DE102014224170A1

DE102014224170A1 - Mikrofon und verfahren zum herstellen des gleichen

Info

Publication number: DE102014224170A1
Application number: DE102014224170.7A
Authority: DE
Inventors: Ilseon Yoo; Hyunsoo Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-03-24
Also published as: CN105704629B; US9693149B2; KR101550636B1; US20160088400A1; CN105704629A

Abstract

Ein Mikrofon und ein Verfahren zum Herstellen des Mikrofons werden bereitgestellt. Das Mikrofon weist ein Substrat mit einer Durchdringungsöffnung, eine Vibrationseinheit, welche auf dem Substrat angeordnet ist, um die Durchdringungsöffnung abzudecken, und eine befestigte Elektrode, welche über und von der Vibrationseinheit entfernt angeordnet ist, auf. Ferner weist die Vibrationseinheit einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, welche auf der Durchdringungsöffnung angeordnet sind, und einen dritten Abschnitt, welcher auf dem Substrat angeordnet ist, Zusätzlich sind der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt voneinander beabstandet und der zweite Abschnitt ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt gekoppelt und weist einen ersten piezoelektrischen Abschnitt und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt auf.

Description

HINTERGRUND
A) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mikrofon und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
B) Beschreibung des Standes der Technik
Ein Mikrofon, welches eine Klangwelle in ein elektrisches Signal wandelt, kann mit einer verringerten Größe durch Verwendung von mikroelektromechanischer Systemtechnologie (MEMS) hergestellt werden. Das MEMS-Mikrofon ist gegen Hitze und Feuchtigkeit resistenter als ein Elektret-Kondensatormikrofon (ECM), was die Integration mit einer Signalprozessoreinheit ermöglicht.
Ein Hochleistungsmikrofon, ein akustischer Übersteuerungspunkt (AOP), eine Sensitivität des Mikrofons und ein Signalrauschverhältnis (SNR) können gegen einander Vorteile und Nachteile haben. Ein hochsensibles Mikrofon kann einen sehr lauten Klang aufgrund des niedrigen AOP nicht erfassen. Jedoch kann ein Mikrofon niedriger Sensitivität den im Wesentlichen sehr lauten Ton aufgrund des hohen AOP erfassen, wobei das Mikrofon niedriger Sensitivität einen leisen Klang nicht erfassen kann.
Die oben dargestellte Information in diesem Absatz dient lediglich dem verbesserten Verständnis des Hintergrundes der Erfindung und kann daher Information aufweisen, welche nicht den Stand der Technik bildet, der in diesem Land von einem üblichen Fachmann gekannt wird.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Mikrofon und ein Verfahren zum Herstellen des gleichen, welche den Messbereich des Mikrofons für Schalldruck verbessern können. Die vorliegende Erfindung offenbart ein Mikrofon, welches ein Substrat aufweisen kann, welches eine Durchdringungsöffnung, eine Vibrationseinheit, welche auf dem Substrat angeordnet ist, um die Durchdringungsöffnung abzudecken, und eine befestigte Elektrode, welche über der Vibrationseinheit und von dieser beabstandet angeordnet ist, aufweisen kann. Ferner kann die Vibrationseinheit einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, welcher über der Durchdringungsöffnung angeordnet ist, und einen dritten Abschnitt aufweisen, welcher auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt voneinander beabstandet sein können und der zweite Abschnitt zwischen den ersten Abschnitt und den dritten Abschnitt gekoppelt sein kann und einen ersten piezoelektrischen Abschnitt und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt aufweisen kann.
