DE102017118857B3

DE102017118857B3 - Mikroelektromechanisches Mikrofon

Info

Publication number: DE102017118857B3
Application number: DE102017118857.6A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Gerhard Metzger-Brueckl; Johann Strasser; Arnaud WALTHER; Andreas Wiesbauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-08-19
Also published as: US10560771B2; US20190058936A1

Abstract

Ein mikroelektromechanisches Mikrofon kann einen Halter und eine an dem Halter getragene Schalldetektionseinheit aufweisen. Die Schalldetektionseinheit kann aufweisen: eine flächige erste Membran, eine von der ersten Membran beabstandet angeordnete flächige zweite Membran, wobei wenigstens eine von der ersten und der zweiten Membran wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran gebildete Niederdruckkammer, in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer angeordnete Referenzelektrode, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran relativ zu der Referenzelektrode durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind, wobei die Referenzelektrode einen flächigen Basisabschnitt sowie eine an dem Basisabschnitt bereitgestellte Versteifungsstruktur aufweist, welche auf einer zu der ersten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts oder/und auf einer zu der zweiten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts bereitgestellt ist.

Description

Zahlreiche Ausführungsformen betreffen allgemein ein mikroelektromechanisches Mikrofon sowie ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Mikrofons.
Mikroelektromechanische Mikrofone spielen in der modernen Kommunikation eine sehr wichtige Rolle. Diese weisen im Allgemeinen eine durch zu detektierenden Schall verlagerbare Membran auf, deren Verlagerung Informationen über Charakteristiken des zu detektierenden Schalls, wie etwa Schallfrequenz oder Schallamplitude, enthält. Die Verlagerung einer Membran eines derartigen mikroelektromechanischen Mikrofons kann beispielsweise kapazitiv ausgelesen werden, wobei die Membran zusammen mit einer Referenzelektrode einen Kondensator bildet, dessen Kapazität sich durch eine Verlagerung der Membran ändert. Eine durch eine derartige Kapazitätsänderung bedingte Spannungs- oder/und Stromänderung kann mit einem geeigneten Ausleseschaltkreis gemessen werden, wodurch Charakteristiken des zu detektierenden Schalls ermittelbar sind.
Bei der Herstellung mikroelektromechanischer Mikrofone besteht im Allgemeinen eine wesentliche Herausforderung darin, die Referenzelektrode mit einer wohldefinierten Gestalt herzustellen, um ein reproduzierbares Verhalten gewährleisten zu können. Ein wesentliches Problem resultiert hierbei aus mechanischen Spannungen, denen die Referenzelektrode unterliegen kann und welche ein reproduzierbares Verhalten beeinträchtigen können. Diese mechanischen Spannungen können intrinsische Ursachen haben und auf thermische oder mechanische Belastungen während des Herstellungsprozesses zurückzuführen sein. Alternativ oder zusätzlich können derartige mechanische Spannungen auf voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Komponenten eines mikroelektromechanischen Mikrofons zurückzuführen sein, welche auf die Referenzelektrode übertragen werden können.
Beispielhafte mikroelektromechanische Mikrofone sind aus den Druckschriften DE 10 2014 212 340 A1 , DE 10 2006 055 147 A1 , DE 10 2014 100 722 A1 und DE 10 2013 205 527 A1 bekannt.
Aufgabe ist somit die Bereitstellung eines mikroelektromechanischen Mikrofons mit reproduzierbaren Eigenschaften.
Erfindungsgemäß sind ein mikroelektromechanisches Mikrofon gemäß Anspruch 1 und ein im Anspruch 16 definiertes Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Mikrofons bereitgestellt.
Verschiedene Ausführungsformen werden nachfolgend durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Dabei ist bzw. sind:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften mikroelektromechanischen Mikrofons,
2-5 vereinfachte Schnittansichten von Schalldetektionseinheiten eines mikroelektromechanischen Mikrofons gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
6a-18b vereinfachte Schnittansichten, welche ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Schalldetektionseinheit eines beispielhaften mikroelektromechanischen Mikrofons veranschaulichen,
19-22 vereinfachte Schnittansichten von Schalldetektionseinheiten eines mikroelektromechanischen Mikrofons gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
23a-31b vereinfachte Schnittansichten, welche ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Schalldetektionseinheit eines beispielhaften mikroelektromechanischen Mikrofons veranschaulichen, und
32 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer Schalldetektionseinheit eines mikroelektromechanischen Mikrofons.

Der Begriff „beispielhaft“ wird hier verwendet, um „als Beispiel, als Exemplar oder zur Veranschaulichung dienend“ zu bedeuten. Jede hier als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Ausgestaltung soll nicht unbedingt als bevorzugt oder von Vorteil anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen gegenüber verstanden werden.
Mit „flächig“ ist in der vorliegenden Anmeldung die Geometrie eines Bauteils bezeichnet, welches entlang einer ersten Raumrichtung und einer zu der ersten Raumrichtung orthogonalen zweiten Raumrichtung eine wesentlich größere Erstreckung als entlang einer zu der ersten und der zweiten Raumrichtung orthogonalen dritten Raumrichtung aufweist. Die dritte Raumrichtung kann auch als eine Dickenrichtung des Bauteils bezeichnet werden.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselben Teile in den unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen dienen vordergründig der Veranschaulichung der wesentlichen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung und sind daher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
In 1 ist ein beispielhaftes mikroelektromechanisches Mikrofon 100 schematisch dargestellt. Dieses kann ein Gehäuse 102 mit einer Schalleintrittsöffnung 104 aufweisen, in dessen Inneres eine an einem Halter 106 getragene Schalldetektionseinheit 108 angeordnet ist. Durch die Schalleintrittsöffnung 104 können zu detektierende Schallwellen S in das Innere des Gehäuses 102 eintreten. Wie in 1 angedeutet, überlappt die Schalldetektionseinheit 108 die Schalleintrittsöffnung 104, so dass durch die Schalleintrittsöffnung 104 in das Innere des Gehäuses 102 eintretende Schallwellen S direkt auf die Schalldetektionseinheit 108 auftreffenden können. Die Schalldetektionseinheit 108 kann dazu eingerichtet sein, Charakteristiken der zu detektierenden Schallwellen S, wie etwa eine Schallfrequenz oder einen Schalldruck, in elektrische Signale umzusetzen und diese über Signalleitungen 110 an eine Steuerungseinheit 112 zu übermitteln. Die Steuerungseinheit 112 kann die von der Schalldetektionseinheit 108 erhaltenen elektrischen Signale auswerten und aus Ihnen Charakteristiken der zu detektierenden Schallwellen S ermitteln. Die Steuerungseinheit 112 kann auch dazu eingerichtet sein, einen Betrieb der Schalldetektionseinheit 108 zu steuern bzw. zu regeln, worauf nachfolgend im Detail eingegangen wird. Die Steuerungseinheit 112 kann beispielsweise einen Mikroprozessor oder/und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder/und ein Field Programmable Gate Array (FPGA) aufweisen. Das Mikrofon kann beispielsweise in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung, wie etwa einem Mobiltelefon, einem Laptop oder einem Tablet, eingebaut sein.
Die in 1 gezeigte Schalldetektionseinheit 108 ist in einer vereinfachten Schnittdarstellung in 2 dargestellt (X-Z-Ebene). Hierbei ist lediglich eine Schnittfläche der Schalldetektionseinheit 108 zu sehen. 3 ist eine Schnittdarstellung der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit entlang der in 2 gezeigten Linie III-III (Y-Z-Ebene).
Wie in 2 angedeutet ist die Schalldetektionseinheit 108 an dem Halter 106 getragen. Die Schalldetektionseinheit 108 kann aufweisen: eine flächige erste Membran 114, eine von der ersten Membran 114 beabstandet angeordnete flächige zweite Membran 116, wobei die erste Membran 114 oder/und die zweite Membran 116 wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist bzw. sind, eine zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 gebildete Niederdruckkammer 118, in welcher ein gegenüber Normaldruck (1013,25 mbar) geringerer Gasdruck vorliegt, sowie eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer 118 angeordnete Referenzelektrode 120, welche wenigstens abschnittsweise oder vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran 114, 116 relativ zu der Referenzelektrode 120 durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind. Die Referenzelektrode 120 kann einen flächigen Basisabschnitt 122 sowie eine an dem Basisabschnitt 122 bereitgestellte Versteifungsstruktur 124 aufweisen, welche auf einer zu der ersten Membran 114 weisenden Seite des Basisabschnitts 122 bereitgestellt ist. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, kann die Versteifungsstruktur selbstverständlich auch an einer zu der zweiten Membran 116 weisenden Seite des Basisabschnitts 122 bereitgestellt sein oder alternativ nur an einer zu der zweiten Membran 116 weisenden Seite des Basisabschnitts 122 bereitgestellt sein.
Durch die Bereitstellung der Versteifungsstruktur 124 kann die Referenzelektrode 120 mit einer hohen Biegesteifigkeit versehen werden, ohne sie durchgängig mit einer großen Dicke, beispielsweise von über 10 µm, versehen zu müssen, da eine derartig große Dicke ggf. zu Spannungsgradienten führen können, die wiederum eine Verformung der Referenzelektrode 120 zur Folge haben können. Somit kann die Referenzelektrode 120 mit einer wohldefinierten Geometrie bereitgestellt werden, wodurch ein wohldefinierter Abstand zwischen der Referenzelektrode 120 und der ersten Membran 114 bzw. der zweiten Membran 116 sichergestellt werden kann.
Die Versteifungsstruktur 124 kann wenigstens eine von dem Basisabschnitt 122 vorstehende Versteifungsrippe 125 oder sogar, wie in 3 gezeigt, eine Mehrzahl von von dem Basisabschnitt 122 vorstehenden Versteifungsrippen 125 aufweisen. Hierdurch kann die Versteifungsstruktur 124 mit einem einfachen Aufbau bereitgestellt werden. Zudem kann die Ausrichtung der Versteifungsrippen 125 an den Aufbau der Schalldetektionseinheit 108 und insbesondere an die genaue Befestigung der Schalldetektionseinheit 108 an dem Halter 106 angepasst werden. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 können die Versteifungsrippen 125 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform, welche nicht in den Figuren gezeigt ist, kann die Schalldetektionseinheit 108 im Wesentlichen an ihrem gesamten Rand an dem Halter 106 festgelegt sein. Bei einem derartigen Aufbau können sich im Wesentlichen in radialer oder diagonaler Richtung erstreckende Versteifungsrippen bereitgestellt sein.
