DE102006055147A1

DE102006055147A1 - Schallwandlerstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur

Info

Publication number: DE102006055147A1
Application number: DE102006055147A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dr. Dehe; Stefan Barzen; Marc Dr. Füldner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: US20180103325A1; US20140079277A1; US10034100B2; US7912236B2; US20200169819A1; US11115755B2; US9668056B2; US10567886B2; CN101222792A; DE102006055147B4; US20080104825A1; US20110170735A1; US20170034634A1; CN101222792B; US8542853B2

Abstract

Zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur wird Membranunterstützungsmaterial auf eine erste Hauptoberfläche eines Membranträgermaterials aufgebracht und es wird Membranmaterial in einem Schallwandelbereich und einem Randbereich auf einer Oberfläche des Membranunterstützungsmaterials aufgebracht. Ferner wird Gegenelektrodenunterstützungsmaterial auf einer Oberfläche des Membranmaterials aufgebracht und Vertiefungen werden im Schallwandelbereich des Membranmaterials erzeugt. Gegenelektrodenmaterial wird auf dem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial aufgebracht und Membranträgermaterial und Membranunterstützungsmaterial wird im Schallwandelbereich bis zu dem Membranmaterial entfernt.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schallwandlerstruktur bzw. auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen und insbesondere darauf, wie sich unterschiedliche Schallwandlerstrukturen herstellen lassen und wie die Geometrien und Merkmale der Schallwandlerstrukturen angepasst werden können, um unterschiedliche Anforderungen an die Schallwandlerstrukturen zu erfüllen.
Schallwandlerstrukturen werden in einer Vielzahl von Applikationen verwendet, wie beispielsweise in Mikrofonen oder Lautsprechern, die sich beide prinzipiell lediglich dadurch unterscheiden, dass bei Mikrofonen Schallenergie in elektrische Energie und bei Lautsprechern elektrische Energie in Schallenergie gewandelt wird. Da Schallwandler dynamische Druckänderungen nachweisen bzw. erzeugen, betrifft die Erfindung auch Drucksensoren.
Generell sollen Schallwandler, wie beispielsweise Mikrofone, mit niedrigen Kosten herstellbar, und möglichst klein sein. Aufgrund dieser Anforderungen werden Mikrofone bzw. Schallwandler oft in Silizium-Technologie hergestellt, wobei sich aufgrund der unterschiedlichen gewünschten Anwendungsgebiete bzw. Empfindlichkeiten eine Vielzahl möglicher Konfigurationen von Schallwandlern ergibt, die jeweils unterschiedliche geometrische Konfigurationen aufweisen. Mikrofone können dabei beispielsweise auf dem Prinzip der Kapazitätsmessung basieren. Eine bewegliche Membran, die durch Druckänderungen verformt bzw. ausgelenkt wird, wird im geeigneten Abstand zu einer Gegenelektrode angeordnet, so dass eine sich durch Verformung bzw. Auslenkung der Membran ergebende Kapazitätsänderung zwischen Membran und Gegenelektrode dazu verwendet wer den kann, auf Druckänderungen bzw. Schalländerungen zu schließen. Eine solche Struktur wird typisch mit einer Vorspannung betrieben, d.h. zwischen Membran und Gegenelektrode wird ein an die jeweiligen Gegebenheiten frei anpassbares Potenzial angelegt.
Andere Parameter, die die Empfindlichkeit eines solchen Mikrofons bzw. das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) des Mikrofons bestimmen, sind dabei beispielsweise die Steifigkeit der Membran, der Durchmesser der Membran oder die Steifigkeit der Gegenelektrode, die sich ggf. unter Einfluss der elektrostatischen Kraft zwischen Membran und Gegenelektrode ebenfalls verformt. Je nach Anforderungsprofil (für einen fertig prozessierten Schallwandler) ergeben sich daher unterschiedliche Möglichkeiten, wie beispielsweise eine Kombination von niedriger gewünschter Betriebsspannung mit mittlerer mechanischer Empfindlichkeit, eine Kombination von niedriger Betriebsspannung mit hoher mechanischer Empfindlichkeit oder eine Kombination von hoher Betriebsspannung mit mittlerer mechanischer Empfindlichkeit.
Über die mechanische Eigenschaft der verwendeten Materialien hinaus ist dabei oftmals eine besonders hohe Anforderung an die Fertigungstoleranz des Membrandurchmessers bzw. der Membrandimension gestellt, welche wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften eines Mikrofons haben. Dies ist besonders dann relevant, wenn mehrere Mikrofone in einem Array verwendet werden sollen und demzufolge möglichst identische Charakteristiken aufweisen müssen. Oftmals wird ein Mikrofonchip, dessen Membran von beiden Seiten zugänglich ist, auf einem Substrat schalldicht aufgeklebt. Dadurch wird von einer Seite der Membran ein Rückvolumen abgeschlossen, das eine Kavität bildet. Die Eigenschaften des gebildeten Hohlraums sind dann mitbestimmend für die Empfindlichkeit und das SNR des Mikrofons, da die Kavität der Auslenkung oder Verformung der Membran entgegenwirkt und diese Bewegung dämpfen kann, da die Membran gewissermaßen gegen ein Volumen einer bestimmten „Zä higkeit" arbeiten muss. Für eine quantitative Abschätzung dieses Effekts spielt hierbei insbesondere der Durchmesser der Membran im Verhältnis zum gegebenen Kavitätsvolumen eine Rolle.
In Anbetracht der Vielfalt der möglichen Elemente und der Vielzahl der Parameter stellt sich oft das Problem, dass Produktionslinien geschaffen werden müssen, mit deren Hilfe es möglich ist, unterschiedlichste Schallwandlerstrukturen zu fertigen.
Zusammenfassung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Schallwandlerstruktur hergestellt, indem Membranunterstützungsmaterial auf ein Membranträgermaterial aufgebracht wird; indem Membranmaterial in einem Schallwandelbereich und einem Randbereich auf einer Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials aufgebracht wird; indem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial auf einer Hauptoberfläche des Membranmaterials aufgebracht wird; indem Ausnehmungen in einer Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials im Schallwandelbereich erzeugt werden; indem Gegenelektrodenmaterial auf der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials aufgebracht wird; und indem Membranträgermaterial und Membranunterstützungsmaterial im Schallwandelbereich bis zu einer zweiten Hauptoberfläche des Membranmaterials entfernt wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Schallwandlerstruktur;
2a, 2b zeigen Ausschnittsvergrößerungen des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
3 zeigt eine weitere Ausschnittsvergrößerung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
4 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Schnittansicht einer Konfiguration eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung während der Herstellung;
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur;
12 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur;
13 zeigt eine Prinzipskizze zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Prinzipskizze zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
15 zeigt eine Prinzipskizze zur Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf die 1 bis 10 werden im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung diskutiert, wobei in den Zeichnungen für funktionsidentische oder funktionsähnliche Objekte identische Bezugszeichen vergeben sind, so dass mit identischen Bezugszeichen bezeichnete Objekte innerhalb der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele austauschbar sowie deren Beschreibung wechselseitig aufeinander anwendbar ist.
Gleiches gilt für die anhand der 10 bis 15 beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur.
1 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Da die 2a, 2b und 3 jeweils Ausschnittsvergrößerungen der Aufsicht des Ausführungsbeispiels von 1 zeigen, werden die 1, 2a, 2b und 3 in den folgenden Absätzen zusammen diskutiert.
1 zeigt als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Mikrofon, welches in Silizium-Technologie auf einem Trägersubstrat (Wafer) 2 aufgebaut ist.
1 zeigt eine Gegenelektrode 4, unter der eine Membran 6 angeordnet ist, sowie elektrische Kontaktierungsfelder (Pads) 8a, 8b und 8c, welche, wie weiter unten beschrieben, der Kontaktierung des Mikrofons, insbesondere der Gegenelektrode und der Membran dienen.
1 zeigt ferner Kontaktbereiche 10a und 10b, die die Kontakte 8a, 8b und 8c umfassen und deren Ausschnittsvergrößerungen in den 2a und 2b dargestellt sind.
2a wiederum zeigt einen Guard-Anschlussbereich 12, dessen Ausschnittsvergrößerung in 3 gezeigt ist.
