DE102015108918B4

DE102015108918B4 - System und Verfahren für ein Mikrofon

Info

Publication number: DE102015108918B4
Application number: DE102015108918.1A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Gabl; Wolfgang Klein
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2035-06-06
Also published as: CN105282678B; CN105282678A; US9736590B2; KR20150140582A; US10506345B2; KR101787187B1; US20170311082A1; US20150358735A1; DE102015108918A1

Abstract

Mikrohergestellte Struktur (100), die aufweist:ein Substrat (108);eine erste Klemmschicht (104), die über dem Substrat (108) liegt;eine auslenkbare Membran (102), die über der ersten Klemmschicht (104) liegt; undeine zweite Klemmschicht (106), die über der auslenkbaren Membran (102) liegt,wobei ein Hohlraum in dem Substrat (108) und der ersten Klemmschicht (104) angeordnet ist und in der ersten Klemmschicht (104) eine Hohlraumseitenwand ausbildet, die einem ersten Bereich des Hohlraums, der zwischen dem Substrat (108) und der auslenkbaren Membran (102) angeordnet ist, zugewandt ist;wobei ein Abschnitt der zweiten Klemmschicht (106) einen zweiten Bereich des Hohlraums (109) überlappt, der in dem Substrat (108) angeordnet ist; undwobei die Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) das Substrat (108) überlappt und nicht den zweiten Bereich des Hohlraums (109) überlappt,wobei in der zweiten Klemmschicht (106) ein zweiter Hohlraum angeordnet ist und in der zweiten Klemmschicht (106) eine Hohlraumseitenwand ausgebildet ist,wobei eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) größer als eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht (106) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen mikrohergestellte Strukturen und in bestimmten Ausführungsformen ein System und ein Verfahren für ein Mikrofon.
Wandler wandeln Signale von einer Domäne zu einer anderen um und werden oftmals in Sensoren verwendet. Ein herkömmlicher Sensor mit einem Wandler, der im Alltagsleben zu finden ist, ist ein Mikrofon, das Schallwellen in elektrische Signale umwandelt.
Sensoren auf der Basis von mikroelektromechanischen Systemen (microelectromechanical system, MEMS) umfassen eine Familie von Wandlern, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken hergestellt werden. MEMS wie z.B. ein MEMS-Mikrofon sammeln Informationen aus der Umgebung, indem sie die Änderung des physikalischen Zustands im Wandler messen und das Signal, das von der Elektronik, die mit dem MEMS-Sensor verbunden ist, zu verarbeiten ist, übertragen. MEMS-Vorrichtungen können unter Verwendung von Herstellungstechniken der Mikrobearbeitung, die ähnlich jener für integrierte Schaltkreise ist, hergestellt werden.
MEMS-Vorrichtungen können so ausgelegt sein, dass sie als Oszillatoren, Resonatoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, Mikrofone, Mikrospiegel etc. fungieren. Viele MEMS-Vorrichtungen verwenden kapazitive Detektionstechniken, um das physikalische Phänomen in elektrische Signale umzuwandeln. In solchen Anwendungen wird die Kapazitätsänderung im Sensor in ein Spannungssignal unter Verwendung von Schnittstellenschaltungen umgewandelt.
So umfasst z.B. ein kapazitives MEMS-Mikrofon eine Rückplattenelektrode und eine Membran, die parallel zur Rückplattenelektrode angeordnet ist. Die Rückplattenelektrode und die Membran bilden einen Parallelplattenkondensator. Die Rückplattenelektrode und die Membran sind von einer auf einem Substrat angeordneten Struktur gestützt.
Das kapazitive MEMS-Mikrofon ist in der Lage, Schalldruckwellen, z.B. Sprache, an der Membran, die parallel zur Rückplattenelektrode angeordnet ist, umzuwandeln. Die Rückplattenelektrode ist perforiert, so dass Schalldruckwellen durch die Rückplatte hindurchgehen, während bewirkt wird, dass die Membran aufgrund einer Druckdifferenz, die an der Membran gebildet wird, schwingt. Somit variiert der Luftspalt zwischen der Membran und der Rückplattenelektrode mit den Schwingungen der Membran. Die Variation der Membran in Bezug auf die Rückplattenelektrode bewirkt eine Kapazitätsvariation zwischen der Membran und der Rückplattenelektrode. Diese Kapazitätsvariation wird in ein Ausgabesignal transformiert, das auf die Bewegung der Membran anspricht, und bildet ein umgewandeltes Signal.
In US 2014 / 0 072 152 A1 wird ein MEMS-Mikrofonsystem mit doppelter Rückplatte offenbart, welches eine flexible Membran angeordnet zwischen zwei Einkristall-Silizium-Rückplatten aufweist. In EP 2 460 365 B1 wird ein Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur offenbart, die in einem Schichtaufbau über einem Substrat realisiert ist. In DE 10 2014 204 712 A1 wird ein MEMS-Akustikwandler offenbart, der eine oder mehrere Graphenmembran(en) aufweist. In DE 11 2011 105 845 T5 wird ein MEMS-Mikrofon mit reduzierter parasitärer Kapazität offenbart. In US 8 461 655 B2 wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Schallwandlers offenbart. WO 2014/ 179 721 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-MEMS-Bauelements.
Eine Charakteristik einer MEMS-Vorrichtung ist die Robustheit der MEMS-Vorrichtung. So weist ein kapazitives MEMS-Mikrofon eine charakteristische Robustheit auf, die die Größe der Erschütterung oder des Aufpralls bestimmt, der/dem das MEMS-Mikrofon ohne Schaden widerstehen kann. Oftmals neigt die Membran, die auslenkbar ist, mehr zur Bruch oder Versagen aufgrund von Erschütterung oder Aufprall als andere Teile des MEMS-Mikrofons.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine mikrohergestellte Struktur einen Hohlraum, der in einem Substrat angeordnet ist, eine erste Klemmschicht, die über dem Substrat liegt, eine auslenkbare Membran, die über der ersten Klemmschicht liegt, und eine zweite Klemmschicht, die über der auslenkbaren Membran liegt. Ein Abschnitt der zweiten Klemmschicht überlappt den Hohlraum.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die mikrohergestellte Struktur auch eine Abfühlschicht (auch bezeichnet als Detektionsschicht), die über der zweiten Klemmschicht liegt. Die Abfühlschicht umfasst eine Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Freigabelöchern. Die Abfühlschicht kann auch Perforationen über eine Fläche umfassen, die über dem Hohlraum liegt. Eine Rauheit einer Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht kann größer als eine Rauheit einer Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht sein. Die Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht weist eine Oberflächenvariation von etwa 1 µm auf, und die Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht weist eine Oberflächenvariation von etwa 100 nm auf.