Alternativ kann die Schalldetektionseinheit 108, wie in den 2 und 3 gezeigt, einen an dem Halter 106 festgelegten ersten Randabschnitt 108-1 und einen dem ersten Randabschnitt 108-2 gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt 108-2 aufweisen, welcher nicht an dem Halter 106 festgelegt ist und an welchem die erste und die zweite Membran 114, 116 durch zu detektierende Schallwellen relativ zur Referenzelektrode 120 verlagerbar sind.
Der in den 2 und 3 gezeigte Aufbau bietet eine sehr einfache Möglichkeit, intrinsische mechanische Spannungen in der Referenzelektrode 120 und in den Membranen 114, 116 auszugleichen, indem dem zweiten Randbereich 108-2 der Schalldetektionseinheit 108 gestattet wird, eine neutrale Lage einzunehmen. Diese neutrale Lage kann von der Referenzelektrode 120 dank der Versteifungsrippen, welche sich zwischen dem ersten und dem zweiten Randbereich 108-1, 108-2 der Schalldetektionseinheit 108 erstrecken, unabhängig von eintreffenden Schallwellen einhalten, da dank dieser Ausgestaltung die Versteifungsrippen 125 einer Durchbiegung der Referenzelektrode 120 um einen an dem Halter 106 festgelegten Randabschnitt 120r entgegenwirken können. Somit können die erste und die zweite Membran 114, 116 an dem zweiten Randabschnitt 108-2 der Schalldetektionseinheit 108 relativ zu einer in einer wohldefinierten Position gehaltenen Referenzelektrode 120 durch Schall verlagert werden. Hierdurch kann für eine reproduzierbare Mikrofonantwort gesorgt werden. Zudem weisen die erste und die zweite Membran 114, 116 aufgrund ihrer lediglich einseitigen Befestigung eine hohe Nachgiebigkeit, welche zu einer hohen Sensitivität beitragen kann.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, sind die Versteifungsrippen 125 aufeinanderfolgend in einer Y-Richtung angeordnet und erstrecken sich jeweils in einer X-Richtung. Die in diesen Figuren angegebene Z-Richtung kann parallel zu einer Dickenrichtung der Schalldetektionseinheit 108 sein. Die Versteifungsrippen 125 können sich im Wesentlichen geradlinig vom ersten Randabschnitt 108-1 der Schalldetektionseinheit 108 zum zweiten Randabschnitt 108-2 der Schalldetektionseinheit 108 erstrecken, wodurch ein sehr einfacher Gesamtaufbau bereitgestellt werden kann.
Der Basisabschnitt 122 kann als Einzelschicht ausgebildet sein, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein kann. Die Versteifungsrippen 125 der Versteifungsstruktur 124 können aus dem gleichen Material wie der Basisabschnitt 122 gebildet sein und sogar einstückig mit dem Basisabschnitt 122 ausgebildet sein.
Die erste und die zweite Membran 114, 116 sowie die Referenzelektrode 120 können an ihren jeweiligen Randabschnitten 114r, 116r, 120r an dem Halter 106 durch Zwischenlagerung jeweiliger Stützelemente 105a-c getragen sein. Wie in 2 angedeutet, kann ein elektrisch isolierendes Stützelement 105a zwischen der ersten Membran 114 und der Referenzelektrode 120 angeordnet sein. Ein elektrisch isolierendes Stützelement 105b kann zwischen der Referenzelektrode 120 und der zweiten Membran 116 angeordnet sein und ein weiteres elektrisch isolierendes Stützelement 105c kann zwischen der ersten Membran 114 und dem Halter 106 angeordnet sein.
Ein elektrisch leitfähiges Material kann ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 10 S/m, zum Beispiel mehr als 10² S/m oder mehr als 10⁴ S/m oder sogar mehr als 10⁶ S/m sein. Ein elektrisch isolierendes Material kann ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^-2 S/m, zum Beispiel weniger als 10^-5 S/m oder sogar weniger als 10^-8 S/m sein.
Das elektrisch leitfähige Material aus welchem die erste Membran 114 oder/und die zweite Membran 116 oder/und die Referenzelektrode 120 wenigstens abschnittsweise gebildet ist bzw. sind, kann beispielsweise ein polykristallines Halbleitermaterial, wie etwa polykristallines Silizium, oder ein Metall sein. Die Stützelemente 105a-c können aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise SiO_x oder/und Si_xN_y, gebildet sein. Der Halter 106 kann beispielsweise aus einem kristallinen Halbleitermaterial, etwa Silizium, hergestellt sein.
Die erste Membran 114, die zweite Membran 116 und die Referenzelektrode 120 können Durchmesser von weniger als 2 mm, optional weniger als 1,5 mm, weiter optional weniger als 1 mm, beispielsweise weniger als 750 µm oder sogar weniger als 500 µm, aufweisen.
Die Schalldetektionseinheit 108 kann beispielsweise kapazitiv durch die Steuerungseinheit 112 ausgelesen werden, indem beispielsweise ein eine durch Schall verursachte Änderung einer Kapazität zwischen der ersten Membran 114 und der Referenzelektrode 120 repräsentierendes erstes elektrisches Signal oder/und indem beispielsweise ein eine durch Schall verursachte Änderung einer zweiten Kapazität zwischen der zweiten Membran 116 und der Referenzelektrode 120 repräsentierendes zweites elektrisches Signal durch die Steuerungseinheit 112 ermittelt bzw. ausgelesen wird bzw. werden.
Der Basisabschnitt 122 der Referenzelektrode 120 kann, wie in den 2 und 3 gezeigt, als Einzelschicht ausgebildet sein, welche in einer Dickenrichtung aus einem einheitlichen Material gebildet ist. Die erste Membran 114 und die zweite Membran 116 können jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet und voneinander elektrisch isoliert sein. Dieser Aufbau bietet die Möglichkeit, beispielsweise unter Ansteuerung der Steuerungseinheit 112, eine einheitliche Referenzspannung an die Referenzelektrode 120 anzulegen, während an die erste und die zweite Membran 114, 116 voneinander verschiedene Betriebsspannungen angelegt werden können, beispielsweise Betriebsspannungen mit in Bezug auf die Referenzspannung gleichem Betrag jedoch entgegengesetzten Vorzeichen. Hierdurch können zwei voneinander verschiedene elektrische Signale ermittelt werden, welche durch Addieren oder Subtrahieren miteinander kombiniert werden können, um gemeinsame Rauschbeiträge zu verringern oder zu eliminieren. Mithin kann mit diesem Aufbau ein differenzielles Messschema realisiert werden, das eine präzise Messung bzw. Ermittlung von Eigenschaften des zu detektierenden Schalls, wie etwa Schallfrequenz oder/und Schalldruck, ermöglicht.
Eine elektrische Isolierung zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 kann einerseits durch die zuvor erwähnten Stützelemente 105a und 105b bereitgestellt werden und andererseits durch wenigstens einen Abstandshalter 126 oder eine Mehrzahl von Abstandshaltern 126, welcher bzw. welche in einem vom Randabschnitt 114r der ersten Membran 114 und in einem vom Randabschnitt 116r der zweiten Membran 116 verschiedenen Bereich der ersten bzw. zweiten Membran 114, 116 angeordnet ist. Der Abstandshalter 126 oder die Abstandshalter 126 können beispielsweise aus SiO_x oder Si_xN_y gebildet sein.
Der bzw. die Abstandshalter 126 können in permanentem körperlichem Kontakt zu der ersten Membran 114 oder/und der zweiten Membran 116 stehen. Die Referenzelektrode 120 kann in Zuordnung zu wenigstens einem Abstandshalter 126 eine sich in Dickenrichtung durchgehend erstreckende Durchgangsöffnung 128 aufweisen, durch welche hindurch sich ein Abstandshalter 126 erstreckt. Wenigstens ein Abstandshalter 126 oder eine Mehrzahl der Abstandshalter 126 können sich berührungsfrei, das heißt ohne die Referenzelektrode 120 zu berühren, durch eine jeweilige Durchgangsöffnung 128 erstrecken, optional unabhängig von den jeweiligen Stellungen der ersten Membran 114 oder/und der zweiten Membran 116 relativ zur Referenzelektrode 120. Hierdurch kann eine Wechselwirkung zwischen dem Abstandshalter 126 bzw. den Abstandshaltern 126 und der Referenzelektrode 120 verhindert werden, wodurch eine hinsichtlich der Referenzelektrode 120 im Wesentlichen wechselwirkungsfreie Verlagerung der ersten oder/und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Referenzelektrode 120 sichergestellt werden kann, was beispielsweise zu einem hohen Grad an Linearität der Antwort der Schalldetektionseinheit 108 bzw. des mikroelektromechanischen Mikrofons 100 beitragen kann.
Durch die Bereitstellung der sich durch die Durchgangsöffnungen 128 erstreckenden Abstandshalter 126 kann eine engmaschige Abstandshalteranordnung bereitgestellt werden, mit deren Hilfe der Abstand zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 akkurat über die gesamte Erstreckung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 eingestellt werden kann. Ebenso kann durch den Abstandshalter 126 bzw. durch die Abstandshalter 126 für eine definierte Position der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Referenzelektrode 120 gesorgt werden. Die Abstände zwischen benachbarten Abstandshaltern 126 können ca. 10-100 µm, optional 25-75 µm, weiter optional 40-60 µm, betragen.
Der Durchmesser eines Abstandshalters 126 kann ca. 0,5-5 µm betragen. Der Durchmesser einer Durchgangsöffnung 128 kann um 10 % bis 300 %, optional um 50 % bis 200 %, weiter optional um 100 % bis 150 %, größer als der Durchmesser eines sich durch die betreffende Durchgangsöffnung 128 hindurch erstreckenden Abstandshalters 126 sein. Die obigen Beziehungen können selbstverständlich für eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 128 oder sogar für alle Durchgangsöffnungen 128 und die sich durch diese hindurch erstreckenden Abstandshalter 126 gelten. Durch diese Durchmesser kann eine Gas- bzw. Luftströmung durch die Durchgangsöffnungen 128 im Falle einer Verlagerung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Referenzelektrode 120 begrenzt werden, was wiederum die durch die Gas- bzw. Luftströmung bedingten elektrischen Rauschbeiträge begrenzen kann.
