DE102017200055A1 - MEMS sensor device and method for manufacturing a MEMS sensor device - Google Patents

MEMS sensor device and method for manufacturing a MEMS sensor device Download PDF

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DE102017200055A1 DE102017200055.4A DE102017200055A DE102017200055A1 DE 102017200055 A1 DE102017200055 A1 DE 102017200055A1 DE 102017200055 A DE102017200055 A DE 102017200055A DE 102017200055 A1 DE102017200055 A1 DE 102017200055A1
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Abstract

Die Erfindung schafft eine MEMS-Sensorvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Sensorvorrichtung. Die MEMS-Sensorvorrichtung (110) ist ausgebildet mit: einer piezoelektrischen Sensorstruktur (114); wobei die piezoelektrische Sensorstruktur (114) eine Anzahl von ersten Abschnitten (111) aufweist, welche innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht (E1) angeordnet sind und wobei die piezoelektrische Sensorstruktur (114) eine Anzahl von zweiten Abschnitten (112) aufweist, welche innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht (E2) angeordnet sind oder eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) durchqueren; wobei die erste virtuelle Ebene oder Schicht (E1) und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) voneinander verschieden und zueinander parallel angeordnet sind.The invention provides a MEMS sensor device and a method for manufacturing a MEMS sensor device. The MEMS sensor device (110) is formed with: a piezoelectric sensor structure (114); wherein the piezoelectric sensor structure (114) comprises a number of first portions (111) disposed within a first virtual plane or layer (E1), and wherein the piezoelectric sensor structure (114) has a number of second portions (112) within a second virtual plane or layer (E2) or crossing a second virtual plane or layer (E2); wherein the first virtual plane or layer (E1) and the second virtual plane or layer (E2) are different from each other and arranged parallel to each other.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung (MEMS-Sensorvorrichtung) und ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Sensorvorrichtung. Bei der MEMS-Sensorvorrichtung kann es sich insbesondere um eine mikroelektromechanische Drucksensorvorrichtung, bevorzugt um ein mikroelektromechanisches Mikrophon handeln.The present invention relates to a microelectromechanical sensor device (MEMS sensor device) and a method for manufacturing a MEMS sensor device. The MEMS sensor device may in particular be a microelectromechanical pressure sensor device, preferably a microelectromechanical microphone.

Stand der TechnikState of the art

Mikroelektromechanische (MEMS-) Sensorvorrichtungen werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, beispielsweise für Mikrophone in mobilen Geräten wie etwa Smartphones. Übliche mikroelektromechanische Mikrophone sind entweder kapazitive Mikrophone oder verwenden piezoelektrische Strukturen. Piezoelektrische Strukturen sind Strukturen, an welchen bei einer Verformung, z.B. bei einer Dehnung oder Stauchung, eine elektrische Spannung entsteht. Intrinsische Verformungen einer piezoelektrischen Struktur aus einer Ruhelage, z.B. aufgrund der Einspannung der piezoelektrischen Struktur in der Sensorvorrichtung, können die Genauigkeit der Sensorvorrichtung beeinträchtigen.Microelectromechanical (MEMS) sensor devices are needed for a variety of applications, such as microphones in mobile devices such as smartphones. Conventional micro-electro-mechanical microphones are either capacitive microphones or use piezoelectric structures. Piezoelectric structures are structures to which deformation, e.g. during an expansion or compression, an electrical voltage is created. Intrinsic deformations of a piezoelectric structure from a rest position, e.g. due to the clamping of the piezoelectric structure in the sensor device, can affect the accuracy of the sensor device.

Herkömmliche piezoelektrische Strukturen weisen zwei oder mehr piezoelektrische Schichten auf, welche miteinander verbunden sind. Bei einer Druckeinwirkung auf eine solche piezoelektrische Struktur, etwa durch Schall, kann sich somit durch die unterschiedliche Verformung der zwei oder mehr miteinander verbundenen piezoelektrischen Schichten eine effektive, nichtverschwindende Spannung an der piezoelektrischen Struktur ergeben, welche als ein Sensorsignal fungieren kann.Conventional piezoelectric structures have two or more piezoelectric layers bonded together. Thus, by applying pressure to such a piezoelectric structure, such as by sound, the differential deformation of the two or more interconnected piezoelectric layers can provide an effective, non-zero voltage to the piezoelectric structure which can act as a sensor signal.

In der US 2014/0339657 A1 ist ein MEMS-Mikrophon mit einer Mehrzahl von miteinander flächig verbundenen piezoelektrischen Schichten beschrieben.In the US 2014/0339657 A1 is a MEMS microphone having a plurality of interconnected piezoelectric layers described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart eine mikromechanische Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.The present invention discloses a micromechanical sensor device having the features of patent claim 1, a manufacturing method having the features of patent claim 10 and a manufacturing method having the features of patent claim 11.