Sowohl der erste Abschnitt als auch der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt können eine erste Isolationsschicht, eine zweite Isolationsschicht und eine Vibrationsschicht aufweisen, welche zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist. Der erste piezoelektrische Abschnitt kann an einer Unterseite (z. B. der unteren Seite) der ersten Isolationsschicht angeordnet sein und der zweite piezoelektrische Abschnitt kann auf der zweiten Isolationsschicht angeordnet sein. Ferner kann der erste piezoelektrische Abschnitt eine erste piezoelektrische untere Elektrode, eine erste piezoelektrische obere Elektrode und eine erste piezoelektrische Schicht, welche zwischen der ersten piezoelektrischen unteren Elektrode und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist, aufweisen. Der zweite piezoelektrische Abschnitt kann eine zweite piezoelektrische untere Elektrode, eine zweite piezoelektrische obere Elektrode und eine zweite piezoelektrische Schicht aufweisen, welche zwischen der zweiten piezoelektrischen unteren Elektrode und der zweiten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist. Die Vibrationsschicht kann aus Polysilizium oder einem leitenden Material ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Substrat aus Silizium ausgebildet sein. Das Mikrofon kann ferner eine Unterstützungsschicht aufweisen, welche auf dem dritten Abschnitt ausgebildet ist und ausgebildet ist, die befestigte Elektrode zu stützen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrofons bereit, welches aufweist das Formen einer Ausnehmung in einem Substrat, das Formen einer Oxidschicht auf dem Substrat, das Formen einer Vibrationshaltereinheit auf der Oxidschicht; das Formen einer befestigten Elektrode, welche eine Vielzahl von Lufteinlässen über der Vibrationseinheit und von dieser beabstandet aufweisen kann, und das Ätzen einer Rückseite des Substrats und des Oxidfilms, um eine Durchdringungsöffnung zu bilden, welche einen Teil der Vibrationseinheit offenlegt. Die Vibrationseinheit kann einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, welche über der Durchdringungsöffnung angeordnet sind, und einen dritten Abschnitt aufweisen, welcher auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt voneinander beabstandet sein können und der zweite Abschnitt zwischen den ersten Abschnitt und den dritten Abschnitt gekoppelt sein kann, und kann ferner einen ersten piezoelektrischen Abschnitt und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt aufweisen.
Das Ausbilden einer Vibrationseinheit kann aufweisen das Ausbilden des ersten piezoelektrischen Abschnitts auf der Oxidschicht innerhalb der Ausnehmung, das Bilden einer ersten Isolationsschicht, einer Vibrationsschicht und einer zweiten Isolationsschicht auf der Oxidschicht und des ersten piezoelektrischen Abschnitts, das Strukturieren der ersten Isolationsschicht, der Vibrationsschicht und der zweiten Isolationsschicht und das Ausbilden des zweiten piezoelektrischen Abschnitts auf der zweiten Isolationsschicht an einer Position gegenüberliegend dem ersten piezoelektrischen Abschnitt.
Das Ausbilden einer befestigten Elektrode kann das Ausbilden einer Opferschicht auf der Vibrationseinheit, das Ausbilden einer Metallschicht auf der Opferschicht und das Strukturieren der Metallschicht und das Entfernen eines Teils der Opferschicht aufweisen. Das Substrat kann aus Silizium ausgebildet sein. Folglich kann das Mikrofon in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile aufweisen. Die piezoelektrischen Abschnitte, welche innerhalb der Vibrationseinheit angeordnet sind, können die Belastung, welche auf den piezoelektrischen Abschnitt ausgeübt wird, begrenzen, und ermöglichen eine aktive Erkennung des Tons basierend auf der Höhe des Schalldrucks des Tons, welcher dort hinein von außerhalb des Mikrofons eingebracht wird. Das Mikrofon kann einen Messbereich des Klangs basierend auf der Höhe des Schalldrucks des Klangs, welcher darauf von außen angewendet wird, verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der gleichen im Detail beschrieben, welche in den beiliegenden Figuren dargestellt sind, welche im Folgenden lediglich der Illustration dienen und daher nicht als begrenzend für die vorliegende Erfindung angesehen werden, wobei:
1 eine beispielhafte Schnittansicht eines Mikrofons entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine beispielhafte Draufsicht der Vibrationseinheit in dem Mikrofon der 1 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 bis 7 beispielhafte Zeichnungen darstellen, welche die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Mikrofons entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Terminologie, welche hierin verwendet wird, dient der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken. So wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein” und „der, die, das” auch die Pluralformen ein, solange dies nicht aus dem Kontext anders angezeigt wird. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „aufweisen” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Elemente, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten anzeigen, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder weiterer anderer Merkmale, Elemente, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen der gleichen nicht ausschließt. So wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder” eines und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der aufgelisteten Elemente ein.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Detail beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch in anderen Formen ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu dienen die beispielhaften Ausführungsformen, welche hierin offenbart werden, dazu, die vorliegende Erfindung, welche hierin eingeführt wird, offenzulegen und Aspekte der vorliegenden Erfindung einem üblichen Fachmann adäquat bereitzustellen.