Die durch eine Gas- bzw. Luftströmung durch die Durchgangsöffnungen 128 bedingten Rauschbeiträge können zusätzlich dadurch verringert werden, dass, wie vorangehend angemerkt, in der Niederdruckkammer 118 ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt. Der Gasdruck in der Niederdruckkammer 118 kann weniger als 100 mbar, optional weniger als 50 mbar, weiter optional weniger als 10 mbar, betragen. Bei einem derartigen Gasdruck kann zudem der durch Gas, etwa Luft, in der Niederdruckkammer 118 bedingte Widerstand, welcher einer Bewegung der Membranen 114, 116 relativ zur Referenzelektrode 120 entgegenwirkt, verringert werden, wodurch eine hohe Nachgiebigkeit der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 relativ zur Referenzelektrode 120 ermöglicht wird. Hierdurch kann eine hohe Detektionssensitivität erzielt werden.
Wie in den 2 und 3 angedeutet, kann die Niederdruckkammer 118 nach außen hin in X-Richtung oder Y-Richtung teilweise durch Begrenzungswände 126r abgedichtet sein, welche ebenfalls als Abstandshalter fungieren und in einem Randbereich der Niederdruckkammer 118 für einen vorgegebenen Abstand zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 sorgen können. Diese erstrecken sich somit durch keine Durchgangsöffnung in der Referenzelektrode 120.
Wie in 3 erkennbar, kann die erste Membran 114 wenigstens abschnittsweise eine zu der Referenzelektrode 120 komplementäre Gestalt aufweisen. Hierbei kann insbesondere für einen geringen Abstand zwischen der ersten Membran 114 und dem Basisabschnitt 122 der Referenzelektrode 120 gesorgt werden, wodurch eine hohe Kapazität zwischen dem Basisabschnitt 122 und demjenigen Bereich 114-1 der ersten Membran 114 bereitgestellt werden kann, welcher unmittelbar dem Basisabschnitt 122 gegenüberliegt.
Da bei der in 3 gezeigten Konfiguration derjenige Bereich 114-2 der ersten Membran 114, welcher der Versteifungsstruktur 124 unmittelbar gegenüberliegt, mit der Versteifungsstruktur 124 eine parasitäre Kapazität definieren kann, kann vorgesehen sein, dass derjenige Bereich 114-1 der ersten Membran 114, welcher dem Basisabschnitt 122 unmittelbar gegenüberliegt, von demjenigen Bereich 114-2 der ersten Membran 114, welcher der Versteifungsstruktur 124 unmittelbar gegenüberliegt, elektrisch isoliert ist. Eine derartige Segmentierung der ersten Membran 114 kann beispielsweise durch eine Mehrzahl elektrisch isolierender Elemente 130 erzielt werden, welche in 3 gezeigt sind. Diese können beispielsweise aus SiO_x oder Si_xN_y gebildet sein. Optional kann auch die zweite Membran 116 in eine Mehrzahl von elektrisch voneinander isolierten Abschnitten entsprechend der Versteifungsstruktur 124 segmentiert sein.
Diese Konfiguration gestattet eine Messung eines elektrischen Signals, welches durch eine Änderung einer Kapazität zwischen der Referenzelektrode 120 und lediglich demjenigen Bereich 114-1 der ersten Membran 114, welcher dem Basisabschnitt 122 gegenüberliegt, verursacht wird. Das bedeutet, dass hierdurch der Einfluss der parasitären Kapazität zwischen der Versteifungsstruktur 124 und demjenigen Bereich 114-2 der ersten Membran 114, welcher der Versteifungsstruktur 124 gegenüberliegt, eliminiert werden kann.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann an der zweiten Membran 116 wenigstens eine Durchgangsöffnung 132 oder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 132 bereitgestellt sein, welche durch ein bzw. eine Mehrzahl von Verschlusselementen 134 verschlossen ist bzw. sind. Die Durchgangsöffnungen 132 können herstellungsbedingte Ursachen haben und beispielsweise als Entlüftungsöffnungen genutzt werden, um in der Niederdruckkammer 118 einen gegenüber Normaldruck verringerten Gasdruck herzustellen. Anschließend können die Durchgangsöffnungen 132 durch die in den 2 und 3 gezeigten Verschlusselemente 134 verschlossen werden, um den gegenüber Normaldruck geringeren Gasdruck in der Niederdruckkammer 118 aufrechtzuerhalten. Die Verschlusselemente 134 können beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa SiO_x oder Si_xN_y, gebildet sein.
Um während einer schallbedingten Auslenkung der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 relativ zur Referenzelektrode 120 einen großflächigen Kontakt zwischen der ersten Membran 114 oder der zweiten Membran 116 einerseits und der Referenzelektrode 120 andererseits oder ein Anhaften der ersten Membran 114 an der Referenzelektrode 120 bzw. der zweiten Membran 116 an der Referenzelektrode 120 vermeiden zu können, kann die Referenzelektrode 120 an einer zu der ersten Membran 114 weisenden Fläche oder/und an einer zu der zweiten Membran 116 weisenden Fläche wenigstens einen Referenzelektrodenantihaftvorsprung 136, 137, optional eine Mehrzahl von Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen 136, 137 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Membran 114 oder/und die zweite Membran 116 an einer zu der Referenzelektrode 120 weisenden Fläche wenigstens einen Membranantihaftvorsprung 138, 139, optional eine Mehrzahl von Membranantihaftvorsprüngen 138, 139 aufweisen. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 weist der Basisabschnitt 122 der Referenzelektrode 120 an einer zu der ersten Membran 114 weisenden Fläche eine Mehrzahl von Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen 136 auf. Darüber hinaus kann wenigstens ein Referenzelektrodenantihaftvorsprung 137 oder eine Mehrzahl von Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen 137 an einer zu der ersten Membran 114 weisenden Fläche der Versteifungsstruktur 124 bereitgestellt sein. Wie in 3 gezeigt, können wenigstens eine Versteifungsrippe 125 oder mehrere Versteifungsrippen 125 an einer zu der ersten Membran 114 weisenden Fläche mit einem bzw. jeweils einem Referenzelektrodenantihaftvorsprung 137 bereitgestellt sein. Die Referenzelektrodenantihaftvorsprünge 136, 137 können, wie in den 2 und 3 gezeigt, eine sich in Richtung der ersten Membran 114 verjüngende Form aufweisen, um im Falle eines tatsächlichen physischen Kontakt zwischen der ersten Membran 114 und der Referenzelektrode 120 eine Kontaktfläche zwischen der ersten Membran 114 und der Referenzelektrode 120 zu minimieren. Darüber hinaus weist die zweite Membran 116 eine Mehrzahl von Membranantihaftvorsprüngen 138 an einer zu der Referenzelektrode 120 weisenden Fläche auf. Auch die erste Membran 114 kann wenigstens einen zu der Referenzelektrode 120 weisenden Membranantihaftvorsprung 139 aufweisen. Dieser kann beispielsweise in einem Bereich der ersten Membran 114 bereitgestellt sein, welcher einer Versteifungsrippe 125 gegenüberliegt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, können die Membranantihaftvorsprünge 138, 139 eine sich in Richtung der Referenzelektrode 120 verjüngende Form aufweisen.
Um im Falle eines tatsächlichen körperlichen Kontakts zwischen den Membranen 114, 116 und der Referenzelektrode 120 einen elektrischen Kurzschluss verhindern zu können, können die Referenzelektrodenantihaftvorsprünge 136, 137 oder/und die Membranantihaftvorsprünge 138, 139 wenigstens teilweise oder vollständig aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die den Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen 136, 137 gegenüberliegenden Bereiche der ersten oder/und der zweiten Membran 114, 116 mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können die den Membranantihaftvorsprüngen 138, 139 gegenüberliegenden Bereiche der Referenzelektrode 120 mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein. Weisen die Referenzelektrodenantihaftvorsprünge 136, 137 oder/und die Membranantihaftvorsprünge 138, 139 eine sich verjüngende Gestalt auf, können in einer beispielhaften Ausführungsform lediglich ihre Spitzen aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 4 eine gegenüber der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 abgewandelte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Dabei werden gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in den 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 versehen werden, allerdings erhöht um die Zahl 100. Die in 4 gezeigte Schalldetektionseinheit 208 wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 4 gezeigte Schalldetektionseinheit 208 unterscheidet sich von der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 hinsichtlich der Ausgestaltung der Referenzelektrode 220 sowie der ersten Membran 214. Im Gegensatz zu der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 ist der Basisabschnitt 222 der Referenzelektrode 220 nicht als Einzelschicht ausgebildet, sondern weist eine zu der ersten Membran 214 weisende erste Elektrode 222a, eine zu der zweiten Membran 216 weisende zweite Elektrode 222b sowie eine zwischen der ersten Elektrode 222a und der zweiten Elektrode 222b angeordnete elektrisch isolierende Schicht 222c auf. Bei dieser Ausgestaltung können beispielsweise zur Ermittlung von Charakteristiken von zu detektierenden Schallwellen lediglich elektrische Signale erfasst werden, welche durch eine Änderung einer Kapazität zwischen der zweiten Elektrode 222b des Basisabschnitts 222 und der zweiten Membran 216 bedingt werden. Hierdurch kann ein Messsignal bereitgestellt werden, welches im Wesentlichen unbeeinflusst von parasitären Kapazitäten zwischen der Versteifungsstruktur 224 und der ersten Membran 214 ist. Somit kann die im Zusammenhang mit den 2 und 3 diskutierte Segmentierung der ersten Membran 214 entfallen, wodurch letztlich ein insgesamt vereinfachter Aufbau bereitgestellt werden kann.