Demgemäß wird eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung mit einer piezoelektrischen Sensorstruktur bereitgestellt. Die piezoelektrische Sensorstruktur weist insbesondere ein piezoelektrisches Material auf oder besteht aus einem piezoelektrischen Material. Als piezoelektrische Materialien kommen beispielsweise piezoelektrische Keramiken und/oder piezoelektrische Kristalle in Frage. Das piezoelektrische Material kann beispielsweise insbesondere PZT (Blei-Zirkonium-Titanat) oder AlN (Aluminiumnitrid) sein oder aufweisen. Die piezoelektrische Sensorstruktur ist bevorzugt einstückig und zusammenhängend ausgebildet.Accordingly, a microelectromechanical sensor device having a piezoelectric sensor structure is provided. In particular, the piezoelectric sensor structure comprises a piezoelectric material or consists of a piezoelectric material. As piezoelectric materials, for example, piezoelectric ceramics and / or piezoelectric crystals come into question. The piezoelectric material may, for example, be or have in particular PZT (lead zirconium titanate) or AlN (aluminum nitride). The piezoelectric sensor structure is preferably formed in one piece and connected.

Die piezoelektrische Sensorstruktur weist eine Anzahl von ersten Abschnitten auf, welche innerhalb einer ersten virtuellen, d.h. gedachten, Ebene oder Schicht angeordnet sind. Die piezoelektrische Sensorstruktur weist außerdem eine Anzahl von zweiten Abschnitten auf, welche innerhalb einer zweiten virtuellen, d.h. gedachten, Ebene oder Schicht angeordnet sind oder eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht durchqueren. Die erste virtuelle Ebene oder Schicht und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht sind voneinander verschieden und zueinander parallel angeordnet. Die erste virtuelle Ebene oder Schicht und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht können durch einen nicht-verschwindenden Abstand voneinander beabstandet angeordnet sein oder aneinander angrenzen. The piezoelectric sensor structure has a number of first portions which are within a first virtual, i. imaginary, level or layer are arranged. The piezoelectric sensor structure also has a number of second portions which are within a second virtual, i. imaginary, layer or layer are arranged or cross a second virtual layer or layer. The first virtual plane or layer and the second virtual plane or layer are different from each other and arranged parallel to each other. The first virtual plane or layer and the second virtual plane or layer may be spaced apart from each other by a non-fading pitch.

Es soll verstanden werden, dass die genannte Anordnung der ersten und der zweiten Abschnitte bezüglich der ersten und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht auf eine Ruhelage der Sensorstruktur bezogen ist. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Sensorvorrichtung, bei welcher die Sensorstruktur Verformungen unterworfen ist, kann es zu Abweichungen kommen. Obgleich die Abschnitte der Sensorstruktur eine endliche Dicke haben, wird im Vorhergehenden und im Nachfolgenden teilweise auch von Ebenen gesprochen, insbesondere da die Abschnitte bevorzugt eine im Vergleich zu ihren lateralen Abmessungen kleine Dicke aufweisen.It should be understood that said arrangement of the first and second portions with respect to the first and second virtual plane or layer is related to a rest position of the sensor structure. In a proper use of the sensor device in which the sensor structure is subjected to deformations, deviations may occur. Although the sections of the sensor structure have a finite thickness, in the foregoing and in the following, some are also referred to as planes, in particular because the sections preferably have a small thickness compared to their lateral dimensions.

Bei der Anzahl der ersten und/oder der zweiten Abschnitte kann es sich um eine Anzahl von eins oder um eine Mehrzahl, z.B. um zwei, drei oder mehr erste bzw. zweite Abschnitte handeln. Bevorzugt ist, mittelbar oder unmittelbar, zwischen je zwei ersten Abschnitten jeweils ein zweiter Abschnitt, insbesondere jeweils genau ein zweiter Abschnitt, angeordnet. Ebenso bevorzugt ist, mittelbar oder unmittelbar, zwischen je zwei zweiten Abschnitten jeweils ein erster Abschnitt, insbesondere jeweils genau ein erster Abschnitt, angeordnet.The number of first and / or second portions may be a number of one or a plurality, e.g. to act two, three or more first or second sections. A second section, in each case exactly one second section, is preferably arranged, directly or indirectly, between every two first sections. Also preferably, directly or indirectly, between each two second sections each have a first section, in particular each exactly a first section, respectively.

Die ersten und die zweiten Abschnitte können miteinander, ausschließlich oder teilweise, direkt oder unmittelbar, innerhalb der piezoelektrischen Sensorstruktur verbunden sein. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass jeder der ersten Abschnitte mit jeweils mindestens einem der zweiten Abschnitte unmittelbar verbunden ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass jeder der ersten Abschnitte mit jeweils mindestens einem der zweiten Abschnitte mittelbar, z.B. über einen jeweiligen dritten Abschnitt, verbunden ist, wobei sich der jeweilige dritte Abschnitt insbesondere zwischen der ersten virtuellen Ebene oder Schicht und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht erstrecken kann.The first and second portions may be connected to each other, exclusively or partially, directly or directly, within the piezoelectric sensor structure. In other words, it can be provided that each of the first sections is directly connected to at least one of the second sections. But it can also be provided that each of the first sections, each with at least one of the second Sections indirectly, for example via a respective third section, is connected, wherein the respective third section may extend in particular between the first virtual layer or layer and the second virtual layer or layer.

