DE102014214525A1

DE102014214525A1 - Mikro-elektromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für mikro-elektromechanische Bauteile

Info

Publication number: DE102014214525A1
Application number: DE102014214525.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: US20160023890A1; TW201604121A; US9409764B2; TWI657998B; CN105293418B; DE102014214525B4; CN105293418A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein MEMS-Bauteil, mit einem Substrat (1), in welches von einer funktionalen Oberseite eine Kaverne (50) hineinstrukturiert ist, einer vergrabenen Polysiliziumschicht (3), in welcher eine Polysiliziummembran (12) als erste Elektrode freigestellt ist, welche die Kaverne (50) zumindest teilweise überspannt, einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), in welcher eine leitfähige Struktur als zweite Elektrode (12) freigestellt ist, welche über der Polysiliziummembran (12) um einen Freiraum (7) beabstandet angeordnet ist, und einer Zugangsöffnung (20), welches die äußeren Umgebung des MEMS-Bauteils mit der Kaverne (50) fluidisch verbindet, wobei in der vergrabenen Polysiliziumschicht (3), der Epi-Polysilizium-Schicht (2) und/oder einer Innenwand der Kaverne (50) des Substrats (1) ein oder mehrere Zugangskanäle (14; 51; 52) ausgebildet sind, die die Zugangsöffnung (20) mit der Kaverne (50) verbinden, und deren Kanalbreite nicht mehr als 5 µm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikro-elektromechanisches (MEMS-)Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung eine kapazitive Sensorvorrichtung und ein Mikrofon. Des Weiteren betrifft die Erfindung Herstellungsverfahren für mikro-elektromechanische (MEMS-)Bauteile, kapazitive Sensorvorrichtungen und Mikrofone.
Stand der Technik
Mikro-elektromechanische Strukturen (MEMS, „micro-electromechanical systems“) werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt, beispielsweise für miniaturisierte Sensoren, Aktoren oder Taktgeber. Derartige mikro-elektromechanische Strukturen können insbesondere auf der Basis des sogenannten APSM-Verfahrens („Advanced Porous Silicone Membrane“) hergestellt werden, wie beispielsweise in den Druckschriften EP 1 306 348 B1 , WO 02/02458 A1 , DE 10 2004 036 032 A1 , DE 10 2004 036 035 A1 , EP 2 138 450 A1 , DE 100 65 026 A1 oder DE 100 30 352 A1 beschrieben.
In der Druckschrift DE 10 2007 019 639 A1 ist ein mikromechanisches Bauelement beschrieben, welches eine direkt an einer funktionalen Oberseite eines Substrats befestigte Membran aus monokristallinem Silizium zur Abdeckung eines Hohlraums aufweist. An einer von dem Hohlraum weg gerichteten Außenseite der Membran ist eine Elektrode aufgehängt. Die Membran und die Elektrode sollen als Sensorelemente eines kapazitiven Drucksensors einsetzbar sein. Die Druckschrift DE 10 2013 213 071 offenbart kapazitive Drucksensoren mit einer Substratkaverne unter einer vergrabenen Polysilizium-Membran, über der eine freistehende Elektrode aus monokristallinem und polykristallinem Silizium angeordnet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein MEMS-Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein MEMS-Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 4, ein MEMS-Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein erstes Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 9, ein zweites Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein drittes Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Eine erste Idee der Erfindung ist es, einen Herstellungsprozess für eine kapazitive MEMS-Sensorvorrichtung so zu verbessern, dass die Membrankomponenten der Sensorvorrichtung bei einer Grobbearbeitung der Wafer, aus dem die MEMS-Sensorvorrichtungen beispielsweise durch Sägen vereinzelt werden, vor einem Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Verunreinigungspartikeln geschützt sind. Dadurch können einfach und günstig zu implementierende Bearbeitungsprozesse implementiert werden, ohne dass die Gefahr besteht, die empfindlichen Sensorkomponenten der MEMS-Sensorvorrichtungen zu beeinträchtigen bzw. zu beschädigen.
Eine weitere Idee der Erfindung ist es, die Messempfindlichkeit bzw. -genauigkeit von MEMS-Sensorvorrichtungen zu verbessern. Dazu wird vorgeschlagen, die Anbindung einer als Druckmembran agierenden Polysilizum-Schicht nicht am Substrat zu verankern, sondern an einer darüber liegenden dicken Polysiliziumstützschicht, die die Polysilizum-Schicht in mehrere Membranabschnitte aufteilt. Die Polysiliziumstützschicht kann daher für die Membranabschnitte Stützstellen schaffen, die zur Aufhängung der Polysilizum-Schicht dienen. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die Spannweite der Membranabschnitte der Polysilizum-Schicht über eine Kontaktätzung zur Polysiliziumstützschicht definiert ist, deren Ätzgenauigkeit besonders gut eingestellt werden kann. Ferner umfassen die Polysilizum-Schicht sowie die Polysiliziumstützschicht das gleiche Basismaterial, so dass thermische Verspannungen die Genauigkeit der Sensorvorrichtungen nur minimal beeinflussen können.