Die erste Elektrode 222a des Basisabschnitts 222 kann im Zusammenwirken mit der ersten Membran 214 dazu verwendet werden, die erste Membran 214 und die zweite Membran 216 in eine definierte Ausgangsposition relativ zur Referenzelektrode 220 zu versetzen. Hierzu können die erste Membran 214 sowie die erste Elektrode 222a des Basisabschnitts 222 und die mit der ersten Elektrode 222a einstückig ausgebildete Versteifungsstruktur 224 als Aktuatoreinheit verwendet werden, mittels welcher durch Anlegen einer definierten elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode 222a und der ersten Membran 214 ein definierter Abstand zwischen diesen Bauteilen elektrostatisch eingestellt werden kann. Hierdurch können beispielsweise durch intrinsische mechanische Spannungen bedingte Verformungen der ersten Membran 214 oder/und der zweiten Membran 216 elektrostatisch korrigiert werden und die erste sowie die zweite Membran 216 in eine definierte Ausgangsstellung relativ zur Referenzelektrode 120 versetzt werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 5 eine weitere beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Dabei werden gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in den 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 versehen werden, allerdings gegenüber der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 erhöht um die Zahl 200. Die in 5 gezeigte Schalldetektionseinheit 308 wird dabei nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 5 gezeigte Schalldetektionseinheit 308 unterscheidet sich von der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 hinsichtlich der Ausgestaltung des Basisabschnitts 322 der Referenzelektrode 320. Der Basisabschnitt 322 ist nicht als Einzelschicht ausgebildet, sondern weist eine zu der ersten Membran 314 weisende erste Elektrode 322a, eine zu der zweiten Membran 316 weisende zweite Elektrode 322b sowie eine zwischen der ersten Elektrode 322a und der zweiten Elektrode 322b angeordnete elektrisch isolierende Schicht 322c auf. Der Aufbau des Basisabschnitts 322 der Schalldetektionseinheit 308 entspricht im Wesentlichen dem Basisabschnitt 222 der in 4 gezeigten Referenzelektrode 220. Daher wird hier auf die entsprechende Beschreibung der 4 verwiesen.
Die in 5 gezeigte Schalldetektionseinheit 308 unterscheidet sich von der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 darüber hinaus auch hinsichtlich der Abstandshalter 326 und 326r, welche im Gegensatz zu der Schalldetektionseinheit 108 nicht aus einem elektrisch isolierenden Material, sondern aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, und somit eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Membran 314 und der zweiten Membran 316 herstellen können. Wie in 5 angedeutet, können die Abstandshalter 326, 326r einstückig mit der ersten Membran 314 oder/und mit der zweiten Membran 316 ausgebildet sein.
Die erste Membran 314 kann ähnlich der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 segmentiert sein und einen dem Basisabschnitt 322 unmittelbar gegenüberliegenden Bereich 314-1 aufweisen, welcher in elektrischer Verbindung mit der zweiten Membran 316 stehen kann. Der Bereich 314-1 kann beispielsweise durch elektrisch isolierende Elemente 330 von einem der Versteifungsstruktur 324 unmittelbar gegenüberliegenden Bereich 314-2 der ersten Membran 314 elektrisch isoliert sein. Auf diese Weise kann, wie im Zusammenhang mit der Schalldetektionseinheit 108 erläutert wurde, der Einfluss parasitärer Kapazitäten zwischen der ersten Membran 314 und der Versteifungsstruktur 324 eliminiert oder zumindest verringert werden.
Im Betrieb kann an die zweite Elektrode 322b des Basisabschnitts 322 eine Referenzspannung angelegt werden, während an den dem Basisabschnitt 322 gegenüberliegenden Bereich 314-1 der ersten Membran 314 sowie an die zweite Membran 316 eine einheitliche Betriebsspannung angelegt werden kann. Hierdurch kann die Fläche des durch die zweite Elektrode 320b, die zweite Membran 316 sowie den dem Basisabschnitt 322 gegenüberliegenden Bereich 314-1 der ersten Membran 314 gebildeten Kondensators erhöht werden, wodurch eine Sensitivitätserhöhung erzielt werden kann.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 6a bis 18b ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Schalldetektionseinheit eines beispielhaften mikroelektromechanischen Mikrofons beschrieben werden. Figuren, deren Bezeichnung sich lediglich durch den Suffix „a“ oder „b“ unterscheiden, zeigen Schnitte entlang zueinander orthogonaler Ebenen der Schalldetektionseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Herstellung derselben.
Das Verfahren kann, wie in 6b gezeigt, das Bilden einer Mehrzahl von Ausnehmungen 1002 in einem Substrat 1000 aufweisen. Das Substrat 1000 kann beispielsweise aus einem einkristallinen Halbleitermaterial gebildet sein, etwa aus Silizium. Die Ausnehmungen 1002 können beispielsweise eine Tiefe d von ca. 10-30 µm und eine Breite b von ca. 10-30 µm aufweisen. Die Ausnehmungen können sich parallel zu der Schnittebene der 6a erstrecken.
Anschließend kann, wie in den 7a und 7b gezeigt, auf das Substrat 1000 eine elektrisch isolierende Schicht 1004 mit einer Dicke von ca. 100-500 nm aufgetragen werden. Diese kann aus einem Oxid, wie etwa aus SiO_x, gebildet sein. Die elektrisch isolierende Schicht 1004 kann mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke auf das Substrat 1000 aufgetragen werden, so dass auch nach dem Abscheiden der Schicht 1004 weiterhin Ausnehmungen 1006 an dem Substrat 1000 bereitgestellt sind, welche nun jedoch in ihren Abmessungen gegenüber den ursprünglichen Ausnehmungen 1002 durch die elektrisch isolierende Schicht 1004 verändert sind.
Anschließend kann, wie in den 8a und 8b gezeigt, eine elektrisch leitfähige Schicht 1008 auf die elektrisch isolierende Schicht 1004 aufgetragen werden. Die elektrisch leitfähige Schicht 1008 kann beispielsweise aus einem Metall oder aus polykristallinem Silizium gebildet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 1008 entspricht einer ersten Membran der herzustellenden Schalldetektionseinheit. Wie in 8b gezeigt, kann die elektrisch leitfähige Schicht 1008 eine derartige Dicke aufweisen, dass an einer von dem Substrat 1000 abgewandten Seite der elektrisch leitfähigen Schicht 1008 Ausnehmungen 1010 definiert sind, welche im Vergleich zu den ursprünglichen Ausnehmungen 1002 lediglich veränderte Abmessungen aufweisen. Die erste Membran 1008 kann eine Dicke von einigen 100 nm aufweisen, beispielsweise ca. 500 nm.
Die elektrisch leitfähige Schicht 1008 kann anschließend, wie in 9b gezeigt, in eine Mehrzahl von elektrisch voneinander isolierten Abschnitten 1008a, 1008b segmentiert werden, indem an vorgegebene Positionen in der elektrisch isolierenden Schicht 1008 Öffnungen gebildet werden, welche anschließend durch elektrisch isolierende Elemente 1012 aufgefüllt werden. Die elektrisch isolierenden Elemente 1012 können beispielsweise aus Si_xN_y gebildet sein. Die elektrische Segmentierung der elektrisch isolierenden Schicht 1008 ist ähnlich der Segmentierung der ersten Membran 114 der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108. Da 9a eine zu den Ausnehmungen 1010 im Wesentlichen parallele Schnittfläche zeigt, sind in 9a weder die Ausnehmungen 1010 noch die elektrisch isolierenden Elemente 1012 sichtbar.
Auf die segmentierte erste Membran 1008 kann anschließend, wie in den 10a und 10b gezeigt, eine erste Opfermaterialschicht 1014 abgeschieden werden. Die erste Opfermaterialschicht 1014 kann beispielsweise aus einem Oxid, wie etwa SiO_x, gebildet sein. Die erste Opfermaterialschicht 1014 kann mit einer derartigen Dicke, beispielsweise ca. 2 µm, auf die elektrisch leitfähige Schicht 1008, d.h. auf die erste Membran 1008, abgeschieden werden, dass an einer von der ersten Membran 1008 abgewandten Seite der ersten Opfermaterialschicht 1014 Ausnehmungen 1016 gebildet werden, welche an den Positionen der ursprünglichen Ausnehmungen 1002 angeordnet sind und gegenüber diesen lediglich geringere Abmessungen aufweisen. Wie nachfolgend gezeigt werden wird, bilden die Ausnehmungen 1016 eine Negativform für eine Versteifungsstruktur einer anschließend auf der ersten Opfermaterialschicht 1014 zu bildenden Referenzelektrode. Wie ferner in den 10a und 10b gezeigt, können in der ersten Opfermaterialschicht 1014 ferner eine Mehrzahl von sich in Richtung der ersten Membran 1008 verjüngenden Aussparungen 1018 gebildet werden, welche als Negativformen für jeweilige Referenzelektrodenantihaftvorsprünge dienen können.
Anschließend kann, wie in den 11a und 11b gezeigt, auf die erste Opfermaterialschicht 1014 eine Referenzelektrode 1020 abgeschieden werden, welche die erste Opfermaterialschicht 1014 vollständig abdeckt und die Aussparungen 1016 vollständig auffüllt. Wie vorangehend angemerkt, dienen die Aussparungen 1016 als Negativform für eine Versteifungsstruktur 1024 der Referenzelektrode 1020, welche zudem einen als Einzelschicht ausgebildeten Basisabschnitt 1022 aufweist. Dieser entspricht somit hinsichtlich seines Aufbaus dem in den 2 und 3 gezeigten Basisabschnitt 122. Wie ferner in den 11a und 11b gezeigt, werden durch Abscheiden der Referenzelektrode 1020 auf die erste Opfermaterialschicht 1014 auch die in der ersten Opfermaterialschicht 1014 gebildeten sich verjüngen Aussparungen 1018 aufgefüllt, wodurch jeweilige Referenzelektrodenantihaftvorsprünge 1026 gebildet werden. Die Referenzelektrode 1020 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa einem Metall oder einem polykristallinen Halbleitermaterial, gebildet sein.
Wie in den 12a und 12b gezeigt, können anschließend in dem Basisabschnitt 1022 der Referenzelektrode 1020 wenigstens eine oder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen bzw. Aussparungen 1028 gebildet werden. Anschließend kann auf die erste Opfermaterialschicht 1014 sowie auf den Basisabschnitt 1022 der Referenzelektrode 1020 eine zweite Opfermaterialschicht 1030 abgeschieden werden. Die zweite Opfermaterialschicht 1030 kann aus dem gleichen Material wie die erste Opfermaterialschicht 1014 gebildet sein und somit mit dieser eine einheitliche Opfermaterialschicht definieren.
Wie in den 13a und 13b gezeigt, kann in einem weiteren Schritt im Bereich der Durchgangsöffnungen bzw. Aussparungen 1028 des Basisabschnitts 1022 der Referenzelektrode 1020 jeweils eine Abstandshalterausnehmung 1032, beispielsweise durch Ätzen der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht 1014, 1030, gebildet werden. Wie in den 13a und 13b gezeigt, kann eine Abstandshalterausnehmungen 1032 einen kleineren Durchmesser als eine korrespondierende Durchgangsöffnung 1028 in dem Basisabschnitt 1022 aufweisen, so dass der Basisabschnitt 1022 nicht freigelegt wird.