In verschiedenen Ausführungsformen überlappt eine Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht mit dem Substrat, und sie überlappt nicht mit dem Hohlraum. Die mikrohergestellte Struktur kann auch eine keilförmige Klemmschicht umfassen, die zwischen einer obersten Fläche der ersten Klemmschicht und einer Bodenfläche der auslenkbaren Membran gebildet ist. Die keilförmige Klemmschicht umfasst eine Abschrägungskante, die an einer vertikalen Kante der ersten Klemmschicht ausgebildet ist und sich entlang der auslenkbaren Membran hin zu einer Region erstreckt, die mit dem Hohlraum überlappt. Die zweite Klemmschicht kann mit der auslenkbaren Membran in Kontakt sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine mikrohergestellte Vorrichtung eine erste Rückplatte, eine erste Klemmschicht, die angrenzend an die erste Rückplatte angeordnet ist, eine zweite Rückplatte, eine zweite Klemmschicht, die angrenzend an die zweite Rückplatte angeordnet ist, und eine Membranschicht, die zwischen der ersten Klemmschicht und der zweiten Klemmschicht angeordnet ist. Die erste Rückplatte umfasst eine erste Region mit Umfangsperforationen, die eine erste Fläche umgeben. Die erste Klemmschicht umfasst einen ersten Hohlraum mit einer ersten Querschnittsfläche, die größer als die erste Fläche ist. Die zweite Rückplatte umfasst eine zweite Region mit Umfangsperforationen, die eine zweite Fläche umgeben, die größer als die erste Fläche ist. Die zweite Klemmschicht umfasst einen zweiten Hohlraum mit zweiten Querschnittsfläche, die größer als die erste Querschnittsfläche ist.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der zweite Hohlraum akustisch mit einer Lautöffnung (auch bezeichnet als Schallöffnung) gekoppelt. Die mikrohergestellte Vorrichtung kann ein Substrat umfassen, das einen dritten Hohlraum umfasst, der eine dritte Querschnittsfläche aufweist, und wobei die erste Querschnittsfläche und die zweite Querschnittsfläche kleiner als die dritte Querschnittsfläche sind. In einigen Ausführungsformen ist der dritte Hohlraum vom ersten Hohlraum durch die erste Rückplatte getrennt. In anderen Ausführungsformen ist der dritte Hohlraum vom zweiten Hohlraum durch die zweite Rückplatte getrennt. Die erste Rückplatte und die zweite Rückplatte können jeweils mittige Perforationen umfassen, die von den Umfangsperforationen umgeben sind. Die mittigen Perforationen weisen einen größeren Durchmesser als die Umfangsperforationen auf. Die erste Rückplatte und die zweite Rückplatte können auch jeweils Zwischenperforationen umfassen. Die Zwischenperforationen weisen einen größeren Durchmesser als die Umfangsperforationen und einen kleineren Durchmesser als die mittigen Perforationen auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Umfangsperforationen einen Durchmesser von mehr oder weniger gleich 1,5 µm auf. Die Umfangsperforationen, die die erste Fläche umgeben, können die erste Fläche vollständig umgeben, und die Umfangsperforationen, die eine zweite Fläche umgeben, können die zweite Fläche vollständig umgeben.
Nach einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung das Ausbilden eines Hohlraums in einem Substrat, das Ausbilden einer ersten Klemmschicht über dem Substrat, das Ausbilden einer auslenkbaren Membran über der ersten Klemmschicht und das Ausbilden einer zweiten Klemmschicht über der auslenkbaren Membran. In solchen Ausführungsformen überlappt ein Abschnitt der zweiten Klemmschicht mit dem Hohlraum.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Ausbilden eines Hohlraums in einem Substrat das Ätzen durch das Substrat von einer Rückseite des Substrats zu einer Vorderseite des Substrats. Das Ausbilden einer ersten Klemmschicht kann das Abscheiden einer Isolierschicht auf dem Substrat und das Ätzen der Isolierschicht im Hohlraum und um diesen herum umfassen. Das Ausbilden einer auslenkbaren Membran über der ersten Klemmschicht kann das Abscheiden eines leitfähigen Materials über dem Substrat und das Strukturieren des leitfähigen Materials zur Ausbildung der auslenkbaren Membran umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung auch das Ausbilden einer Rückplatte über der zweiten Klemmschicht. Die Rückplatte kann Umfangsperforationen umfassen, die einen Abfühlbereich der Rückplatte umgeben. Das Ausbilden einer zweiten Klemmschicht über der auslenkbaren Membran kann das Abscheiden einer Isolierschicht auf der auslenkbaren Membran und das Ätzen der Isolierschicht in den Umfangsperforationen und um diese herum umfassen.
Vorteile der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen können mikrohergestellte Vorrichtungen umfassen, die eine verbesserte Robustheit gegenüber Erschütterung und lauten Schalldruckwellen zeigen. Ausführungsformen der mikrohergestellten Vorrichtungen können Klemmschichten für die Membran oder die Rückplatte mit erhöhter Glätte der Seitenwand mit einer Variation von weniger als etwa 100 nm umfassen.
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile sei nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verwiesen, worin:

1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer mikrohergestellten Vorrichtung veranschaulicht;
Die 2a und 2b Querschnittsansichten einer Ausführungsform der Struktur veranschaulichen;
Die 3a und 3b Draufsichten auf eine Ausführungsform einer mikrohergestellten Vorrichtung veranschaulichen;
Die 4a und 4b Querschnittsansichten einer zusätzlichen Ausführungsform von mikrohergestellten Vorrichtungen veranschaulichen;
Die 5a und 5b Querschnittsansichten einer weiteren Ausführungsform der mikrohergestellten Vorrichtungen veranschaulichen;
6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Herstellungssequenz veranschaulicht; und
Die 7a, 7b, 7c, 7d und 7e Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer mikrohergestellten Vorrichtung in verschiedenen Stadien in einer Ausführungsform der Herstellungssequenz veranschaulichen.

Entsprechende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern dies nicht anders angegeben ist. Die Figuren sind zur deutlichen Veranschaulichung der relevanten Aspekte der Ausführungsformen dargestellt, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen ist nachfolgend ausführlich erläutert. Es versteht sich aber, dass die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte angewendet werden können. Die erläuterten speziellen Ausführungsformen veranschaulichen nur spezielle Arten und Weisen zur Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen und sollten nicht in einem beschränkenden Umfang zu verstehen sein.