Wie bereits eingangs beschrieben, beruht die Schallwandlung bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Silizium-Mikrofons darauf, dass eine Membran 6 relativ zu einer festen Gegenelektrode 4 ausgelenkt wird und dass die daraus resultierende Kapazitätsänderung zwischen Membran 6 und Gegenelektrode 4 als Messgröße erfasst wird. An Membran 6 sowie Gegenelektrode 4 bzw. deren Kontaktierung sind dabei eine Reihe von Anforderungen gestellt, die im Folgenden kurz, Bezug nehmend auf die 1 bis 3 näher beschrieben werden. Da bezüglich des Materials der Membran 6 bzw. der Gegenelektrode 4 und des Trägersubstrats 2 keine prinzipielle Beschränkung besteht, wird im Folgenden das Material der Membran allgemein als Membranmaterial und das Material der Gegenelektrode 4 als Gegenelektrodenmaterial bezeichnet. In einem Ausführungsbeispiel bestehen Membran 4 und Gegenelektrode 6 aus Polysilizium bestehen, welches ggf. geeignet dotiert sein kann, um gewünschte mechanische Eigenschaften zu erzeugen.
Generell muss also die Membran 6 beweglich relativ zur Gegenelektrode 4 angeordnet sein, was voraussetzt, dass sich diese oberhalb eines freien Volumens befindet, welches in dieser Schnittansicht aufgrund der Perspektive nicht sichtbar ist, sich jedoch unterhalb der Membran 6 befindet. In den Schnittansichten weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die in den 4 bis 9 gezeigt sind, wird dieses Volumen zu erkennen sein. In diesem Zusammenhang wird auch die Einflussnahme des Volumens, insbesondere dessen Größe, auf die Signalparameter des Mikrofons diskutiert werden.
Zur Beschaltung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung von 1 ist es mithin mindestens erforderlich, die Gegenelektrode 4 und Membran 6 zu kontaktieren, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel Kontakt 8a eine elektrische Kontaktierung der Membran 6 erlaubt, wie es in 2a gezeigt ist. Ferner ermöglicht Kontakt 8c eine Kontaktierung der Gegenelektrode 4, wie es in 2b gezeigt ist. Zusätzlich ist in 2a ein Kontakt 8b gezeigt, der dazu dient, eine Guard-Struktur 14, zu kontaktieren, die die Membran 6 umschließt, wie es in den 2a, 2b und 3 zu sehen ist. Die Guard-Struktur 14 dient dazu, einen statischen, inhomogenen Anteil an der Kapazitätsmessung, wie er durch die geometrische Anordnung der Membran 6 und der Gegenelektrode 4 unvermeidbar ist, zu unterdrücken. Dazu ist zu bemerken, dass aufgrund des Konstruktionsprinzips die Membran zwei funktional unterschiedliche Bereiche aufweist. In einem in 3 dargestellten Randbereich 16 ist die Membran nicht beweglich, da sie in diesem Randbereich mechanisch mit dem Trägersubstrat 2 verbunden ist. Auch die Gegenelektrode 4 muss mechanisch mit dem Trägersubstrat 2 verbunden sein, was im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in den 2a, 2b und 3 ersichtlich ist.
Generell ist es ein Ziel bei der Konstruktion eines Mikrofons, ein möglichst hohes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) zu erzielen. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die zu messende Kapazitätsänderung verglichen mit der statischen Kapazität der nicht druckbeaufschlagten Anordnung möglichst groß ist. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, die Membran möglichst dünn zu gestalten, so dass diese sich bereits bei leichten Druckänderungen (geringen Schalldruckpegeln) signifikant verbiegt. In diesem Zusammenhang sind auch die Randbereiche 16 wichtig, in denen sich zwangsläufig eine statische Kapazität zwischen Membran 6 und Gegenelektrode 4 ergibt, welche unveränderlich ist, da der Abstand der Gegenelektrode 4 zur Membran 6 hier festgelegt ist. Je größer dieser statische Anteil der Kapazität an der Gesamtkapazität ist, desto geringer wird das SNR.
Zur Optimierung wird daher im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Gegenelektrode 4 nicht auf ihrem gesamten Umfang mit dem Trägersubstrat verbunden, sondern lediglich mit, beispielsweise in 3 vergrößert dargestellten, äquidistant angeordneten Verbindungselementen 18. Dadurch ergibt sich eine geringere Fläche der Überlappung von Membran 6 und Gegenelektrode 4 und daraus resultierend ein geringerer statischer Kapazitätsanteil als im Fall der vollständigen Überdeckung. Um den Einfluss der statischen Kapazität weiter zu minimieren, ist die Guard-Struktur 14 vorgesehen, die bei geeigneter Beschaltung den Einfluss der statischen Kapazität weiter verringert.
Wie in 3 weiter gut ersichtlich, weist die Gegenelektrode 4 eine Vielzahl von Ausnehmungen 18 auf, die sich durch das Gegenelektrodenmaterial erstrecken und die Gegenelektrode gewissermaßen perforieren. Dies ist im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel vorgesehen, um zu ermöglichen, dass auf das Mikrofon einfallende Druckänderungen ungestört an die Membran 6 gelangen können. Alternativ wäre es möglich, die Membran 6 oberhalb der Gegenelektrode 4 anzubringen. Allerdings ist die Membran 6 aufgrund der gewünschten Verformbarkeit das bei weitem empfindlichste Bauelement des Mikrofons, so dass die erfindungsgemäße Lösung den erheblichen Vorteil bietet, die Membran 6 mechanisch zu schützen, da die stabilere Gegenelektrode 4 die diejenige Schicht bildet, die in Richtung der Umgebung weist.
Für eine störungsfreie, idealisierte Messung, wäre eine kolbenförmige Bewegung der Membran 6 wünschenswert. Würde sich die Membran als Ganzes, ohne sich zu verformen, relativ zur Gegenelektrode 4 bewegen, ergäbe sich, in Analogie zum Plattenkondensator, ein linearer Zusammenhang zwischen (infinitesimaler) Auslenkungsänderung und gemessener Kapazität.
Diese Forderung ist aufgrund der hoch integrierten Anordnung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Silizium-Mikrofons nur näherungsweise zu erfüllen. Zur Erhöhung der mechanischen Empfindlichkeit, also der Fähigkeit, auf geringe Schalldruckänderungen zu reagieren, kann beispielsweise die Dicke der Membran verringert werden. Gleichzeitig kann das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Mikrofons mit unterschiedlichen Betriebsspannungen betrieben werden, d.h. zwischen Gegenelektrode 4 und Membran 6 können verschieden hohe Spannungen angelegt werden. Durch die sich ergebende elektrostatische Anziehung zwischen Gegenelektrode 4 und Membran 6 kann so ebenfalls die Empfindlichkeit der Membran bzw. der gesamten Anordnung variiert werden. Dabei ergibt sich jedoch eventuell das Problem, dass sich bei zu hoher Spannung unter dem Einfluss der elektrostatischen Kraft auch die Gegenelektrode 4 verformt, was im Sinne der Reproduzierbarkeit der Messungen nicht wünschenswert ist.
Die Verringerung der Dicke der Membran ist zum einen durch die Stabilität der Membran selbst (Zerstörung bei zu hohem Schalldruck bzw. zu hoher Spannung) limitiert. Zum anderen besteht bei einer sich zu stark durchbiegenden Membran die Gefahr, dass diese bis zur Gegenelektrode ausgelenkt wird und aufgrund von Adhäsionskräften an dieser haften bleibt. Ein weiterer Parameter, der bei dem Design eines erfindungsgemäßen Mikrofons variiert werden kann und der maßgeblichen Einfluss auf die Messergebnisse hat, ist der Durchmesser der Membran. Dieser ist bei der Produktion einer Vielzahl von Mikrofonen also idealerweise exakt einzuhalten, um die Repro duzierbarkeit einer Messung mit mehreren erfindungsgemäßen Mikrofonen sicherzustellen. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn mehrere erfindungsgemäße Mikrofone in einem Array betrieben werden sollen.
Wie oben beschrieben, gibt es eine Vielzahl von geometrischen Randbedingungen, die beim Design eines Mikrofons oder einer Schallwandlerstruktur berücksichtigt werden müssen bzw. deren Einhaltung mit hoher Präzision erforderlich ist. In denen im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Möglichkeiten aufgezeigt, die einzelnen Randbedingungen zu erfüllen, bzw. mittels geeigneter Designmaßnahmen ein auf den vorgesehenen Verwendungszweck optimiertes Mikrofon zu schaffen.
