DE102010062555B4 - Micromechanical membrane device and corresponding manufacturing method and membrane assembly - Google Patents
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Abstract
Mikromechanische Membranvorrichtung mit:einem Substrat (1);einer über dem Substrat (1) gebildeten ersten Elektrode (E1; E1');einer über der ersten Elektrode (E1; E1') gebildeten Membran (M), welche aus SiC gebildet ist;einer über der Membran (M) gebildeten zweiten Elektrode (E2; E2');wobei die Membran (M) gegenüber der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2; E1', E2') elektrisch isoliert ist und in einem auslenkbaren Membranbereich (MA) durch einen ersten und zweiten Luftspalt (S1; S2) von der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2; E1', E2') beabstandet gebildet ist.A micromechanical membrane device comprising: a substrate (1); a first electrode (E1; E1 ') formed over the substrate (1); a membrane (M) formed over the first electrode (E1; E1') formed of SiC; a second electrode (E2; E2 ') formed over the membrane (M), the membrane (M) being electrically insulated from the first and second electrodes (E1, E2; E1', E2 ') and being located in a deflectable membrane region (MA ) is formed spaced apart from the first and second electrodes (E1, E2, E1 ', E2') by first and second air gaps (S1, S2).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Membranvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie eine Membrananordnung.The present invention relates to a micromechanical membrane device and a corresponding manufacturing method and a membrane assembly.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Hintergrund im Hinblick auf mikromechanische Bauelemente in Siliziumtechnologie erläutert.Although applicable to any micromechanical devices, the present invention and its underlying background with respect to micromechanical devices in silicon technology will be explained.
Aus der
Die
Derartige Lautsprechervorrichtungen mit Elementarrays lassen sich prinzipiell beispielsweise mit Silizium als Membran- und Elektrodenmaterial realisieren. Die Membranen der einzelnen Elemente werden im Betrieb durch hohe Spannungen an die zugehörigen Elektroden gepresst.Such speaker devices with element arrays can in principle be realized, for example, with silicon as the membrane and electrode material. The membranes of the individual elements are pressed during operation by high voltages to the associated electrodes.
Aus der
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Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die in Anspruch 1 definierte mikromechanische Membranvorrichtung und das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 sowie die Membrananordnung nach Anspruch 15 weisen den Vorteil auf, dass ein Festkleben (Sticking) bei einer MEMS-Membranvorrichtung durch den Einsatz von SiC als Material für die Membran vermieden werden kann.The micro-mechanical membrane device defined in
SiC weist eine im Vergleich zu Silizium drastisch reduzierte Sticking-Neigung auf. Zudem besitzt SiC eine große mechanische Härte, wodurch sehr robuste Elemente umsetzbar sind. Robustheit ist aufgrund der hohen Belastungsanforderungen (> 1010 Zyklen) von größter Wichtigkeit. Der Herstellungsprozess kann zudem durch die Verwendung von SiC weiter vereinfacht und vergünstigt werden.SiC has a drastically reduced sticking tendency compared to silicon. In addition, SiC has a high mechanical hardness, whereby very robust elements can be implemented. Robustness is of the utmost importance due to the high load requirements (> 10 10 cycles). The manufacturing process can be further simplified and reduced by the use of SiC.
Eine zuverlässige und leistungsfähige Antihaftschicht in Form von SiC führt zudem zur Vermeidung von sogenannten Spätloslassem. Hierunter sind Membranen zu verstehen, welche sich bei Umpolung der Spannung nicht sofort von der aktuellen Kontaktelektrode lösen. Hierdurch ergibt sich eine bessere Homogenität im Ansprechverhalten der einzelnen Pixel im Array, was deutlich zur Verbesserung der Audioqualität beiträgt.A reliable and powerful anti-adhesive layer in the form of SiC also leads to the avoidance of so-called late loss. These are to be understood as membranes which do not immediately detach from the current contact electrode when the voltage is reversed. This results in a better homogeneity in the response of the individual pixels in the array, which significantly contributes to the improvement of the audio quality.