Schließlich ist es außerdem eine Idee der Erfindung, eine volldifferenzielle kapazitive MEMS-Sensorvorrichtung herzustellen, bei der der Druck auf eine erste, mit einer Außenkaverne fluidisch in Verbindung stehende Membranstruktur in einer dünnen Polysilizium-Schicht über eine galvanisch entkoppelte Anbindung an eine Epi-Polysilizium-Funktionsschicht in eine Bewegung einer frei beweglichen Polysilizium-Zwischenschicht übertragen wird. Damit bietet sich der Vorteil, dass die Wahl der Spannweite der den Druck aufnehmenden Membrankomponenten in der dünnen Polysilizium-Schicht unabhängig von der Kapazität der Sensorvorrichtung bleibt, wodurch sehr dünne Membrankomponenten mit geringerer Spannweite und höherer Herstellungsgenauigkeit verwendet werden können, ohne die Messempfindlichkeit der Sensorvorrichtung zu beeinträchtigen. Zudem bieten die Polysilizium-Schicht, die Epi-Polysilizium-Funktionsschicht und die Polysilizium-Zwischenschicht gemeinsam zwei differentiell zueinander arbeitende Kapazitäten, so dass keine gesonderte Referenzkapazität mehr implementiert werden muss. Die Sensormembranen sind außerdem elektrisch vollkommen von der Messkapazität entkoppelt, so dass Flüssigkeiten und Partikel, die sich von außen an den Sensormembranen anlagern weder Kurzschlüsse noch Störsignale generieren können.
Die oben ausgeführten Vorteile sind auch bei einer kapazitiven Sensorvorrichtung oder bei einem Mikrofon mit einem derartigen MEMS-Bauteil realisiert.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Richtungsangaben wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „neben“, „vor“, „hinter“, „vertikal“, „horizontal“, „lateral“ oder dergleichen sind in der folgenden Beschreibung lediglich zu erläuternden Zwecken verwendet und stellen keine Beschränkung der Allgemeinheit dar.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines beispielhaften MEMS-Bauteils;
2 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 schematische Ansichten von verschiedenen Querschnitten durch eine Vorstufe des MEMS-Bauteils in 2;
4 schematische Ansichten von verschiedenen Querschnitten durch das MEMS-Bauteil in 2;
5 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
9 einen ersten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
10 einen zweiten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
11 einen dritten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
12 einen vierten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
13 einen fünften Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
14 einen sechsten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
15 einen siebten Herstellungsschritt eines Herstellungsverfahrens für ein MEMS-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
16 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
17 eine schematische Schnittansicht einer Vorstufe für ein MEMS-Bauteil gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
18 eine schematische Schnittansicht des MEMS-Bauteils gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung;
19 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
20 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
21 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
22 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
23 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
24 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
25 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
26 eine schematische Illustration eines Detailausschnitts des MEMS-Bauteils gemäß der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung;
27 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
28 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung; und
29 eine schematische Schnittansicht eines MEMS-Bauteils gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines beispielhaften MEMS-Bauteils. Eine zumindest teilweise leitfähige Polysiliziummembran 12, mittels welcher eine in eine funktionale Oberseite eines Substrats 1 hineinstrukturierte Kaverne 11 zumindest teilweise überspannt wird, ist in einer vergrabenen Polysiliziumschicht 3 freigestellt. Vorzugsweise wird die Kaverne 11 vollständig von der zumindest teilweise leitfähigen Membran überspannt. Das Substrat 1 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, umfassen. Das Substrat 1 kann insbesondere ein Halbleitersubstrat, z.B. ein Siliziumsubstrat, sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens nicht auf ein bestimmtes Material des Substrats 1 limitiert ist.
Zum Hineinstrukturieren der Kaverne 11 in das Substrat 1 können bekannte Ätzprozesse ausgeführt werden. Zum Beispiel kann für den Ätzprozess der Kaverne 11 eine Schutzschicht auf nicht zu ätzende Substratflächen aufgebracht werden. Auf dem Substrat 1 kann eine dicke Epi-Polysiliziumschicht 2 über einer dünnen vergrabenen Polysiliziumschicht 3 angeordnet sein. Die vergrabene Polysiliziumschicht 3 ist elektrisch leitfähig und dient zum Transport elektrischer Ladung und/oder als Elektrode. Zwischen dem Substrat 1 und der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 sowie gegebenenfalls zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 und der Epi-Polysiliziumschicht 2 können Oxidschichten 4 gebildet werden, die die jeweiligen Schichten elektrisch isolierend von den benachbarten Schichten trennen. In den Oxidschichten 4 können gegebenenfalls an geeigneten bzw. gewünschten Stellen Kontaktbereiche 5 aus Polysilizium oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material vorgesehen werden.
Die Epi-Polysiliziumschicht 2 dient als Funktionsschicht, in der eine leitfähige Struktur als Elektrode 13 freigestellt ist, beispielsweise über umlaufende Trenchgräben 6, welche über der Polysiliziummembran 12 um einen Freiraum 7 beabstandet angeordnet ist. Der Freiraum 7 in der Oxidschicht kann beispielweise über ein Opferschichtverfahren gebildet werden, während die Strukturierung der Epi-Polysiliziumschicht 2 beispielsweise über Trenchprozesse erfolgen kann.
Die Polysiliziummembran 12 als erste Elektrode und die Elektrodenstruktur 13 in der Epi-Polysilizium-Schicht 2 können durch geeignete Bondschichten 10 mit einem Kappenwafer 8, beispielsweise aus Sililzium, hermetisch eingeschlossen werden. Der Kappenwafer 8 dient einerseits zum mechanischen Schutz gegenüber Fremdeinwirkungen auf die empfindlichen Polysiliziummembran 12 und Elektrodenstrukturen 13. Andererseits ist in der Kaverne 9 unter dem Kappenwafer 8 ein definierbarer Druck einstellbar, der als Referenzdruck für die von der Polysiliziummembran 12 und der Elektrodenstruktur 13 gebildete MEMS-Drucksensorvorrichtung dienen kann.