Anschließend können, wie in den 14a und 14b gezeigt, die Abstandshalterausnehmungen 1032 gefüllt werden, wodurch eine Mehrzahl von Abstandshaltern 1034 gebildet werden kann. Die Abstandshalter 1034 können beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa aus SiO_x oder Si_xN_y, gebildet sein. Dadurch, dass beim Bilden der Abstandshalterausnehmungen 1032 der Basisabschnitt 1022 nicht freigelegt wird, können hierdurch Abstandshalter 1034 bereitgestellt werden, welche nicht in körperlichem Kontakt zu der Referenzelektrode 1020 stehen.
Wie ferner in den 14a und 14b erkennbar ist, kann zudem in der zweiten Opfermaterialschicht 1030 eine Mehrzahl von sich in Richtung der Referenzelektrode 1020 verjüngenden Aussparungen 1036 gebildet werden, welche als Negativformen für Membranantihaftvorsprünge einer, wie in den 15a und 15b gezeigt, nachfolgend auf der zweiten Opfermaterialschicht 1030 sowie auf Endflächen der Abstandshalter 1034 gebildeten zweiten Membran 1038 verwendet werden können. Die Membranantihaftvorsprünge der zweiten Membran 1038 sind in den Figuren mit den Bezugszeichen 1040 versehen. Die zweite Membran 1038 kann eine Dicke von einigen 100 nm aufweisen, beispielsweise 500 nm.
Nach dem Bilden der zweiten Membran 1038 kann in dieser, wie in den 16a und 16b gezeigt, eine Mehrzahl von Öffnungen 1042 gebildet werden, durch welche ein Teil der ersten Opfermaterialschicht 1014 sowie der zweiten Opfermaterialschicht 1030 entfernt werden kann. Das Entfernen der ersten Opfermaterialschicht 1014 sowie der zweiten Opfermaterialschicht 1030 durch die Öffnungen 1042 kann beispielsweise durch Ätzen erfolgen. Die erste Opfermaterialschicht 1014 und die zweite Opfermaterialschicht 1030 können bis auf einen Randbereich vollständig entfernt werden. Auf diese Weise kann aus der ersten Opfermaterialschicht 1014 und der zweiten Opfermaterialschicht 1030 die im Zusammenhang mit der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 beschriebenen Stützelemente gebildet werden. Diese sind in 16a durch die Bezugszeichen 1014' und 1030' angedeutet.
Das Entfernen eines Teils der ersten Opfermaterialschicht 1014 sowie der zweiten Opfermaterialschicht 1030 kann beispielsweise in einer Gasatmosphäre erfolgen, in welcher ein gegenüber Normaldruck geringerer Gasdruck herrscht. Alternativ kann erst nach dem Entfernen des Teils der ersten Opfermaterialschicht 1014 und der zweiten Opfermaterialschicht 1030 ein Gasdruck hergestellt werden, welche niedriger als Normaldruck ist, um dadurch zwischen der ersten Membran 1008 und der zweiten Membran 1038 eine Niederdruckkammer 1044 zu bilden, in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt.
Um den geringen Gasdruck in der Niederdruckkammer 1044 dauerhaft aufrechterhalten zu können, können, wie in den 17a und 17b angedeutet, die Öffnungen 1042 in der zweiten Membran 1038 durch jeweilige Verschlusselemente 1046 verschlossen werden. Die Verschlusselemente 1046 können beispielsweise durch Abscheiden eines elektrisch isolierenden Materials auf die zweite Membran 1038 im Bereich der jeweiligen Öffnungen 1042 gebildet werden.
Nach dem Verschließen der Öffnungen 1042 in der zweiten Membran 1038 kann ein Teil des Halters 1000 sowie der elektrisch isolierenden Schicht 1004, die zwischen dem Halter 1000 und der ersten Membran 1008 angeordnet ist, entfernt werden, beispielsweise durch Ätzen. Auf diese Weise kann ein Halter 1000' gebildet werden, welcher von der ersten Membran 1008 durch ein Stützelement 1004' getrennt ist. Dieses Stützelement entspricht dem in 2 gezeigten Stützelement 105c.
Mit dem Bilden des Halters 1000' ist die Herstellung einer Schalldetektionseinheit 1048 abgeschlossen, welche in ihrem Aufbau der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 entspricht. Daher wird zur Erklärung der weiteren in den 18a und 18b gezeigten strukturellen Merkmale auf die Beschreibung der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 19 und 20 eine weitere beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Dabei werden gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in den 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 versehen werden, allerdings gegenüber der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 erhöht um die Zahl 300. Die in den 19 und 20 gezeigte Schalldetektionseinheit 408 wird nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
In den 19 und 20 sind vereinfachte Schnittdarstellungen der Schalldetektionseinheit 408 gezeigt. Die Schnittfläche gemäß 20 ist in 19 durch die Linie XX-XX angedeutet.
Ähnlich der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 weist die in den 19 und 20 gezeigte Schalldetektionseinheit 408 eine erste Membran 414 eine zweite Membran 416, eine zwischen der ersten Membran 414 und der zweiten Membran 416 bereitgestellte Niederdruckkammer 418 sowie eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer 418 bereitgestellte Referenzelektrode 420. Die Referenzelektrode 420 weist einen flächigen Basisabschnitt 422 sowie eine an dem Basisabschnitt 422 bereitgestellte Versteifungsstruktur 424 auf. Im Gegensatz zu der ersten Membran 114 der Schalldetektionseinheit 108 weist die erste Membran 414 der Schalldetektionseinheit 408 keine zu der Versteifungsstruktur 424 komplementäre Gestalt auf. Dementsprechend ist die erste Membran 414 weiter von dem Basisabschnitt 422 beabstandet als die erste Membran 114 von dem entsprechenden Basisabschnitt 122 der Schalldetektionseinheit 108. Aufgrund dieses vergrößerten Abstands ist eine Kapazität zwischen dem Basisabschnitt 422 und der ersten Membran 414 klein, so dass eine Änderung dieser Kapazität, welche durch eine Verlagerung der ersten Membran 414 relativ zum Basisabschnitt 422 verursacht wird, nur bedingt zur Ermittlung von Charakteristiken der zu detektierenden Schallwellen geeignet ist. Die Schalldetektionseinheit 408 kann jedoch mit einem gegenüber der Schalldetektionseinheit 108 wesentlich einfacheren Gesamtaufbau bereitgestellt sein, da die erste Membran 414 eine wesentlich einfachere Gestalt als die Membran 114 der Schalldetektionseinheit 108 aufweist.
Zur Ermittlung von Charakteristiken zu detektierender Schallwellen kann ein elektrisches Signal ausgelesen werden, welches durch eine Änderung einer Kapazität zwischen dem Basisabschnitt 422 und der zweiten Membran 416 verursacht wird.
Ähnlich wie bei der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108, können die erste Membran 414 und die zweite Membran 416 elektrisch voneinander isoliert sein, beispielsweise durch elektrisch isolierende Abstandshalter 426, 426r. Dieser Aufbau bietet die Möglichkeit, die Referenzelektrode 420 im Zusammenwirken mit der ersten Membran 414 als Aktuatoreinheit zu verwenden, um beispielsweise elektrostatisch eine definierte Ausgangsstellung der ersten und der zweiten Membran 414, 416 relativ zur Referenzelektrode 420 einstellen zu können. Dies wurde im Zusammenhang mit der in den 2 und 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 ausführlich beschrieben und soll hier, um Wiederholungen zu vermeiden, nicht erneut ausgeführt werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 21 eine weitere beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Dabei werden gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie bei der Schalldetektionseinheit 408 mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden, allerdings gegenüber dieser erhöht um die Zahl 100. Die in 21 gezeigte Schalldetektionseinheit 508 wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der Schalldetektionseinheit 408 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei der in 21 gezeigten Schalldetektionseinheit 508 stehen die erste Membran 514 und die zweite Membran 516 in elektrischer Verbindung miteinander mittels einer Mehrzahl von Abstandshaltern 526, 526r. Wie bereits zur Schalldetektionseinheit 408 ausgeführt, kann eine Kapazität zwischen dem Basisabschnitt 522 der Referenzelektrode 520 und der ersten Membran 514 kleiner als eine Kapazität zwischen dem Basisabschnitt 522 und der zweiten Membran 516 sein, da der Abstand der ersten Membran 514 von dem Basisabschnitt 522 größer als der Abstand zwischen der zweiten Membran 516 und dem Basisabschnitt 522 ist. Trotzdem kann durch eine Addition von Signalen, welche einerseits durch eine Änderung einer Kapazität zwischen der ersten Membran 516 und der Referenzelektrode 520 und andererseits durch eine Änderung einer Kapazität zwischen der zweiten Membran 516 und der Referenzelektrode 520 verursacht werden, eine Sensitivitätserhöhung im Vergleich zu einer Auswertung einer schallbedingten Änderung lediglich der Kapazität zwischen der zweiten Membran 516 und der Referenzelektrode 520 erzielt werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 22 eine weitere beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Dabei werden gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in 21 mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden, allerdings gegenüber der 21 erhöht um die Zahl 100. Die in 22 gezeigte Schalldetektionseinheit 608 wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der Schalldetektionseinheit 508 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 22 gezeigte Schalldetektionseinheit 608 unterscheidet sich von der Schalldetektionseinheit 508 hinsichtlich der Ausgestaltung der Referenzelektrode 620, bei welcher im Gegensatz zur Schalldetektionseinheit 508 der Basisabschnitt 622 und die Versteifungsstruktur 624 aus verschiedenen Materialien hergestellt sein können. Die Versteifungsstruktur 624 kann im Gegensatz zur Versteifungsstruktur 524 der Schalldetektionseinheit 508 aus einem Dielektrikum gebildet sein, um eine parasitäre Kapazität zwischen der ersten Membran 614 und der Versteifungsstruktur 624 zu eliminieren, was letztlich zu einer erhöhten Sensitivität beitragen kann.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf die 23a bis 31b ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen der in den 19 und 20 gezeigten Schalldetektionseinheit 408 beschrieben. Die in diesen Figuren gezeigten Schnittansichten sind vereinfachte Schnittansichten, welche lediglich eine Schnittfläche zeigen. Figuren, welche durch die gleiche Zahl, jedoch durch einen unterschiedlichen Suffix „a“ bzw. „b“ bezeichnet sind, stellen Schnittansichten entlang zueinander orthogonaler Schnittflächen der Schalldetektionseinheit in einem vorgegebenen Zustand während ihrer Herstellung dar.