Die Beschreibung erfolgt mit Verweis auf verschiedene Ausführungsformen in einem speziellen Kontext, nämlich Mikrofonwandler, und insbesondere MEMS-Mikrofone. Einige der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen umfassen MEMS-Wandlersysteme. MEMS-Mikrofonsysteme, Siliciummikrofone und Einfach- und Doppelrückplatten-Siliciummikrofone. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf andere Anwendungen angewendet werden, die jeglichen Typ einer mikrohergestellten Struktur gemäß einer beliebigen in der Technik bekannten Art und Weise umfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine robuste mikrohergestellte Struktur bereitgestellt. Die mikrohergestellte Struktur umfasst eine auslenkbare Schicht, die von einer Klemmschicht getragen ist. Die auslenkbare Schicht weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Die Klemmschicht ist auf der ersten Seite angeordnet, so dass anfängliche große Auslenkungen der auslenkbaren Schicht in die Richtung der ersten Seite erfolgen. Solche Auslenkungen bewirken, dass sich die auslenkbare Schicht um eine Kante der Klemmschicht herum beugt, die die auslenkbare Schicht trägt. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Kante der Klemmschicht eine glatte Kante mit einer Variation von etwa 100 nm oder weniger von einer perfekten Linie oder glatten Kurve.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die mikrohergestellte Struktur ein Siliciummikrofon mit einer Membran, die zwischen einer Abstandsklemmschicht und einer Trageklemmschicht geklemmt ist. Die Membran ist derart angeordnet, so dass Schalldruckwellen von einer Lautöffnung auf eine erste Seite der Membran gegenüber der Trageklemmschicht einfallen. Die Membran umfasst einen auslenkbaren Abschnitt, der nicht fixiert ist, und einen fixierten Abschnitt, der an der Abstandsklemmschicht oder der Trageklemmschicht befestigt ist. Die Trageklemmschicht erstreckt sich weiter zum auslenkbaren Abschnitt der auslenkbaren Membran hin als die Abstandsklemmschicht, so dass große Druckwellen, die auf die auslenkbare Membran einfallen, eine anfängliche Auslenkung um eine glatte Kante der Trageklemmschicht herum bewirken. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Glätte der Trageklemmschicht durch Freigabeätzlöcher gesteuert, die in einer Schicht ausgebildet sind, die an die Trageklemmschicht angrenzt und der Membran gegenüber liegt. In einer speziellen Ausführungsform sind die Freigabeätzlöcher in einer Rückplattenelektrode über der Membran ausgebildet, und die Freigabeätzlöcher sind in einer Struktur ausgebildet, die den Umfang des auslenkbaren Abschnitts der auslenkbaren Membran definiert.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform der mikrohergestellten Vorrichtung 100, die eine Membran 102, Klemmschichten 104 und 106, ein Substrat 108 und eine Rückplatte 110 umfasst. Nach verschiedenen Ausführungsformen ist die mikrohergestellte Vorrichtung 100 ein MEMS-Mikrofon. In solchen Ausführungsformen ist die Membran 102 eine auslenkbare Abfühlmembran, die einen Parallelplattenkondensator mit der Rückplatte 110 bildet. Schalldruckwellen fallen auf die Membran 102 vom Hohlraum 109 ein, der mit einer Lautöffnung (nicht dargestellt) im MEMS-Mikrofon verbunden ist. Schalldruckwellen, die vom Hohlraum 109 einfallen, können eine anfängliche Auslenkung der Membran 102 zur Rückplatte 110 hin bewirken, wodurch die Distanz zwischen der Rückplatte 110 und der Membran 102 verringert und die Kapazität vergrößert wird. Die Kapazitätsänderung kann von einer mit der Rückplatte 110 und der Membran 102 durch leitfähige Leitungen (nicht gezeigt) gekoppelten Ausleseelektronik abgetastet werden. 1 veranschaulicht nur einen Abschnitt der mikrohergestellten Vorrichtung 100, der sich zu einer ähnlichen oder identischen Klemm- und Tragestruktur auf einer gegenüber liegenden Seite der Vorrichtung erstrecken kann. Die mikrohergestellte Vorrichtung 100 kann eine kreisförmige und symmetrische Form aufweisen, wenn sie von oben betrachtet wird.
Nach verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 108 ein Siliciumsubstrat oder ein beliebiger anderer Typ eines Substrats sein, und es bildet eine Tragestruktur für die Schichten der mikrohergestellten Vorrichtung 100. Der Hohlraum 109 ist im Substrat 108 ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Hohlraum 109 unter Verwendung von Ätzen wie z.B. einer Bosch-Prozessätzung ausgebildet, die eine raue Substratkante 118 im Substrat 108 erzeugt. So kann die Substratkante 118 z.B. eine Variation von etwa 1 (im um eine perfekte Linie oder glatte Kurve herum aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen weist die Klemmschicht 104 eine raue Kante 114 auf, die annähernd von der Substratkante 118 während eines anderen Ätzprozesses übertragen werden kann. Die Klemmschicht 104 kann als ein TEOS-Oxid (Tetraethylorthosilicat, TEOS) in einigen Ausführungsformen ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Klemmschicht 104 aus einem anderen isolierenden Material wie z.B. einem Dielektrikum oder einem anderen Oxid gebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Membran 102 aus dotiertem Polysilicium gebildet und wird von der Klemmschicht 104 getragen. Die Membran 102 kann auch ein anderes leitfähiges Material in anderen Ausführungsformen sein. Die Klemmschicht 106 wird als ein TEOS-Oxid über der Membran 102 gebildet, wodurch die Membran effektiv als eine Tragestruktur „geklemmt“ wird. In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich die Klemmschicht 106 über den Hohlraum 109 und bildet eine glatte Kante 116, die über dem Hohlraum 109 liegt. Die Rückplatte 110 ist auf der Oberseite der Klemmschicht 106 gebildet und umfasst eine Isolierschicht 126, eine leitfähige Schicht 124 und eine Isolierschicht 122. In einer Ausführungsform sind die Isolierschichten 122 und 126 als Siliciumnitridschichten ausgebildet, und die leitfähige Schicht 124 ist als eine dotierte Polysiliciumschicht gebildet. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Materialien oder Kombination für alle Schichten in der mikrohergestellten Vorrichtung 100 verwendet werden. Wie für die Klemmschicht 104 angeführt wurde, kann die Klemmschicht 106 aus einem beliebigen Typ eines Isoliermaterials bestehen. Ferner kann die Rückplatte 110 aus anderen Isoliermaterialien und leitfähigen Materialien, die in der Technik bekannt sind, gebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Rückplatte 110 Perforationen 112 mit kleinem Durchmesser und Perforationen 120 mit großem Durchmesser. Ferner kann die Rückplatte 110 Perforationen mit mittleren Durchmesser (nicht gezeigt) umfassen. Perforationen 112 können als Freigabelöcher für einen Ätzschritt dienen, der die Klemmschicht 106 ätzt und eine glatte Kante 116 bildet. In verschiedenen Ausführungsformen können die Perforationen 112 zahlreiche Perforationen mit kleinem Durchmesser umfassen, die eng aneinander um den Umfang eines auslenkbaren Abschnitts der Membran 102 herum angeordnet sind. Wie ferner nachfolgend mit Verweis auf die 3a und 3b beschrieben ist, werden die Beabstandung und die Größe der Perforationen 112 verwendet, um die Position und die Glätte der Kante 116 zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann die glatte Kante 116 eine Variation von etwa 100 nm um eine perfekte Linie oder glatte Kurve herum aufweisen.
Nach verschiedenen Ausführungsformen, in welchen große Schalldruckwellen sich in den Hohlraum 109 von einer Lautöffnung (nicht dargestellt) propagieren, wird die Membran 102 zur Rückplatte 110 hin ausgelenkt und biegt sich um die Klemmschicht 106 an der glatten Kante 116. Die Region 128 umfasst einen Abschnitt der Membran 102, in welchem die Belastung während der Auslenkung konzentriert wird. In verschiedenen Ausführungsformen beeinflussen die Art des Biegens und die Kante die Belastungskonzentration und hängen mit der Robustheit der mikrohergestellten Vorrichtung 100 zusammen, wie dies nachfolgend mit Verweis auf die 2a und 2b beschrieben ist. Die Belastung in der Region 128 kann primär Zugbelastung umfassen. Alternativ dazu kann die Region 128 primär Druckbelastung umfassen.
1 veranschaulicht die mikrohergestellte Vorrichtung 100, in welcher Schalldruckwellen auf die Membran 102 vom Hohlraum 109 einfallen. In alternativen Ausführungsformen kann die mikrohergestellte Vorrichtung 100 eine Oberseitenlautöffnung (nicht dargestellt) umfassen, die mit dem Hohlraum 111 über der Rückplatte 110 gekoppelt ist. In einer solchen Ausführungsform können die Klemmschichten 106 und 104 derart angeordnet sein, dass sich die Klemmschicht 104 in den Hohlraum 109 über die Kante 118 hinweg erstreckt, und die Klemmschicht 106 erstreckt sich nicht über die Kante 118 hinaus. In solchen Fällen kann die Klemmschicht 104 eine größere Dicke als die Klemmschicht 106 aufweisen.
