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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement mit einem Schichtaufbau,
in dem mindestens eine Membranstruktur ausgebildet ist, wobei die
Membranstruktur mindestens einen ersten Membranbereich umfasst,
der im wesentlichen parallel zu einer ersten Schicht ausgebildet
ist, und wobei zwischen diesem ersten Membranbereich und der ersten
Schicht ein Hohlraum ausgebildet ist.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines
derartigen Bauelements.
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Mikromechanische
Bauelemente mit einer Membranstruktur werden in der Praxis für verschiedenste
Applikationen benötigt.
Als Haupteinsatzgebiete seien hier die Druckmessung und die Schallaufnahme
genannt. Aber auch Inertialsensoren zum Erfassen von Beschleunigungen
oder Drehbewegungen können
eine Membranstruktur als Aufhängung für eine seismische
Masse umfassen.
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Im
Schichtaufbau einer Membranstruktur treten herstellungsbedingt oftmals
mechanische Spannungen auf, die die Funktionsfähigkeit der Membranstruktur
im Rahmen der jeweiligen Anwendung beeinträchtigen. So sollte beispielsweise
die Membran eines Mikrofons möglichst
verspannungsfrei sein, da sich mechanische Verspannungen negativ
auf die Empfindlichkeit des Mikrofons auswirken.
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In
der
deutschen Patentanmeldung
102 47 487 wird vorgeschlagen, die Empfindlichkeit eines mikromechanischen
Mikrofons durch Ausbildung von Korrugationsrillen in der Membran
zu verbessern. Die Membran des hier beschriebenen Bauelements wird
oberflächenmikromechanisch
erzeugt, indem eine Membranschicht über einer auf dem Substrat ausgebildeten
Opferschicht abgeschieden wird. Die Membran wird dann durch Entfernen
des Opferschichtmaterials im Membranbereich freigelegt. Gemäß der
deutschen Patentanmeldung 102 47
487 werden die Korrugationsrillen in der Membran durch Strukturierung
der Opferschicht vor dem Abscheiden der Membranschicht erzeugt.
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Neben
dem Erfordernis, Membranstrukturen mit einem definierten Spannungszustand
zur Verfügung
zu stellen, muss die Membranstruktur bei vielen Anwendungen auch
gegen Überbelastung
geschützt werden,
wie beispielsweise bei Inertialsensoren, die im Rahmen von sicherheitsrelevanten
Anwendungen eingesetzt werden. Aus der Praxis ist es bekannt, Inertialsensoren
mit Anschlägen
für die
seismische Masse auszustatten, die eine Überauslenkung und eine Beschädigung der
Membranstruktur verhindern und so einen Ausfall des Bauelements
bei Überbelastung
vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit
der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen zur Realisierung einer
zumindest bereichsweise spannungsfreien Membranstruktur vorgeschlagen,
mit denen sich alternativ dazu oder auch zusätzlich ein Überlastschutz bzw. eine Fixierung
in die Bauelementstruktur integrieren lässt.
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Dazu
umfasst die Membranstruktur des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements mindestens
eine Einstülpung,
die in eine komplementäre
Ausnehmung in der ersten Schicht hineinragt.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird also eine freitragende, dreidimensionale
Membranstruktur vorgeschlagen, deren Einstülpung sich durch den Hohlraum
bis in die, diesen Hohlraum begrenzende erste Schicht hinein erstreckt.
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Im
Rahmen eines ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
wird dazu im Bereich der zu erzeugenden Membranstruktur mindestens
eine Ausnehmung in der ersten Schicht erzeugt. Dann werden über der
strukturierten ersten Schicht mindestens eine Opferschicht und mindestens
eine Membranschicht über
der Opferschicht erzeugt. Schließlich wird die mindestens eine
Opferschicht im Bereich der Membranstruktur entfernt, wobei eine Einstülpung in
der Membranstruktur im Bereich der dazu komplementären Ausnehmung
in der ersten Schicht freigelegt wird. Bei dieser ersten Verfahrensvariante
bildet die erste Schicht die Basis für den Schichtaufbau des Bauelements.