In den Figuren sind Dicken von Schichten und Regionen zum Zweck der Klarheit übertrieben. Zusätzlich kann eine Schicht, wenn beschrieben wird, dass diese Schicht „auf” einer anderen Schicht oder einem Substrat ist, auf der anderen Schicht oder dem Substrat ausgebildet sein oder eine dritte Schicht kann zwischen der Schicht und der anderen Schicht oder dem Substrat angeordnet sein.
Bezugnehmend auf 1 und 2 wird das Mikrofon in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht eines Mikrofons entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 zeigt eine beispielhafte Draufsicht der Vibrationseinheit in dem Mikrofon der 1 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 1 und 2 kann das Mikrofon ein Substrat 110, eine Vibrationseinheit 200 und eine befestigte Elektrode 180 aufweisen. Das Substrat 110 kann aus Silizium ausgebildet sein und kann eine Durchdringungsöffnung 120 aufweisen.
Die Vibrationseinheit 200 kann auf dem Substrat 110 angeordnet sein. Ferner kann die Vibrationseinheit 200 die Durchdringungsöffnung 120 überdecken. Eine Oxidschicht 130 kann zwischen dem Substrat 110 und der Vibrationseinheit 200 angeordnet sein. Die Vibrationseinheit 200 kann einen ersten Abschnitt 150, einen zweiten Abschnitt 155 und einen dritten Abschnitt 158 aufweisen. Der erste Abschnitt 150 und der dritte Abschnitt 158 können voneinander beabstandet sein. Zusätzlich kann der erste Abschnitt 150 über der Durchdringungsöffnung 120 angeordnet sein und der dritte Abschnitt 158 kann über dem Substrat 110 angeordnet sein. Der zweite Abschnitt 155 kann auf der Durchdringungsöffnung 120 angeordnet sein und zwischen dem ersten Abschnitt 150 und dem dritten Abschnitt 158 angeschlossen sein.
Der erste Abschnitt 150 und der dritte Abschnitt 158 können jeder eine erste Isolationsschicht 153 aufweisen. Die Vibrationsschicht 152 kann aus Polysilizium ausgebildet sein. Ferner kann ein Material der Vibrationsschicht 152 nicht darauf beschränkt sein, sondern die Vibrationsschicht 152 kann aus einem Material ausgebildet sein, welches eine Leitfähigkeit aufweist (z. B., es ist fähig, Elektrizität zu leiten). Die Vibrationsschicht 152 kann zwischen der ersten Isolationsschicht 151 und der zweiten Isolation 153 angeordnet sein. Innerhalb des dritten Abschnitts 158 kann die erste Isolationsschicht 151 auf der Oxidschicht 130 angeordnet sein. Der zweite Abschnitt 155 kann die erste Isolationsschicht 151, die Vibrationsschicht 152 und die zweite Isolationsschicht 153 aufweisen. Der zweite Abschnitt 155 kann auch einen ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 aufweisen.