Dabei bietet die vorliegende Erfindung den großen Vorteil, dass alle Designoptionen in einem einzigen Herstellungsprozess verwirklicht werden können, da dieser vollständige Modularität besitzt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auf einzigartige Weise, einzelne der im Folgenden beschriebenen Optionen zu implementieren, ohne dass durch Weglassen einer Option die Aufnahme einer anderen Option verhindert würde. Der weiter unten beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsprozess bzw. das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist so beschaffen, dass alle Mikrofonvarianten mit einer möglichst geringen Anzahl von Schritten hergestellt werden können. Dabei können je nach Bedarf Teilmodule implementiert werden oder entfallen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die mechanischen Eigenschaften der Membran durch Variation der Dicke derselben und durch Implantation geeigneter Dotierstoffe in die Membran variiert werden können.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schallwandlerstruktur, welche auf einem Trägersubstrat (Wa fer) 2 aufgebaut ist. Die in 4 gezeigte Schnittansicht, die beispielsweise eine Projektion bzw. eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels sein kann, zeigt die Membran 6 und die Gegenelektrode 4, welche die bereits oben beschrieben Ausnehmungen 18 aufweist.
Ferner sind in 4 Kontaktierungen 8a und 8b gezeigt, die sich von einer Hauptoberfläche der Schallwandlerstruktur bis zu den die Gegenelektrode bildenden Gegenelektrodenmaterial bzw. bis zu der Guard-Struktur 14 durch eine ggf. aufgebrachte Zwischenschicht 20 erstrecken, um die Strukturen elektrisch kontaktieren zu können.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass, um die relevanten Oberflächen der dreidimensionalen, im Zusammenhang mit dieser Erfindung zitierten Materialschichten eindeutig zu bezeichnen, die Terminologie Hauptoberfläche sich im Folgenden auf diejenigen Oberflächen bezieht, deren Flächennormale parallel oder antiparallel zu der in 4 eingezeichneten Aufbaurichtung 24 verläuft. Es sind dies also diejenigen Flächen, die den größten Anteil an der Oberfläche der diskutierten Schichten bzw. lagenartigen Strukturen aufweisen.
Dabei wird im Folgenden insbesondere unter der Bezeichnung erste Hauptoberfläche diejenige Oberfläche verstanden, deren Flächennormale in Richtung der Aufbaurichtung 24 weist. Die Aufbaurichtung 24 gibt dabei diejenige Richtung an, in der während der Herstellung einzelne aufeinanderfolgende Schichten der Schallwandlerstruktur auf der Oberfläche des Trägersubstrats 2 aufgebracht werden. Analogie bezeichnet der Begriff zweite Hauptoberfläche diejenigen Oberflächen, deren Flächennormale entgegengesetzt der Aufbaurichtung 24 weist.
Auf der ersten Hauptoberfläche der Membran 6 befindet sich im Randbereich eine zweite Oxidschicht 26, auf der die Gegenelektrode 4 angeordnet ist und die diese mechanisch unterstützt. Da die zweite Oxidschicht 26 der Unterstützung der Gegenelektrode 4 dient und unter anderem deren Dicke den Abstand zwischen Gegenelektrode 4 und Membran 6 bestimmt, wird der Begriff zweite Oxidschicht im Folgenden synonym mit dem Begriff Gegenelektrodenunterstützungsmaterial verwendet, um die Funktion der zweiten Oxidschicht zu betonen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 beispielsweise zwischen 1000 nm und 3000 nm bzw. zwischen 500 nm und 3000 nm, um die gewünschte Funktionalität eines erfindungsgemäßen Mikrofons zu erzielen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt dabei die Dicke der Membran 6 bzw. des Membranmaterials 100 nm bis 500 nm bzw. 100 nm bis 1000 nm. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Stärke des Membranunterstützungsmaterials zwischen 100 nm und 1000 nm, um die gewünschte Membranunterstützung zu erzielen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Gegenelektrodenmaterials 600 nm-1800 nm bzw. 500 nm bis 2500 nm, um die erforderliche Stabilität der Gegenelektrode 4 zu erzielen.
Um die erfindungsgemäße Schallwandleranordnung von 4 gegen Umwelteinflüsse zu schützen, ist optional eine isolierende Zwischenschicht 20 aufgebracht, die zusätzlich Unebenheiten ausgleichen kann. Zusätzlich kann eine Passivierung 28 auf der Oberfläche der Schallwandlerstruktur angebracht.
Wie eingangs beschrieben, ist die Membran 6 im Randbereich 16 über das Membranunterstützungsmaterial 22 fixiert bzw. mit dem Trägersubstrat 2 verbunden, so dass sich die Membran 6 unter dem Schalldruck nur im Schallwandelbereich 30 bewegen bzw. verformen kann, der in 4 durch gestrichelte Linien begrenzt wird.
Beim in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind auf der Gegenelektrode 4 innerhalb des Schallwandelbereichs 30 eine Mehrzahl von Erhöhungen (Bumps) 32 auf der zweiten Hauptoberfläche der Gegenelektrode 4 angeordnet, so dass diese Bumps in Richtung der Membran 6 weisen.
Erfindungsgemäß kann durch die Bumps 32 ein Anhaften der Membran 6 an der Gegenelektrode 4 selbst dann verhindert werden, wenn diese so stark ausgelenkt wird, dass sie in mechanischem Kontakt zur Gegenelektrode 4 gerät.
Gegenüber der Möglichkeit, Bumps auf der Oberfläche der Membran 6 selbst anzuordnen, hat das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel von 4 den Vorteil, dass bei Anordnung der Bumps 32 auf der Gegenelektrode 4 die träge Masse der Membran 6 nicht durch die Bumps erhöht wird. Dies würde eine Verringerung der Empfindlichkeit hervorrufen und wäre gerade dann kontraproduktiv, wenn die Membran 6 dünn und somit leicht verformbar ist, und dadurch eine geringe träge Masse besitzt.
Daher kann in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Empfindlichkeit der Membran, d.h. die mechanische Spannung der Membran allein durch Dicke und Implantation der Membran 6 festgelegt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dabei als Membranmaterial amorphes Silizium verwendet, welches mit Phosphor dotiert wird. Nach der Dotierung wird eine Kristallisation durchgeführt, die durch Temperung das Bilden polykristallinen dotierten Siliziums ermöglicht. Dabei bestimmen die Dotierung und die Temperung die Spannung im Material.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Gegenelektrode aus einer Metallschicht hergestellt, die zusätzlich mit Siliziumnitrid verstärkt sein kann.
Die nun folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die in den 5 bis 9 dargestellt sind, zeigen weitere Möglichkeiten, einen Schallwandler hinsichtlich seiner Eigenschaften zu optimieren. Dabei sind zahlreiche Komponenten in den folgenden Ausführungsbeispielen mit den entsprechenden Komponenten von 4 funktionsidentisch bzw. von identischer geometrischer Form, so dass bei der Diskussion der folgenden Ausführungsbeispiele auf eine Wiederholung der Diskussion identischer Komponenten verzichtet wird, wobei darüber hinaus auf die Einzeichnung der diese Komponenten betreffenden Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet wird.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die mechanische Nachgiebigkeit der Membran bzw. deren Fähigkeit zur Auslenkung parallel zur Aufbaurichtung 24 durch Korrugationsrillen 34 verbessert wird, die von der runden Membran in konzentrischer Anordnung im Schallwandelbereich gebildet werden.
Eine Korrugationsrille ist eine Struktur der Membran 6, die eine geschlossene Kontur im Membranmaterial bildet. Im Ausführungsbeispiel von 5 sind die Korrugationsrillen in Richtung der Gegenelektrode 4 geformt. Dies hat den Vorteil, dass die kompakte Bauart des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung von 5 mit oberhalb der Membran 6 liegender Gegenelektrode 4 ermöglicht wird. Wären die Korrugationsrillen 34 entgegen der Aufbaurichtung 24 angeordnet, würde sich die Höhe des Gesamtaufbaus dadurch vergrößern, dass die Dicke des Membranunterstützungsmaterials 22 so weit erhöht werden müsste, dass während der Produktion die Kontur der Korrugationsrillen 34 vollständig innerhalb des Membranunterstützungsmaterials 22 geformt werden kann.
Die Tatsache, dass Korrugationsrillen 34 und Bumps 32 nicht beide auf der Membran 6 angeordnet sind, hat den großen Vor teil, dass im später beschriebenen Herstellungsverfahren sämtliche Optionen offengehalten sind, das heißt, es können Korrugationsrillen 34, Bumps 32 oder beide Strukturen erzeugt werden, wobei ein Weglassen einer Komponente den Produktionsprozess nicht negativ beeinflusst.