Ebenso kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass jeder der zweiten Abschnitte mit jeweils mindestens einem der ersten Abschnitte unmittelbar verbunden ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass jeder der zweiten Abschnitte mit jeweils mindestens einem der ersten Abschnitte mittelbar, z.B. über einen jeweiligen dritten Abschnitt, verbunden ist, wobei sich der jeweilige dritte Abschnitt insbesondere zwischen der ersten virtuellen Ebene oder Schicht und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht erstrecken kann.Likewise, it may additionally or alternatively be provided that each of the second sections is directly connected to at least one of the first sections. However, it can also be provided that each of the second sections, each with at least one of the first sections indirectly, e.g. via a respective third section, wherein the respective third section may extend in particular between the first virtual plane or layer and the second virtual plane or layer.

Bevorzugt sind zwischen je zwei ersten Abschnitten jeweils, in dieser Reihenfolge, einer der dritten Abschnitte, einer der zweiten Abschnitte, und ein weiterer der dritten Abschnitte angeordnet. Ebenso bevorzugt sind zwischen je zwei zweiten Abschnitten jeweils, in dieser Reihenfolge, einer der dritten Abschnitte, einer der ersten Abschnitte, und ein weiterer der dritten Abschnitte angeordnet.Preferably, between each two first sections are each arranged, in this order, one of the third sections, one of the second sections, and another of the third sections. Also preferably, between each two second sections are each arranged, in this order, one of the third sections, one of the first sections, and another of the third sections.

In ihrem Querschnitt kann die piezoelektrische Sensorstruktur der Funktionskurve einer symmetrischen oder asymmetrischen periodischen Rechteckfunktion oder der Funktionskurve einer periodischen Delta-Funktion gleichen. Unter einer symmetrischen periodischen Rechteckfunktion ist eine Rechteckfunktion zu verstehen, bei der ein jeweiliger Abschnitt zusammenhängender Funktionswerte ungleich Null genauso breit ist wie ein jeweiliger Abschnitt zusammenhängender Funktionswerte gleich Null. Unter einer asymmetrischen periodischen Rechteckfunktion ist eine Rechteckfunktion zu verstehen, bei der ein jeweiliger Abschnitt zusammenhängender Funktionswerte ungleich Null eine andere Breite aufweist als ein jeweiliger Abschnitt zusammenhängender Funktionswerte gleich Null, insbesondere schmäler ist.In its cross section, the piezoelectric sensor structure of the function curve of a symmetric or asymmetric periodic rectangular function or the function curve of a periodic delta function same. By a symmetric periodic rectangular function is meant a rectangular function in which a respective portion of contiguous non-zero function values is as wide as a respective portion of contiguous function values equal to zero. By an asymmetric periodic rectangular function is meant a rectangular function in which a respective non-zero portion of contiguous function values has a different width than a respective portion of contiguous function values equal to zero, in particular narrower.

Bei der virtuellen Ebene oder Schicht kann es sich um eine flache Schicht, d.h. eine Schicht ohne Krümmung handeln. Die Schicht kann aber auch, insbesondere aufgrund von Herstellungsungenauigkeiten, eine oder mehrere Krümmungen aufweisen.The virtual layer or layer may be a flat layer, i. a layer without curvature act. However, the layer can also, in particular due to manufacturing inaccuracies, have one or more curvatures.

Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte: Ausbilden mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einer Erhöhung in oder an einer Oberfläche eines Substrats; Abscheiden einer Opferschicht auf dem Substrat und der mindestens einen Vertiefung und/oder mindestens einen Erhöhung; Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht auf der Opferschicht zumindest im Bereich der mindestens einen Vertiefung und/oder mindestens einen Erhöhung; und Teilweises Entfernen des Substrats und der Opferschicht zum teilweisen Freistellen der piezoelektrischen Schicht.In addition, a method for manufacturing a microelectromechanical sensor device is provided. The method comprises at least the steps: forming at least one depression and / or at least one elevation in or on a surface of a substrate; Depositing a sacrificial layer on the substrate and the at least one depression and / or at least one elevation; Forming a piezoelectric layer on the sacrificial layer at least in the region of the at least one depression and / or at least one elevation; and partially removing the substrate and sacrificial layer to partially expose the piezoelectric layer.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass eine einzelne piezoelektrische Struktur - anstelle einer Mehrzahl von miteinander verbundenen piezoelektrischen Schichten - für eine Sensorvorrichtung ausreichend sein kann, wenn diese piezoelektrische Struktur erfindungsgemäß ausgebildet ist.One finding underlying the present invention is that a single piezoelectric structure - instead of a plurality of interconnected piezoelectric layers - may be sufficient for a sensor device if this piezoelectric structure is designed according to the invention.