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Im
Unterschied dazu wird die erste Schicht bei einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante
erst nachträglich über der
Membranschicht abgeschieden. Entsprechend diesem zweiten Herstellungsverfahren
wird im Bereich der zu erzeugenden Membranstruktur mindestens eine
Restsäule
aus einer ersten Opferschicht über
einem Substrat herausstrukturiert. Über der so strukturierten Opferschicht wird
dann zunächst
mindestens eine Membranschicht und darüber mindestens eine zweite
Opferschicht erzeugt. Erst danach wird die erste Schicht über der
zweiten Opferschicht erzeugt, so dass die aus der ersten Opferschicht
herausstrukturierte beschichtete Restsäule in die erste Schicht eingebettet ist.
Schließlich
werden noch die beiden Opferschichten im Bereich der Membranstruktur
entfernt, wobei eine Einstülpung
in der Membranstruktur und eine dazu komplementäre Ausnehmung in der ersten Schicht
freigelegt werden.
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Grundsätzlich kann
die Einstülpung
der Membranstruktur des erfindungsgemäßen Bauelements eine beliebige
Form aufweisen, solange sie bis in eine komplementäre Ausnehmung
in der ersten Schicht hineinragt. In vorteilhaften Ausgestaltungen der
Erfindung ist die Form der Einstülpung
auf die Art des Bauelements und insbesondere die Funktionen der
Membranstruktur abgestimmt.
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Soll
die Membranstruktur des erfindungsgemäßen Bauelements beispielsweise
als Teil eines Überlastschutzes
fungieren, so erweist es sich als vorteilhaft, wenn das untere Ende
der Einstülpung
einen ebenen Boden aufweist, der im wesentlichen parallel zu den
Schichtebenen des Schichtaufbaus ausgebildet ist. Die Einstülpung bildet
dann zusammen mit dem ebenen Boden der komplementären Ausnehmung
einen wohl definierten Anschlag.
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Diese
Struktur lässt
sich mit der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante beispielsweise mit
Hilfe einer Ätzstoppschicht
unterhalb der ersten Schicht realisieren, durch die das Ätzen der
Ausnehmung in der ersten Schicht begrenzt wird. Bei der zweiten
erfindungsgemäßen Verfahrensvariante
wird die Form der Einstülpung
so wie die Form der komplementären
Ausnehmung in der ersten Schicht einfach durch die Geometrie der
Restsäule
bestimmt.
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Im
Hinblick auf die Realisierung eines möglichst großen ersten Membranbereichs,
der parallel zur ersten Schicht, über dem Hohlraum ausgebildet ist
und beispielsweise als Druckaufnehmer fungiert, ist es von Vorteil,
wenn die Einstülpung
im oberen, an den ersten Membranbereich angrenzenden Bereich verengt
ist gegenüber
ihrem unteren, in die komplementäre
Ausnehmung hineinragenden Ende. Dieses verdickte Ende bildet dann
in einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung zusammen mit der komplementären Ausnehmung einen Überlastschutz
für alle
drei Raumrichtungen für
die Membranstruktur. Die Verengung im oberen Bereich der Einstülpung kann
in die Richtung ihrer kleinsten Ausdehnung eine laterale Breite
in der Größenordnung
von 10nm-100μm
besitzen. Die Verengung erstreckt sich typisch zwischen 0,1-100μm in vertikaler
Richtung. Die Membrandicke bewegt sich zwischen 10nm-100μm, die laterale
Membranausdehnung 1μm-10mm.