Darüber hinaus hat das Ausführungsbeispiel der Erfindung von 5 den Vorteil, dass durch die Tatsache, dass Korrugationsrillen 34 und Bumps 32 auf einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Membran 6 und der Gegenelektrode 4 in einander zugewandter Orientierung angebracht sind, dass auch innerhalb der die Form der Korrugationsrillen 34 wiedergebenden Korrugationsnegativformen 36 Bumps 32 angebracht werden können. Somit kann ein Anhaften der Membran 6 an die Gegenelektrode 4 auch im Bereich der Korrugationsrillen 34 effizient verhindert werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Korrugationsrillen zwischen 300 nm bis 2000 nm bzw. zwischen 300 nm und 3000 nm von der Oberfläche der Membran erhaben.
Im in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf der zweiten Hauptoberfläche der Gegenelektrode 4 eine Schicht eines Stabilitätsverbesserungsmaterials 40 aufgebracht, welches eine höhere mechanische Zugspannung aufweist als das Gegenelektrodenmaterial 4. Mittels des in 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann der Einsatzbereich eines Mikrofons bzw. einer erfindungsgemäßen Schallwandlerstruktur erheblich ausgedehnt werden, da die mechanische Steifigkeit der Gegenelektrode 4 durch lediglich einen einzigen zusätzlichen Prozessschritt erheblich verbessert werden kann. So kann eine erfindungsgemäße Schallwandlerstruktur sowohl bei niedrigen Spannungen (beispielsweise kleiner 3 Volt) als auch bei erhöhten elektrischen Vorspannungen (beispielsweise > 5 V) betrieben werden, bei denen die Durchbiegung einer Gegenelektrode 4 ohne Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 nicht mehr vernachlässigbar ist. Dabei hat das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel gegenüber dem einfachen Erhöhen der Stärke der Gegenelektrode 4 den Vorteil, dass die Steifigkeit der Gegenelektrode 4 deutlich erhöht wird, ohne dass die Gleichmäßigkeit des Dickenprofils der Gegenelektrode 4 beeinträchtigt wird, was bei signifikanter Erhöhung der Dicke der Gegenelektrode 4 aufgrund von Prozessschwankungen unweigerlich der Fall wäre. Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, dass das zeitaufwändige und teure Abscheiden einer dicken Schicht Gegenelektrodenmaterial vermieden werden kann, was die gesamte Prozesseffizienz erheblich erhöht. Dies vermeidet auch das aufwändige strukturieren (ätzen) solch dicker Schichten in weiteren Prozessschritten.
Dabei wird im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Gegenelektrode 4 mit der Dicke des Stabilitätsverbesserungsmaterials 40 ebenfalls steifer, die mögliche Dickenerhöhung ist dabei lediglich durch die entstehende Topologie begrenzt. Zur präzisen Dimensionierung der Steifigkeitsverbesserung können dabei unterschiedlichste Materialien verwendet werden, wobei zwei unterschiedliche Effekte ausgenutzt werden können. Zum einen können Materialien verwendet werden, die per se eine deutlich höhere Schichtspannung haben als beispielsweise zur Bildung der Gegenelektrode 4 eventuell verwendetes Silizium (Poly-Silizium), welches eine Schichtspannung < 100 MPa besitzt. Verwendet man beispielsweise Siliziumnitrid (Si₃N₄) zur Steigerung der Steifigkeit, reicht bereits eine dünne Schicht aus, um eine signifikante Erhöhung der Biegesteifigkeit der Gegenelektrode 4 zu erreichen, da eine dünne Siliziumnitridschicht eine typische Schichtspannung von 0.5 bis 1 GPa aufweist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 SiliziumOxiNitrid Si_xO_yN_z mit geringem Sauerstoffgehalt verwendet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung werden als Stabilitätsverbesserungsmaterial Silizide verwendet, beispielsweise WSi.
Im modularen Herstellungsverfahren ist das Aufbringen der zusätzlichen Schicht von Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 einfach dadurch möglich, dass vor der Aufbringen von Gegenelektrodenmaterial 4 eine dünne Schicht Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 aufgebracht wird, welches bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus Siliziumnitrid besteht, das zudem eine hohe Ätzselektivität besitzt und somit beim Entfernen des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 zwischen Membran 6 und Gegenelektrode 4 gleichzeitig als Ätzstopp dienen kann.
Die hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Gesamtkonzepts erlaubt es ferner, unterschiedlichste Materialien als Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 vorzusehen, wobei polykristalline Materialien beispielsweise auch aufgrund ihrer Gitterkonstanten ausgewählt werden können, um erfindungsgemäß eine stabilitätsverbessernde Schicht aus Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 zu bilden. Werden Materialen leicht unterschiedlicher Gitterkonstanten verwendet, so kann durch Abscheidung an der Grenzfläche zwischen Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 und Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 4 sogar eine Vorwölbung der Gegenelektrode in Aufbaurichtung 24 erzeugt werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Stabilitätsverbesserungsmaterials zwischen 10 nm und 300 nm bzw. zwischen 10 nm und 1000 nm.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt dem ein Verhältnis der Stärke des Stabilitätsverbesserungsmaterials und Gegenelektrodenmaterials zwischen 0.005 und 0.5 liegt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden beliebige andere Halbleiternitride und Halb leiteroxide, beispielsweise GaN als Stabilitätsverbesserungsmaterial verwendet.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Durchmesser der Membran 6 extrem präzise und reproduzierbar eingestellt werden kann. Um dies zu erreichen, ist in den in 7, 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine zusätzliche Schicht eines Membranträgermaterials 42 zwischen Trägersubstrat 2 und Membran 6 angeordnet, welche durch photolithographische Methoden strukturiert werden kann. Zwischen Membranträgermaterial 42 und Trägersubstrat 2 ist aus produktionstechnischen Gründen zusätzliches Membranträgerunterstützungsmaterial 44, beispielsweise in Form einer dritten Oxidschicht, angeordnet. Eine hohe Präzision des freibeweglichen Membrandurchmessers kann durch das photolithographisch strukturierbare Membranträgermaterial 42 erreicht werden, da die Präzision photolithographischer Verfahren besser als 1 μm beträgt. Wird die freigestellte Fläche der Membran 6 hingegen lediglich durch nasschemisches oder trockenes Ätzen des Trägersubstrats 2 am Ende des Herstellungsprozesses definiert, beträgt die maximal erreichbare Präzision typischerweise bestenfalls +/– 20 μm.
Im allgemeinen Fall werden die durch Ätzen entstandenen, ein freies Volumen unter der Membran 6 begrenzenden Seitenwände des Trägersubstrats 2 eine in gewissen Grenzen erratische Form aufweisen. Fehlt das Membranträgermaterial 42, das ätzresistiv ist, wird der freigestellte Membrandurchmesser der Membran 6 durch den Ätzprozess bestimmt und ist somit wenig präzise.
Dabei kann, wie im in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der freigestellte Durchmesser der Membran 6 in weiten Grenzen variiert werden. Dies ist dann besonders relevant, wenn wie in 8 gezeigt, eine erfindungsgemäße Schallwandlerstruktur auf ein weiteres Substrat 46 luftdicht aufgeklebt wird, so dass sich unterhalb der Membran 6 ein ge schlossenes Volumen 48 (Kavität) bildet. In diesem Fall kann sich eine Reduzierung bzw. Anpassung des freigestellten Membrandurchmessers der Membran 6 in doppelter Hinsicht auf die maximale Empfindlichkeit des Mikrofons auswirken.
Dazu ist vorauszuschicken, dass im in 8 gezeigten Fall, die Membran bei Verformung zusätzlich das in der Kavität 48 eingeschlossene Gasvolumen komprimieren muss, wodurch das Auslenkungsverhalten der Membran 6 beeinflusst wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Membran 6 daher zumindest eine Druckausgleichsöffnung 50 auf, die es ermöglicht, bei langsamer Änderung des Umgebungsdrucks einen Druckausgleich zwischen dem Kavitätsvolumen und dem Umgebungsdruck herzustellen. Daher ist eine erfindungsgemäße Schallwandlerstruktur auf relative Druckänderungen auch bei zeitlich variablen absoluten Umgebungsdruck gleichermaßen sensitiv ist. Die sich durch diese Anordnung ergebende Hochpasscharakteristik der erfindungsgemäßen Schallwandlerstruktur lässt sich dabei beispielsweise auch durch die Größe der Druckausgleichsöffnung 50 variieren.