Durch Vermeiden von zwei oder mehr miteinander verbundenen piezoelektrischen Schichten können intrinsische Verformungen der zwei oder mehr Schichten aufgrund deren Verbindung vermieden werden. Somit ist eine präzisere Sensorvorrichtung bereitstellbar.By avoiding two or more piezoelectric layers bonded together, intrinsic deformations of the two or more layers due to their bonding can be avoided. Thus, a more precise sensor device can be provided.

Weiterhin kann durch das Ausbilden von einer einzelnen piezoelektrischen Struktur ein Bedarf an piezoelektrischem Material verringert werden. Beispielsweise kann, wenn statt zwei piezoelektrischen Schichten nur eine einzelne piezoelektrische Schicht in der piezoelektrischen Sensorstruktur verwendet wird, bei gleicher Schichtdicke 50% an piezoelektrischem Material eingespart werden. Mit der Einsparung an Material ergibt sich auch eine Gewichtsverringerung der MEMS-Sensorvorrichtung, womit auch eine erhöhte Resonanzfrequenz einhergehen kann, was wiederum eine verbesserte Sensorperformance der Sensorvorrichtung zur Folge haben kann.Furthermore, by forming a single piezoelectric structure, a need for piezoelectric material can be reduced. For example, if instead of two piezoelectric layers only a single piezoelectric layer is used in the piezoelectric sensor structure, 50% of piezoelectric material can be saved with the same layer thickness. With the saving of material also results in a weight reduction of the MEMS sensor device, which can also be accompanied by an increased resonant frequency, which in turn can have an improved sensor performance of the sensor device result.

Durch das gezielte Formen der ersten und der zweiten Abschnitte der piezoelektrischen Sensorstruktur ist die MEMS-Sensorvorrichtung besonders vielseitig einsetzbar und für verschiedensten Anwendungen anpassbar. Die mikroelektromechanische Sensorvorrichtung kann insbesondere im Hinblick auf eine Sensitivität oder einen Beanspruchungsgradienten (engl. „stress gradient“) optimiert werden.The targeted shaping of the first and second sections of the piezoelectric sensor structure makes the MEMS sensor device particularly versatile and adaptable for a wide variety of applications. The microelectromechanical sensor device can be optimized in particular with regard to a sensitivity or a stress gradient.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte in einer Richtung parallel zu der ersten und/oder der zweiten virtuellen Ebene oder Schichte mit einer gleichen Breite ausgebildet. Die Abfolge der ersten und der zweiten Abschnitte kann somit periodisch ausgebildet sein. Somit ist eine gleichmäßig belastbare und empfindliche Sensorstruktur bereitstellbar.According to a preferred development, the first sections and the second sections are formed in a direction parallel to the first and / or the second virtual plane or layer having a same width. The sequence of the first and second sections can thus be periodic. Thus, a uniformly resilient and sensitive sensor structure can be provided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte in einer Richtung parallel zu der ersten und/oder der zweiten virtuellen Ebene oder Schichte mit unterschiedlichen Breiten ausgebildet. Die Sensorstruktur ist somit vielseitig anpassbar. According to a further preferred development, the first sections and the second sections are formed in a direction parallel to the first and / or the second virtual plane or layer having different widths. The sensor structure is thus versatile adaptable.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überlappen sich benachbarte erste Abschnitte und zweite Abschnitte der piezoelektrischen Sensorstruktur einander jeweils teilweise, insbesondere in einer Richtung parallel zu der erste und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht. Somit kann die piezoelektrische Sensorstruktur mit geringem Aufwand herstellbar sowie besonders robust und platzsparend ausgebildet sein.According to a further preferred development, adjacent first sections and second sections of the piezoelectric sensor structure partially overlap each other, in particular in a direction parallel to the first and the second virtual plane or layer. Thus, the piezoelectric sensor structure can be produced with little effort and designed to be particularly robust and space-saving.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die mikroelektromechanische Sensorvorrichtung eine Rahmeneinrichtung, an welcher die piezoelektrische Sensorstruktur aufgehängt ist. In einigen Varianten kann die piezoelektrische Sensorstruktur an einem Ende der piezoelektrischen Sensorstruktur an der Rahmeneinrichtung aufgehängt sein. Auf diese Weise kann eine Beweglichkeit der Sensorstruktur und somit eine Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung erhöht sein. In einigen anderen Varianten kann die Sensorstruktur an zwei Enden der Sensorstruktur an der Rahmeneinrichtung aufgehängt sein. Somit kann die Sensorstruktur besonders stabil befestigt und robust ausgebildet sein. Unter einem Ende der Sensorstruktur soll insbesondere ein laterales Ende, d.h. ein Abschluss der Sensorstruktur in einer Richtung parallel zu der ersten und der zweiten Ebene oder Schicht verstanden werden. Ein, zwei, mehrere, oder alle Enden der Sensorstruktur können durch einen der ersten und/oder einen der zweiten Abschnitte gebildet sein.According to a further preferred development, the microelectromechanical sensor device comprises a frame device on which the piezoelectric sensor structure is suspended. In some variants, the piezoelectric sensor structure may be suspended from the frame means at one end of the piezoelectric sensor structure. In this way, a mobility of the sensor structure and thus a sensitivity of the sensor device can be increased. In some other variants, the sensor structure may be suspended from the frame structure at two ends of the sensor structure. Thus, the sensor structure can be fastened particularly stable and robust. Under one end of the sensor structure, in particular, a lateral end, i. a conclusion of the sensor structure in a direction parallel to the first and the second plane or layer are understood. One, two, several, or all ends of the sensor structure may be formed by one of the first and / or one of the second sections.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind sowohl an den ersten Abschnitten jeweils eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode angeordnet als auch an den zweiten Abschnitten jeweils eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind auf einer ersten Seite der Sensorstruktur an den ersten Abschnitten die ersten Elektroden und an den zweiten Abschnitten die zweiten Elektroden angeordnet und auf einer zweiten Seite der Sensorstruktur an den ersten Abschnitten die zweiten Elektroden und an den zweiten Abschnitten die ersten Elektroden angeordnet. Auf diese Weise können z.B. bei einer vollständigen Verformung der Sensorstruktur alle ersten Elektroden als Kathoden und alle zweiten Elektroden als Anoden fungieren oder umgekehrt.According to a further preferred refinement, in each case a first electrode and a second electrode are arranged both at the first sections, and in each case a first electrode and a second electrode are arranged at the second sections. In some embodiments, the first electrodes are arranged on a first side of the sensor structure and the second electrodes on the second portions and on a second side of the sensor structure on the first portions the second electrodes and on the second portions of the first electrodes. In this way, e.g. upon complete deformation of the sensor structure, all first electrodes act as cathodes and all second electrodes act as anodes or vice versa.

