran 3 ist dünn und weist eine geringe mechanische Spannung auf, so dass sie sich um eine Gleichgewichtslage herum bewegen kann. Die „Spannung" der Membran 3 bezeichnet hier eine mechanische Spannung, die von der elektrischen Spannung, die zwischen Membran 3 und Rückplatte 6 angelegt werden kann, zu unterscheiden ist. Druckschwankungen, beispielsweise ausgelöst durch Schallwellen, führen zu einer Auslenkung der Membran 3 aus ihrer Gleichgewichtslage. Dabei kann sich insbesondere der Abstand von Membran 3 und
Rückplatte 6 ändern.
Der zweite Abstandhalter 5 erzeugt einen Luftspalt 10
zwischen der Membran 3 und der Rückplatte 6. Die Rückplatte 6 weist zumindest eine Öffnung 11 auf, durch die Schallwellen in den Luftspalt 10 eindringen und so zur Membran 3 gelangen können. Ferner ist auf der gegenüberliegenden Seite der
Membran 3 ein Rückvolumen 12 angeordnet, das durch eine
Öffnung in dem Substrat 2 gebildet wird.
Membran 3 und Rückplatte 6 sind jeweils elektrisch leitend. Ist zwischen Membran 3 und Rückplatte 6 eine elektrische
Spannung angelegt, so bilden die beiden einen Kondensator, dessen Kapazität durch Auslenkungen der Membran 3 veränderbar ist. Treten Schallwellen durch die Öffnung 11 in der
Rückplatte 6 ein, so erreichen sie die Membran 3 und lenken die Membran 3 aus. Dadurch wird die Kapazität des
Kondensators verändert. Diese Änderung der Kapazität kann gemessen werden, so dass der Wandler 3 als Drucksensor oder Mikrofon einsetzbar ist. Die innere Schicht 8 der Membran weist Bor- oder Phosphordotiertes polykristallines Silizium auf und weist ferner einen Druckspannung auf, wie in Figur 1 durch den Pfeil angedeutet. Die beiden äußeren Schichten 7, 9 der Membran 3 weisen jeweils eine Zugspannung auf, wie ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Die gesamte mechanische Spannung der Membran 3 ergibt sich aus der Summe der Spannungen der einzelnen Schichten 7, 8, 9. In jeder Schicht 7, 8, 9 wird die Belastung der Schicht 7, 8, 9 im Wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt. Zum einen trägt eine konstruktionsbedingte Belastung zur Belastung der Schicht 7, 8, 9 bei, wobei die konstruktionsbedingte Belastung sich durch das Aufbringen der Schicht 7, 8, 9 entsteht. Zum anderen trägt eine thermische Belastung zur mechanischen Spannung der Schichten 7, 8, 9 bei, wobei die thermische Belastung sich aus dem
verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien ergibt. Die konstruktionsbedingte Belastung kann durch folgenden
Verfahrensschritt wesentlich reduziert werden. Das Material der Abstandshalter 4, 5 ist Siliziumdioxid und weist
dementsprechend eine Glasübergangstemperatur auf. Beim
Überschreiten der Glasübergangstemperatur ist die Umwandlung des Materials von einem festen Glas in eine gummiartige bis zähflüssige Schmelze zu beobachten.
Wird nun der Wandler 1, oder ein Wafer mit einer Vielzahl von Wandlern 1, auf eine Temperatur oberhalb der
Glasübergangstemperatur der Abstandhalter 4, 5 erhitzt, so wird das Material der Abstandhalter 4, 5 viskos und verliert seine Steifigkeit. Dementsprechend wird die Spannung der Membran 3 abgebaut. Anschließend wird der Wandler 1 bzw. der Wafer, der eine Vielzahl von Wandlern 1 aufweist, wieder abgekühlt, wobei sich das Material der Abstandhalter 4, 5 wiederum versteift. Nunmehr ist die konstruktionsbedingte Belastung der Membran 3 jedoch erheblich reduziert, so dass die Membran 3 im Wesentlichen nur eine thermische Belastung erfährt, die sich aus den unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der Schichten der Membran 3 ergibt.