Wird in 8 der Membrandurchmesser verringert, kann bei einer damit einhergehenden reduzierten Beweglichkeit bzw. Auslenkungsfähigkeit der Membran 6 mit einer höheren Polarisationsspannung (Betriebsspannung) gearbeitet werden. Dadurch wird die akustische Steifigkeit der Membranfeder im Verhältnis zu der Feder, die durch das eingeschlossene Kavitätsvolumen gebildet wird und die eine Störgröße darstellt, größer und es verbessert sich das Signal, wenn sämtlicher anderen Betriebsparameter unverändert bleiben.
Wird die Beweglichkeit der Membran bei Verringerung des Membrandurchmessers beispielsweise dadurch kompensiert, dass eine dünnere Membran verwendet wird, und wird die selbe Polarisationsspannung verwendet, wird das Signal ebenfalls maximiert. Wiederum verbessert sich das Verhältnis der akustischen Steifigkeit der Membran und der Steifigkeit des Kavitätsvolumens.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem einige Merkmale der vorhergehenden Ausführungsbeispiele in Kombination gezeigt sind, so dass die außerordentlich hohe Variabilität und Flexibilität des erfindungsgemäßen Konzepts bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur deutlich sichtbar werden.
Dabei ist das in 9 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Silizium-Technologie hergestellt, so dass das Trägersubstrat ein Silizium-Wafer ist, wobei sowohl das Membranträgerunterstützungsmaterial 44, das Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 und das Membranunterstützungsmaterial 22 aus Siliziumoxid bestehen. Gleichzeitig ist sowohl das Membranmaterial 6, das Gegenelektrodenmaterial 4 als auch das Membranträgermaterial 42 Poly-Silizium. Dabei kann das Poly-Silizium im Zuge des Herstellungsverfahrens mit einer Implantation versehen werden, um die Steifigkeit des Materials entsprechend an die Anforderungen einzustellen. Dabei kann beispielsweise Phosphor als geeignetes Implantationsmaterial zum Einsatz kommen.
Die in 9 gezeigte Kombination mehrerer Merkmale der Ausführungsbeispiele der 1 bis 8 unterstreicht die hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Konzepts und insbesondere der verschiedenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, die sie anhand der 10 bis 15 im Folgenden diskutiert werden.
Entscheidend ist die hohe Modularität bzw. Flexibilität der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur (MEMS-Prozess), welche einem erlaubt, mit ein und derselben Technologie Schallwandlerstrukturen, beispielsweise Mikrofone, für unterschiedliche Anwendungen herzustellen. Mikrofone können dabei beispielsweise mit hohen oder niedrigen Empfindlichkeiten hergestellt werden, wobei diese gleichzeitig hoch präzise und kostengünstig produziert werden können. Dabei sind Aspekte, die wahlweise implementiert werden können:

– robuste Membranelektrode mit Korrugation
– robuste Membranelektrode ohne Korrugation
– mittels Stabilitätsverbesserungsmaterial stabilisierte Gegenelektrode
– zusätzliche untere Membranträgerschicht (beispielsweise Polysilizium) zur Präzisierung des Membrandurchmessers oder zur Optimierung des Verhältnisses Membrandurchmesser zu Kavitätsvolumen.

Bevor anhand von Flussdiagrammen und schematischen Skizzen auf Beispiele erfindungsgemäßer Verfahren zur Herstellung von Schallwandlerstrukturen eingegangen werden soll, wird anhand von 10 kurz schematisch das Vorgehen bei der Herstellung erfindungsgemäßer Schallwandlerstrukturen erläutert.
Dabei wird die Schallwandlerstruktur sukzessive in Aufbaurichtung 24 auf dem Trägersubstrat aufgebaut, wobei in 10 eine Schichtenfolge dargestellt ist, wie sie während der Produktion des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels auftreten kann. Zunächst wird auf dem Trägersubstrat 2 das Membranunterstützungsmaterial 22 im Randbereich 16 und im Schallwandelbereich 30 aufgebracht. Auf das Membranunterstützungsmaterial 22 wird eine Schicht Membranmaterial 6 aufgebracht, auf welche eine Schicht Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 aufgebracht wird. Das Gegenelektrodenunterstützungsmaterial wird im Schallwandelbereich 30 so strukturiert, dass im Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 Vertiefungen bzw. Ausnehmungen erzeugt werden, welche die Negativform für Bumps bilden, die durch Aufbringen des Gegenelektrodenmaterials 4 in den Negativformen gebildet werden. Der sukzessive Aufbau der Schallwandlerstruktur erfolgt dabei in Richtung der Aufbaurichtung 24. Vor der Fertigstellung wird von der Rückseite, also der der Aufbaurichtung 24 entgegengesetzten Seite des Trägersubstrats 2 die Kavität geätzt, d.h. Trägersubstrat und Membranunterstützungsmaterial im Schallwandelbereich 30 bis zur Membran 6 entfernt. Gleiches gilt für das zwischen der Gegenelektrode 4 und der Membran 6 angeordnete Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26, so dass sich die freigestellte Membran 6 im Schallwandelbereich 30 in der Aufbaurichtung 24 bewegen kann.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur ist im Flussdiagram von 11 dargestellt.
Dabei wird ausgegangen von einem beispielsweise in 10 dargestellten Trägersubstrat 2 bzw. einem Wafer.
In einem ersten Schritt 60 wird Membranunterstützungsmaterial 22 (MUM) auf eine erste Hauptoberfläche eines Membranträgermaterials (MTM) aufgebracht. Dabei kann, wie anhand von 12 nachfolgend noch eingehend erläutert, das Membranträgermaterial das Trägersubstrat 2 direkt bzw. ein Membranträgermaterial 42 im Sinne von 7 oder 8 sein, da sich erfindungsgemäß eine Vielzahl von unterschiedlichen Optionen mit einem Prozess realisieren lasen.
Im einem zweiten Schritt 62 wird Membranmaterial (MM) im Schallwandelbereich 16 und im Randbereich 30 auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials 22 aufgebracht.
In einem dritten Schritt 64 wird Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 (GEUM) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials 22 gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials 6 aufgebracht.
In einem vierten Schritt 66 wird das Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 strukturiert, indem eine Mehrzahl von Vertiefungen in einer der ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials 6 gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 im Schallwandelbereich erzeugt wird.
In einem fünften Schritt 68 wird Gegenelektrodenmaterial 4 (GEM) auf der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 aufgebracht.
In einem sechsten Schritt 70 wird Membranträgermaterial 2 und Membranunterstützungsmaterial 22 im Schallwandelbereich 30 bis zu einer die erste Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials 22 angrenzenden zweiten Hauptoberfläche des Membranmaterials 6 entfernt.
Wie bereits erwähnt, ist es ein großer Vorteil der Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur, dass diese eine große Modularität aufweisen. Somit können viele Einzelschritte beliebig miteinander kombiniert, ohne dass sich bei Hinzufügen eines einzelnen Schritts bzw. Moduls ein zwingender Ausschluss eines anderen optionalen Schritts bzw. ein anderen optionalen Moduls ergibt.
Dies wird im Folgenden anhand von 12, in der auch mehrere optionale Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur dargestellt sind, näher erläutert. Dabei wird insbesondere die Funktionsweise bzw. die Anordnung der einzelnen Funktionsschritte im Prozess-Flow dargestellt und, wo erforderlich, werden die einzelnen Prozessschritte anhand der 13, 14 und 15 näher erläutert.
Die Verfahrensschritte, die mit dem in 11 gezeigten Beispiel identisch sind, werden mit den selben Bezugszeichen versehen, so dass die Beschreibung dieser Verfahrensschritte auf 12 ebenfalls anwendbar ist, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung dieser Schritte im Folgenden verzichtet wird.
In 12 sind sämtliche optionalen Verfahrensschritte bzw. optional zu verwendende Module im Prozess-Flow gestrichelt gezeichnet, um deren Optionalität zu unterstreichen.
Die ersten Optionen ergeben sich bereits vor dem ersten Schritt 60, also vor dem Aufbringen des Membranunterstützungsmaterials, wenn das in den Ausführungsbeispielen von 7 und 8 gezeigte Feature der genauen Definition des Membrandurchmessers benötigt wird. Dann kann in einem ersten optionalen Schritt 80 Membranträgerunterstützungsmaterial 44 (MTUM) auf einer zur ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials parallelen ersten Hauptoberfläche eines Trägersubstrats 2 aufgebracht werden. Im zweiten optionalen Schritt 82 wird, um die den Membrandurchmesser definierende Struktur zu bilden, Membranträgermaterial 42 (MTM) auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgerunterstützungsmaterials 44 aufgebracht.