Die 2a und 2b veranschaulichen Querschnittsansichten einer Ausführungsform der Struktur 101, die die Klemmschicht 132 und eine auslenkbare Schicht 134 umfasst. 2a veranschaulicht die auslenkbare Schicht 134 in Auslenkung, wobei sie sich von der Klemmschicht 132 und der Kante 136 weg biegt, während die 2b die auslenkbare Schicht 134 in Auslenkung veranschaulicht, wenn sie sich zur Klemmschicht 132 und um die Kante 136 herum biegt. Nach verschiedenen Ausführungsformen resultieren die Auslenkung von einer Kante einer geklemmten Schnittstelle wie die Klemmschicht 132 weg und die Auslenkung in 2a in einer hohen Spitzenzugbelastung am Biegepunkt. Ferner resultiert die Auslenkung rund um eine Kante einer geklemmten Schnittstelle wie der Klemmschicht 132 und der Auslenkung in 2b in einer niedrigen Spitzenzugbelastung am Biegepunkt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugen große Schalldruckwellen, die auf die Membran 102 vom Hohlraum 109 einfallen, in 1 eine Auslenkung der Membran 102, wobei sich diese um eine glatte Kante 116 biegt, ähnlich der in 2b gezeigten Biegung. Die Klemmschicht 106 trägt die Membran 102 derart, so dass die Zugbelastung in der Region 128 im Vergleich zum Typ der in 2a gezeigten Auslenkung reduziert wird. Weil sich die Klemmschicht 106 weiter in den Raum über dem Hohlraum 109 erstreckt als die Klemmschicht 104, ist die anfängliche Biegung der Membran 102 aufgrund einer großen Schalldruckwelle nach oben und vom Hohlraum 109 weg gerichtet, und die Belastung wird in der Region 128 konzentriert. Somit kann die Positionierung der rauen Kante 114 und der glatten Kante 116 die Art der Biegung der Membran 102 und wiederum die Spitzenzugbelastung in der Membran 102, so z.B. in der Region 128, beeinflussen.
Die 3a und 3b veranschaulichen Draufsichten auf einen Abschnitt der Ausführungsform der mikrohergestellten Vorrichtung 150, die eine Rückplatte 160 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikrohergestellte Vorrichtung 150, die die Rückplatte 160 umfasst, eine Implementierung der mikrohergestellten Vorrichtung 100 und der Rückplatte 110 sein. Die Rückplatte 160 kann eine perforierte Rückplatte sein, wie dies gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Rückplatte 160 Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser, Perforationen 154 mit mittleren Durchmesser und Perforationen 156 mit großem Durchmesser. Jede Art der Perforation kann einen Durchmesser d und eine charakteristische Abstandsdistanz s umfassen, so dass Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser eine Beabstandung ss zwischen 1 und 2 µm und einen Durchmesser ds zwischen 1 und 2 µm aufweisen, Perforationen 154 mit mittlerem Durchmesser eine Beabstandung sm zwischen 3 und 7 µm und einen Durchmesser dm zwischen 2 und 5 µm aufweisen und Perforationen 156 mit großem Durchmesser eine Beabstandung sl zwischen 1 und 2 µm und einen Durchmesser dl zwischen 5 und 10 µm aufweisen. In anderen Ausführungsformen können Beabstandung und Durchmesser außerhalb dieser Bereiche verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen können die Beabstandung ss und sl für Perforationen 152 und 156 mit kleinem oder großem Durchmesser unter 1 µm reduziert werden, abhängig von den Herstellungstechniken, den Materialien und der Herstellungsreproduzierbarkeit. Ebenso kann der Durchmesser dl der Perforationen 156 mit großem Durchmesser größer als 10 µm sein, abhängig von den Herstellungstechniken, den Materialien und der Herstellungsreproduzierbarkeit.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Klemmkante 158 einer Strukturschicht unterhalb der Rückplatte 160 eine Rauheit auf, die durch die Beabstandung ss und den Durchmesser ds von Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser bestimmt wird. In solchen Ausführungsformen sind Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser Freigabelöcher, die für das Ätzen der Strukturschicht unterhalb der Rückplatte 160, so z.B. der Klemmschicht 106 in 1, verwendet werden. Das Ätzen kann als ein isotropes Nassätzen durchgeführt werden, das eine Überätzung in der Strukturschicht unterhalb der Rückplatte 160, die jede Perforation umgibt, zeigt. In anderen Ausführungsformen können andere Ätzungen durchgeführt werden, so z.B. ein Trockenätzen. Die Beabstandung ss, der Durchmesser ds der Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser und die Überätzung können beeinflussen, wie weit und wie glatt die Klemmkante 158 geätzt wird. In einigen Ausführungsformen erzeugt eine größere Überätzung eine glattere Klemmkante 158. Ferner können die Beabstandung sm und der Durchmesser dm für die Perforationen 154 mit mittlerem Durchmesser und die Beabstandung sl und der Durchmesser dm für die Perforationen 156 mit großem Durchmesser die Empfindlichkeit und die Robustheit der mikrohergestellten Vorrichtung 150 beeinflussen. Somit ist in einigen Ausführungsformen die Beabstandung sl geringer als die Beabstandung sm, während der Durchmesser dl größer als der Durchmesser dm ist, um die Robustheit und die Empfindlichkeit der mikrohergestellten Vorrichtung 150 zu erhöhen.
Nach einigen Ausführungsformen ist eine Segmentation 162 zwischen einer Umfangsrückplattenfläche 164 und einer mittleren Rückplattenfläche 166 ausgebildet. Die mittlere Rückplattenfläche 166 kann den aktiven Abfühlabschnitt der Rückplatte 160 umfassen, und die Umfangsrückplattenfläche 164 kann den inaktiven nicht-abfühlenden Abschnitt der Rückplatte 160 umfassen. In solchen Ausführungsformen ist die Segmentation 162 eine nichtleitfähige Region zwischen der Umfangsrückplattenfläche 164 und der mittleren Rückplattenfläche 166. Die Segmentation 162 kann entweder innerhalb oder außerhalb des Rings der Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser in verschiedenen Ausführungsformen sein.
3b veranschaulicht eine weitere vergrößerte Draufsicht auf eine Ausführungsform der mikrohergestellten Vorrichtung 150, die die Klemmung 158 zeigt. Wie oben kurz beschrieben wurde, kann die Glätte der Klemmkante 158, die die Kante des Strukturmaterials unter der Rückplatte 160 ist, durch Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser bestimmt werden. Jede der Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser ermöglicht, dass eine kleine Menge an Ätzmittel hindurchgeht, um die Strukturschicht (nicht gezeigt) unter der Rückplatte 160 mit einer vorhersehbaren Rate zu ätzen und die Rückplatte 160 zu unterschneiden. Für eine einzelne runde Perforation ist das Ätzmuster ein Kreis, der um die runde Perforation herum unterschnitten ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind Perforationen 152 mit kleinem Durchmesser in unmittelbarer Nähe angeordnet, um die Klemmkante 158 als eine Summierung von überlappenden Ätzformen, wie z.B. Kreisen, zu erzeugen. Auf der Grundlage solcher kleiner und eng beabstandeter Perforationen ist die Klemmkante 158 mit einer maximalen Variation von einer glatten Kurve oder einer geraden Linie von etwa 100 nm ausgebildet, wie dies obig mit Verweis auf 1 erläutert ist. In alternativen Ausführungsformen beträgt die Variation der Klemmkante 158 mehr als 100 nm.