Unter der erste und der zweiten Seite sollen insbesondere zwei verschiedene Raumhälften zu verstehen sein, in welche der dreidimensionale Raum durch die erste und/oder zweite virtuelle Ebene oder Schicht der Sensorstruktur unterteilt wird.In particular, two different halves of the space should be understood by the first and the second side, into which the three-dimensional space is subdivided by the first and / or second virtual plane or layer of the sensor structure.

In anderen Ausführungsformen können sowohl die ersten Elektroden als auch die zweiten Elektroden lediglich an den ersten Abschnitten angeordnet sein.In other embodiments, both the first electrodes and the second electrodes may be disposed only at the first portions.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung, welche elektrisch mit den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, ein Sensorsignal basierend auf einer Spannung, oder mehreren Spannungen, zwischen den ersten Elektroden einerseits und den zweiten Elektroden andererseits zu erzeugen und auszugeben.According to a further preferred refinement, the sensor device comprises an evaluation device which is electrically connected to the first electrodes and the second electrodes and which is designed to generate a sensor signal based on one or more voltages between the first electrodes on the one hand and the second electrodes on the other hand to generate and output.

Figurenlistelist of figures

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 schematische Querschnittsansichten einer in der Herstellung befindlichen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung nach dem Verfahren gemäß 6;
  • 8 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 schematische Querschnittsansichten einer in der Herstellung befindlichen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung nach dem Verfahren gemäß 8; und
  • 10 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
The present invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures of the drawings. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device according to another embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical A sensor device according to still another embodiment of the present invention;
  • 4 a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device according to yet another embodiment of the present invention;
  • 5 a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device according to yet another embodiment of the present invention;
  • 6 a schematic flowchart for explaining a method of manufacturing a microelectromechanical sensor device according to yet another embodiment of the present invention;
  • 7 schematic cross-sectional views of a manufacturing microelectromechanical sensor device according to the method according to 6 ;
  • 8th a schematic flowchart for explaining a method of manufacturing a microelectromechanical sensor device according to yet another embodiment of the present invention;
  • 9 schematic cross-sectional views of a manufacturing microelectromechanical sensor device according to the method according to 8th ; and
  • 10 a schematic flowchart for explaining a method of manufacturing a microelectromechanical sensor device according to yet another embodiment of the present invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device 110 according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt die Sensorvorrichtung 110 in einem Querschnitt in einer x-y-Ebene, wobei eine z-Achse, welche zusammen mit der x-Achse und der y-Achse ein orthogonales Dreibein bildet, aus der Papierebene heraustritt. 1 shows the sensor device 110 in a cross section in an xy plane, wherein a z-axis, which together with the x-axis and the y-axis forms an orthogonal tripod, emerges from the plane of the paper.