Eine weitere Option ergibt sich ebenfalls noch vor dem Aufbringen des Membranunterstützungsmaterials, sofern das Erzeugen von Korrugationsrillen 34 in der Membran gewünscht ist. Dann kann in einem dritten optionalen Schritt 84 eine geschlossene Kontur vorbestimmter Höhe zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials im Schallwandelbereich angeordnet werden, wie es anhand von 13 beschrieben ist. 13 zeigt dabei eine Schnittansicht von drei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten zur Herstellen einer Korrugationsrille auf einem Trägersubstrat, wobei die in 13 von links nach rechts gezeigten Schritte den 3. optionalen Schritt 84, den ersten Schritt 60 und den zweiten Schritt 62 veranschaulichen. Dabei wird auf dem Trägersubstrat 2 eine geschlossene Kontur vorbestimmter Höhe zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials 85 auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials 2 im Schallwandelbereich aufgebracht. Durch das folgende Aufbringen des Membranunterstützungsmaterials 22 im ersten Schritt 60 ergibt sich die in der mittleren Darstellung von 13 gezeigte Struktur, die eine Positivform der Korrugationsrille zeigt, welche abgerundete Ecken besitzt. Dies ist im Hinblick auf das Verformungsverhalten der Membran erwünschenswert, jedoch nicht zwingend erforderlich. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Höhe des zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials zwischen 300 nm und 3000 nm.
Die Situation nach dem Aufbringen des Membranmaterials 6 im zweiten Schritt ist in der rechten Darstellung von 13 gezeigt, wo ersichtlich wird, wie durch den dritten optionalen Schritt ein oder mehrere Korrugationsrillen im Schallwandelbereich der Membran 6 gebildet werden können.
Da, wie bereits erwähnt, die abgerundete Form der Korrugationsrillen nicht zwingend erforderlich ist, ist es auch möglich, den dritten optionalen Schritt 84 nach dem ersten Schritt 60 durchzuführen, wie es in 12 angedeutet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird also eine Oxidschicht in Ringen trockenstrukturiert und eine weitere Oxidschicht wird abgeschieden, um eine Verrundung der Kanten dieser Ringe zu erreichen. Dabei bestimmt die Geometrie und die Anzahl der Ringe die Empfindlichkeit der Membran. über der so entstandenen Form wir die Membranschicht abgeschieden, wie es in 13 gezeigt ist, so dass nach Wegätzen des zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials 85 und des Membranunterstützungsmaterials 22 eine Membran entsteht, die Korrugationsrillen aufweist, wie sie im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt sind.
Weitere Optionen bzw. die Anwendung weiterer optionaler Module ergeben sich beim in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem dritten Schritt 64, dem Aufbringen des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials. Hier ist der vierte Schritt 66 des Strukturierens des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 (mit dem Ziel Bumps zu erzeugen) bereits optional. Sollte die Erzeugung von Bumps erforderlich sein, kann dies entweder in einem einstufigen Verfahren mit einem vierten Schritt 66 erreicht werden oder, es kann ein zweistufiges in 12 angedeutetes Verfahren angewendet werden, welches einen vierten optionalen Schritt 86 aufweist. Der sich ergebende Unterschied des einstufigen Verfahrens entlang eines Weges A zum zweistufigen Verfahren entlang eines Weges B ist anhand von 14 schematisch dargestellt. Dabei wird vereinfachend zunächst das Aufbringen und Strukturieren des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 26 dargestellt, wobei im vierten Schritt 66 das Gegenelektrodenunterstützungsmaterial durch Erzeugen einer Mehrzahl von Vertiefungen 88 im Schallwandelbereich strukturiert wird. In der 14 gezeigten Ausschnittsvergrößerung sind die Vertiefungen 88, die eine Breite b besitzen, vergrößert dargestellt, um die geometrische Gestalt der durch Ätzen erzeugten Vertiefung 88 realistischer zu beschreiben. Die Breite b der Vertiefung 88 kann dabei beispielsweise in einen Bereich von 0,2 bis 2 μm und bei einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Bereich zwischen 0,5 μm und 1,5 μm bzw. zwischen 0,5 μm und 3 μm liegen. Die Tiefe kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zwischen 0,5 μm und 1,5 μm betragen.
Entlang des Weges A wird im nächsten Schritt das Gegenelektrodenmaterial 4 aufgebracht, so dass sich eine Konfiguration 90a ergibt, in der die Vertiefungen 88 unmittelbar mit Gegenelektrodenmaterial gefüllt sind. In der gezeigten Ausschnittsvergrößerung ist zu sehen, dass die Vertiefung 88 vollständig mit Gegenelektrodenmaterial 4 gefüllt ist, so dass sich die in der Vergrößerung gezeigte Konfiguration ergibt, bei der die Struktur, welche ein Anhaften der Membran 6 an der Gegenelektrode 4 verhindert in Richtung der Membran 4 eine plane Oberfläche besitzt.
Wird entlang des Weges B verfahren, wird im vierten optionalen Schritt 86 zwischen Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 und Gegenelektrodenmaterial 4 zusätzliches Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 92 aufgebracht, so dass sich eine Konfiguration 90b ergibt. Dadurch können auf kontrollierte Art und Weise die geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 88 eingestellt werden, bzw. es können Kanten der Vertiefungen 88 abgerundet werden, in etwa analog zur Herstellung der Korrugationsrillen.
Die für den Weg B gezeigte Ausschnittsvergrößerung zeigt dabei ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der durch geeignete Dimensionierung der Breite b der Ausnehmung 88 und der Dicke t des zusätzlichen Gegenelektrodenunterstützungsmaterials 92 der zusätzliche Vorteil erzielt werden kann, dass die Struktur im Gegenelektrodenmaterial 4, welche ein Anhaften verhindert, eine Spitze bildet. Bei einer solchen Spitze wird das Anhaften noch effizienter verhindert, da sich ggf. Membran 6 und Gegenelektrode 4 nur an minimalen Flächen berühren können.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise die Dicke t des zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials 92 in etwa doppelt so groß wie die Breite B der Ausnehmung 88 (b ≲ 2t). Dadurch ergibt sich die in der Aufstellungsvergrößerung gezeigte Konfiguration mit Spitzenstrukturen auf der Oberfläche der Gegenelektrode 4, die ein Anhaften der Membran 6 effizient verhindern können. Um zu einem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu gelangen bzw. um das Merkmal des zusätzlichen Stabilitätsverbesserungsmaterials zu implementieren, ist es vor dem fünften Schritt 68 des Aufbringens des Gegenelektrodenmaterials 4 möglich, einen fünften optionalen Schritt 94 durchzuführen, um die Stabilität der Gegenelektro de zu verbessern. Eine den fünften optionalen Schritt 94 illustrierende prinzipielle strukturelle Ansicht ist in 15 gezeigt. Im fünften optionalen Schritt 94 wird Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 zwischen dem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 und dem Gegenelektrodenmaterial 4 aufgebracht, wobei das Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 beispielsweise eine größere mechanische Stabilität als das Gegenelektrodenmaterial 4 aufweisen kann.
Dabei ist in 15 die selbe Ausgangsposition wie in 14 gezeigt, wobei durch das zusätzliche Aufbringen des Stabilitätsverbesserungsmaterials 40 zunächst die Ausnehmungen 88 ganz oder teilweise mit Stabilitätsverbesserungsmaterial gefüllt werden, bevor im fünften Schritt 68 das Gegenelektrodenmaterial 4 aufgebracht wird, so dass sich bei Implementierung des fünften optionalen Schritts 94 die in 15 schematisch dargestellte Schichtenfolge während der Herstellung einer erfindungsgemäßen Schallwandlerstruktur ergibt. Weitere erforderliche Schritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schallwandlerstruktur sind die anhand von 11 bereits beschriebenen Schritte 68 und 70.
Ähnlich der bereits in 14 gezeigten Ausschnittsvergrößerungen sind in 15 zusätzlich Ausschnittsvergrößerungen der das Anhaften der Membran 6 verhindernden Strukturen dargestellt, wie sie sich ergeben, wenn entlang des Weges A oder des Weges B von 14 verfahren worden ist, bevor das Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 aufgebracht wurde. Bei Beschreiten des Weges B bildet sich, äquivalent zu dem in 14 gezeigten Fall, eine Spitze im Stabilitätsverbesserungsmaterial 40, welche zum hocheffizienten Verhindern des Anhaftens der Membran 6 führt. Im Fall des Beschreiten des Wegs A wird die Vertiefung 88 zunächst vollständig von Stabilitätsverbesserungsmaterial 40 gefüllt, was zum in der Figur gezeigten näherungsweise rechteckigen Querschnitt der Anti-Haft-Struktur führt.