Auf der rechten Seite der 1 ist ein Druckzugang durch die vergrabene Polysiliziumschicht 3, die Epi-Polysilizium-Schicht 2 und den Kappenwafer 8 erkennbar, der die Kaverne 11 mit der Außenatmosphäre fluidisch verbindet. Der in der Kaverne 9 eingeschlossene Referenzdruck bietet gegenüber dem Außendruck einen Neutralwert, der als Referenz für die Kapazitätsänderung bei der Durchbiegung der Polysiliziummembran 12 gegenüber der Elektrodenstruktur 13 dient. Über die messbare Kapazitätsänderung lässt sich damit auf den außen anliegenden und in der Kaverne 11 herrschenden Druck schließen.
Da das Öffnen der Kaverne 11 häufig mit einer Sägeprozess C mit Wasserspülung erfolgt, können Feuchtigkeit und durch das Sägen entstehende Abraumpartikel in den Bereich der freigestellten Polysiliziummembran 12 gelangen und diese verunreinigen oder gar zerstören. Auch in trockenen Vereinzelungsprozessen wie etwa lasergestützten Trennprozessen können Schmutz- und Abraumpartikel entstehen, die für die Integrität der Drucksensorvorrichtung abträglich sein können.
Wie in 2 dargestellt können daher in einer Innenwand einer Kaverne 50 des Substrats 1 ein oder mehrere Zugangskanäle 14 ausgebildet sindsein die eine Zugangsöffnung 20 mit der Kaverne 50 verbinden. Die Kanalbreite der Zugangskanäle 14 beträgt dabei nicht mehr als 5 µm beträgt, so dass das Eindringen von Flüssigkeiten, Feuchtigkeit und/oder Fremdpartikeln verhindert oder zumindest stark erschwert wird. Die Zugangskanäle 14 können dabei beispielsweise Schlitze im Substrat 1 sein, deren Herstellung beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt ist. Die 3 und 4 zeigen jeweils Schnittansichten entlang der in 2 angedeuteten Längsschnitte A-A‘ und B-B‘.
Es werden dazu Trenchgräben in der Substratwand angelegt, die mit einer Oxidschicht 57 verfüllt werden. Die Trenchgräben in der Schnittlinie A-A‘ sind dabei die Basis für die Kavernenausformung, in der Schnittlinie B-B‘ jedoch für die Ausformung der Zugangskanäle 14. Alle Trenchgräben mit Oxidschicht 57 können jedoch vorteilhafterweise im selben Prozessschritt ausgebildet werden. Bevorzugt können die Trenchgräben und die Oxidschicht 57 so ausgebildet werden, dass nach der Oxidabscheidung in der Mitte der Trenchgräben ein Hohlraum 58 verbleibt. Dies kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die Trenchgräben ein Aspektverhältnis von mindestens 1:4 aufweisen, oder das Trenchprofil bewusst leicht überhängend ausgeführt wird. Die Trenchgräben weisen eine maximale Breite von 5 µm auf.
Danach kann wie in 4 gezeigt unter den Polysiliziummembranen das Substratmaterial zur Ausbildung der Kaverne 50 geätzt werden. Im Bereich der für die Ausbildung der Zugangskanäle vorgesehenen Trenchgräben erfolgt kein Ätzschritt. Danach kann der Standard-MEMS-Prozess ausgeführt werden, der die schmalen Stege mit einer vorhandenen MEMS-Schicht abdeckt.
Der darauf folgende Oxid-Opferätzschritt kann sowohl im Bereich der Kaverne 50 als auch im Bereich der Zugangskanäle 14 durchgeführt werden, vorzugsweise über einen als Ätzzugang funigerenden Außenzugang zu der Kaverne 50. Dabei wird die Oxidschicht 17 zum Freilegen der Zugangskanäle 14 sowie darauf folgend die Oxidschicht 17 an den Kavernentrenchgräben geätzt. Beide Ätzvorgänge können vorteilhafterweise im gleichen Oxid-Opferätzschritt durchgeführt werden. Anschließend kann beispielsweise auf die Innenwände der freigelegten Zugangskanäle 14 eine wasserabweisende Schicht aufgetragen werden, zum Beispiel eine organische, fluorhaltige Schicht.
Alternativ kann die Oxidschicht 17 in der Kaverne 50 auch über einen separaten Oxid-Opferätzschritt heraus geätzt werden. Dies kann insbesondere nach einem Vereinzeln der MEMS-Bauteile aus einem Wafer heraus erfolgen. Damit ist die Polysiliziummembran 12 während des Vereinzelungsprozesses noch durch die Oxidschichten 17 geschützt. Nach dem Entfernen der Oxidschicht 17 können die Zugangskanäle auch weiter geöffnet werden, so dass ein schnellerer Druckausgleich bei dennoch ausreichendem Flüssigkeits- und Partikelschutz gewährleistet ist.
Wie in den 5 und 6 gezeigt können statt Zugangskanälen 14 in der Substratkavernenwand der Kaverne 50 auch Zugangskanäle 51 in der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 oder Zugangskanäle 52 in der Epi-Polysilizium-Schicht 2 ausgebildet werden. Die Zugangsöffnung 20 ist in beiden Fällen damit flüssigkeits- und partikelabweisend von der Substratkaverne 50 getrennt.