Der erste piezoelektrische Abschnitt 140 kann auf der Unterseite (z. B. einer unteren Seite) der ersten Isolationsschicht 151 angeordnet sein und eine erste piezoelektrische untere Elektrode 141, eine erste piezoelektrische Schicht 142 und eine erste piezoelektrische obere Elektrode 143 aufweisen. Die erste piezoelektrische Schicht 142 kann aus einem piezoelektrischen Material (z. B. Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitanat (BaTiO₃) und Rochellersalz), welches zwischen der ersten piezoelektrischen unteren Elektrode 141 und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrode 143 angeordnet ist, ausgebildet sein.
Die erste piezoelektrische obere Elektrode 143 kann die erste Isolationsschicht 141 kontaktieren (z. B. kann sie danebenliegend ausgebildet sein).
Der zweite piezoelektrische Abschnitt 160 kann auf der zweiten Isolationsschicht 153 angeordnet sein und eine zweite piezoelektrische untere Elektrode 161, eine zweite piezoelektrische Schicht 162 und eine zweite piezoelektrische obere Elektrode 163 aufweisen. Die zweite piezoelektrische Schicht 162 kann bestehen aus einem piezoelektrischen Material (z. B. Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitanat (BaTiO₃) und Rochellersalz), welches zwischen der zweiten piezoelektrischen unteren Elektrode 161 und der zweiten piezoelektrischen oberen Elektrode 163 ausgebildet ist. Die zweite piezoelektrische untere Elektrode 161 kann die zweite Isolationsschicht 153 kontaktieren.
Teile der Vibrationseinheit 200 (z. B. der erste Abschnitt 150 und der zweite Abschnitt 155) können durch die Durchdringungsöffnung 120 in dem Substrat 110 offengelegt sein. Der erste Abschnitt 150 und der zweite Abschnitt 155 können ausgebildet sein, als Antwort auf einen Klang, welcher von außerhalb des Mikrofons auf diese aufgebracht wird, zu vibrieren. Über der Vibrationseinheit 200 kann die befestigte Elektrode 180 von der Vibrationseinheit 200 beabstandet angeordnet sein. Die befestigte Elektrode 180 kann auf einer unterstützenden Schicht 172 sicher an dieser befestigt sein. Die unterstützende Schicht 172 kann auf dem dritten Abschnitt 158 der Vibrationseinheit 200 angeordnet sein und ausgebildet sein, die befestigte Elektrode 180 zu stützen.
Eine Luftschicht 171 kann zwischen der befestigten Elektrode 180 und dem ersten Abschnitt 150 und dem zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 angeordnet sein, welche die befestigte Elektrode 180 in einer vorgegebenen Entfernung von dem ersten Abschnitt 150 und dem zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 beabstandet. Zusätzlich kann die befestigte Elektrode 180 eine Vielzahl von Lufteinlässen 181, welche darin angeordnet sind, aufweisen. Ein Klang von extern von dem Mikrofon kann über die Lufteinlässe 181 eingeleitet werden, um die Vibrationseinheit 200 zu stimulieren und kann ein Vibrieren der Vibrationseinheit 200 hervorrufen. Insbesondere können der erste Abschnitt 150 und der zweite Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200, welche auf der Durchdringungsöffnung 120 angeordnet sind, ausgebildet sein, zu vibrieren.
Wenn der erste Abschnitt 150 und der zweite Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 vibrieren, kann ein Raum zwischen dem ersten Abschnitt 150 und der befestigten Elektrode 180 sich verändern. Entsprechend kann sich eine Kapazität zwischen der Vibrationsschicht 152 des ersten Abschnitts 150 und der befestigten Elektrode 180 verändern und die Veränderung der Kapazität kann an einen Signalverarbeitungsschaltkreis (nicht dargestellt) über einen Anschluss, welcher mit der Vibrationseinheit 200 gekoppelt ist, weitergeleitet werden und an der Signalverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) in ein elektrisches Signal umgewandet werden, welches es ermöglicht, den Klang von außerhalb des Mikrofons zu detektieren. Der zweite Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 kann den ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 und den zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 aufweisen, welche ausgebildet sind, selektiv auf den zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 eine Belastung auszuüben, wodurch die Steifigkeit des zweiten Abschnitts 155 der Vibrationseinheit 200 selektiv angepasst wird.