Es bleibt zu bemerken, dass zur endgültigen Erzeugung eines funktionsfähigen Schallwandlers abschließende Schritte nach dem sechsten Schritt durchgeführt werden können, die beispielsweise das Strukturieren des Gegenelektrodenmaterials 4 umfassen, um Druckausgleichslöcher in dem Gegenelektrodenmaterial 4 zu schaffen, so dass die Membran 6 in unmittelbaren Kontakt mit dem umgebenden Gasgemisch gelangen kann. Weitere fertigstellende Schritte sind dabei eventuell das Öffnen und Erzeugen von Kontaktlöchern zur Kontaktierung, das Aufbringen von elektrisch zu kontaktierenden Pads und das Ätzen der Kavität von der Rückseite bzw. das Herausätzen von Gegenelektrodenunterstützungsmaterial 26 und Membranunterstützungsmaterial 22, um eine frei bewegliche Membran 6 zu erhalten. Auch das Vereinzeln einzelner Mikrofonchips von einem Wafer gehört zu den hier angesprochenen Maßnahmen. Da diese jedoch nicht erfindungswesentlich sind, wird auf eingehende Erläuterung dieser Maßnahmen hier verzichtet.
Zusammengefasst besteht bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Schallwandlerstruktur der Aufbau im Wesentlichen aus bis zu drei strukturierten Poly-Siliziumschichten, welche durch Oxidschichten voneinander getrennt werden. Von der Rückseite wird der Membranbereich auf dem Trägermaterial (beispielsweise Si-Wafer) mittels Trockenätzverfahren freigestellt. In einem letzten Schritt werden die Membran und die Gegenelektrode mittels nasschemischer Opferschichtätzung des Oxids freigestellt.
Leiterbahnen, Pads und Passivierungen können der elektrischen Ankopplung an einen ASIC zur Datenverarbeitung und Spannungsversorgung, bzw. der Kontaktierung mit anderen Auswerte- bzw. Messeinheiten dienen.
Wie anhand von 12 gezeigt, ist es ein außerordentlich großer Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts, dass einzelne Module bzw. Prozessschritte während des Designs erfindungsgemäßer Schallwandlerstrukturen beliebig kombiniert werden kön nen, um eine Schallwandlerstruktur zur Verfügung zu stellen, die auf den gewünschten Einsatzbereich optimiert ist.
Dabei können die im Folgenden noch einmal stichpunktartig beschriebenen Module miteinander kombiniert werden, um zu einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalwandlerstruktur zu gelangen. Bezüglich der Terminologie der Bezeichnung der Schichten in den einzelnen Modulen sei dabei auf 9 verwiesen, die das erfindungsgemäße Konzept anhand einer konkreten Implementierung mit polychristallinem Silizium und Siliziumoxid zeigt. Die Module sind im folgenden für einen beispielhaften Prozessfluss der Herstellung einer Schallwandlerstruktur mit zusätzlicher Korrugation in der Membran angeordnet:

• Wafer
• Modul 1: Poly1 – präziser Membrandurchmesser („Unterbau”) – Abscheidung einer Oxidschicht 1 für den Ätzstop des Ätzens der Kavität (300 nm TEOS) – Abscheidung der Poly1 Schicht (300 nm) – Implantation (Phosphor) – Kristallisation) – Strukturierung von Poly1
• Modul 2: Korrugationsrillen – Abscheidung einer Oxidschicht 2 (600 nm) – Strukturierung der Oxidschicht zur Korrugationsrillen
• Modul 3: Poly2 – Membran – Abscheidung einer Oxidschicht 3 als Ätzstop und Zwischenschicht zu Poly1 und ggf. zur Abrundung der ... (300 nm) – Abscheidung des Membranpoly (300 nm) – Implantation (Phosphor) – Kristallisation) – Strukturierung von Poly2 zu Membran und ggf. Guardring
• Modul 4: Opferschicht – Spaltabstand – Bumps – Abscheidung von Oxid 4 (2000 nm) – Strukturierung von Löchern als Vorform der Bumps (1 μm Durchmesser, 0,7 μm–1 μm tief) – Abscheidung von weiteren 600 nm Oxid 4 zur Einstellung der Opferschichtdicke und des Spaltabstandes. Gleichzeitig wird dabei die Form für den spitzen Bump definiert
• Modul 5: Backplate – Abscheidung einer SiN Schicht für den Fall der deutlich versteiften Gegenelektrode – Abscheidung des Gegenelektrodenpoly3 (800–1600 nm) – Implantation (Phosphor) – Kristallisation – Strukturierung von Poly3 zur Gegenelektrode und Perforation – Nachfolgende Strukturierung des Oxidstapels des Spaltabstandes
• Modul 6: Metallisierung/Passivierung – Abscheidung eines Zwischenoxids und ggf. Verfließen oder CMP zur Einebnung der Topologie oder Verrundung von Kanten – Strukturierung und Öffnung von Kontaktlöchern auf Substrat, Poly1, Poly2 und 3 – Abscheidung und Strukturierung von Metallisierung für Leiterbahnen und Pads – Abscheidung der Passivierung – Öffnung der Passivierung über Pads und Membranbereich
• Modul 7: MEMS – Ätzung der Kavität auf der Rückseite des Wafers – Definition einer Schutzlackschicht auf der Vorderseite mit einer Öffnung über dem Membranbereich – Opferschichtätzung des Oxids und der Ätzstoppschicht in einer flusssäurehaltigen Ätzmischung, spülen, Lackentfernung und Trocknung

Trennen des Wafers in einzelne Mikrofonchips
Das erfindungsgemäße Konzept bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung nicht allein auf die Herstellung von Mikrofonen beschränkt, obwohl es im Vorhergehenden überwiegend anhand von Silizium-Mikrofonen verdeutlicht wurde.
Das erfindungsgemäße Konzept ist in allen übrigen Bereichen, bei denen es auf Messung eines Druckunterschiedes ankommt, ebenso anwendbar. Dabei sind insbesondere Absolut- bzw. -Relativdrucksensoren oder Drucksensoren für Flüssigkeiten mit dem erfindungsgemäßen Konzepts ebenfalls flexibel konfigurier- und produzierbar.
Genauso können erfindungsgemäße Schall- bzw. Druckwandler zur Erzeugung von Schall, also etwa als Lautsprecher, oder zur Erzeugung von Druck in einer Flüssigkeit verwendet werden.

2: Trägersubstrat (Wafer)
4: Gegenelektrode
6: Membran
8A, 8B, 8C: Kontakte
10a, 10B,: Kontaktbereiche
12: Guard-Anschlussbereich
14: Guard-Struktur
16: Randbereich
18: Ausnehmung
20: Zwischenschicht
22: Membranunterstützungsmaterial (erste Oxidschicht)
24: Aufbaurichtung
26: Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (zweite Oxidschicht)
28: Passivierung
30: Schallwandelbereich
33: Erhöhungen (Bumps)
34: Korrugationsrille
36: Korrugationsnegativform
40: Stabilitätsverbesserungsmaterial
42: Membranträgermaterial
44: Membranträgerunterstützungsmaterial
46: Weiteres Substrat
48: Kavität
50: Druckausgleichsöffnung
60: Erster Schritt
62: Zweiter Schritt
64: Dritter Schritt
66: Vierter Schritt
68: Fünfter Schritt
70: Sechster Schritt
80: Erster optionaler Schritt
82: Zweiter optionaler Schritt
84: Dritter optionaler Schritt
85: Zusätzliches Membranunterstützungsmaterial
86: Vierter optionaler Schritt
88: Vertiefung
90A: Konfiguration A
90B: Konfiguration B
92: Zusätzliches Gegenelektrodenunterstützungsmaterial
94: Fünfter optionaler Schritt

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur, mit folgenden Schritten: Aufbringen eines Membranunterstützungsmaterials (22) auf eine erste Hauptoberfläche eines Membranträgermaterials; Aufbringen eines Membranmaterials (6) in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22); Aufbringen eines Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6); Erzeugen einer Mehrzahl von Ausnehmungen (88) in einer der ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) im Schallwandelbereich (30); Aufbringen von Gegenelektrodenmaterial (4) auf der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26); und Entfernen von Membranträgermaterial und Membranunterstützungsmaterial (22) im Schallwandelbereich (30) bis zu einer an die erste Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) angrenzenden zweite Hauptoberfläche des Membranmaterials (6).