Die Zugangskanäle 14, 51 oder 52 können in jeder Ausbildung auch entlang ihres Verlaufs in der vergrabenen Polysiliziumschicht 3, der Epi-Polysilizium-Schicht 2 oder der Innenwand der Kaverne 50 des Substrats 1 gekrümmt bzw. gewinkelt sein. Dies verhindert auch, dass kleinste Partikel einen direkten Zugang in den Bereich der Kaverne 50 erhalten können.
Im Sägeprozess können mit den Zugangskanälen 14, 51 und 52 weder Wasser noch Fremd- oder Abraumpartikel in den Bereich der Kaverne 50 des Substrats 1 und damit bis an die Unterseite der Polysiliziummembran 12 vordringen. Aufgrund der wasserabweisenden Schicht verringern sich auch die Benetzungs- und Kriecheffekte von Feuchtigkeit in den Zugangskanälen 14, 51 und 52. MEMS-Bauteile auf der Basis der in den 1 bis 6 vorgeschlagenen Ausführungsformen können somit sehr einfach und kostengünstigen mit bekannten Prozessflüssen hergestellt werden. Insbesondere sind einfache Sägeprozesse möglich, ohne die Integrität der empfindlichen Komponenten den MEMS-Bauteile zu gefährden. Die Polysiliziummembran 12 bleibt auch im Gebrauch bzw. Betrieb gegenüber Feuchtigkeit und Partikeleindringen geschützt. Ferner wird die Schockbelastung der Polysiliziummembran 12 im Betrieb verringert, da Schockwellen in Flüssigkeiten oder akustische Druckwellen durch die Zugangskanäle stark gedämpft werden.
Drucksensoren können je nach Auslegung Eigenfrequenzen aufweisen, die im akustischen Bereich liegen. Wenn die Zugangskanälen 14, 51 und 52 derart dimensioniert werden, das heißt derart schmal und lang sind, dass über die Gasdämpfung an den Eintrittsöffnungen nur noch sehr niederfrequente Schwingungen bis zur Polysiliziummembran 12 durchgelassen werden, können auf der Basis der MEMS-Bauteile in den 1 bis 7 auch Drucksensoren mit Eigenfrequenzen im akustischen Bereich zweckmäßig eingesetzt werden.
7 zeigt ein MEMS-Bauteil mit einem Substrat 1, in welches von einer funktionalen Oberseite eine Kaverne 50 hineinstrukturiert ist. Ein Druckzugang erfolgt seitlich über eine Zugangsöffnung oder eine rückseitige Subsratöffnung. Eine vergrabene Polysiliziumschicht 3 ist über eine Oxidschicht 4 auf dem Substrat 1 aufgebracht und im Bereich der Kaverne 50 als mindestens eine Polysiliziummembran 17 freigestellt, welche die Kaverne 50 zumindest teilweise überspannt. Die Polysiliziummembran 17 fungiert als erste Elektrode einer kapazitiven Drucksensorvorrichtung. Die Polysiliziummembran 17 ist an einer darüber liegenden und gegebenenfalls um eine weitere Oxidschicht beabstandet und elektrisch isolierend angeordnete Epi-Polysilizium-Schicht 2 aufgehängt. Dazu weist die Epi-Polysilizium-Schicht 2 eine erste leitfähige Struktur 18 als zweite Elektrode einerseits und eine zweite, von der ersten leitfähigen Struktur 18 elektrisch isolierte Struktur 16 andererseits auf. Die erste leitfähige Struktur 18 ist über der mindestens einen Polysiliziummembran 17 um einen Freiraum 7 beabstandet freigestellt. Die zweite Struktur 16 dient als Aufhängung für die Polysiliziummembran 17.
Wie in 7 dargestellt können mehrere Abschnitte von Polysiliziummembranen 17 gebildet werden, die an den Rändern mit der zweiten Struktur 16 verbunden sind.
Die zweiten Strukturen 16 dienen somit als Stützstrukturen für die Polysiliziummembranen 17. Durch die elektrische Isolierung der ersten von den zweiten Strukturen in der Epi-Polysilizium-Schicht 2 ist es möglich, eine Kapazitätsänderung bei der Bewegung der Polysiliziummembranen 17 in Richtung der ersten Elektroden 18 zu messen.
Die Polysiliziummembranen 17 des MEMS-Bauteils in 7 sind nicht mehr am Substrat 1 angebunden. Daher wird deren Spannweite auch nicht mehr durch die Auswirkungen eines zeitgesteuerten Oxidätzverfahrens bestimmt, dessen Genauigkeit prozessbedingt sehr begrenzt ist. Da die Spannweite der Polysiliziummembranen 17 mit der dritten Potenz in die Empfindlichkeit der MEMS-Drucksensorvorrichtung eingeht, kann das MEMS-Bauteil der 7 erheblich in seiner Druckempfindlichkeit und Messgenauigkeit verbessert werden. Aufgrund der Tatsache, dass über ein- und derselben Kaverne 50 mehrere Abschnitte von Polysiliziummembranen 17 ausgeformt und freigestellt werden können, kann die effektive Kapazität der Drucksensorvorrichtung des MEMS-Bauteils stark erhöht werden, ohne auf eine größere Substratfläche zurückgreifen zu müssen.
Von außen angelegte Verbiegung des MEMS-Bauteils wirken sich nur in geringem Maße auf die Verbiegung der Polysiliziummembranen 17 aus, da die Epi-Polysilizium-Schicht 2 sowie die vergrabene Polysiliziumschicht 3 aus gleichen oder zumindest in ihrem mechanischen Biegeverhalten sehr ähnlichen Materialien bestehen. Auch die Temperaturabhängigkeit der Vorspannung der Polysiliziummembranen 17 wird dadurch stark vermindert.