Der Klang von außerhalb kann im Wesentlichen sehr laut oder ein im Wesentlichen leiser Klang sein. Wenn der Klang ein im Wesentlichen lauter Klang ist (z. B. ist der Schalldruck, welcher von außen zugeführt wird, im Wesentlichen hoch, d. h. größer als ein vorgegebener Druck) kann der Klang, welcher durch das Messen der Änderung der Kapazität zwischen der Vibrationsschicht 152 des ersten Abschnitts 150 und der befestigten Elektrode 180 erfasst werden, welche durch die Veränderung des Raums zwischen dem ersten Abschnitt 150 der Vibrationseinheit 200 und der befestigten Elektrode 180 hervorgerufen wird. Wenn der Klang im Wesentlichen leise ist (z. B. ist der Schalldruck, welcher von außen zugeführt wird, im Wesentlichen gering), kann eine Spannung an den ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 und den zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 angelegt werden.
Wenn die Spannung an den ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 angelegt wird, kann die Spannung an die erste piezoelektrische untere Elektrode 141 und die erste piezoelektrische obere Elektrode 143 angelegt werden. Entsprechend kann eine Belastung auf die erste piezoelektrische Schicht 142 gegeben werden. Wenn die Spannung an den zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 angelegt wird, kann die Spannung an die zweite piezoelektrische untere Elektrode 161 und die zweite piezoelektrische obere Elektrode 163 angelegt werden. Entsprechend kann eine Belastung auf die zweite piezoelektrische Schicht 162 gegeben werden. Da der erste piezoelektrische Abschnitt 140 und der zweite piezoelektrische Abschnitt 160 von der Vibrationsschicht 152 durch die erste Isolationsschicht 151 und die zweite Isolationsschicht 153 elektrisch isoliert sind, kann das Anlegen der Spannung die Vibrationsschicht 152 nicht beeinflussen.
Wenn eine Belastung auf den ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 und den zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 gegeben wird, kann eine Federkonstante des zweiten Abschnitts 155 reduziert werden, was eine Resonanzfrequenz verringern kann. Entsprechend kann ein im Wesentlichen leiser Klang durch das Messen der Veränderung der Kapazität zwischen der Vibrationsschicht 152 des ersten Abschnitts 150 und der befestigten Elektrode 180 einfacher erfasst werden.
Da der zweite Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 den ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 und den zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 aufweisen kann, kann der Klang basierend auf einer Höhe des Klangdrucks, welcher von außen zugeführt wird, aktiv erfasst werden. Dementsprechend kann ein Mikrofon den Messbereich für Klang basierend auf der Höhe des Schalldrucks anpassen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrofons entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 3 bis 7 beschrieben. 3 bis 7 zeigen beispielhafte Figuren, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrofons entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Bezugnehmend auf 3 können nach dem Bereitstellen eines Substrats 110 eine Vielzahl von Ausnehmungen 111 in dem Substrat 110 ausgebildet werden. Eine Oxidschicht 130 kann auch auf dem Substrat 110 ausgebildet werden. Das Substrat 110 kann aus Silizium ausgebildet sein.
Bezugnehmend auf 4 kann ein erster piezoelektrischer Abschnitt 140 auf der Oxidschicht 130 ausgebildet werden, um eine erste piezoelektrische untere Elektrode 141, eine piezoelektrische Schicht 142 und eine erste piezoelektrische obere Elektrode 143 auszubilden. Der erste piezoelektrische Abschnitt 140 kann auf der Oxidschicht 130 innerhalb der Ausnehmung 111 des Substrats 110 ausgebildet werden. Der erste piezoelektrische Abschnitt 140 kann durch das nacheinander Ausbilden der ersten piezoelektrischen unteren Elektrodenschicht 141, der piezoelektrischen Schicht 142 und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrodenschicht 143 auf der Oxidschicht 153 und das Formen der ersten piezoelektrischen unteren Elektrodenschicht, der piezoelektrischen Schicht 142 und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrodenschicht 143 ausgebildet werden. Die erste piezoelektrische Schicht kann aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet werden (z. B. Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitanat (BaTiO₃) und Rochellersalz).