Die 4a und 4b veranschaulichen Querschnittsansichten einer zusätzlichen Ausführungsform von Dual-Rückplatten-Mikrofonen 180 und 181. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Dual-Rückplatten-Mikrofone 180 und 181 jeweils eine oberste Rückplatte 182 und eine Bodenrückplatte 184 mit einer auslenkbaren Membran 186, die zwischen der obersten und der Bodenrückplatte 182 und 184 positioniert ist. Klemmschichten 188, 190, und 192 sind zwischen der obersten Rückplatte 182, der Membran 186, der Bodenrückplatte 184 und dem Substrat 194 angeordnet. Die auslenkbare Membran 186 trennt den Hohlraum 196 vom Hohlraum 198.
Nach verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein Dual-Rückplatten-Mikrofon 180 eine Lautöffnung (nicht dargestellt), die mit dem Hohlraum 196 gekoppelt ist, während das Dual-Rückplatten-Mikrofon 181 eine Lautöffnung (nicht dargestellt) umfasst, die mit dem Hohlraum 198 gekoppelt ist. Somit empfängt das Dual-Rückplatten-Mikrofon 180 große Schalldruckwellen oder Erschütterungen von unten, während das Dual-Rückplatten-Mikrofon 181 große Schalldruckwellen oder Erschütterungen von oben empfängt. In solchen Ausführungsformen können die Strukturen der Dual-Rückplatten-Mikrofone 180 und 181 sich geringfügig unterscheiden, so dass die Klemmschicht gegenüber dem Hohlraum, der mit der Lautöffnung gekoppelt ist, sich weiter erstreckt als die Klemmschicht auf derselben Seite wie der Hohlraum, der mit der Lautöffnung gekoppelt ist. Somit erstreckt sich die Klemmschicht 188 weiter über den Hohlraum 196 hinaus als die Klemmschicht 190 für das Dual-Rückplatten-Mikrofon 180 in 4A, während die Klemmschicht 190 sich weiter über den Hohlraum 196 erstreckt als die Klemmschicht 188 für das Dual-Rückplatten-Mikrofon 181 in 4b.
Nach verschiedenen Ausführungsformen bewirken große Schalldruckwellen, die auf die Membran 186 einfallen, eine Auslenkung mit einer Biegung um die Kanten der Klemmschicht 188 herum für das Dual-Rückplatten-Mikrofon 180 und große Schalldruckwellen, die auf die Membran 186 einfallen, bewirken eine Auslenkung mit einer Biegung um die Kanten der Klemmschicht 190 herum für das Dual-Rückplatten-Mikrofon 181. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Erstreckung der Klemmschichten 188 und 190 über den Hohlraum 196 durch die Größe und die Position der Perforationen in der Rückplatte 182 bzw. 184 bestimmt werden, wie dies obig mit Verweis auf die einzelne Rückplatte 110 und die Klemmschicht 106 in 1 beschrieben wurde.
Die 5a und 5b veranschaulichen Querschnittsansichten einer weiteren Ausführungsform von mikrohergestellten Vorrichtungen 200 und 201, die jeweils eine Membran 102, Klemmschichten 104 und 106, das Substrat 108 und die Rückplatte 110 umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die mikrohergestellte Vorrichtung 200 ferner eine Verjüngungsschicht 202, die zwischen der Membran 102 und der Klemmschicht 104 ausgebildet ist. In einigen Ausführungsformen reduziert die Verjüngungsschicht 202 die Spitzenbelastung in der Membran 102 während der biegenden Auslenkung. Die Verjüngungsschicht 202 kann z.B. aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxinitrid oder einem anderen Material gebildet sein. Eine weitere Beschreibung, die verschiedene Modifikationen umfasst, ist für die Verjüngungsschicht 202 im US-Patent Nr. 8,461,655 mit dem Titel „Micromechanical sound transducer having a membrane support with tapered surface“ beschrieben, welches hierin durch Verweis in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Die anderen Elemente oder Schichten der mikrohergestellten Vorrichtung 200 entsprechen der obigen Beschreibung mit Verweis auf 1 und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die mikrohergestellte Vorrichtung 201 eine Verjüngungsschicht 202 und umfasst ferner eine Segmentation 204 in der Rückplatte 110. Die Segmentation 204 kann ein nicht leitfähiges Material oder eine solche Struktur sein, das/die in der Rückplatte 110, die einen aktiven Abfühlabschnitt der Rückplatte 110 von einem passiven oder nicht-abfühlenden Abschnitt der Rückplatte 110 trennt, ausgebildet ist. Der aktive Abfühlungsabschnitt der Rückplatte 110 umfasst den Abschnitt der Rückplatte 110, der von der Klemmschicht 106, die primär über dem Hohlraum 109 liegt oder die Rückplattenperforationen 120 umfasst, freigegeben ist. Der passive Abschnitt der Rückplatte 110 umfasst den Abschnitt, der über dem Substrat 108 und der Klemmschicht 106 liegt und nicht von der Klemmschicht 106 freigegeben ist. In einigen Ausführungsformen trennt die Segmentation 204 eine parasitäre Kapazität, die zwischen dem passiven Abschnitt der Rückplatte 110 und der Membran 102 oder dem Substrat 108 gebildet ist, vom aktiven Abfühlabschnitt der Rückplatte 110. Das Trennen der parasitären Kapazität kann die Empfindlichkeit der mikrohergestellten Vorrichtung 201 verbessern. Die Segmentation 204 kann als eine Nitridschicht oder eine andere Art eines nicht leitfähigen Materials ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Segmentation 204 einen Spalt in der Rückplatte 110, wo die leitfähige Schicht 124 von der Rückplatte 110 entfernt ist. Eine weitere Beschreibung, die verschiedene Modifikationen umfasst, ist in der US-Patentanmeldung Nr. 14/275,337 mit dem Titel „MEMS Device“ beschrieben, welche hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Die anderen Elemente oder Schichten der mikrohergestellten Vorrichtung 201 entsprechen der obigen Beschreibung mit Verweis auf 1 und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
6 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Herstellungssequenz 300, die die Schritte 302-350 umfasst. Nach verschiedenen Ausführungsformen ist die Herstellungssequenz 300 eine Herstellungssequenz zur Herstellung verschiedener Ausführungsformen von mikrohergestellten Vorrichtungen, so z.B. die mikrohergestellte Vorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist. Die Herstellungssequenz 300 kann auch angewendet und/oder modifiziert werden, um verschiedene andere Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, sowie Äquivalente davon zu erzeugen.