Wie in 8 dargestellt, kann es günstig sein, eine Polysiliziumzwischenschicht 19 vorzusehen, welche zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 und der Epi-Polysilizium-Schicht 2 angeordnet ist. In der Polysiliziumzwischenschicht 19 können ein oder mehrere Versteifungsstrukturen 16 ausgebildet werden, die mit der mindestens einen Polysiliziummembran 17 gekoppelt sind. Mit der Polysiliziumzwischenschicht 19 können vorteilhafterweise Teilbereiche der Polysiliziummembranen 17 versteift werden, so dass insgesamt Membranen größerer Spannweite hergestellt werden können. Die Polysiliziumzwischenschicht 19 kann die Polysiliziummembranen 17 zudem in den Randbereichen 21 überragen, so dass das kapazitive Messsignal in den Randbereichen erhöht wird.
Außerdem kann die Aufhängung der Elektrodenstrukturen über die Polysiliziumzwischenschicht 19 erfolgen, so dass auch die Elektrode in der Epi-Polysilizium-Schicht 2 vom Substrat 1 entkoppelt sind.
16 zeigt eine Variante des MEMS-Bauteils in 8, bei der Durchkontaktierungen 39 („through silicon vias“, TSVs) durch das Substrat 1 zur Kontaktierung über Flip-Chip-Kontakte 40 bzw. gebildet sind. Dabei sind durch die Polysiliziumzwischenschicht 19 Trenchgräben 23 bis in die zweiten Strukturen 16 eingebracht, so dass die Polysiliziummembranen 17 mechanisch besser vom Rest der Polysiliziumzwischenschicht 19 entkoppelt sind. 17 zeigt eine Variante des MEMS-Bauteils in 8, bei der der Kappenwafer 8 direkt eine integrierte Schaltung 41 als Auswerteschaltung für die Sensorvorrichtung umfasst. Der Kappenwafer 8 weist Durchkontaktierungen 42 („through silicon vias“, TSVs) durch das Kappensubstrat auf, die mit Flip-Chip-Kontakten 43 ausgestaltet sind. In den verbindenden Oxidschichten von Kappenwafer 8 und Epi-Polysilizium-Schicht 2 können entsprechende Metallisierungsebenen 53 vorgesehen sein. 18 zeigt eine Variante des MEMS-Bauteils in 17, bei der das Substrat 1 rückseitig zur Ausbildung einer Zugangsöffnung 1a geätzt und die Oxidschichten 4 entfernt worden sind. Die Oxidschichten können hierbei über anisotrope Plasmaprozesse entfernt werden, so dass Unterätzungen des Oxids vermieden werden können.
Die 9 bis 15 zeigen Bearbeitungsstadien eines Herstellungsprozess für ein MEMS-Bauteil nach einer der 8, 16, 17 oder 18. In einem Substrat 25 wird eine Substratkaverne 26 eingebracht, auf der das Grundoxid 27 und eine dünne Polysiliziumschicht 28 aufgebracht werden. In einem auf der dünnen Polysiliziumschicht 28 aufgebrachten Zwischenoxidschicht 29 werden Kontaktöffnungen 30 gebildet. Darauf wird wieder eine Polysilizium-Zwischensicht 31 abgeschieden, auf der eine weitere Zwischenoxidschicht 32 mit Kontaktöffnungen 33 gebildet wird. Eine dicke Polysiliziumschicht 34 auf der weiteren Zwischenoxidschicht 32 umfasst Bondbereiche 35 und Kontaktbereiche 36, so dass eine Kappe mit Kontakten 37 und Druckzugangsöffnungen 38 auf der dicken Polysiliziumschicht 34 gebildet werden kann.
19 zeigt eine schematische Schnittillustration eines MEMS-Bauteils mit einem Substrat 1, in welches von einer funktionalen Oberseite eine Ausnehmung hineinstrukturiert ist. Eine vergrabene Polysiliziumschicht 3, in welcher mindestens eine Polysiliziummembran 15 freigestellt ist, weist eine erste, über eine Oxidschicht 4 mit dem Substrat 1 verbundene erste Elektrode 44 auf, die aus der Polysiliziumschicht 3 heraus strukturiert ist. Über der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 ist eine Epi-Polysilizium-Schicht 2 angeordnet, in welcher eine erste leitfähige Struktur 24 als zweite Elektrode freigestellt ist. Die zweite Elektrode ist gegenüber der ersten Elektrode 44 um einen Freiraum beabstandet angeordnet ist. Die Epi-Polysilizium-Schicht 2 umfasst zudem eine zweite, von der ersten leitfähigen Struktur 24 elektrisch isolierte Struktur, die als Aufhängungsstruktur für eine Zwischenelektrodenstruktur 22 in einer Polysiliziumzwischenschicht 19 dient. Die Polysiliziumzwischenschicht 19 ist zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 und der Epi-Polysilizium-Schicht 2 angeordnet ist, und umfasst eine in der Polysiliziumzwischenschicht 19 ausgebildete Versteifungsstruktur 16, die mit der mindestens einen Polysiliziummembran 15 gekoppelt ist. Die Zwischenelektrodenstruktur 22 ist an der zweiten Struktur der Epi-Polysilizium-Schicht 2 aufgehängt und in dem Freiraum zwischen der zweiten Elektrode 24 und der ersten Elektrode 44 angeordnet.