Bezugnehmend auf 5 können eine erste isolierende Schicht 151, eine Vibrationsschicht 152 und eine zweite isolierende Isolationsschicht 153 auf der Oxidschicht 130 und dem piezoelektrischen Abschnitt 140 nacheinander ausgebildet werden. Die Vibrationsschicht 152 kann aus Polysilizium ausgebildet werden. Ferner ist das Material der Vibrationsschicht 152 nicht darauf beschränkt, sondern kann aus einem beliebigen Material ausgebildet sein, welches eine Leitfähigkeit aufweist (z. B., es ist fähig, Elektrizität zu leiten). Die erste Isolationsschicht 151, die Vibrationsschicht 152 und die zweite Isolationsschicht 153 können geformt werden, um einen ersten Abschnitt 150, einen zweiten Abschnitt 155 und einen dritten Abschnitt 158 der Vibrationseinheit 200 zu bilden.
Bezugnehmend auf 6 kann ein zweiter piezoelektrischer Abschnitt 160 auf der zweiten Isolationsschicht 153 ausgebildet werden und kann eine zweite piezoelektrische untere Elektrode 161, eine piezoelektrische Schicht 162 und eine zweite piezoelektrische obere Elektrode 163 aufweisen. Der zweite piezoelektrische Abschnitt 160 kann an einer Position gegenüber des ersten piezoelektrischen Abschnitts 140 ausgebildet werden. Der zweite piezoelektrische Abschnitt 160 kann durch das nacheinander Ausbilden einer zweiten piezoelektrischen unteren Elektrodenschicht, einer zweiten piezoelektrischen Schicht und einer zweiten piezoelektrischen oberen Elektrodenschicht auf der zweiten Isolationsschicht 153 und das Formen der zweiten piezoelektrischen unteren Elektrodenschicht, der zweiten piezoelektrischen Schicht und der zweiten piezoelektrischen oberen Elektrodenschicht ausgebildet werden. Die zweite piezoelektrische Schicht kann aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet sein (z. B. Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitantat (BaTiO₃) und Rochellersalz.
Die Vibrationseinheit 200 kann ausgebildet sein, um einen ersten Abschnitt, den zweiten Abschnitt 155 und den dritten Abschnitt 158 aufzuweisen. Bezugnehmend auf 2 können der erste Abschnitt 150 und der dritte Abschnitt 158 voneinander beabstandet sein und der zweite Abschnitt 155 kann zwischen dem ersten Abschnitt 150 und dem dritten Abschnitt 158 gekoppelt sein. Sowohl der erste Abschnitt 150 als auch der dritte Abschnitt 158 können die erste Isolationsschicht 151, die Vibrationsschicht 152 und die zweite Isolationsschicht 153 aufweisen. Der zweite Abschnitt 155 kann die erste Isolationsschicht 151, die Vibrationsschicht 152 und die zweite Isolationsschicht 153 aufweisen. Zusätzlich kann der zweite Abschnitt 155 ferner einen ersten piezoelektrischen Abschnitt 140 aufweisen, welcher auf einer Unterseite (z. B. einer unteren Seite) der ersten Isolationsschicht 150 ausgebildet ist, und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt 160 aufweisen, welcher auf der zweiten Isolationsschicht 153 ausgebildet ist.