Wie in den 23a und 23b gezeigt, kann zu Beginn des Verfahrens auf ein Substrat 2000 zunächst eine elektrisch isolierende Schicht 2004 abgeschieden werden. Das Substrat 2000 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat, wie etwa ein Siliziumsubstrat sein. Bei der elektrisch isolierenden Schicht 2004 kann es sich beispielsweise um eine SiO_x-Schicht handeln. Anschließend kann, wie ebenfalls in den 23a und 23b gezeigt, auf die elektrisch isolierende Schicht 2004 eine elektrisch leitfähige Schicht 2006 mit einer Dicke von einigen 100 nm, beispielsweise 500 nm, aufgetragen werden, welche einer ersten Membran der herzustellenden Schalldetektionseinheit entspricht. Auf die erste Membran 2006 kann danach eine erste Opfermaterialschicht 2008 aufgetragen werden, beispielsweise eine SiO_x-Schicht. Diese kann eine Dicke von ca. 5-10 µm aufweisen.
Wie in den 24a und 24b gezeigt, kann anschließend eine Mehrzahl von Ausnehmungen 2010 in der ersten Opfermaterialschicht 2008 gebildet werden, indem ein Teil der ersten Opfermaterialschicht 2008 entfernt wird. Hierdurch kann eine Mehrzahl von Rillen gebildet werden, welche sich im Wesentlichen parallel zu einer Seitenkante des Substrats 2000 erstrecken. 24a ist eine Schnittdarstellung entlang einer zu den Rillen parallelen Schnittebene. Daher sind die Rillen 2010 in 24a nicht sichtbar.
Die durch Entfernen von Opfermaterial aus der ersten Opfermaterialschicht 2008 gebildeten Rillen 2010 bilden eine Negativform einer später zu bildenden Versteifungsstruktur einer Referenzelektrode, welche in den 25a und 25b gezeigt ist. Wie in diesen Figuren gezeigt, kann auf der ersten Opfermaterialschicht 2008 eine Referenzelektrode 2012, beispielsweise durch Abscheiden eines elektrisch leitfähigen Materials, gebildet werden. Hierdurch werden die in der ersten Opfermaterialschicht 2008 gebildeten Aussparungen 2010 mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt, wodurch eine mit einem im Wesentlichen flächigen Basisabschnitt 2014 einstückig ausgebildete Versteifungsstruktur 2016 gebildet werden kann. Wie in den 25a und 25b gezeigt, können in dem Basisabschnitt 2014 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen oder Ausnehmungen 2018 gebildet werden.
Anschließend kann, wie in den 26a und 26b gezeigt, auf die erste Opfermaterialschicht 2008 sowie auf den Basisabschnitt 2014 eine zweite Opfermaterialschicht 2020 abgeschieden werden, welche aus dem gleichen Material wie die erste Opfermaterialschicht 2008 gebildet sein kann, so dass eine einheitliche Opfermaterialschicht hierdurch gebildet werden kann. Im Bereich der Ausnehmungen bzw. Durchgangsöffnungen 2018 in dem Basisabschnitt 2014 können anschließend Abstandshalterausnehmungen 2022 in der ersten Opfermaterialschicht 2008 und der zweiten Opfermaterialschicht 2020 gebildet werden. Diese können derart in der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht 2008, 2020 gebildet werden, dass kein Teil des Basisabschnitts 2014 freigelegt wird, was in den 26a und 26b gezeigt ist. In den Abstandshalterausnehmungen 2022 kann anschließend jeweils ein Abstandshalter 2024 durch Abscheiden eines elektrisch isolierenden Materials gebildet werden. In die zweite Opfermaterialschicht 2020 können ferner sich in Richtung des Basisabschnitts 2014 verjüngende Aussparungen 2026 gebildet werden, welche als Negativformen für später zu bildende Membranantihaftvorsprünge dienen können.
Danach kann, wie in den 27a und 27b gezeigt, eine elektrisch leitfähige Schicht 2028 auf die zweite Opfermaterialschicht 2020, auf die Endflächen der Abstandshalter 2024 sowie in die Negativformen 2026 für die Membranantihaftvorsprünge abgeschieden werden. Hierdurch wird eine zweite Membran 2030 gebildet. Die Membranantihaftvorsprünge der zweiten Membran 2030 sind in den 27a und 27b mit dem Bezugszeichen 2032 versehen.
Anschließend kann, wie in den 28a und 28b angedeutet, in die zweite Membran 2030 eine Mehrzahl von Öffnungen 2034 gebildet werden, welche einen Teil der zweiten Opfermaterialschicht 2020 freilegen. Durch die Öffnungen 2034 kann ein Teil der ersten Opfermaterialschicht 2008 und der zweiten Opfermaterialschicht 2020 entfernt werden. Dies ist in den 29a und 29b gezeigt. Das Entfernen kann beispielsweise durch selektives Ätzen der ersten Opfermaterialschicht 2008 und der zweiten Opfermaterialschicht 2020 erfolgen. Lediglich ein Randbereich der ersten Opfermaterialschicht 2008 und der zweiten Opfermaterialschicht 2020 kann verbleiben, um ein elektrisch isolierendes Stützelement 2008' zwischen der ersten Membran 2006 und der Referenzelektrode 2012 sowie ein zweites elektrisch isolierendes Stützelement 2020' zwischen der Referenzelektrode 2012 und der zweiten Membran 2030 zu bilden.
Durch Entfernen eines Teils der ersten Opfermaterialschicht 2008 sowie der zweiten Opfermaterialschicht 2020 wird eine Kammer zwischen der ersten Membran 2006 und der zweiten Membran 2030 gebildet, welche lediglich über die Öffnungen 2034 in der zweiten Membran 2030 mit der Umgebung in Gasaustauschverbindung steht. Somit kann über die Öffnungen 2034 der Gasdruck innerhalb dieser Kammer auf einen Druck verringert werden, welche geringer als der Normaldruck ist. Hierdurch wird somit eine Niederdruckkammer 2036 gebildet, welche im Zusammenhang mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden ist. Um den geringen Gasdruck in der Niederdruckkammer 2036 aufrechterhalten zu können, kann anschließend, wie in den 30a und 30b gezeigt, in jeder Öffnung 2034 jeweils ein Verschlusselement 2038 gebildet werden, wodurch die Niederdruckkammer 2036 gasdicht abgeschlossen werden kann. Die Verschlusselemente 2038 können beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa SiO_x oder Si_xN_y, gebildet sein.
Anschließend kann, wie in den 31a und 31b gezeigt, ein Teil des Substrats 2000 sowie der auf dem Substrat 2000 gebildeten elektrisch isolierenden Schicht 2004 teilweise entfernt werden, um einen Halter 2000' sowie ein elektrisch isolierendes Stützelement 2004' zwischen dem Halter 2000' und der ersten Membran 2006 zu bilden.
Damit ist eine Schalldetektionseinheit 2040 fertiggestellt, welche identisch zu der in den 19 und 20 gezeigten Schalldetektionseinheit 408 ist, auf deren Beschreibung im Übrigen hinsichtlich weiterer Details verwiesen wird.
In 32 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines beispielhaften mikroelektromechanischen Mikrofons gezeigt. Das Verfahren kann aufweisen:

Bilden einer ersten Membran auf einem Substrat (S100),
Abscheiden einer ersten Opfermaterialschicht auf die erste Membran (S200),
Bilden einer eine Versteifungsstruktur aufweisenden Referenzelektrode auf der ersten Opfermaterialschicht (S300),
Abscheiden einer zweiten Opfermaterialschicht auf die Referenzelektrode (S400), Bilden einer zweiten Membran auf der zweiten Opfermaterialschicht (S500),
Entfernen eines Teils der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht zum Bilden einer Kammer zwischen der ersten und der zweiten Membran (S600),
Herstellen eines gegenüber Normaldruck verringerten Gasdrucks in der Kammer und dadurch Bilden einer Niederdruckkammer (S700),
Verschließen der Niederdruckkammer (S800) und
Entfernen eines Teils des Substrats zum Bilden eines Halters (S900).