Nach verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 302 das Abscheiden von TEOS auf einem Substrat und das Ausbilden einer TEOS-Oxidschicht. Das Substrat kann ein Siliciumsubstrat oder ein beliebiges anderes Substratmaterial sein, so z.B. ein anderes Halbleitermaterial oder Kunststoff. Die TEOS-Oxidschicht kann eine Dicke zwischen 500 und 700 nm aufweisen. Der Schritt 304 umfasst das Abscheiden von Oxinitrid auf der TEOS-Oxidschicht. Die Oxinitridschicht kann eine Dicke zwischen 100 und 200 nm aufweisen. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann das Abscheiden der Oxinitridschicht im Schritt 304 weggelassen werden. Der Schritt 306 umfasst das Abscheiden von amorphem Silicium auf der Oxinitridschicht. Die Siliciumschicht kann eine Dicke zwischen 100 und 1000 nm aufweisen. Bei bestimmteren Ausführungsformen kann die Siliciumschicht eine Dicke zwischen 250 und 400 nm oder zwischen 600 und 800 nm aufweisen. Im Schritt 308 wird die Siliciumschicht mittels Phosphorionenimplantation dotiert. In anderen Ausführungsformen können andere Dotierungsmittel verwendet werden. Durch den Dotierungsprozess kann die amorphe Siliciumschicht in dotiertes Polysilicium gebildet werden. Der Dotierungsprozess kann auch das Erhitzen des Werkstücks in einem Ofen umfassen. Wie hierin beschrieben ist, bezieht sich Werkstück auf die Struktur, die die Herstellungssequenz durchläuft, beginnend mit dem Substrat und umfassend jede darauf ausgebildete Schicht.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 310 das Strukturieren der Polysiliciumschicht, um eine Membran wie die Membran 102 in 1 auszubilden. Das Strukturieren der Polysiliciumschicht im Schritt 310 sowie das Strukturieren in anderen Schritten kann das Abscheiden einer Fotolackschicht, das Belichten der Fotolackschicht gemäß einer Maskenstruktur, die der Membranstruktur entspricht, das Entwickeln des Fotolacks, um die Nicht-Struktur-Abschnitte gemäß der Belichtung zu entfernen, das Ätzen der Polysiliciumschicht oder anderer Schichten gemäß dem strukturierten Fotolack und das Entfernen des Fotolacks nach dem Abschluss des Ätzens umfassen. Nach dem Strukturieren der Polysiliciumschicht in eine Membran umfasst der Schritt 312 das Abscheiden einer TEOS-Schicht und das Ausbilden einer anderen TEOS-Oxidschicht. Die im Schritt 312 ausgebildete TEOS-Oxidschicht kann eine Dicke zwischen 700 und 800 nm aufweisen. Der Schritt 314 umfasst das Abscheiden einer anderen TEOS-Schicht und das Ausbilden einer weiteren TEOS-Oxidschicht auf dem im Schritt 312 gebildeten TEOS-Oxid. Die im Schritt 314 gebildete TEOS-Oxidschicht kann eine Dicke zwischen 400 und 600 nm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 316 das Strukturieren der TEOS-Oxidschicht für Antihaft-Erhöhungen. Das TEOS-Oxid kann gemäß den photolithographischen Schritten strukturiert werden, um Vertiefungen zu umfassen, die auf eine über der TEOS-Oxidschicht in den nachfolgenden Schritten ausgebildete Rückplattenschicht übertragen werden. Eine andere TEOS-Schicht wird zur Ausbildung einer zusätzlichen TEOS-Oxidschicht im Schritt 318 abgeschieden. Das im Schritt 318 gebildete TEOS-Oxid kann eine Dicke zwischen 600 und 700 nm aufweisen. Der Schritt 320 umfasst das Abscheiden einer Nitridschicht mit einer Dicke zwischen 100 und 200 nm. Der Schritt 322 umfasst das Abscheiden einer Schicht aus amorphem Silicium mit einer Dicke zwischen 200 und 400 nm. Das Silicium kann im Schritt 324 mittels Phosphorionenimplantation dotiert werden, welches ebenfalls dotiertes Polysilicium aus dem im Schritt 322 abgeschiedenen amorphen Silicium bilden kann. Es können auch andere Dotierungsmittel anstelle von Phosphor in anderen Ausführungsformen verwendet werden. Schritt 326 umfasst das Abscheiden einer anderen Schicht aus Nitrid mit einer Dicke zwischen 100 und 200 nm.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 328 das Strukturieren der Polysiliciumschicht zur Ausbildung einer Rückplatte wie der Rückplatte 110 in 1. Die Rückplatte kann mit Antihaft-Erhöhungen und Perforationen ausgebildet sein. In manchen Ausführungsformen können die Perforationen sowohl Perforationen mit großem als auch mit kleinem Durchmesser umfassen, wie dies obig mit Verweis auf die 1, 3a und 3b beschrieben ist. Die Perforationen können ferner auch Perforationen mit mittlerem Durchmesser umfassen, wie dies hierin obig beschrieben ist. Der Schritt 330 umfasst das Abscheiden einer weiteren TEOS-Schicht zum Ausbilden einer weiteren TEOS-Oxidschicht mit einer Dicke zwischen 700 und 800 nm.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 332 das Strukturieren der Kontaktlöcher zur Bereitstellung der leitfähigen Kontakte mit den elektrisch aktiven Schichten wie z.B. der Membran, der Rückplatte und dem Substrat. Nach dem Strukturieren der Kontaktlöcher im Schritt 332 kann das Strukturieren der Metallisierung im Schritt 334 durchgeführt werden. Das Strukturieren der Metallisierung kann das Aufbringen einer Schicht aus Fotolack und das Strukturieren des Fotolacks in einer umgekehrten Weise zur erwünschten Metallisierung umfassen. Im Schritt 336 kann die Metallisierung auf den strukturierten Fotolack mittels eines Metallverdampfungsprozesses aufgebracht werden. Die erwünschte Metallisierung kann z.B. in den Kontaktlöchern und als Metallbahnen von den Kontaktköchern zu den Kontakt-Pads ausgebildet werden. Die verdampfte Metallisierung, die unerwünscht ist, kann mit dem umgekehrt strukturierten Fotolack in einem Abziehprozess entfernt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallisierung auch durch andere Prozesse wie z.B. Sputtern abgeschieden werden. Die Metallisierung kann jegliche leitfähige Materialien wie z.B. Titan, Platin, Gold oder Aluminium umfassen, und sie kann eine Dicke zwischen 300 und 500 nm aufweisen. In alternativen Ausführungsformen kann die Metallisierung z.B. auch leitfähige Gemische oder Kupfer umfassen. In einigen Ausführungsformen werden einige Arten der Metallisierung oder der leitfähigen Gemische ohne einen Abziehprozess ausgebildet, und die Schritte 334 und 336, oder Äquivalente davon, sind umgedreht. So können Ausführungsformen, die Aluminium für die Metallisierung verwenden, z.B. die Schritte 334 und 336 mit der folgenden Sequenz ersetzen: (1) Abscheiden einer Aluminiumschicht, z.B. durch Sputtern, (2) Aufbringen und lithographisch Strukturieren eines Fotolacks und (3) Ätzen der Aluminiumschicht gemäß dem strukturierten Fotolack. In anderen Ausführungsformen kann die Verwendung von Kupfer für die Metallisierung das Ersetzen der Schritte 334 und 336 durch einen Tauschierungsprozess zum Ausbilden des strukturieren Kupfers und eines Barrierenmaterials umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 338 das Abscheiden einer Passivierungsschicht auf dem Werkstück mit einer Dicke zwischen 300 und 500 nm. Die Passivierungsschicht kann z.B. ein Siliciumnitrid oder eine andere nicht-reaktive Isolierung sein. Der Schritt 340 umfasst das Strukturieren der Passivierungsschicht. So kann der Schritt 340 z.B. das Entfernen der Passivierung von den in den Schritten 334 und 336 gebildeten Kontakt-Pads umfassen. Der Schritt 342 kann ein Dünnen des Substrats umfassen. In einigen Ausführungsformen kann dies ein mechanisches Abschleifen des Substrats umfassen. Das gedünnte Substrat kann eine Dicke zwischen 350 und 500 µm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 344 das Strukturieren der Rückseite des Substrats. In diesem Fall kann der Schritt 344 das Abscheiden von Fotolack auf der Rückseite des Substrats umfassen, wobei der Fotolack belichtet wird, und das Entfernen des unerwünschten Fotolacks als Vorbereitung für ein Ätzen eines Substrathohlraums. Der Schritt 346 kann das Durchführen von Rückseitenätzen zur Erzeugung des Hohlraums im Substrat unter der Membran und der Rückplatte umfassen. In einigen Ausführungsformen ist das Ätzen ein Plasmaätzen, das gemäß dem Bosch-Prozess durchgeführt werden kann. Der Schritt 348 kann das Strukturieren des Werkstücks für die Freigabe umfassen. Das Strukturieren des Werkstücks kann das Aufbringen eines Fotolacks auf der Oberseite des Wafers umfassen, das Belichten des Fotolacks und das Entwickeln des belichteten Fotolacks. Der strukturierte Fotolack kann derart hergestellt werden, dass die Fläche ober- und unterhalb der Rückplatten- und Membranschichten frei von Fotolack ist. Der Schritt 350 kann das das Freigabeätzen umfassen. Während des Freigabeätzens können die Isolierschichten oberhalb, unterhalb und zwischen der Rückplatte und der Membran entfernt werden. Die Isolierschichten können Oxidschichten oberhalb, unterhalb und zwischen der Rückplatte und der Membran umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform können die im Schritt 350 geätzten Isolierschichten die Klemmschicht 104 und die Klemmschicht 106 in 1 sowie eine zusätzliche Isolierschicht, die auf der Rückplatte 110 ausgebildet und nicht in 1 dargestellt ist, umfassen.