Bezugnehmend auf 7 kann nach dem Ausbilden einer Opferschicht 170 auf der Vibrationseinheit 200 eine befestigte Elektrode 180 ausgebildet werden, um eine Vielzahl von Lufteinlässen 181 bereitzustellen. Die Opferschicht 170 kann aus einem fotoresistenten Material ausgebildet werden. Das fotoresistente Material kann eine thermisch und mechanisch stabile Struktur in Bezug auf Prozess haben und kann einfacher entfernt werden. Da die Opferschicht 170 aus solch einem fotoresistenten Material ausgebildet ist, kann die Opferschicht 170 in einer Vielzahl von Formen ausgebildet werden. Ferner ist das Material der Opferschicht 170 hierauf nicht beschränkt, sondern kann z. B. aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid gebildet sein. Die befestigte Schicht 180, welche die Vielzahl von Lufteinlässen 181 aufweist, kann durch das Formen (Patterning) nach dem Ausbilden der Metallschicht auf der Opferschicht 170 gebildet werden. Entsprechend kann das Formen der Metallschicht durch das Ausbilden der fotoresistenten Schicht auf der Metallschicht, das Strukturieren der fotoresistenten Schicht mit einem Belichten und Entwickeln, um eine fotoresistente Schichtstruktur zu bilden, und das Ätzen der Metallschicht unter Verwendung der fotoresistenten Schichtstruktur als Maske ausgebildet werden.
Bezugnehmend auf 1 kann eine Durchdringungsöffnung 120 in dem Substrat 110 ausgebildet werden und ein Teil der Opferschicht 170 kann entfernt werden, um eine Luftschicht 171 und eine unterstützende Schicht 172 auszubilden. Die Durchdringungsöffnung 120 kann den ersten Abschnitt 150 und den zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 offenlegen. Die Durchdringungsöffnung 120 kann durch Trocken- oder Nassätzen der Rückseite des Substrats 110 ausgebildet werden. Ein Teil der Oxidschicht 130 kann während des Ätzens der Rückseite des Substrats 110 geätzt werden, um den ersten Abschnitt 150 und den zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 offenzulegen.
Die Opferschicht 170 kann durch ein Nassätzen entfernt werden, in welchem ein Nassätzmittel durch die Lufteinlässe 181, benutzt wird. Die Opferschicht 170 kann durch ein Trockenätzen (z. B. ein O₂-Plasmaätzen) über die Lufteinlässe 181 gebildet werden. Wenn ein Teil der Opferschicht 170 entfernt wird, durch Nass- oder Trockenentfernungsverfahren, kann die Luftschicht 171 zwischen der befestigten Elektrode 180 und dem ersten Abschnitt 150 und dem zweiten Abschnitt 155 der Vibrationseinheit 200 ausgebildet werden und die Opferschicht 170 kann eine Unterstützungsschicht 172 bilden, welche die befestigte Elektrode 180 stützt. Die unterstützende Schicht 172 kann auf dem dritten Abschnitt 158 der Vibrationseinheit 200 ausgebildet werden.
Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was momentan als beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offengelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, eine Vielzahl von Modifikationen und äquivalenten Anordnungen, welche in dem Gedanken und Bereich der vorliegenden Erfindung liegen, abzudecken.