Im Folgenden wird ein Verfahren erläutert, dass es
ermöglicht, einen Wafer mit einer Vielzahl von Wandlern 1 zu produzieren und dabei die mechanischen Spannungen der
Membranen 3 der Wandler 1 individuell oder zumindest in lokalen Gruppen nachzuj ustieren . Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Wafer 13. Der Wafer 13 weist eine Vielzahl von Wandlern 1 auf. Bei jedem der Wandler 1 handelt es sich um einen der in Figur 1 gezeigten Wandler 1 handeln, die jeweils eine Membran 3 aufweisen .
Ziel des hier beschriebenen Verfahrens ist es, die
mechanischen Spannungen der Membranen 3 der Wandler 1 auf dem Wafer 13 an eine vorgegebene Spezifikation, insbesondere einen vorgegebenen Soll-Wert, anzupassen. Die mechanische Spannung einer Membran 3 ist gegeben als Produkt aus der Dicke der Membran 3 und der Belastung der Membran 3.
Der Wafer 13 wird in einem ersten Verfahrensschritt in einen ersten Bereich 14, einen zweiten Bereich 15, einen dritten Bereich 16 und einen vierten Bereich 17 eingeteilt. Dabei handelt es sich um eine beispielhafte Einteilung für ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Der Wafer 13 kann in alternative Ausgestaltungen des Verfahrens in eine beliebige Menge von Bereichen eingeteilt werden, wobei die Zahl der Bereiche stets größer gleich zwei ist und das
Aufteilungsmuster unterschiedlich gewählt werden kann. Die Aufteilung des Wafers 13 in die einzelnen Bereiche 14, 15, 16, 17 kann beispielsweise gemäß einer herstellungsbedingten Verteilung der mechanischen Spannungen vorgenommen werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird in jedem der
Bereiche eine Stichprobe 18 von Wandlern 13 ausgewählt, wie in Figur 3 für den ersten Bereich 14 gezeigt. Die Größe der Stichprobe 18 wird abhängig von verschiedenen Parametern ausgewählt. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise die angestrebte Genauigkeit und die erwartete Größe der
Abweichung der Spannungen der Membranen 3 von dem Soll-Wert.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Spannung der Membran 3 jedes Wandlers 1 der Stichprobe 18 bestimmt. Die ermittelten Spannungen der Membranen 3 der Stichprobe 18 aus den jeweiligen Bereichen 14, 15, 16, 17 werden anschließend gemittelt und in einem weiteren Verfahrensschritt werden die Spannungen aller Membranen 3 in dem jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17 angepasst in Abhängigkeit von dem vorher
ermittelten Mittelwert der Stichprobe 18 dieses Bereiches 14,
15, 16, 17. Auf diese Weise kann jeder Bereich 14, 15, 16, 17 des Wafers 13 unabhängig von den übrigen Bereichen 14, 15,
16, 17 des Wafers 13 behandelt werden. Auf diese Weise können lokale Abweichungen in einem Bereich von einem anderen
Bereich bei der Herstellung des Wafers 13 anschließend korrigiert werden. Dieses wäre insbesondere nicht möglich, falls sämtliche Membrane 3 des Wafers 13 stets gemeinsam behandelt werden.
Die Spannung einer Membran 3 kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Im Folgenden wird eine beispielhafte Methode hierfür erläutert. Eine Messspitze wird auf die Membran 3 aufgesetzt. Zwischen Membran 3 und Rückplatte 6 wird eine elektrische Spannung angelegt, so dass die Membran 3 und die Rückplatte 6 eine Kapazität ausbilden. Die Messspitze erfasst die Kapazität. Nun wird die Spannung schrittweise erhöht. Dabei misst die Messspitze die
Veränderung der Kapazität zwischen Membran 3 und Rückplatte 6. Die anliegende elektrische Spannung wird nunmehr solange erhöht bis es zum sogenannten Kollaps kommt. Dabei berührt die Membran 3 die Rückplatte 6 und die anliegende Spannung wird schlagartig abgebaut. Ausgehende von der Kapazität, bei der es zu diesem Kollaps kommt, kann die Spannung der Membran 3 berechnet werden.