Die Zwischenelektrodenstruktur 22 ist damit frei beweglich und über eine Isolationsschicht 21 vom Substrat 1 elektrisch getrennt. Die Polysiliziummembranen 15 ist an einzelnen Stellen über die Polysiliziumzwischenschicht 19 verdickt, so dass Bereich in der Membran definiert werden, die sich bei einer Druckeinwirkung p von außen, beispielsweise über eine rückseitige Druckzugangsöffnung im Substrat 1, stark durchbiegen können. Die Auslenkung der Polysiliziummembranen 15 wird über die Aufhängungsstruktur in der Epi-Polysilizium-Schicht 2 auf die Zwischenelektrodenstruktur 22 übertragen, die sich bei Druckänderung an den Polysiliziummembranen 15 gegenüber den beiden darunter und darüber liegenden Elektrodenstrukturen verschieben kann. Damit kann über die Elektrodenstukturen 44 und 24 ein voll differentielles kapazitives Messignal für die Druckänderung ermittelt werden.
Wie in 20 als Variante gezeigt, kann die Zwischenelektrodenstruktur auch als kippbare Struktur ausgebildet werden, die an einer Zwischenstruktur der Epi-Polysilizium-Schicht 2 in der Mitte tordierbar aufgehängt ist, und über eine einzelne Polysiliziummembran 15 an einem Rand mithilfe der Aufhängungsstruktur in der Polysiliziumzwischenschicht 19 aktuiert werden kann.
Die 27, 28 und 29 zeigen jeweils vorteilhafte Varianten der MEMS-Bauteile in 19 und 20. In 27 ist ein vorderseitiger Druckzugang 17 durch den Kappenwafer 8 und die Epi-Polysilizium-Schicht 2 hin zu der Druckkaverne im Substrat 1 ausgebildet. 28 zeigt eine Ausführungsvariante mit Durchkontaktierungen 39 („through silicon vias“, TSVs), die durch das Substrat 1 zur Kontaktierung über Flip-Chip-Kontakte 40 bzw. gebildet sind, wobei ein Druckzugang über einen seitlichen Zugangskanal 16 im Substrat 1 erfolgt. 29 zeigt eine Variante des MEMS-Bauteils, bei der der Kappenwafer 8 direkt eine integrierte Schaltung 41 als Auswerteschaltung für die Sensorvorrichtung umfasst. Der Kappenwafer 8 weist Durchkontaktierungen 42 („through silicon vias“, TSVs) durch das Kappensubstrat auf, die mit Flip-Chip-Kontakten 43 ausgestaltet sind. In den verbindenden Oxidschichten von Kappenwafer 8 und Epi-Polysilizium-Schicht 2 können entsprechende Metallisierungsebenen vorgesehen sein.
Die Vorteile der gezeigten Ausführungsvarianten bestehen im Wesentlichen darin, dass die Spannweite der Polysiliziummembranen 15 nicht durch ein zeitgesteuertes Ätzverfahren bestimmt wird, sondern durch eine definierte Verbindung in der Polysiliziumzwischenschicht 19. Dadurch kann die Spannweite sehr genau eingestellt werden. Zudem sind die Polysiliziummembranen 15 nicht mehr direkt mit der Kapazität der Sensorvorrichtung gekoppelt, so dass sehr dünne Polysiliziummembranen 15 mit geringer Spannweite verwendet werden können, ohne auf Kapazitätsvolumen der Sensorvorrichtung verzichten zu müssen. Die Sensorvorrichtung der MEMS-Bauteile in den 19, 20, 27, 28 und 29 arbeitet differentiell, so dass keine Referenzkapazität mehr benötigt wird und das Messsignal sehr empfindlich bleibt. Die Polysiliziummembranen 15 sind außerdem elektrisch von den Messkapazitäten entkoppelt. Dadurch können Medien, Flüssigkeiten oder Fremdpartikel, die sich auf den nach außen hin zugänglichen Polysiliziummembranen 15 ablegen oder anlagern, keine Störung der Messsignale an den Elektrodenstrukturen 23, 24 mehr verursachen.
Die 21 bis 26 zeigen beispielhafte Details der Ankopplungsstellen von vergrabener Polysiliziumschicht 3 und Epi-Polysilizium-Schicht 2 im Bereich der Polysiliziummembranen 15. 21 zeigt eine mögliche Ankopplung 65 über eine Oxidschicht 4. Zwischen der Epi-Polysilizium-Schicht 2 und der vergrabenen Polysiliziumschicht 3 wird die Oxidschicht 4 zur Ausbildung einer Oxidbrücke 68 nicht vollständig entfernt. Eine weitere Möglichkeit der Ankopplung ist in 22 dargestellt: Der innere Bereich 71 der Polysiliziummembran wird über eine Versteifungsstruktur in der Polysiliziumzwischenschicht 19 stabilisiert, die durch die umgebende Zwischenoxidschicht 70 verstärkt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Spannweite der Polysiliziummembran sehr genau definiert ist und temperaturabhängige Verspannungen der Polysiliziummembran aufgrund des unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Oxidschicht und Silizium durch den verdickten inneren Bereich 71 ausgeglichen werden können.
Wie in 23 illustriert, kann es sich als günstig erweisen, die Verdickung über die Polysiliziumzwischenschicht 19 in Teilbereichen umlaufend auszuführen. Kleinere Fehljustagen 73 bei der Substratätzung oder Oxidreste 66 von einer Trockenätzung der Oxidstoppschicht können damit ausgeglichen werden, da die druckempfindlichen Bereiche 72 der Polysiliziummembran über die Versteifungsstrukturen von den Fehljustagen 73 oder Oxidresten 66 weg verlagert werden können. In den 24, 25 und 26 ist gezeigt, wie man alternativ mit einer zuerste angelegten Substratkaverne 74 und einer im Folgeprozess kleineren Rückseitenätzung 1a ebenfalls eine Fehljustage bei der Rückseitenätzung des Substrats 1 ausgleichen kann. Das Oxid der Substratkaverne 74 kann dabei in einem isotropen Ätzprozess entfernt werden.