Die Sensorvorrichtung 110 umfasst zumindest eine piezoelektrische Sensorstruktur 114, welche aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist, z.B. aus PZT oder aus Aluminiumnitrid. Die piezoelektrische Sensorstruktur 114 ist aus ersten Abschnitten 111, zweiten Abschnitten 112 und dritten Abschnitten 113 gebildet, welche somit auch jeweils aus dem piezoelektrischen Material ausgebildet sind.The sensor device 110 comprises at least one piezoelectric sensor structure 114 which is formed of a piezoelectric material, for example of PZT or of aluminum nitride. The piezoelectric sensor structure 114 is from first sections 111 , second sections 112 and third sections 113, which are thus each formed from the piezoelectric material.

Bei der Sensorvorrichtung 110 schließt sich, in dieser Reihenfolge, an jeden der ersten Abschnitte 111 der Sensorstruktur 114 zunächst einer der dritten Abschnitte 113 an, an diesen wiederum einer der zweiten Abschnitte 112, an diesen wiederum ein weiterer der dritten Abschnitte 113, und an diesen wiederum ein weiterer der ersten Abschnitte 111 und so weiter bis hin zu den Enden der Sensorstruktur 114.In the sensor device 110 closes, in this order, to each of the first sections 111 the sensor structure 114 first one of the third sections 113 on, in turn, one of the second sections 112 , in turn, another of the third sections 113 , and in turn another of the first sections 111 and so on down to the ends of the sensor structure 114 ,

Die ersten Abschnitte 111 der Sensorstruktur 114 sind alle, in einer Ruhelage der Sensorstruktur 114, innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 angeordnet. Die zweiten Abschnitte 112 der Sensorstruktur 114 sind alle, in der Ruhelage der Sensorstruktur 114, innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E2 angeordnet.The first sections 111 the sensor structure 114 are all, in a rest position of the sensor structure 114 , arranged within a first virtual level or layer E1. The second sections 112 the sensor structure 114 are all, in the rest position of the sensor structure 114 , arranged within a second virtual level or layer E2.

Die erste virtuelle Ebene oder Schicht E1 und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht E2 sind voneinander verschieden und, in der Ruhelage der Sensorstruktur 114, in einem konstanten Abstand d1 voneinander parallel zueinander angeordnet. Die Schicht oder virtuelle Ebene zwischen der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E2 kann auch als Zwischenebene oder Zwischenschicht Z bezeichnet werden. Eine Schichtdicke der Zwischenebene oder Zwischenschicht Z ist somit gleich dem Abstand d1.The first virtual plane or layer E1 and the second virtual plane or layer E2 are different from each other and, in the rest position of the sensor structure 114 , arranged at a constant distance d1 from each other parallel to each other. The layer or virtual plane between the first virtual plane or layer E1 and the second virtual plane or layer E2 may also be referred to as intermediate layer or intermediate layer Z. A layer thickness of the intermediate plane or intermediate layer Z is thus equal to the distance d1.

Die dritten Abschnitte 113 der Sensorstruktur 114 erstrecken sich alle zwischen der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E2, d.h. innerhalb der Zwischenschicht Z. Die dritten Abschnitte 113 sind vorzugsweise senkrecht zu der ersten und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E1, E2 angeordnet, und verbinden jeweils einen der ersten Abschnitte 111 mit jeweils einem der zweiten Abschnitte 112, welche sich somit im Bereich der dritten Abschnitte 113 überlappen.The third sections 113 the sensor structure 114 all extend between the first virtual plane or layer E1 and the second virtual plane or layer E2, ie within the intermediate layer Z. The third sections 113 are preferably arranged perpendicular to the first and the second virtual plane or layer E1, E2, and in each case connect one of the first sections 111 to a respective one of the second sections 112 , which are thus in the range of the third sections 113 overlap.

Die Sensorstruktur 114 weist somit einen Querschnitt in Form einer periodischen Rechteckfunktion auf, wobei die x-Richtung als Abszisse und die y-Richtung als Ordinate fungiert. In positiver und/oder negativer z-Richtung erstrecken sich die ersten, zweiten und dritten Abschnitte 111, 112, 113 jeweils weiter vor und hinter der Papierebene. Die Sensorstruktur 114 weist somit eine gefurchte oder gerillte dreidimensionale Struktur auf, welche mit einem Wellblech vergleichbar ist, wobei sich die Furchen oder Rillen mit ihrer Längsrichtung in z-Richtung erstrecken. Die erste und die zweite virtuelle Ebene oder Schichte E1, E2 sind parallel zu der x-z-Ebene angeordnet, d.h. zu derjenigen Ebene, welche durch die x- und die z-Koordinatenachse aufgespannt wird.The sensor structure 114 thus has a cross-section in the form of a periodic rectangular function, wherein the x-direction acts as abscissa and the y-direction as ordinate. In the positive and / or negative z-direction, the first, second and third sections extend 111 . 112 . 113 each further ahead and behind the paper level. The sensor structure 114 thus has a grooved or grooved three-dimensional structure which is comparable to a corrugated sheet, wherein the grooves or grooves extend with their longitudinal direction in the z-direction. The first and the second virtual plane or layer E1, E2 are arranged parallel to the xz plane, ie to the plane which is spanned by the x and z coordinate axes.