Berücksichtigt wird hierbei ferner, dass die Messspitze die mechanische Spannung der Membran 3 verfälscht, indem sie einen mechanischen Druck auf die Membran 3 ausübt. Der
Einfluss dieses Effekts kann jedoch minimiert werden. Dazu wird die Messspitze stets mit derselben Kraft auf die Membran 3 gedrückt. Außerdem wird die Geometrie des Wafers 13 vor dem Kontaktieren mit der Messspitze vermessen. Dabei können etwaige Verformungen des Wafers 13 oder Schwankungen in der Höhe des Wafers 13 detektiert werden. Bei der Positionierung der Messspitze werden diese Informationen mitberücksichtigt und die Position der Messspitze wird entsprechend angepasst, so dass es durch Verformungen des Wafers 13 und Schwankungen in der Höhe des Wafers 13 nicht zu Verfälschungen bei der Messung der Kapazität durch die Messspitze kommt.
Der Messwert der Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung wird zusätzlich nachträglich um die Kraft korrigiert, die die Messspitze auf die Membran 3 ausgeübt hat.
Weitere alternative Methode zur Bestimmung der mechanischen Spannung der Membran 3 sind aus EP 1 093 703 Bl bekannt.
Diese Methoden können hier alternativ oder ergänzend zu dem oben beschriebenen Messen mittels der Messspitze eingesetzt werden . Ist nunmehr der Mittelwert der mechanischen Spannungen der Membranen 3 in dem jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17
bestimmt, werden die Spannungen der Membranen 3 in dem jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17 an den Soll-Wert angenährt. Dazu wird jeder Bereich 14, 15, 16, 17 einzeln behandelt. Dementsprechend wird insbesondere bei einer Anpassung der Spannungen der Membranen 3 in dem ersten Bereich 14 die
Spannungen der Membranen 3 in den übrigen Bereichen 15, 16, 17 nicht verändert, und umgekehrt.
Bei dem Anpassen der Spannungen der Membranen 3 in einem Bereich 14, 15, 16, 17 an den Soll-Wert kann die Spannung der Membranen 3 sowohl erhöht werden als auch reduziert werden. Die Spannungen werden erhöht, wenn der Mittelwert für diesen Bereich 14, 15, 16, 17 kleiner ist als der vorgegebene Soll- Wert. Analog werden die Spannungen reduziert, falls der
Mittelwert für den jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17 größer ist als der vorgegebene Soll-Wert. Im Folgenden werden verschiedene Verfahren zur Erhöhung oder Reduzierung der Spannungen der Membranen 3 erläutert.
Ist der Mittelwert der Stichprobe größer als der vorgegebene Soll-Wert, so können die Spannungen der Membranen 3 dadurch reduziert werden, dass Material von der Membran 3 weggeätzt wird, so dass die Dicke der Membran 3 reduziert wird. Hierzu kann ein Plasmaätzverfahren oder ein chemisches Ätzverfahren mit einem Ätzmittel in der Gas-, Dampf- oder Flüssigphase verwendet werden. Das Ätzverfahren kann insbesondere Halogen- basiert sein.
Bei dem Ätzverfahren wird ein entsprechendes Werkzeug über den Wafer 13 entlang geführt, das die Ätzung vornimmt. Es genügt aber auch, den Wirkort oder Fokus einer Ätzung zu verschieben. Abhängig von der Verweildauer des Werkzeugs über dem jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17 wird eine entsprechende Dicke des Materials der Membran 3 weggeätzt. Dementsprechend kann das Ätz-Werkzeug in den Bereichen 14, 15, 16, 17, in denen eine stärkere Abweichung des Mittelwerts der Stichprobe 18 festgestellt wurde, für eine längere Zeit eingesetzt werden als in den Bereichen, in denen der Mittelwert um ein geringeres Maß abweicht. Auf diese Weise können die Dicken der Membranen 3 in verschiedenen Bereichen 14, 15, 16, 17 des Wafers 13 unterschiedlich voneinander nachjustiert werden.