Somit kann die erfindungsgemäße Technologie auch zum Erzeugen von kapazitiven Sensorvorrichtungen mit einer Vielzahl von sensitiven Elementen für verschiedene physikalische Größen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Technologie erlaubt dabei auch eine Integration eines kapazitiven Drucksensors, eines kapazitiven Beschleunigungssensors, eines kapazitiven Drehratensensors und/oder eines Magnetfeldsensors auf/in demselben Chip.
Die kapazitive Sensorvorrichtung kann mit bekannten kapazitiven Auswerteschaltungen, beispielsweise mit Auswerteschaltungen von Beschleunigungssensoren, betrieben werden. Insbesondere können kombinierte Sensoren über eine rein kapazitive Auswerteschaltung gemeinsam ausgewertet werden. Bei einer geeigneten Auslegung eines kapazitiven Drucksensors kann beispielsweise die Frontenarchitektur eines Beschleunigungssensors der gleichen Sensorvorrichtung auch für den kapazitiven Drucksensor verwendet werden. Entweder über Multiplexen eines gemeinsamen Frontends für Druck und Beschleunigung oder über einen weiteren Frontendkanal ist dies einfach realisierbar.
Die vorteilhafte kapazitive Sensorvorrichtung kann beispielsweise in einem elektronischen multifunktionalen Endgerät, wie etwa in einem Mobiltelefon, eingesetzt werden. Weiterhin können die hierin beschriebenen kapazitiven Sensorvorrichtungen direkt als integriertes Bauelement in Kombination mit anderen Sensorkomponenten, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Magnetfeldsensoren, Winkelbeschleunigungssensoren, Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren oder ähnlichen Sensortypen hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1306348 B1 [0002]
WO 02/02458 A1 [0002]
DE 102004036032 A1 [0002]
DE 102004036035 A1 [0002]
EP 2138450 A1 [0002]
DE 10065026 A1 [0002]
DE 10030352 A1 [0002]
DE 102007019639 A1 [0003]
DE 102013213071 [0003]

Claims

MEMS-Bauteil, mit: einem Substrat (1), in welches von einer funktionalen Oberseite eine Kaverne (50) hineinstrukturiert ist; einer vergrabenen Polysiliziumschicht (3), in welcher eine Polysiliziummembran (12) als erste Elektrode freigestellt ist, welche die Kaverne (50) zumindest teilweise überspannt; einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), in welcher eine leitfähige Struktur als zweite Elektrode (13) freigestellt ist, welche über der Polysiliziummembran (12) um einen Freiraum (7) beabstandet angeordnet ist; und einer Zugangsöffnung (20), welches die äußeren Umgebung des MEMS-Bauteils mit der Kaverne (50) fluidisch verbindet, wobei in der vergrabenen Polysiliziumschicht (3), der Epi-Polysilizium-Schicht (2) und/oder einer Innenwand der Kaverne (50) des Substrats (1) ein oder mehrere Zugangskanäle (14; 51; 52) ausgebildet sind, die die Zugangsöffnung (20) mit der Kaverne (50) verbinden, und deren Kanalbreite nicht mehr als 5 µm beträgt.
MEMS-Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Zugangskanäle (14; 51; 52) entlang ihres Verlaufs in der der vergrabenen Polysiliziumschicht (3), der Epi-Polysilizium-Schicht (2) und/oder der Innenwand der Kaverne (50) des Substrats (1) gekrümmt sind.
MEMS-Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Zugangskanäle (14; 51; 52) an ihrer Innenwand mit einer organischen, fluorhaltigen Schicht beschichtet sind.
MEMS-Bauteil, mit: einem Substrat (1), in welches von einer funktionalen Oberseite eine Kaverne (50) oder von einer der funktionalen Oberseite gegenüberliegenden Seite eine Öffnung (1a) hineinstrukturiert ist; einer vergrabenen Polysiliziumschicht (3), in welcher mindestens eine Polysiliziummembran (17) als erste Elektrode freigestellt ist, welche die Kaverne (50) oder Öffnung (1a) zumindest teilweise überspannt; und einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), in welcher eine erste leitfähige Struktur (18) als zweite Elektrode freigestellt ist, welche über der mindestens einen Polysiliziummembran (17) um einen Freiraum (7) beabstandet angeordnet ist, und in welcher eine zweite, von der ersten leitfähigen Struktur (18) elektrisch isolierte Struktur (16) ausgebildet ist, wobei die vergrabene Polysiliziumschicht (3) an den Rändern der mindestens einen Polysiliziummembran (15, 17) mit der zweiten Struktur (16) verbunden ist.
MEMS-Bauteil nach Anspruch 4, weiterhin mit: einer Polysiliziumzwischenschicht (19), welche zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht (3) und der Epi-Polysilizium-Schicht (2) angeordnet ist, wobei in der Polysiliziumzwischenschicht (19) eine Versteifungsstruktur (16) ausgebildet ist, die mit der mindestens einen Polysiliziummembran (17) gekoppelt ist.