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Diese
Form der Einstülpung
lässt sich
im Rahmen der ersten Verfahrensvariante durch eine zweistufige Strukturierung
der ersten Schicht realisieren. In einem ersten anisotropen Ätzschritt
wird zunächst
eine Öffnung
wenigstens in der ersten Schicht erzeugt, die dann in einem zweiten
isotropen Ätzschritt
im Bodenbereich erweitert wird. Im Rahmen der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante
wird eine entsprechende Geometrie der Restsäule durch zweistufige Strukturierung
der Opferschicht erzeugt. In einem ersten anisotropen Ätzschritt
wird zunächst
der obere Abschnitt der Restsäule
freigelegt. Danach wird in einem zweiten isotropen Ätzschritt
eine Einschnürung
im Bodenbereich der Restsäule
erzeugt.
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Die
Einstülpung
kann in ihrem oberen, an den ersten Membranbereich angrenzenden
Bereich auch soweit verengt sein, dass das in die Ausnehmung hineinragende,
verdickte untere Ende der Einstülpung
ein abgeschlossenes Volumen bildet.
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Von
besonderem Vorteil ist es jedoch, wenn die Einstülpung im oberen Bereich offen
ist, was die laterale Relaxation des angrenzenden ersten Membranbereichs
begünstigt.
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Um
zu gewährleisten,
dass die Einstülpung im
oberen Bereich offen ist, muss bei der Herstellung des Bauelements
gemäß der ersten
Verfahrensvariante der Durchmesser der oberflächlichen Öffnung in der ersten Schicht
größer gewählt werden
als die doppelte Dicke der Opferschicht und der Membranschicht sowie
etwaiger weiterer Schichten zwischen der Opferschicht und der Membranschicht.
Wird das Bauelement gemäß der zweiten
Verfahrensvariante hergestellt, so ist die Einstülpung in jedem Fall offen.
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Die
Anordnung der Einstülpung
innerhalb der Membranstruktur des erfindungsgemäßen Bauelements hängt im Wesentlichen
von der Art des Bauelements und der Funktion der Einstülpung ab.
Soll die Einstülpung
lediglich als Überlastschutz
dienen, so kann sie vorteilhafterweise im Mittelbereich der Membranstruktur
ausgebildet sein. Dient die Membranstruktur insgesamt als Aufhängung für eine seismische
Masse, deren Auslenkung mit Hilfe der Einstülpung begrenzt werden soll,
so wird die Einstülpung
vorteilhafterweise in der Nähe
der seismischen Masse angeordnet. Dies sorgt für kurze Hebel und kleine Drehmomente
an der Aufhängung
der seismischen Masse und erhöht
so die kritische Bruchgrenze des Bauelements. Soll die Einstülpung mechanische
Verspannungen eines ersten Membranbereichs abbauen, so ist oftmals
eine Anordnung im Randbereich der Membranstruktur von Vorteil.
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Einfach
zu realisieren und besonders wirkungsvoll ist es, wenn die Einstülpung von
der Oberseite der Membranstruktur gesehen die Form einer punktförmigen Öffnung oder
einer Rinne aufweist.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Membranstruktur ist, dass
thermische Ausdehnungskoeffizienten bei verschiedenen Materialien von
Membran und Substrat bei entsprechender Auslegung des Systems keine
Rolle spielen. Es ist damit möglich,
ein mikroelektromechanisches System ohne Temperaturgang zu erzeugen.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauelements
werden die an die Einstülpung
angrenzenden Membranbereiche mit Hilfe der Einstülpung in einer definierten
Lage gehalten. Dazu sind die Einstülpung und die Wandung der komplementären Ausnehmung
elektrisch gegeneinander isoliert. Außerdem sind Mittel zum Anlegen
einer Spannung zwischen der Membranstruktur im Bereich der Einstülpung und
der ersten Schicht im Bereich der Ausnehmung vorgesehen. Die an
die Einstülpung
angrenzenden Membranbereiche können
so definiert elektrostatisch angezogen oder abgestoßen werden
und durch den mechanischen Anschlag der Einstülpung an der Wandung der komplementären Ausnehmung
auch definiert fixiert werden.