Prinzipiell ist die Erfindung sowohl auf Membrananordnungen in Form von MEMS-Lautsprechervorrichtungen als auch in Form von MEMS-Mikrophonvorrichtungen anwendbar. Die MEMS-Mikrophonvorrichtungen werden allerdings üblicherweise so betrieben, dass die Membran nicht an die Gegenelektrode anschlägt. Sticking ist daher bei Mikrophonvorrichtungen von geringerer Bedeutung als bei MEMS-Lautsprechervorrichtungen, allerdings für bestimmte Anwendungen im Hochdruckschallbereich ebenfalls vorteilhaft.In principle, the invention is based both on membrane arrangements in the form of MEMS Speaker devices as well as in the form of MEMS microphone devices applicable. However, the MEMS microphone devices are usually operated so that the membrane does not abut against the counter electrode. Sticking is therefore of lesser importance in microphone devices than in MEMS loudspeaker devices, but also for certain applications in the high-pressure sound field also advantageous.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des betreffenden Gegenstandes der Erfindung.The features listed in the dependent claims relate to advantageous developments and improvements of the subject matter of the invention.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikromechanischen Membranvorrichtung in Form einer Lautsprechervorrichtung; -
2 eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikromechanischen Membranvorrichtung in Form einer Lautsprechervorrichtung; -
3 eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikromechanischen Membranvorrichtung in Form einer Lautsprechervorrichtung; -
4a-d schematischen Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine mikromechanische Membranvorrichtung gemäß1 .; und -
5 eine Membrananordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic cross-sectional view for explaining a first embodiment of the micromechanical membrane device according to the invention in the form of a speaker device; -
2 a schematic cross-sectional view for explaining a second embodiment of the micromechanical membrane device according to the invention in the form of a speaker device; -
3 a schematic cross-sectional view for explaining a third embodiment of the micromechanical membrane device according to the invention in the form of a speaker device; -
4a-d schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of the manufacturing method according to the invention for a micromechanical membrane device according to1 . and -
5 a membrane assembly according to another embodiment of the present invention.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.
In
Die erste Elektrode
Oberhalb der ersten leitfähigen Schicht
Die Membran
Die erste, zweite und dritte Isolationsschicht
Ätzlöcher bzw. Schalldurchtrittslöcher
Seitlich versetzt zur Membran
Auf gleicher Höhe an der Oberseite der zweiten leitfähigen Schicht
Durch die Ausgestaltung der ersten und zweiten Elektrode
Bei der in
Bei der zweiten Ausführungsform sind zudem im Unterschied zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform drei Kavernen
Bei der dritten Ausführungsform gemäß
Prinzipiell wäre es ebenfalls möglich, die dritte Isolationsschicht
Als eine weitere Modifikation wäre vorstellbar, nur den unteren Teil der oberen Elektrode
Bei der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird gemäß
In einem anschließenden Strukturierungsschritt wird ein linker Trenngraben
Weiter mit Bezug auf
Anschließend erfolgt eine Strukturierung von der Rückseite
Weiter mit Bezug auf
Nach Erreichen des Prozesszustandes gemäß
Die Membrananordnung
Bei Verwendung einer derartigen Membrananordnung
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways.
Es ist beispielsweise ebenfalls möglich, die Kontaktstöpsel bereits im Zustand von
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine Lautsprechervorrichtung erläutert wurde, ist sie nicht auf die Lautsprechervorrichtung beschränkt, sondern für beliebige mikromechanische Membrananordnungen anwendbar, beispielsweise mikromechanische Mikrophonvorrichtungen.Although the present invention has been described with respect to a speaker device, it is not limited to the speaker device, but is applicable to any micromechanical membrane assemblies, such as micromechanical microphone devices.
Die Erfindung ist ebenfalls nicht auf die genannten Materialien für Substrat, Elektroden und Isolationsschichten beschränkt, sondern auch für andere mikromechanisch verarbeitbare Materialien ausführbar.The invention is also not limited to the materials mentioned for substrate, electrodes and insulating layers, but also for other micromechanically processable materials executable.
Selbstverständlich ist die Erfindung sowohl für einzelne MEMS-Membranvorrichtungen als auch für großflächige Arrays von MEMS-Membranvorrichtungen anwendbar. Ebenfalls integrierbar in das Herstellungsverfahren sind Prozessschritte für Ansteuereinrichtungen bzw. Auswerteeinrichtungen bzw. Packagingschritte.Of course, the invention is applicable to both single MEMS membrane devices and large area arrays of MEMS membrane devices. Process steps for control devices or evaluation devices or packaging steps can also be integrated into the production process.
Claims (16)
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