Nach verschiedenen Ausführungsformen können die Schritte und Materialien, die in den Schritten 302-350 abgeschieden, ausgebildet oder strukturiert werden, leicht durch andere Schritte und Materialien ersetzt werden, die in der Technik bekannt sind. So kann z.B. jedes Oxid, Nitrid oder Oxinitrid durch andere Isoliermaterialien und Dielektrika in alternativen Ausführungsformen substituiert werden. Ferner können auch das amorphe Silicium und die Polysiliciummaterialien z.B. durch andere dotierte oder undotierte Halbleitermaterialien, Metalle oder Metallsilicide in anderen Ausführungsformen substituiert werden. Zusätzlich dazu können die hierin beschriebenen Strukturierungsschritte die Photolithographie oder andere nichtlithographische Verfahren in verschiedenen Ausführungsformen umfassen. Das Wachsen lassen, Ausbilden oder Abscheiden von Materialien kann gemäß den speziellen zu verwendenden Materialien modifiziert werden. In anderen Ausführungsformen können die Schichten mit Dicken außerhalb der in den Schritten 302-350 angeführten Bereiche ausgebildet werden.
Die 7a, 7b, 7c, 7d und 7e veranschaulichen Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer mikrohergestellten Vorrichtung in verschiedenen Stadien in einer Ausführungsform einer Herstellungssequenz. Die mit Verweis auf 6 beschriebene Herstellungssequenz entspricht den in den 7a-7e veranschaulichten Querschnittsansichten. 7a veranschaulicht eine Ausführungsform eines Werkstücks, die den Schritten 302-310 in 6 entspricht und das Substrat 210, die TEOS-Oxidschicht 212, die Oxinitridschicht 214 und die Membranschicht 216 umfasst. Nach verschiedenen Ausführungsformen wird, wie obig beschrieben ist, die Membranschicht 216 in den Schritten 306 und 308 aus amorphem Silicium ausgebildet, das zur Ausbildung von dotiertem Polysilicium verarbeitet wird. Die Membranschicht 216 kann im Schritt 310 strukturiert werden, so dass die Polysiliciumschicht nur in den Flächen zurückbleibt, die für die Membran definiert sind, und nicht das gesamte Werkstück abdeckt. In einigen Ausführungsformen kann die Oxinitridschicht 214 weggelassen werden.
7b veranschaulicht eine Ausführungsform eines Werkstücks, das den Schritten 312-320 in 6 entspricht und ferner die TEOS-Oxidschichten 218 und 220 sowie die Nitridschicht 222 umfasst. Nach verschiedenen Ausführungsformen ist die TEOS-Oxidschicht 218 mit Antihaft-Erhebungsmustern 219 strukturiert. Werden die TEOS-Oxidschicht 220 und die Nitridschicht 222 abgeschieden, so bilden die Schichten ähnliche Erhebungen, indem sie dem von den Antihafterhebungsmustern 219 gebildeten Muster folgen.
7c veranschaulicht eine Ausführungsform eines Werkstücks, das den Schritten 322-330 in 6 entspricht und ferner die Polysiliciumschicht 224, die Nitridschicht 226 und die TEOS-Oxidschicht 228 umfasst. Nach verschiedenen Ausführungsformen wird die Polysiliciumschicht 224 in einem ähnlichen Prozess wie die Membranschicht 216 ausgebildet, umfassend die Abscheidung von amorphem Silicium und die Verarbeitung zur Ausbildung von dotiertem Polysilicium. Gemeinsam bilden die Nitridschicht 222, die Polysiliciumschicht 224 und die Nitridschicht 226 eine Rückplatte wie die Rückplatte 110 in 1. Wie obig beschrieben ist, umfasst der Schritt 328 in 6 das Strukturieren der Nitridschicht 222, der Polysiliciumschicht 224 und der Nitridschicht 226, um Öffnungen oder Perforationen auszubilden. Die TEOS-Oxidschicht 228 kann über der Rückplatte ausgebildet sein.
7d veranschaulicht eine Ausführungsform eines Werkstücks, die den Schritten 332-342 in 6 entspricht und ferner den Metallkontakt 230 und 232 sowie die Passivierungsschicht 234 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden die Kontaktlöcher für die Metalllöcher 230 und 232 im Strukturierungsschritt 332 ausgebildet, ein Fotolack wird mit einem umgekehrten erwünschten Muster im Schritt 334 strukturiert, das Metall für die Metallkontakte 230 und 232 wird im Schritt 336 abgeschieden, und es wird ein Abziehprozess verwendet, um überschüssige Metallisierung zu entfernen. Die Passivierungsschicht 234 wird in den Schritten 338 und 340 abgeschieden und strukturiert. 7d veranschaulicht auch, dass das Substrat 210 im Schritt 342 gedünnt wird.
7e veranschaulicht eine Ausführungsform eines Werkstücks, die den Schritten 344-350 in 6 entspricht und das Substrat 210 nach dem Strukturieren und Rückseitenätzen in den Schritten 344 und 346 sowie eine freigegebene Membran und die Rückplatte umfasst, nachdem die TEOS-Oxidschichten 212, 218, 220 und 228 und die Oxinitridschicht 214 im Schritt 350 einer Freigabeätzung unterzogen wurden. In verschiedenen Ausführungsformen können die verschiedenen Schritte und Schichten, die in den 7a-7e veranschaulicht sind, modifiziert werden, wie dies obig mit Verweis auf 6 beschrieben ist.