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Zur
Realisierung dieser Bauelementkonfiguration gemäß der ersten Verfahrensvariante
wird im Bereich der Membranstruktur mindestens eine Isolationsschicht über der
strukturierten ersten Schicht erzeugt, und zwar insbesondere zwischen
der strukturierten ersten Schicht und der Opferschicht und/oder zwischen
der Opferschicht und der Membranschicht. Bei der zweiten Verfahrensvariante
wird dazu im Bereich der Membranstruktur mindestens eine erste Isolationsschicht über der
strukturierten ersten Opferschicht erzeugt und mindestens eine zweite
Isolationsschicht zwischen der Membranschicht und der ersten Schicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Bauelements
umfasst die Membranstruktur eine freitragende Membran, die über mindestens
einen Steg mit einer elektrischen Zuleitung an einer Stelle an der
Peripherie fest mit dem Schichtaufbau des Bauelements verbunden
ist. Die Lage der Membran wird durch die Einstülpungen der Membranstruktur,
die in die komplementären Ausnehmungen
hineinragen, zusätzlich
stabilisiert. Das Spiel zwischen den Einstülpungen und den jeweils komplementären Ausnehmungen
ermöglicht eine
laterale Relaxationsbewegung, so dass eine derartige Membran weitestgehend
verspannungsfrei ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie
bereits voranstehend ausführlich
erörtert,
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten
Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
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Die 1a bis 1d zeigen
Schnittdarstellungen durch den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Bauelements
im Bereich einer Einstülpung
in verschiedenen Stadien des Herstellungsverfahrens.
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Die 2a und 2b zeigen
jeweils eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bauelement mit unterschiedlichen
Ausprägungen
der Einstülpungen.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Bauelement, das als kapazitives Mikrofonbauelement
ausgelegt ist.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Bauelement, das als Inertialsensorelement
ausgelegt ist.
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Die 5a und 5b zeigen
Schnittdarstellungen durch den Schichtaufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Bauelements
im Bereich einer Einstülpung
in verschiedenen Stadien des Herstellungsverfahrens.
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Die 6a und 6b zeigen
Schnittdarstellungen durch den Schichtaufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Bauelements
im Bereich einer Einstülpung
in verschiedenen Stadien des Herstellungsverfahrens.
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Die 7a bis 7d zeigen
Schnittdarstellungen durch den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Bauelements
im Bereich einer Einstülpung
in verschiedenen Stadien des Herstellungsverfahrens gemäß der zweiten
Verfahrensvariante.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bei
der Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß der ersten
beanspruchten Verfahrensvariante wird das Trägersubstrat 1 – das hier
als erste Schicht 1 fungiert – vor dem Aufbringen der Schichten
der Membranstruktur strukturiert, um eine Einstülpung 8 in der Membranstruktur
zu realisieren. Dazu wird eine Ausnehmung 2 im Substrat 1 erzeugt.
Die Strukturierung des Substrats 1 erfolgte hier in zwei Ätzschritten,
einem ersten anisotropen Ätzschritt,
mit dem eine Öffnung
im Substrat 1 – hier dargestellt
durch den Doppelpfeil 3 – erzeugt worden ist, und einem
zweiten isotropen Ätzschritt,
mit dem diese Öffnung 3 im
Bodenbereich – hier
dargestellt durch den Doppelpfeil 4 – erweitert worden ist. Über dem
so strukturierten Substrat 1 wurde eine Isolationsschicht 5,
beispielsweise aus SiO2 erzeugt, was in 1a dargestellt
ist.
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Der
Durchmesser der oberflächlichen Öffnung 3 wurde
im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
größer gewählt als
die doppelte Dicke der Isolationsschicht 5, einer Opferschicht 6 und
einer Membranschicht 7, die nachfolgend über dem
strukturierten Substrat 1 abgeschieden werden, was in den 1b und 1c dargestellt
ist. Dadurch wird gewährleistet,
dass die Einstülpung 8 der
Membranstruktur im oberen Bereich offen bleibt. Außerdem ist
die maximale Weite im Bodenbereich 4 breiter als die vierfache
Dicke der Isolationsschicht 5, der Opferschicht 6 und
der Membranschicht 7.