Ist der Mittelwert der Stichprobe 18 kleiner als der
vorgegebene Soll-Wert, so können die mechanischen Spannungen der Membranen 3 dadurch erhöht werden, dass Material auf die Membran 3 aufgebracht wird, so dass die Dicke der Membran 3 erhöht wird.
Zu diesem Zweck wird Material auf einer der äußeren Schichten 7, 9 der Membran 3 abgeschieden. Bei dem abgeschiedenen
Material kann es sich insbesondere um Siliziumnitrid handeln, das mit dem Material der äußeren Schicht 7, 9 identisch ist. Auf diese Weise kann das Auftreten von weiteren thermischen Belastungen auf Grund verschiedener thermischer
Ausdehnungskoeffizienten vermieden werden.
Das Material kann auf die jeweiligen Bereiche 14, 15, 16, 17 des Wafers 13 mit einem ähnlichen Werkzeug wie oben
beschrieben aufgetragen werden. Das Werkzeug trägt abhängig von seiner Verweildauer in dem jeweiligen Bereich 14, 15, 16, 17 unterschiedlich viel Material auf. So kann ein Bereich des Wafers 13 anders behandelt werden als ein anderer Bereich. Das Werkzeug kann ferner dazugeeignet sein, in dem einen Bereich des Wafers 13 ein Ätzen vorzunehmen und so die Dicke der Membranen 3 in diesem Bereich zu reduzieren und in einem anderen Bereich des Wafers 13 ein Materialabscheiden
vorzunehmen und so die Dicke der Membranen 3 in diesem
Bereich zu erhöhen. Entscheidend ist dabei, dass das Werkzeug dazu geeignet ist, jeden Bereich 14, 15, 16, 17 unabhängig von den jeweils benachbarten anderen Bereichen 14, 15, 16, 17 zu behandeln.
Werden die Dicken der Membranen 3 verändert, so wird dadurch auch das Verhältnis der Bereich, in denen eine Zugspannung vorherrscht, zu den Bereichen der Membran 3, in denen eine Druckspannung vorliegt, verändert. Auch dadurch kann die Spannung der Membran 3 angepasst werden.
Alternativ oder ergänzend dazu, die Dicke der Membranen 3 nachträglich zu verändern, kann die Belastung der Membranen 3 nachträglich angepasst werden. Dazu eignet sich ein
Implantieren von einem ausgewählt aus Fremdatome, Fremdionen oder Fremdmolekülen in der Membran 3. Diese beeinflussen die Belastungen der jeweiligen Membran 3 und ermöglichen es so, die Belastung und damit die Spannung der Membran 3 gezielt zu erhöhen oder zu reduzieren. Auch für das Implantieren kann das oben beschriebene Werkzeug verwendet werden, das es ermöglicht verschiedene Bereiche 14,
15, 16, 17 des Wafers 13 getrennt voneinander zu bearbeiten. Dementsprechend kann beispielsweise in einem Bereich stärker implantiert werden als in einem anderen Bereich.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens ist dadurch möglich, dass zunächst eine Grobkorrektur für alle Bereiche 14, 15,
16, 17 des Wafers 13 vorgenommen wird. Dabei werden die Wandler 1 in allen Bereichen 14, 15, 16, 17 des Wafers 13 gemeinsam behandelt. Erst danach wird der Wafer 13 in
verschiedene Bereiche 14, 15, 16, 17 unterteilt und für jeden Bereich 14, 15, 16, 17 wird anschließend, wie oben bereits beschrieben, eine Feinkorrektur der Spannungen der Membranen 3 vorgenommen. Auf diese Weise kann das Verfahren insgesamt effizienter und damit kostensparender ausgestaltet werden, da die Zeit für die Feinkorrektur jedes einzelnen Bereichs 14, 15, 16, 17 unter Umständen auf diese Weise erheblich
reduziert werden kann.
Nachdem die Membranen 3 in jedem der Bereiche 14, 15, 16, 17 in ihren mechanischen Spannungen angepasst worden sind, wird der Wafer 13 in einzelne Wandler 1 vereinzelt. Dazu kann er beispielsweise zersägt werden.