Während diese Erfindung mit Verweis auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichten Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachpersonen auf dem Gebiet der Technik nach dem Verweis auf die Beschreibung augenscheinlich. Somit ist vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche jegliche solche Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

Mikrohergestellte Struktur (100), die aufweist: ein Substrat (108); eine erste Klemmschicht (104), die über dem Substrat (108) liegt; eine auslenkbare Membran (102), die über der ersten Klemmschicht (104) liegt; und eine zweite Klemmschicht (106), die über der auslenkbaren Membran (102) liegt, wobei ein Hohlraum in dem Substrat (108) und der ersten Klemmschicht (104) angeordnet ist und in der ersten Klemmschicht (104) eine Hohlraumseitenwand ausbildet, die einem ersten Bereich des Hohlraums, der zwischen dem Substrat (108) und der auslenkbaren Membran (102) angeordnet ist, zugewandt ist; wobei ein Abschnitt der zweiten Klemmschicht (106) einen zweiten Bereich des Hohlraums (109) überlappt, der in dem Substrat (108) angeordnet ist; und wobei die Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) das Substrat (108) überlappt und nicht den zweiten Bereich des Hohlraums (109) überlappt, wobei in der zweiten Klemmschicht (106) ein zweiter Hohlraum angeordnet ist und in der zweiten Klemmschicht (106) eine Hohlraumseitenwand ausgebildet ist, wobei eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) größer als eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht (106) ist.
Mikrohergestellte Struktur (100) nach Anspruch 1, die ferner eine Abfühlschicht aufweist, die über der zweiten Klemmschicht (106) liegt.
Mikrohergestellte Struktur (100) nach Anspruch 2, wobei die Abfühlschicht eine Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Freigabelöchern aufweist, wobei optional die Abfühlschicht Perforationen über einen Bereich aufweist, der über dem zweiten Bereich des Hohlraums (109) liegt.
Mikrohergestellte Struktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei optional die Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) eine Oberflächenvariation von etwa 1 µm aufweist und die Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht (106) eine Oberflächenvariation von etwa 100 nm aufweist.
Mikrohergestellte Struktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine keilförmige Klemmschicht, die zwischen einer obersten Fläche der ersten Klemmschicht (104) und einer Bodenfläche der auslenkbaren Membran (102) ausgebildet ist, aufweist, wobei die keilförmige Klemmschicht eine Abschrägungskante aufweist, die an einer vertikalen Kante der ersten Klemmschicht (104) ausgebildet ist und sich entlang der auslenkbaren Membran (102) zu einer Region hin erstreckt, die über dem zweiten Bereich des Hohlraums (109) liegt.
Mikrohergestellte Struktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Klemmschicht (106) mit der auslenkbaren Membran (102) in Kontakt ist.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181), die aufweist: ein Substrat (194); eine erste Rückplatte (182; 184), die eine erste Region mit Umfangsperforationen aufweist, die eine erste Fläche umgeben; eine erste Klemmschicht (188; 190), die angrenzend an die erste Rückplatte (182; 184) angeordnet ist, wobei die erste Klemmschicht (188; 190) einen ersten Hohlraum mit einer ersten Querschnittsfläche aufweist, die größer als die erste Fläche ist; eine zweite Rückplatte (184; 182), die eine zweite Region mit Umfangsperforationen aufweist, die eine zweite Fläche umgeben, die größer als die erste Fläche ist; eine zweite Klemmschicht (190; 188), die angrenzend an die zweite Rückplatte (184; 182) angeordnet ist, wobei die zweite Klemmschicht (190; 188) einen zweiten Hohlraum mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, die größer als die erste Querschnittsfläche ist; und eine Membranschicht (186), die zwischen der ersten Klemmschicht (188; 190) und der zweiten Klemmschicht (190; 188) angeordnet ist, wobei das Substrat (194) einen dritten Hohlraum (196) mit einer dritten Querschnittsfläche aufweist, und wobei die erste Querschnittsfläche und die zweite Querschnittsfläche kleiner als die dritte Querschnittsfläche sind.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181) nach Anspruch 7, wobei der zweite Hohlraum akustisch mit einer Lautöffnung gekoppelt ist.
Mikrohergestellte Vorrichtung (181; 180) nach Anspruch 8, wobei der dritte Hohlraum (196) vom ersten Hohlraum durch die erste Rückplatte (184) getrennt ist, oder wobei der dritte Hohlraum (196) vom zweiten Hohlraum durch die zweite Rückplatte (184) getrennt ist.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste Rückplatte (182; 184) und die zweite Rückpatte (184; 182) jeweils mittige Perforationen umfassen, die von den Umfangsperforationen umgeben sind, und wobei die mittigen Perforationen einen größeren Durchmesser als die Umfangsperforationen aufweisen, wobei optional die erste Rückplatte (182; 184) und die zweite Rückplatte (184; 182) jeweils Zwischenperforationen umfassen, und wobei die Zwischenperforationen einen größeren Durchmesser als die Umfangsperforationen und einen kleineren Durchmesser als die mittigen Perforationen aufweisen.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181) nach Anspruch 10, wobei die Umfangsperforationen einen Durchmesser von kleiner oder gleich 1,5 µm aufweisen.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Umfangsperforationen, die die erste Fläche umgeben, die erste Fläche vollständig umgeben, und die Umfangsperforationen, die die zweite Fläche umgeben, die zweite Fläche vollständig umgeben.
Mikrohergestellte Vorrichtung (180; 181) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei sich die erste Klemmschicht (188; 190) weiter über den dritten Hohlraum (196) hinaus erstreckt als die zweite Klemmschicht (190; 188).
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100), wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer ersten Klemmschicht (104) über einem Substrat (108); Ausbilden einer auslenkbaren Membran (102) über der ersten Klemmschicht (104); Ausbilden eines Hohlraums in dem Substrat (108) und der ersten Klemmschicht (104), wobei der Hohlraum in der ersten Klemmschicht (104) eine Hohlraumseitenwand ausbildet, die einem ersten Bereich des Hohlraums, der zwischen dem Substrat (108) und der auslenkbaren Membran (102) angeordnet ist, zugewandt ist; und Ausbilden einer zweiten Klemmschicht (106) über der auslenkbaren Membran (102), wobei ein Abschnitt der zweiten Klemmschicht (106) einen zweiten Bereich des Hohlraums (109) überlappt, der in dem Substrat (108) angeordnet ist. wobei in der zweiten Klemmschicht (106) ein zweiter Hohlraum angeordnet ist und in der zweiten Klemmschicht (106) eine Hohlraumseitenwand ausgebildet ist, wobei eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der ersten Klemmschicht (104) größer als eine Rauheit der Hohlraumseitenwand der zweiten Klemmschicht (106) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei das Ausbilden des Hohlraums (109) in dem Substrat (108) das Ätzen durch das Substrat (108) von einer Rückseite des Substrats (108) zu einer Vorderseite des Substrats (108) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Ausbilden der ersten Klemmschicht (104) aufweist: Abscheiden einer Isolierschicht auf dem Substrat (108); und Ätzen der Isolierschicht oberhalb des zweiten Bereichs des Hohlraums (109) und um diesen herum.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Ausbilden der auslenkbaren Membran (102) über der ersten Klemmschicht (104) aufweist: Abscheiden eines leitfähigen Materials über dem Substrat (108); und Strukturieren des leitfähigen Materials zur Ausbildung der auslenkbaren Membran (102).
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, das ferner das Ausbilden einer Rückplatte über der zweiten Klemmschicht (106) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) nach Anspruch 18, wobei die Rückplatte Umfangsperforationen aufweist, die einen Abfühlbereich der Rückplatte umgeben, wobei optional das Ausbilden der zweiten Klemmschicht (106) über der auslenkbaren Membran (102) aufweist: Abscheiden einer Isolierschicht auf der auslenkbaren Membran (102); und Ätzen der Isolierschicht in den Umfangsperforationen und um diese herum.