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Bei
der Opferschicht 6 kann es sich beispielsweise um eine
SiGe-Schicht handeln, die allein oder zusammen mit der Isolationsschicht 5 vor
dem Abscheiden der Membranschicht 7 ebenfalls strukturiert
werden kann. Die Membran kann beispielsweise durch eine oder mehrere
Polysiliziumschichten gebildet werden. Vorteilhaft ist hierbei,
wenn die Abscheidung konform erfolgt.
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Zum
Ende des Herstellungsprozesses wird die Opferschicht 6 beispielsweise
mit ClF3 entfernt. Dabei wird die Membranstruktur mit der Einstülpung 8 im
Bereich der dazu komplementären
Ausnehmung 2 freigelegt, was in 1d dargestellt
ist. An die Einstülpung 8 grenzen
erste Membranbereiche 9 an, die im wesentlichen parallel
zum Substrat 1 ausgebildet sind, wobei zwischen diesen
ersten Membranbereichen 9 und dem Substrat 1 ein
Hohlraum 10 ausgebildet ist. Der Doppelpfeil 11 in 1d veranschaulicht,
dass die freigelegten ersten Membranbereiche 9 ihre intrinsische
mechanische Spannung durch eine Lateralbewegung vollständig relaxieren.
Diese Relaxationsbewegung wird durch die Einstülpung 8 in der Membranstruktur
ermöglicht.
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Bei
dem in den 1a bis 1d dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird außerdem
eine elektrostatische Anziehung zwischen der Einstülpung 8 und der
Wandung der Ausnehmung 2 realisiert, was durch die Pfeile 12 in 1d angedeutet
wird. Dazu müssen
die Einstülpung 8 und
die Wandung der komplementären
Ausnehmung 2 elektrisch gegeneinander isoliert sein, was
einfach durch die Isolationsschicht 5 zwischen dem strukturierten
Substrat 1 und der Opferschicht 6 gegeben ist,
aber auch durch eine Isolationsschicht zwischen der Opferschicht 6 und der
Membranschicht 7 erreicht werden kann. Außerdem müssen Mittel
zum Anlegen einer Spannung zwischen der Membranstruktur und dem
Substrat 1 vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Einstülpung 8 dann
elektrostatisch in der Ausnehmung 2 fixiert werden kann.
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In
den 2a und 2b ist
jeweils ein erfindungsgemäßes Bauelement 20 und 21 mit
einer in Draufsicht kreisförmigen
Membran 22 dargestellt. Die Membran 22 ist in
beiden Fällen über eine
Zuleitung 23 elektrisch kontaktierbar. Die Membran 22 des Bauelements 20 ist
mit mehreren Einstülpungen
mit punktförmigen Öffnungen 24 versehen,
die gleichmäßig über den
Randbereich der Membran 22 verteilt angeordnet sind. Im
Unterschied dazu weist die Membran 22 des Bauelements 21 lediglich
eine in sich geschlossene kreislinienförmige Rinne 25 als Einstülpung auf,
die im Randbereich der Membran 22 verläuft.
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Die
Schnittdarstellung der 3 zeigt den Schichtaufbau eines
erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelements 30, das als kapazitives Mikrofonbauelement
ausgelegt ist. Im Schichtaufbau ist über einer ersten Schicht 31 eine
Membranstruktur 32 ausgebildet, deren Mittelbereich 33 im
wesentlichen parallel zu der ersten Schicht 31 gelagert
ist, so dass zwischen diesem Mittelbereich 33 und der ersten
Schicht 31 ein Hohlraum 34 ausgebildet ist. Der Mittelbereich 33 ist über Einstülpungen 35 in
der Membranstruktur 32 aufgehängt bzw. gelagert. Diese Einstülpungen 35 sind
im Randbereich der Membranstruktur 32 angeordnet und ragen
jeweils in eine komplementäre
Ausnehmung 36 in der ersten Schicht 31 hinein.