Bezugs zeichenliste
1 Wandler
2 Substrat
3 Membran
4 erster Abstandhalter
5 zweiter Abstandhalter
6 Rückplatte
7 äußere Schicht
8 innere Schicht
9 äußere Schicht
10 Luftspalt
11 Öffnung
12 Rückvolumen
13 Wafer
14 erster Bereich
15 zweiter Bereich
16 dritter Bereich
17 vierter Bereich
18 Stichprobe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Wandlers
(1), aufweisend die Schritte:
- Herstellen einer Vielzahl von mikroelektromechanischen Wandlern (1) auf einem einzigen Wafer (13), wobei jeder
Wandler (1) eine Membran (3) aufweist,
- Aufteilen des Wafers (13) in zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich (14, 15),
- Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe (18) von Membranen (3) des ersten Bereichs (14) und Vergleich mit einem vorgegebenen Soll-Wert,
- Feststellen der mechanischen Spannungen einer Stichprobe (18) von Membranen (3) des zweiten Bereichs (14) und
Vergleich mit dem vorgegebenen Soll-Wert,
- Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen (3) in dem ersten Bereich (14) an den vorgegebenen Soll-Wert, und
- Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen (3) in dem zweiten Bereich (15) an den vorgegebenen Soll-Wert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
wobei bei dem Anpassen der mechanischen Spannungen der
Membranen (3) in dem jeweils einen Bereich die mechanischen Spannungen der Membranen (3) in dem jeweils anderen Bereich unverändert bleiben.
3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zum Feststellen der mechanischen Spannung einer Membran (3) die Kapazität des jeweiligen Wandlers (1) in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung gemessen wird und daraus die mechanische Spannung der Membran (3) ermittelt wird .
4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
wobei die Kapazität mittels einer Messspitze gemessen wird, die an die Membran (3) angelegt wird, und wobei die
Veränderung der Kapazität durch das Anlegen der Messspitze berücksichtigt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
ferner aufweisend den Schritte:
- Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen (3) aller Bereiche (14, 15) in einem gemeinsamen
Verfahrensschritt,
wobei dieser Schritt vor dem Aufteilen des Wafers (13) in zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich (14, 15) durchgeführt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zum Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen (3) in dem jeweiligen Bereich (14, 15) die Dicke aller
Membranen (3) in dem jeweiligen Bereich (14, 15) in einem gemeinsamen Verfahrensschritt angepasst wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6,
wobei die Dicke der Membranen (3) in dem jeweiligen Bereich (14, 15) durch lokales Ätzen des Bereiches (14, 15) reduziert wird .
8. Verfahren gemäß Anspruch 7,
wobei das lokale Ätzen durch ein Plasmaätzen oder durch ein chemisches Ätzen in der Gas-, Dampf- oder Flüssigphase vorgenommen wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8,
wobei das lokale Ätzen Halogen-basiert ist.
10. Verfahren gemäß Anspruch 6,
wobei die Dicke der Membranen (3) in dem jeweiligen Bereich (14, 15) durch lokales Abscheiden von Material in diesem Bereich (14, 15) erhöht wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10,
wobei das lokal abgeschiedene Material Siliziumnitrid
aufweist .
12. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zum Anpassen der mechanischen Spannung der Membranen (3) in dem jeweiligen Bereich (14, 15) eine Implantation von zumindest einem ausgewählt aus Fremdatomen, Fremdionen oder Fremdmolekülen in der Membran (3) vorgenommen wird.
13. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei jeder Wandler (1) einen Abstandhalter (4, 5) aufweisend eine Substanz mit einer Glasübergangstemperatur und ein
Substrat (2) aufweist,
wobei jede der Membranen (3) an dem Abstandhalter (4, 5) und von dem Substrat (2) beabstandet befestigt ist, und
wobei das Verfahren den Schritt aufweist:
- Erhitzen des Wandlers (1) auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur der Substanz.
14. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
aufweisend den Schritte:
- Vereinzeln des Wafers (13) in voneinander getrennte Wandler (1) , wobei dieser Schritt nach dem Anpassen der mechanischen Spannungen der Membranen (3) in den jeweiligen Bereichen durchgeführt wird.
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