MEMS-Bauteil, mit: einem Substrat (1), in welches von einer funktionalen Oberseite eine Ausnehmung oder von einer der funktionalen Oberseite gegenüberliegenden Seite eine Öffnung hineinstrukturiert ist; einer vergrabenen Polysiliziumschicht (3), in welcher mindestens eine Polysiliziummembran (15, 17) freigestellt ist, welche die Ausnehmung oder Öffnung zumindest teilweise überspannt, und in welcher eine erste, über eine Oxidschicht (4) mit dem Substrat (1) verbundene erste Elektrode (44) ausstrukturiert ist; einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), in welcher eine erste leitfähige Struktur (24) als zweite Elektrode freigestellt ist, welche über der ersten Elektrode (44) um einen Freiraum beabstandet angeordnet ist, und in welcher eine zweite, von der ersten leitfähigen Struktur (24) elektrisch isolierte Struktur ausgebildet ist; und einer Polysiliziumzwischenschicht (19), welche zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht (3) und der Epi-Polysilizium-Schicht (2) angeordnet ist, wobei in der Polysiliziumzwischenschicht (19) eine Versteifungsstruktur (16) ausgebildet ist, die mit der mindestens einen Polysiliziummembran (15, 17) gekoppelt ist, und wobei in der Polysiliziumzwischenschicht (19) eine Zwischenelektrodenstruktur (22) ausgebildet ist, welche an der zweiten Struktur der Epi-Polysilizium-Schicht (2) aufgehängt und in dem Freiraum zwischen der zweiten Elektrode (24) und der ersten Elektrode (44) angeordnet ist.
MEMS-Bauteil nach Anspruch 6, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (22) an der zweiten Struktur der Epi-Polysilizium-Schicht (2) kippbar aufgehängt ist.
MEMS-Bauteil nach Anspruch 6, wobei in der vergrabenen Polysiliziumschicht (3) mindestens zwei Polysiliziummembran (17) freigestellt sind, welche über die zweiten Struktur der Epi-Polysilizium-Schicht (2) mit jeweils gegenüberliegenden Ränder der Zwischenelektrodenstruktur (22) gekoppelt sind.
Herstellungsverfahren für ein MEMS-Bauteil mit den Schritten: Freistellen einer Polysiliziummembran (12) als erste Elektrode über einer in einer funktionalen Oberseite eines Substrats (1) hineinstrukturierten Kaverne (50); Freistellen einer leitfähigen Struktur als zweite Elektrode (13) in einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), welche über der Polysiliziummembran (12) um einen Freiraum (7) beabstandet angeordnet ist; Strukturieren einer Zugangsöffnung (20), welches die äußeren Umgebung des MEMS-Bauteils mit der Kaverne (50) fluidisch verbindet in dem Substrat (1); und Ausbilden eines oder mehrerer Zugangskanäle (14; 51; 52) in der vergrabenen Polysiliziumschicht (3), der Epi-Polysilizium-Schicht (2) und/oder einer Innenwand der Kaverne (50) des Substrats (1), die die Zugangsöffnung (20) mit der Kaverne (50) verbinden, und deren Kanalbreite nicht mehr als 5 µm beträgt.
Herstellungsverfahren für ein MEMS-Bauteil mit den Schritten: Freistellen einer Polysiliziummembran (17) als erste Elektrode über einer in einer funktionalen Oberseite eines Substrats (1) hineinstrukturierten Kaverne (50) oder einer von einer der funktionalen Oberseite gegenüberliegenden Seite hineinstrukturierten Öffnung (1a); Freistellen einer ersten leitfähigen Struktur (18) als zweite Elektrode in einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), welche über der mindestens einen Polysiliziummembran (17) um einen Freiraum (7) beabstandet angeordnet ist; Ausbilden einer zweiten, von der ersten leitfähigen Struktur (18) elektrisch isolierten Struktur (16) in der Epi-Polysilizium-Schicht (2); und Verbinden der vergrabenen Polysiliziumschicht (3) an den Rändern der mindestens einen Polysiliziummembran (17) mit der zweiten Struktur (16).
Herstellungsverfahren für ein MEMS-Bauteil mit den Schritten: Freistellen mindestens einer Polysiliziummembran (15, 17) aus einer vergrabenen Polysiliziumschicht (3) in einem Substrat (1), in welches von einer funktionalen Oberseite eine Ausnehmung oder von einer der funktionalen Oberseite gegenüberliegenden Seite eine Öffnung hineinstrukturiert ist, so dass die mindestens einer Polysiliziummembran (15, 17) die Ausnehmung zumindest teilweise überspannt; Ausstrukturieren einer ersten, über eine Oxidschicht (4) mit dem Substrat (1) verbundenen ersten Elektrode (44) in der vergrabenen Polysiliziumschicht (3); Freistellen einer ersten leitfähigen Struktur (24) als zweite Elektrode in einer Epi-Polysilizium-Schicht (2), welche über der ersten Elektrode (23) um einen Freiraum beabstandet angeordnet ist; Ausbilden einer zweiten, von der ersten leitfähigen Struktur (24) elektrisch isolierten Struktur in der Epi-Polysilizium-Schicht (2); Ausbilden einer Versteifungsstruktur (16), die mit der mindestens einen Polysiliziummembran (15, 17) gekoppelt ist, in einer Polysiliziumzwischenschicht (19), welche zwischen der vergrabenen Polysiliziumschicht (3) und der Epi-Polysilizium-Schicht (2) angeordnet ist M und Aufhängen einer in der Polysiliziumzwischenschicht (19) ausgebildeten Zwischenelektrodenstruktur (22) an der zweiten Struktur der Epi-Polysilizium-Schicht (2) in dem Freiraum zwischen der zweiten Elektrode (24) und der ersten Elektrode (44).