Verfahren gemäß Anspruch 1, mit folgendem zusätzlichen Schritt: Aufbringen einer geschlossenen Kontur vorbestimmter Höhe zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials (85) auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials (22) im Schallwandelbereich (30).
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem eine geschlossene Kontur einer Höhe von 300 nm bis 3000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden zusätzlichen Schritten: Aufbringen von Membranträgerunterstützungsmaterial (44) auf einer zur ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials parallelen ersten Hauptoberfläche eines Trägersubstrats (2); und Aufbringen des Membranträgermaterials (42) auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgerunterstützungsmaterials (44).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem zusätzlichen Schritt: Aufbringen eines Stabilitätsverbesserungsmaterials (40) zwischen dem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (26) und einer der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4), wobei das Stabilitätsverbesserungsmaterial (40) eine größere mechanische Stabilität aufweist als das Gegenelektrodenmaterial (4).
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) senkrechten Richtung Stabilitätsverbesserungsmaterial (40) einer Stärke von 10 nm bis 1000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem zusätzlichen Schritt: Aufbringen von zusätzlichem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (92) zwischen dem Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (26) und dem Gegenelektrodenmaterial (4) auf der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26).
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) senkrechten Richtung zusätzliches Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (92) einer Stärke von 100 nm bis 1000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem zusätzlichen Schritt: entfernen von Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (26) zwischen einer der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) und dem Membranmaterial (6) bis zur ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) im Schallwandelbereich (30).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem zusätzlichen Schritt: erzeugen einer Mehrzahl von Ausnehmungen (88) im Gegenelektrodenmaterial (4), die sich von der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (26) bis zur ersten Hauptoberfläche das Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) erstrecken.
Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur, mit folgenden Schritten: Aufbringen von Membranträgerunterstützungsmaterial (44) auf einer ersten Hauptoberfläche eines Trägersubstrats (2); und Aufbringen eines Membranträgermaterials (42) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Trägersubstrats (2) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranträgerunterstützungsmaterials (44); Aufbringen eines Membranunterstützungsmaterials (22) auf einer ersten Hauptoberfläche des Membranträgerunterstützungsmaterials (44) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials (42); Aufbringen eines Membranmaterials (6) in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials (42) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22); Aufbringen eines Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6); Aufbringen eines Gegenelektrodenmaterials (4) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26); und Entfernen von Membranunterstützungsmaterial (22), Membranträgerunterstützungsmaterial (44), Membranträgermaterial und Trägersubstrat (2) im Schallwandelbereich (30) bis zu einer an die erste Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) angrenzenden zweite Hauptoberfläche des Membranmaterials (6).
Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur, mit folgenden Schritten: Aufbringen einer geschlossenen Kontur vorbestimmter Höhe zusätzlichen Membranunterstützungsmaterials (85) in einem Schallwandelbereich (30) einer ersten Hauptoberfläche eines Membranträgermaterials; Aufbringen eines Membranunterstützungsmaterials (22) in dem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) auf der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials; Aufbringen eines Membranmaterials (6) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22); Aufbringen eines Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6); Aufbringen eines Gegenelektrodenmaterials (4) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26); und Entfernen von Membranträgermaterial, zusätzlichem Membranunterstützungsmaterial (85) und Membranunterstützungsmaterial (22) im Schallwandelbereich (30) bis zu einer an die erste Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) angrenzenden zweite Hauptoberfläche des Membranmaterials (6).
Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur, mit folgenden Schritten: Aufbringen eines Membranunterstützungsmaterials (22) auf eine erste Hauptoberfläche eines Membranträgermaterials; Aufbringen eines Membranmaterials (6) in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranträgermaterials gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22); Aufbringen eines Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6); Aufbringen eines Stabilitätsverbesserungsmaterials (40) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26); Aufbringen eines Gegenelektrodenmaterials (4) auf einer der ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) gegenüberliegenden ersten Hauptoberfläche des Stabilitätsverbesserungsmaterials (40), wobei das Stabilitätsverbesserungsmaterial (40) eine größere mechanische Stabilität aufweist als das Gegenelektrodenmaterial (4); und Entfernen von Membranträgermaterial und Membranunterstützungsmaterial (22) im Schallwandelbereich (30) bis zu einer an die erste Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) angrenzenden zweite Hauptoberfläche des Membranmaterials (6).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Membranmaterials (6) senkrechten Richtung Membranmaterial (6) einer Stärke von 100 nm bis 1000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodeunterstützungsmaterials (26) senkrechten Richtung Gegenelektrodeunterstützungsmaterial (26) einer Stärke von 500 nm bis 3000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) senkrechten Richtung Gegenelektrodenmaterial einer Stärke von 500 nm bis 2500 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer zur ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterials (22) senkrechten Richtung Membranunterstützungsmaterials (22) einer Stärke von 100 nm bis 1000 nm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Gegenelektrodenunterstützungsmaterial (26) Ausnehmungen (88) erzeugt werden, die in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) parallelen Richtung eine Ausdehnung zwischen 0,5 μm und 3 μm und in einer zur ersten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenunterstützungsmaterials (26) senkrechten Richtung eine Ausdehnung zwischen 0,5 μm und 1,5 μm aufweisen.
Schallwandlerstruktur, mit folgenden Merkmalen: einer Membran deren erste Hauptoberfläche in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) der Membran aus einem Membranmaterial (6) besteht; einer Gegenelektrode aus Gegenelektrodenmaterial (4), deren zweite Hauptoberfläche parallel zur ersten Hauptoberfläche der Membran auf einer der ersten Hauptoberfläche der Membran gegenüberliegenden Seite eines freien Volumens angeordnet ist; einer Mehrzahl von Erhöhungen (32), die sich im Schallwandelbereich (30) von der zweiten Hauptoberfläche der Gegenelektrode (4) in das freie Volumen erstrecken.
Schallwandlerstruktur gemäß Patentanspruch 19, bei der die Membran im Schallwandelbereich (30) eine Korrugationsrille aufweist, die sich von der ersten Hauptoberfläche der Membran in das freie Volumen erstreckt.
Schallwandlerstruktur, mit folgenden Merkmalen: einer Membran deren erste Hauptoberfläche in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) der Membran aus einem Membranmaterial (6) besteht; einer Gegenelektrode aus Gegenelektrodenmaterial (4), deren zweite Hauptoberfläche parallel zur ersten Hauptoberfläche der Membran auf einer der ersten Hauptoberfläche der Membran gegenüberliegenden Seite eines freien Volumens angeordnet ist; Membranunterstützungsmaterial (22) im Randbereich (16) mit einer an eine der ersten Hauptoberfläche der Membran gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche der Membran angrenzenden ersten Hauptoberfläche; und Membranträgermaterial im Randbereich (16) mit einer an eine der ersten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterial (22) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Membranunterstützungsmaterial (22) angrenzenden ersten Hauptoberfläche.
Schallwandlerstruktur gemäß Patentanspruch 21, bei der Membranträgermaterial und Membranmaterial identische Materialien sind.
Schallwandlerstruktur, mit folgenden Merkmalen: einer Membran, deren erste Hauptoberfläche in einem Schallwandelbereich (30) und einem Randbereich (16) der Membran aus einem Membranmaterial (6) besteht; einer Gegenelektrode aus Gegenelektrodenmaterial (4), deren zweite Hauptoberfläche parallel zur ersten Hauptoberfläche der Membran auf einer der ersten Hauptoberfläche der Membran gegenüberliegenden Seite eines freien Volumens angeordnet ist; einem Stabilitätsverbesserungsmaterial, das auf der zweiten Hauptoberfläche des Gegenelektrodenmaterials (4) angeordnet ist, wobei das Stabilitätsverbesserungsmaterial eine größere mechanische Stabilität aufweist als das Gegenelektrodenmaterial (4).
Schallwandlerstruktur gemäß Patentanspruch 23, bei dem ein Verhältnis der Stärke des Stabilitätsverbesserungsmaterials und Gegenelektrodenmaterials zwischen 1:100 und 1:1 liegt.
Schallwandlerstruktur gemäß Patentanspruch 23 oder 24, bei der das Stabilitätsverbesserungsmaterial Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Metallsilizid ist.
Schallwandlerstruktur gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, mit folgenden zusätzlichen Merkmalen: einer Mehrzahl von Erhöhungen (32), die sich im Schallwandelbereich (30) von der zweiten Hauptoberfläche der Gegenelektrode (4) in das freie Volumen erstrecken.