Bei der Sensorstruktur 114 sind alle ersten Abschnitte 111 einander gleich ausgebildet, alle zweiten Abschnitte 112 einander gleich ausgebildet und alle dritten Abschnitte 113 einander gleich ausgebildet, wobei dies nicht zwingend so sein muss. Weiterhin sind bei der Sensorstruktur 114 die ersten und die zweiten Abschnitte 111, 112 mit gleichen Abmessungen ausgebildet, wobei auch dies nicht zwingend ist. Dementsprechend ist bei der Sensorstruktur 114 eine Breite B1 in x-Richtung jedes einzelnen ersten Abschnitts 111 gleich einer Breite B2 in x-Richtung jedes einzelnen zweiten Abschnitts 112. Die Sensorstruktur 114 weist somit einen Querschnitt in Form einer symmetrischen periodischen Rechteckfunktion auf.In the sensor structure 114 are all first sections 111 formed equal to each other, all second sections 112 formed equal to each other and all third sections 113 formed equal to each other, but this does not necessarily have to be so. Furthermore, in the sensor structure 114 the first and second sections 111 . 112 formed with the same dimensions, but this is not mandatory. Accordingly, in the sensor structure 114 a width B1 in the x-direction of each individual first section 111 equal to a width B2 in the x-direction of each individual second section 112 , The sensor structure 114 thus has a cross section in the form of a symmetric periodic rectangular function.

Auf einer ersten Seite H1, z.B. in negativer y-Richtung, der Sensorstruktur 114 ist an jedem der ersten Abschnitte 111 eine erste Elektrode 121 angebracht sowie an jedem der zweiten Abschnitte 112 jeweils eine zweite Elektrode 122 angebracht. Auf einer zweiten Seite H2, z.B. in positiver y-Richtung, der Sensorstruktur 114 ist an jedem der ersten Abschnitte 111 eine zweite Elektrode 122 angebracht sowie an jedem der zweiten Abschnitte 112 jeweils eine erste Elektrode 121 angebracht.On a first side H1, eg in the negative y-direction, of the sensor structure 114 is at each of the first sections 111 a first electrode 121 attached as well as at each of the second sections 112 in each case a second electrode 122 appropriate. On a second side H2, eg in the positive y-direction, of the sensor structure 114 is at each of the first sections 111 a second electrode 122 is attached as well as at each of the second sections 112 in each case a first electrode 121 appropriate.

Bei einer Auswertung der an der Sensorstruktur 114 anliegenden piezoelektrischen Spannungen können jeweils Spannungen zwischen den ersten Elektroden 121 als erstem Pol einerseits und den zweiten Elektroden 122 als zweitem Pol andererseits erfasst und ausgewertet werden. Die Sensorvorrichtung 110 mit der Sensorstruktur 114 ist, bei der in 1 dargestellten Ausrichtung, insbesondere zur Erfassung von Verbiegungen der Sensorstruktur 114 um eine Biegeachse verwendbar, welche parallel zu der x-Richtung angeordnet ist.In an evaluation of the at the sensor structure 114 adjacent piezoelectric voltages can each voltages between the first electrodes 121 as the first pole on the one hand and the second electrodes on the other 122 On the other hand, the second pole is recorded and evaluated. The sensor device 110 with the sensor structure 114 is at the in 1 shown alignment, in particular for detecting bending of the sensor structure 114 usable around a bending axis, which is arranged parallel to the x-direction.

Außer der Sensorstruktur 114 kann die Sensorvorrichtung 110 optional eine Rahmeneinrichtung aufweisen, an welcher die Sensorstruktur 114 an einem Ende der Sensorstruktur 114 oder an zwei oder mehr Enden der Sensorstruktur 114 aufgehängt ist. Mögliche Ausgestaltungen einer Rahmeneinrichtung sind z.B. in den nachfolgenden 7d) und 9d) schematisch dargestellt. Die Sensorvorrichtung 110 kann alternativ auch dazu ausgelegt sein, an einem oder mehreren Enden mit einer Rahmeneinrichtung verbunden zu werden, d.h. aufgehängt zu werden. Zum Kontaktieren der ersten und der zweiten Elektroden können Durchkontaktierungen durch die Sensorstruktur 114 ausgebildet werden, insbesondere der Aufhängung der Sensorstruktur 114 an der Rahmeneinrichtung benachbart.Except the sensor structure 114 can the sensor device 110 optionally comprise a frame device, on which the sensor structure 114 at one end of the sensor structure 114 or suspended from two or more ends of the sensor structure 114. Possible embodiments of a frame device are, for example, in the following 7d ) and 9d) are shown schematically. The sensor device 110 may alternatively be adapted to be connected at one or more ends to a frame means, ie to be suspended. For contacting the first and the second electrodes, vias may pass through the sensor structure 114 be formed, in particular the suspension of the sensor structure 114 adjacent to the frame device.