Nachfolgend werden zahlreiche beispielhafte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Beispiel 1 ist ein mikroelektromechanisches Mikrofon, welches einen Halter und eine an dem Halter getragene Schalldetektionseinheit aufweisen kann. Die Schalldetektionseinheit kann aufweisen: eine flächige erste Membran, eine von der ersten Membran beabstandet angeordnete flächige zweite Membran, wobei wenigstens eine von der ersten und der zweiten Membran wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran gebildete Niederdruckkammer, in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer angeordnete Referenzelektrode, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran relativ zu der Referenzelektrode durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind, wobei die Referenzelektrode einen flächigen Basisabschnitt sowie eine an dem Basisabschnitt bereitgestellte Versteifungsstruktur aufweist, welche auf einer zu der ersten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts oder/und auf einer zu der zweiten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts bereitgestellt ist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand des Beispiels 1 optional ferner aufweisen, dass die Versteifungsstruktur auf einer einzigen Seite des Basisabschnitts, welche zu der ersten Membran oder zu der zweiten Membran weist, bereitgestellt ist.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 oder 2 optional ferner aufweisen, dass die Versteifungsstruktur wenigstens eine von dem Basisabschnitt vorstehende Versteifungsrippe, optional eine Mehrzahl von von dem Basisabschnitt vorstehenden Versteifungsrippen, aufweist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass die Schalldetektionseinheit im Wesentlichen an ihrem gesamten Rand an dem Halter festgelegt ist.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass die Schalldetektionseinheit einen an dem Halter festgelegten ersten Randabschnitt und einen dem ersten Randabschnitt gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt aufweist, welcher nicht an dem Halter festgelegt ist und an welchem die erste und die zweite Membran durch zu detektierende Schallwellen relativ zur Referenzelektrode verlagerbar sind.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand der Beispiele 3 und 5 optional ferner aufweisen, dass die Versteifungsstruktur wenigstens eine Versteifungsrippe aufweist, welche sich von dem ersten Randabschnitt der Schalldetektionseinheit zum zweiten Randabschnitt der Schalldetektionseinheit erstreckt, wobei die Versteifungsstruktur optional eine Mehrzahl von Versteifungsrippen aufweist, welche sich von dem ersten Randabschnitt der Schalldetektionseinheit zum zweiten Randabschnitt der Schalldetektionseinheit erstreckt.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand des Beispiels 6 optional ferner aufweisen, dass sich die wenigstens eine Versteifungsrippe bzw. die Mehrzahl von Versteifungsrippen im Wesentlichen geradlinig von dem ersten Randabschnitt zum zweiten Randabschnitt der Schalldetektionseinheit erstreckt.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 7 optional ferner aufweisen, dass der Basisabschnitt der Referenzelektrode als Einzelschicht ausgebildet ist, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 7 optional ferner aufweisen, dass der Basisabschnitt eine zu der ersten Membran weisende, aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildete erste Elektrode, eine zu der zweiten Membran weisende, aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildete zweite Elektrode sowie eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete elektrisch isolierende Schicht aufweist.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 9 optional ferner aufweisen, dass die erste oder/und die zweite Membran wenigstens abschnittsweise eine zu der Referenzelektrode komplementäre Gestalt aufweist bzw. aufweisen.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 10 optional ferner aufweisen, dass die erste oder/und die zweite Membran eine Mehrzahl von elektrisch voneinander isolierten Abschnitten aufweist, wobei einer oder mehrere der voneinander elektrisch isolierten Abschnitte der Versteifungsstruktur gegenüberliegt bzw. gegenüberliegen.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 11 optional ferner aufweisen, dass die Versteifungsstruktur wenigstens abschnittsweise, optional vollständig, aus demselben Material wie derjenige Bereich des Basisabschnitts gebildet ist, mit welchem die Versteifungsstruktur in körperlichem Kontakt steht, wobei die Versteifungsstruktur optional einstückig mit dem Basisabschnitt gebildet ist.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 12 optional ferner aufweisen, dass die Versteifungsstruktur wenigstens abschnittsweise, optional vollständig, aus einem Material gebildet ist, welches verschieden von einem Material des Bereichs des Basisabschnitts ist, mit welchem die Versteifungsstruktur in körperlichem Kontakt steht.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 13 optional ferner aufweisen, dass sowohl die erste als auch die zweite Membran wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand des Beispiels 14 optional ferner aufweisen, dass die erste und die zweite Membran in elektrischer Verbindung miteinander stehen oder elektrisch voneinander isoliert sind.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 15 optional ferner wenigstens einen Abstandshalter, optional eine Mehrzahl von Abstandshaltern, zwischen der ersten und der zweiten Membran aufweisen, welcher bzw. welche dazu eingerichtet ist, einen vorgegebenen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran einzuhalten.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand des Beispiels 16 optional ferner aufweisen, dass wenigstens ein Abstandshalter, optional eine Mehrzahl der Abstandshalter, weiter optional jeder Abstandshalter, in permanentem körperlichem Kontakt zu der ersten oder/und der zweiten Membran steht, optional einstückig mit der ersten oder/und der zweiten Membran ausgebildet ist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand eines der Beispiele 16 oder 17 optional ferner aufweisen, dass wenigstens ein Abstandshalter, optional eine Mehrzahl der Abstandshalter, weiter optional jeder Abstandshalter, aus einem elektrisch leitfähigen Material oder aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand eines der Beispiele 16 bis 18 optional ferner aufweisen, dass die Referenzelektrode wenigstens eine sich in Dickenrichtung durchgehend erstreckende Durchgangsöffnung aufweist, durch welche hindurch sich ein Abstandshalter berührungsfrei erstreckt, optional in jeder Stellung der ersten oder/und der zweiten Membran relativ zur Referenzelektrode berührungsfrei erstreckt.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand des Beispiels 19 optional ferner aufweisen, dass die Referenzelektrode eine Mehrzahl von sich in Dickenrichtung durchgehend erstreckenden Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche hindurch sich jeweils ein Abstandshalter berührungsfrei erstreckt, optional in jeder Stellung der ersten oder/und der zweiten Membran relativ zur Referenzelektrode berührungsfrei erstreckt.
In Beispiel 21 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 20 optional ferner aufweisen, dass die Referenzelektrode an einer zu der ersten Membran weisenden Fläche oder/und an einer zu der zweiten Membran weisenden Fläche wenigstens einen Referenzelektrodenantihaftvorsprung, optional eine Mehrzahl von Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen, aufweist. Wenigstens ein Referenzelektrodenantihaftvorsprung, optional eine Mehrzahl von Referenzelektrodenantihaftvorsprüngen, weiter optional jeder Referenzelektrodenantihaftvorsprung, kann wenigstens teilweise, optional vollständig, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 21 optional ferner aufweisen, dass die erste Membran oder/und die zweite Membran an einer zu der Referenzelektrode weisenden Fläche wenigstens einen Membranantihaftvorsprung, optional eine Mehrzahl von Membranantihaftvorsprüngen, aufweist bzw. aufweisen. Wenigstens ein Membranantihaftvorsprung, optional eine Mehrzahl von Membranantihaftvorsprüngen, weiter optional jeder Membranantihaftvorsprung, kann wenigstens teilweise, optional vollständig, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
Beispiel 23 ist ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Mikrofons, welches einen Halter und eine an dem Halter getragene Schalldetektionseinheit aufweisen kann. Die Schalldetektionseinheit kann aufweisen: eine flächige erste Membran, eine von der ersten Membran beabstandet angeordnete flächige zweite Membran, wobei wenigstens eine von der ersten und der zweiten Membran wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran gebildete Niederdruckkammer, in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer angeordnete Referenzelektrode, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran relativ zu der Referenzelektrode durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind, wobei die Referenzelektrode einen flächigen Basisabschnitt sowie eine an dem Basisabschnitt bereitgestellte Versteifungsstruktur aufweist, welche auf einer zu der ersten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts oder/und auf einer zu der zweiten Membran weisenden Seite des Basisabschnitts bereitgestellt ist. Das Verfahren kann aufweisen: Bilden der ersten Membran auf einem Substrat, Abscheiden einer ersten Opfermaterialschicht auf die erste Membran, Bilden der Referenzelektrode auf der ersten Opfermaterialschicht, Abscheiden einer zweiten Opfermaterialschicht auf die Referenzelektrode, Bilden der zweiten Membran auf der zweiten Opfermaterialschicht, Entfernen eines Teils der ersten Opfermaterialschicht und der zweiten Opfermaterialschicht zum Bilden einer Kammer zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran, Herstellen eines gegenüber Normaldruck verringerten Gasdrucks in der Kammer und dadurch Bilden der Niederdruckkammer, Verschließen der Niederdruckkammer und Entfernen eines Teils des Substrats zum Bilden des Halters. Zum Bilden der Kammer zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran kann bzw. können die gesamte erste Opfermaterialschicht oder/und die gesamte zweite Opfermaterialschicht entfernt werden. Hierbei müssen ggf. von der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht verschiedene Begrenzungsmittel bereitgestellt sein, welche dazu eingerichtet sind, die Kammer von der Außenumgebung dauerhaft gasdicht zu trennen.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand des Beispiels 23 optional ferner aufweisen: Bilden einer Negativform für die Versteifungsstruktur der Referenzelektrode.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand des Beispiels 24 optional ferner aufweisen, dass die Negativform in der ersten Opfermaterialschicht gebildet wird.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand des Beispiels 25 optional ferner aufweisen, dass das Bilden wenigstens eines Teils der Negativform aufweist: Bilden wenigstens einer Ausnehmung in dem Substrat, Bilden der ersten Membran auf dem Substrat derart, dass die erste Membran auf einer von dem Halter abgewandten Seite wenigstens eine Ausnehmung definiert, und Abscheiden der ersten Opfermaterialschicht auf die von dem Halter abgewandte Seite der ersten Membran derart, dass eine von der ersten Membran abgewandte Seite der ersten Opfermaterialschicht wenigstens eine Ausnehmung aufweist, welche wenigstens einen Teil der Negativform definiert.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand eines der Beispiele 25 oder 26 optional ferner aufweisen, dass das Bilden wenigstens eines Teils der Negativform aufweist: Entfernen von Opfermaterial aus der ersten Opfermaterialschicht zum Bilden wenigstens einer Ausnehmung in der ersten Opfermaterialschicht, deren Gestalt komplementär zu wenigstens einem Teil der Versteifungsstruktur ist.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand eines der Beispiele 23 bis 27 optional ferner aufweisen: Strukturieren der ersten oder/und der zweiten Membran in eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Abschnitten.
In Beispiel 29 kann der Gegenstand eines der Beispiele 23 bis 28 optional ferner aufweisen: vor dem Bilden der zweiten Membran und vor dem Abscheiden der zweiten Opfermaterialschicht Bilden wenigstens einer Durchgangsöffnung in der Referenzelektrode, nach dem Abscheiden der zweiten Opfermaterialschicht Bilden wenigstens einer Abstandshalterausnehmung in der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht, welche sich durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung in der Referenzelektrode erstreckt, wobei optional die wenigstens eine Abstandshalterausnehmung einen kleineren Durchmesser als die wenigstens eine Durchgangsöffnung in der Referenzelektrode aufweist, und Bilden wenigstens eines Abstandshalters in der wenigstens einen Abstandshalterausnehmung.
In Beispiel 30 kann der Gegenstand eines der Beispiele 23 bis 29 optional ferner aufweisen: Bilden wenigstens einer Öffnung, optional einer Mehrzahl von Öffnungen, in der zweiten Membran, durch welche hindurch zum Bilden der Niederdruckkammer ein Teil der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht entfernt wird, und Verschließen der wenigstens einen Öffnung bzw. der Mehrzahl von Öffnungen nach dem Herstellen des gegenüber Normaldruck verringerten Gasdrucks in der Niederdruckkammer.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand eines der Beispiele 23 bis 30 optional ferner aufweisen, dass zum Bilden des Halters das Substrat derart entfernt wird, dass der Halter lediglich in einem Teil des Randes der ersten Membran in körperlichem Kontakt zu der ersten Membran steht oder dass der Halter entlang des gesamten Randes der ersten Membran mit der ersten Membran in körperlichem Kontakt steht.