Der obere Bereich der Einstülpung 35,
der an den Mittelbereich 33 der Membranstruktur 32 angrenzt,
ist zwar gegenüber
ihrem unteren, in die komplementäre
Ausnehmung 36 hineinragenden Ende verengt aber offen, was
eine laterale Relaxation des Mittelbereichs 33 zusätzlich begünstigt.
Wie voranstehend in Verbindung mit 1d beschrieben, ist
die Membranstruktur 32 im Betrieb über die Einstülpungen 35 im
Randbereich elektrostatisch fixiert.
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Die
erste Schicht 31 (erste Backplate) ist über eine erste Isolationsschicht 37 auf
einem Substrat 38 angeordnet. Im Substrat 38 ist
eine Kaverne 39 ausgebildet, die über Lüftungskanäle 40 in der ersten Schicht 31 mit
dem Hohlraum 34 unter dem Mittelbereich 33 der
Membranstruktur 32 kommuniziert. Über einer zweiten Isolationsschicht 41 auf
der ersten Schicht 31 und über der Membranstruktur 32 ist
eine zweite Backplate 42 angeordnet, die mit Durchgangsöffnungen 43 über dem
Mittelbereich 33 der Membranstruktur 32 versehen
ist. Des Weiteren sind in 3 ein elektrischer
Kontakt 44 für
die Membranstruktur 32 und jeweils ein elektrischer Kontakt 45 und 46 für die erste
und die zweite Backplate 31 und 42 dargestellt.
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Die
Schnittdarstellung der 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement 50,
das einen ähnlichen
Schichtaufbau hat wie das in 3 dargestellte Bauelement 30,
aber als Inertialsensorelement ausgelegt ist. Auch im Fall des Bauelements 50 ist über einer
ersten Schicht 51 eine Membranstruktur 52 ausgebildet.
Allerdings ist der Mittelbereich 53 dieser Membranstruktur 52 mit
einer seismischen Masse 54 verbunden, die aus der ersten
Schicht 51 herausstrukturiert worden ist.
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Die
Randbereiche 60 der Membranstruktur 52, in denen
Einstülpungen 55 ausgebildet
sind, dienen als Federaufhängung
für die
seismische Masse 54. Die Einstülpungen 55 ragen jeweils
in eine komplementäre
Ausnehmung 56 in der ersten Schicht 51 hinein.
Wie auch bei dem in 3 dargestellten Bauelement 30,
ist der obere Bereich der Einstülpungen 55 gegenüber dem
unteren, in die komplementäre Ausnehmung 56 hineinragenden
Ende verengt aber offen, was die Federwirkung verbessert. Außerdem bilden
die Einstülpungen 55 so
zusammen mit den komplementären
Ausnehmungen 56 einen Überlastschutz
in alle drei Raumrichtungen für
das Bauelement 50.
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Auch
im Fall des Bauelements 50 ist die erste Schicht 51 über eine
erste Isolationsschicht 57 auf einem Substrat 58 angeordnet.
Unterhalb der seismischen Masse 54 ist im Substrat 58 eine
Kaverne 59 ausgebildet. Des Weiteren sind in 4 ein
elektrischer Kontakt 61 für die Membranstruktur 52 und
ein elektrischer Kontakt 62 für die Backplate 51 dargestellt.
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Die 5a/b
und 6a/b zeigen unterschiedliche Realisierungsformen
für Einstülpungen der
Membranstruktur eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß der ersten
beanspruchten Verfahrensvariante.
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Bei
dem in den 5a und 5b dargestellten
Ausführungsbeispiel
befindet sich unter der ersten Schicht 70 eine Ätzstoppschicht 71.