Bezugszeichenliste

110: Substrat
111: Ausnehmung
120: Durchdringungsöffnung
130: Oxidschicht
140: erster piezoelektrischer Abschnitt
150: erster Abschnitt
155: zweiter Abschnitt
158: dritter Abschnitt
160: zweiter Abschnitt
170: Opferschicht
171: Luftschicht
172: Unterstützungsschicht
180: befestigte Elektrode
181: Lufteinlass
200: Vibrationseinheit

Claims

Ein Mikrofon aufweisend: ein Substrat, welches eine Durchdringungsöffnung aufweist; eine Vibrationseinheit, welche über dem Substrat angeordnet ist, um die Durchdringungsöffnung abzudecken; und eine befestigte Elektrode, welche über der Vibrationseinheit und von dieser beabstandet angeordnet ist, wobei die Vibrationseinheit aufweist: einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, welche über der Durchdringungsöffnung angeordnet sind, und einen dritten Abschnitt, welcher auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt voneinander beabstandet sind und wobei der zweite Abschnitt zwischen den ersten Abschnitt und den dritten Abschnitt angeschlossen ist und einen ersten piezoelektrischen Abschnitt und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt aufweist.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei sowohl der erste Abschnitt als auch der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt aufweisen: eine erste Isolationsschicht; eine zweite Isolationsschicht; und eine Vibrationsschicht, welche zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 2, wobei der erste piezoelektrische Abschnitt auf einer Unterseite der ersten Isolationsschicht angeordnet ist und der zweite piezoelektrische Abschnitt auf der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 3, wobei der erste piezoelektrische Abschnitt aufweist: eine erste piezoelektrische untere Elektrode; eine erste piezoelektrische obere Elektrode; und eine erste piezoelektrische Schicht, welche zwischen der ersten piezoelektrischen unteren Elektrode und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei der zweite piezoelektrische Abschnitt aufweist: eine zweite piezoelektrische untere Elektrode; eine zweite piezoelektrische obere Elektrode; und eine zweite piezoelektrische Schicht, welche zwischen der zweiten piezoelektrischen unteren Elektrode und der zweiten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 2, wobei die Vibrationsschicht aus Polysilizium oder einem leitenden Material ausgebildet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Silizium ausgebildet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Unterstützungsschicht, welche auf dem dritten Abschnitt ausgebildet ist, um die befestigte Elektrode zu stützen.
Verfahren zum Herstellen eines Mikrofons, aufweisend: Ausbilden einer Ausnehmung in einem Substrat; Ausbilden einer Oxidschicht in dem Substrat; Ausbilden einer Vibrationseinheit auf der Oxidschicht; Ausbilden einer befestigten Elektrode, welche eine Vielzahl von Lufteinlässen über und von der Vibrationseinheit entfernt beabstandet aufweist; und Ätzen der Rückseite des Substrats und der Oxidschicht zum Ausbilden einer Durchdringungsöffnung, um einen Teil der Vibrationseinheit freizulegen, wobei die Vibrationseinheit aufweist: einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, welche auf der Durchdringungsöffnung angeordnet sind; und einen dritten Abschnitt, welcher auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt voneinander beabstandet sind, und wobei der zweite Abschnitt zwischen den ersten Abschnitt und den dritten Abschnitt gekoppelt ist und einen ersten piezoelektrischen Abschnitt und einen zweiten piezoelektrischen Abschnitt aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ausbildung der Vibrationseinheit aufweist: Ausbilden des ersten piezoelektrischen Abschnitts auf der Oxidschicht in der Ausnehmung; Ausbilden einer ersten Isolationsschicht, einer Vibrationsschicht und einer zweiten Isolationsschicht auf der Oxidschicht und der ersten piezoelektrischen Schicht nacheinander; Strukturieren der ersten Isolationsschicht, der Vibrationsschicht und der zweiten Isolationsschicht; und Ausbilden des zweiten piezoelektrischen Abschnitts auf der zweiten Isolationsschicht an einer Position gegenüber dem ersten piezoelektrischen Abschnitt.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste piezoelektrische Abschnitt aufweist: eine erste piezoelektrische untere Elektrode; eine erste piezoelektrische obere Elektrode; und eine erste piezoelektrische Schicht, welche zwischen der ersten piezoelektrischen unteren Elektrode und der ersten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite piezoelektrische Abschnitt aufweist: eine zweite piezoelektrische untere Elektrode; eine zweite piezoelektrische obere Elektrode; und eine zweite piezoelektrische Schicht, welche zwischen der zweiten piezoelektrischen unteren Elektrode und der zweiten piezoelektrischen oberen Elektrode angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Vibrationsschicht aus Polysilizium oder einem leitenden Material ausgebildet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ausbilden einer befestigten Elektrode aufweist: Ausbilden einer Opferschicht auf der Vibrationseinheit; Ausbilden einer Metallschicht auf der Opferschicht und Strukturieren der Metallschicht; und Entfernen eines Teils der Opferschicht.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Substrat aus Silizium ausgebildet ist.