Claims

Mikroelektromechanisches Mikrofon (100), aufweisend einen Halter (106) und eine an dem Halter (106) getragene Schalldetektionseinheit (108; 208; 308), welche aufweist: eine flächige erste Membran (114; 214; 314), eine von der ersten Membran (114; 214; 314) beabstandet angeordnete flächige zweite Membran (116; 216; 316), wobei wenigstens eine von der ersten und der zweiten Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine zwischen der ersten Membran (114; 214; 314) und der zweiten Membran (116; 216; 316) gebildete Niederdruckkammer (118), in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer (118) angeordnete Referenzelektrode (120; 220; 320), welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) relativ zu der Referenzelektrode (120; 220; 320) durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind, wobei die Referenzelektrode (120; 220; 320) einen flächigen Basisabschnitt (122; 222; 322) sowie eine an dem Basisabschnitt (122; 222; 322) bereitgestellte Versteifungsstruktur (124; 224; 324) aufweist, welche auf einer zu der ersten Membran (114; 214; 314) weisenden Seite des Basisabschnitts (122; 222; 322) oder/und auf einer zu der zweiten Membran (116; 216; 316) weisenden Seite des Basisabschnitts (122; 222; 322) bereitgestellt ist, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) wenigstens eine von dem Basisabschnitt (122; 222; 322) vorstehende Versteifungsrippe (125) aufweist, wobei die erste Membran (114; 214; 314) oder/und die zweite Membran (116; 216; 316) wenigstens abschnittsweise eine zu der wenigstens einen Versteifungsrippe (125) komplementäre Gestalt aufweist bzw. aufweisen.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach Anspruch 1, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) auf einer einzigen Seite des Basisabschnitts (122; 222; 322), welche zu der ersten Membran (114; 214; 314) oder zu der zweiten Membran (116; 216; 316) weist, bereitgestellt ist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) eine Mehrzahl von von dem Basisabschnitt (122; 222; 322) vorstehenden Versteifungsrippen (125) aufweist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) im Wesentlichen an ihrem gesamten Rand an dem Halter (106) festgelegt ist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) einen an dem Halter (106) festgelegten ersten Randabschnitt (108-1) und einen dem ersten Randabschnitt (108-1) gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt (108-2) aufweist, welcher nicht an dem Halter (106) festgelegt ist und an welchem die erste und die zweite Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) durch zu detektierende Schallwellen relativ zur Referenzelektrode (120; 220; 320) verlagerbar sind.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach Anspruch 5, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) wenigstens eine Versteifungsrippe (125) aufweist, welche sich von dem ersten Randabschnitt (108-1) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) zum zweiten Randabschnitt (108-2) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) erstreckt, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) optional eine Mehrzahl von Versteifungsrippen (125) aufweist, welche sich von dem ersten Randabschnitt (108-1) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) zum zweiten Randabschnitt (108-2) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) erstreckt.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach Anspruch 6, wobei sich die wenigstens eine Versteifungsrippe (125) bzw. die Mehrzahl von Versteifungsrippen (125) im Wesentlichen geradlinig von dem ersten Randabschnitt (108-1) zum zweiten Randabschnitt (108-2) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308) erstreckt.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Basisabschnitt (122) der Referenzelektrode (120) als Einzelschicht ausgebildet ist, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Basisabschnitt (222; 322) eine zu der ersten Membran (214; 314) weisende, aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildete erste Elektrode (222a; 322a), eine zu der zweiten Membran (216; 316) weisende, aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildete zweite Elektrode (222b; 322b) sowie eine zwischen der ersten Elektrode (222a; 322a) und der zweiten Elektrode (222b; 322b) angeordnete elektrisch isolierende Schicht (222c; 322c) aufweist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste oder/und die zweite Membran (114; 314) eine Mehrzahl von elektrisch voneinander isolierten Abschnitten (114-1, 114-2; 314-1, 314-2) aufweist, wobei einer oder mehrere der voneinander elektrisch isolierten Abschnitte (114-2; 314-2) der Versteifungsstruktur (124; 324) gegenüberliegt bzw. gegenüberliegen.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) wenigstens abschnittsweise, optional vollständig, aus demselben Material wie derjenige Bereich des Basisabschnitts (122; 222; 322) gebildet ist, mit welchem die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) in körperlichem Kontakt steht, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) optional einstückig mit dem Basisabschnitt (122; 222; 322) gebildet ist.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) wenigstens abschnittsweise, optional vollständig, aus einem Material gebildet ist, welches verschieden von einem Material des Bereichs des Basisabschnitts (122; 222; 322) ist, mit welchem die Versteifungsstruktur (124; 224; 324) in körperlichem Kontakt steht.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sowohl die erste als auch die zweite Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend wenigstens einen Abstandshalter (105a, 105b, 126, 126r; 326; 326r), optional eine Mehrzahl von Abstandshaltern (105a, 105b, 126, 126r; 326; 326r), zwischen der ersten und der zweiten Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316), welcher bzw. welche dazu eingerichtet ist, einen vorgegebenen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) einzuhalten.
Mikroelektromechanisches Mikrofon (100) nach Anspruch 14, wobei die Referenzelektrode (120; 220; 320) wenigstens eine sich in Dickenrichtung (Z) durchgehend erstreckende Durchgangsöffnung aufweist, durch welche hindurch sich ein Abstandshalter (126; 326) berührungsfrei erstreckt, optional in jeder Stellung der ersten oder/und der zweiten Membran (114, 116; 214, 216; 314, 316) relativ zur Referenzelektrode (120; 220; 320) berührungsfrei erstreckt.
Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Mikrofons, aufweisend einen Halter (1000') und eine an dem Halter (1000') getragene Schalldetektionseinheit (1048), welche aufweist: eine flächige erste Membran (1008), eine von der ersten Membran (1008) beabstandet angeordnete flächige zweite Membran (1038), wobei wenigstens eine von der ersten und der zweiten Membran (1008, 1038) wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine zwischen der ersten Membran (1008) und der zweiten Membran (1038) gebildete Niederdruckkammer (1044), in welcher ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in der Niederdruckkammer (1044) angeordnete Referenzelektrode (1020), welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die erste und die zweite Membran (1008, 1038) relativ zu der Referenzelektrode (1020) durch zu detektierende Schallwellen verlagerbar sind, wobei die Referenzelektrode (1020) einen flächigen Basisabschnitt (1022) sowie eine an dem Basisabschnitt (1022) bereitgestellte Versteifungsstruktur (1024) aufweist, welche auf einer zu der ersten Membran (1008) weisenden Seite des Basisabschnitts (1022) oder/und auf einer zu der zweiten Membran (1038) weisenden Seite des Basisabschnitts (1022) bereitgestellt ist, wobei die Versteifungsstruktur (1024) wenigstens eine von dem Basisabschnitt (1022) vorstehende Versteifungsrippe aufweist, wobei die erste Membran (1008) oder/und die zweite Membran (1038) wenigstens abschnittsweise eine zu der wenigstens einen Versteifungsrippe komplementäre Gestalt aufweist bzw. aufweisen, wobei das Verfahren aufweist: Bilden der ersten Membran (1008) auf einem Substrat (1000), Abscheiden einer ersten Opfermaterialschicht (1014) auf die erste Membran (1008), Bilden der Referenzelektrode (1020) auf der ersten Opfermaterialschicht (1014), Abscheiden einer zweiten Opfermaterialschicht (1030) auf die Referenzelektrode (1020), Bilden der zweiten Membran (1038) auf der zweiten Opfermaterialschicht (1030), Entfernen eines Teils der ersten Opfermaterialschicht (1014) und der zweiten Opfermaterialschicht (1030) zum Bilden einer Kammer zwischen der ersten Membran (1008) und der zweiten Membran (1038), Herstellen eines gegenüber Normaldruck verringerten Gasdrucks in der Kammer und dadurch Bilden der Niederdruckkammer (1044), Verschließen der Niederdruckkammer (1044) und Entfernen eines Teils des Substrats (1000) zum Bilden des Halters (1000').
Verfahren nach Anspruch 16, aufweisend Bilden einer Negativform (1016) für die Versteifungsstruktur (1024) der Referenzelektrode (1020).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Negativform (1016) in der ersten Opfermaterialschicht (1014) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bilden wenigstens eines Teils der Negativform (1016) aufweist: Bilden wenigstens einer Ausnehmung (1002) in dem Substrat (1000), Bilden der ersten Membran (1008) auf dem Substrat (1000) derart, dass die erste Membran (1008) auf einer von dem Substrat (1000) abgewandten Seite wenigstens eine Ausnehmung (1010) definiert, und Abscheiden der ersten Opfermaterialschicht (1014) auf die von dem Substrat (1000) abgewandte Seite der ersten Membran (1008) derart, dass eine von der ersten Membran (1008) abgewandte Seite der ersten Opfermaterialschicht (1014) wenigstens eine Ausnehmung aufweist, welche wenigstens einen Teil der Negativform (1016) definiert.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Bilden wenigstens eines Teils der Negativform (1016) aufweist: Entfernen von Opfermaterial aus der ersten Opfermaterialschicht (1014) zum Bilden wenigstens einer Ausnehmung in der ersten Opfermaterialschicht, deren Gestalt komplementär zu wenigstens einem Teil der Versteifungsstruktur (1024) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, aufweisend Strukturieren der ersten oder/und der zweiten Membran (1008) in eine Mehrzahl von voneinander elektrisch isolierten Abschnitten (1008a, 1008b).
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, ferner aufweisend: vor dem Bilden der zweiten Membran (1038) und vor dem Abscheiden der zweiten Opfermaterialschicht (1030) Bilden wenigstens einer Durchgangsöffnung (1028) in der Referenzelektrode (1020), nach dem Abscheiden der zweiten Opfermaterialschicht (1030) Bilden wenigstens einer Abstandshalterausnehmung (1032) in der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht (1014, 1030), welche sich durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (1028) in der Referenzelektrode (1020) erstreckt, wobei optional die wenigstens eine Abstandshalterausnehmung (1032) einen kleineren Durchmesser als die wenigstens eine Durchgangsöffnung (1028) in der Referenzelektrode (1020) aufweist, und Bilden wenigstens eines Abstandshalters (1034) in der wenigstens einen Abstandshalterausnehmung (1032).
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, ferner aufweisend: Bilden wenigstens einer Öffnung (1042), optional einer Mehrzahl von Öffnungen (1042), in der zweiten Membran (1038), durch welche hindurch zum Bilden der Niederdruckkammer (1044) ein Teil der ersten und der zweiten Opfermaterialschicht (1014, 1030) entfernt wird, und Verschließen der wenigstens einen Öffnung (1042) bzw. der Mehrzahl von Öffnungen (1042) nach dem Herstellen des gegenüber Normaldruck verringerten Gasdrucks in der Niederdruckkammer (1044).
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei zum Bilden des Halters (1000') das Substrat (1000) derart entfernt wird, dass der Halter (1000') lediglich in einem Teil des Randes der ersten Membran (1008) in körperlichem Kontakt zu der ersten Membran (1008) steht oder dass der Halter (1000') entlang des gesamten Randes der ersten Membran (1008) mit der ersten Membran (1008) in körperlichem Kontakt steht.