Wie im Fall der 1 erfolgte die Strukturierung
der ersten Schicht 70 in zwei Ätzschritten, einem ersten anisotropen Ätzschritt,
mit dem eine Öffnung
in der ersten Schicht 70 erzeugt worden ist, und einem
zweiten isotropen Ätzschritt,
mit dem diese Öffnung
im Bodenbereich erweitert worden ist. Das anisotrope Ätzen im
zweiten Ätzschritt
wurde hier allerdings durch die Ätzstoppschicht 71 begrenzt,
so dass eine Ausnehmung 72 mit ebenem Boden in der ersten
Schicht 70 entstanden ist. über der so strukturierten ersten Schicht 70 wurden
eine Isolationsschicht 73, eine Opferschicht 74 und
eine Membranschicht 75 erzeugt, was in 5a dargestellt
ist.
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Am
Ende des Herstellungsprozesses wird die Membranstruktur durch Entfernen
der Opferschicht 74 freigelegt. Dabei entsteht auch die
in 5b dargestellte Einstülpung 76, deren unteres Ende
einen ebenen Boden aufweist, der im wesentlichen parallel zum Boden
der Ausnehmung 72 und den Schichtebenen des Schichtaufbaus
ausgebildet ist.
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Bei
der in den 6a und 6b dargestellten
Variante wird ebenfalls eine Einstülpung 79 mit vergleichsweise
ebenem unteren Ende erzeugt. Dazu wurde der zweite isotrope Ätzschritt
bei der Strukturierung der ersten Schicht 78 wiederum unterteilt
in einen ersten isotropen Ätzschritt
und einen zweiten anisotropen Ätzschritt.
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Anhand
der 7a bis 7d wird
nachfolgend die zweite beanspruchte Verfahrensvariante zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Bauelements
erläutert,
insbesondere das Erzeugen einer Membranstruktur mit einer Einstülpung.
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Auch
diese Verfahrensvariante geht von einem Trägersubstrat 80 aus.
Zunächst
wird eine erste Isolationsschicht 81 auf das Substrat 80 aufgebracht, über der
dann eine erste Opferschicht 82 abgeschieden und strukturiert
wird. Die Strukturierung der ersten Opferschicht 82 erfolgte
im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
in mindestens zwei Ätzschritten, einem
ersten anisotropen Ätzschritt,
bei dem der obere Abschnitt einer Restsäule 83 aus Opferschichtmaterial
freigelegt wurde, und einem zweiten isotropen Ätzschritt, mit dem eine Einschnürung im Bodenbereich
dieser Restsäule 83 erzeugt
wurde. 7a zeigt den Schichtaufbau mit
der Restsäule 83 nach
dem Aufbringen einer zweiten Isolationsschicht 84. Anschließend werden
eine Membranschicht 85 und eine zweite Opferschicht 86 über der
Membranschicht 85 erzeugt, was in 7b dargestellt
ist. Nach dem Aufbringen einer dritten Isolationsschicht 87 wird
die gesamte Struktur der Restsäule 83 in
ein Backplatematerial 88 eingebettet, was durch 7c veranschaulicht
wird. Das Backplatematerial 88 fungiert als erste Schicht 88 des
Schichtaufbaus des zu erzeugenden Bauelements. Durch Entfernen der
beiden Opferschichten 82 und 86 wird die Membranstruktur
freigelegt. Dabei entsteht im Bereich der Restsäule 83 eine Einstülpung 89 in
der Membranstruktur und eine dazu komplementäre Ausnehmung 90 in
der ersten Schicht 88, was in 7d dargestellt ist.
An die Einstülpung 89 grenzen
jeweils erste Membranbereiche 91 an, die im wesentlichen
parallel zur ersten Schicht 88 ausgebildet sind.
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Bei
dem in den 7a bis 7d dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird eine elektrostatische Anziehung zwischen den ersten Membranbereichen 91 und
der ersten Schicht 88 in den an die Einstülpung 89 bzw.
die Ausnehmung 90 angrenzenden Bereichen realisiert, was
durch die Pfeile 92 in 7d angedeutet
wird.
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Der
Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die fragile Membran durch
das Substrat auf der einen und die Backplate auf der anderen Seite
mechanisch geschützt
ist.