Die Sensorvorrichtung 110 kann außerdem, oder alternativ, eine Auswerteeinrichtung aufweisen, welche elektrisch mit den ersten Elektroden 121 und den zweiten Elektroden 122 verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, ein Sensorsignal basierend auf einer Spannung, oder auf Spannungen, zwischen den ersten Elektroden 121 und den zweiten Elektroden 122 zu erzeugen und auszugeben. Die Sensorvorrichtung 110 kann auch dazu ausgelegt sein, mit einer externen Auswerteeinrichtung verbunden zu werden.The sensor device 110 can also, or alternatively, have an evaluation, which electrically with the first electrode 121 and the second electrodes 122 is connected and which is adapted to a sensor signal based on a voltage, or voltages, between the first electrodes 121 and the second electrodes 122 to generate and output. The sensor device 110 may also be designed to be connected to an external evaluation device.

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung 210 mit einer Sensorstruktur 214 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Sensorvorrichtung 210 ist eine Variante der Sensorvorrichtung 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Sensorvorrichtung 110 beschriebenen Varianten und Modifikationen anpassbar und umgekehrt. 2 shows a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device 210 with a sensor structure 214 according to another embodiment of the present invention. The sensor device 210 is a variant of the sensor device 110 and according to all with respect to the sensor device 110 customizable variants and modifications and vice versa.

Die Sensorstruktur 214 der Sensorvorrichtung 210 unterscheidet sich von der Sensorstruktur 114 der Sensorvorrichtung 110 darin, dass die Sensorstruktur 214 keine dritten Abschnitte aufweist. Mit anderen Worten sind die ersten Abschnitte 211 der Sensorstruktur 214, welche ansonsten ebenso ausgebildet sein können wie die ersten Abschnitte 111 der Sensorstruktur 114 der Sensorvorrichtung 110, direkt mit den zweiten Abschnitten 212 der Sensorstruktur 214 verbunden, welche ansonsten ebenso ausgebildet sein können wie die zweiten Abschnitte 112 der Sensorstruktur 114 der Sensorvorrichtung 110. Die erste virtuelle Ebene oder Schicht E1 grenzt bei der Sensorvorrichtung 210 direkt an die zweite virtuelle Ebene oder Schicht E2.The sensor structure 214 the sensor device 210 differs from the sensor structure 114 the sensor device 110 in that the sensor structure 214 has no third sections. In other words, the first portions 211 of the sensor structure 214 which otherwise may be formed as the first sections 111 the sensor structure 114 the sensor device 110 , directly with the second sections 212 the sensor structure 214 which may otherwise be formed as well as the second portions 112 of the sensor structure 114 the sensor device 110 , The first virtual plane or layer E1 is adjacent to the sensor device 210 directly to the second virtual layer or layer E2.

Erste und zweite Elektroden (in 2 nicht dargestellt) können ebenso an den ersten und zweiten Abschnitten 211, 212 angeordnet und angebracht sein, und ausgewertet werden, wie in Bezug auf die ersten und zweiten Elektroden 121, 122 und die ersten und zweiten Abschnitte 111, 112 der Sensorstruktur 114 der Sensorvorrichtung 110 im Voranstehenden beschrieben. Alternativ können die ersten und die zweiten Elektroden auch nur an den ersten Abschnitten 211 oder nur an den zweiten Abschnitten 212 angeordnet und angebracht sein.First and second electrodes (in 2 not shown) may also be on the first and second sections 211 . 212 be arranged and mounted, and evaluated, as with respect to the first and second electrodes 121 , 122 and the first and second sections 111 . 112 the sensor structure 114 the sensor device 110 described in the foregoing. Alternatively, the first and second electrodes may only be at the first portions 211 or only at the second sections 212 be arranged and mounted.

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung 310 mit einer Sensorstruktur 314 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device 310 with a sensor structure 314 according to yet another embodiment of the present invention.

Die Sensorvorrichtung 310 ist eine Variante der Sensorvorrichtung 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Sensorvorrichtung 110 beschriebenen Varianten und Modifikationen anpassbar und umgekehrt. Die Sensorvorrichtung 310 unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 110 insbesondere, oder ausschließlich, darin, dass eine Breite B2' in x-Richtung der zweiten Abschnitte 312 der Sensorstruktur 314 der Sensorvorrichtung 310 sich von einer Breite B1' in x-Richtung der ersten Abschnitte 311 der Sensorstruktur 314 der Sensorvorrichtung 310 unterscheidet, und dass erste Elektroden 321 und zweite Elektroden 322 lediglich an den ersten Abschnitten 311 angeordnet sind, nicht aber an den zweiten Abschnitten 312.The sensor device 310 is a variant of the sensor device 110 and according to all with respect to the sensor device 110 customizable variants and modifications and vice versa. The sensor device 310 differs from the sensor device 110 in particular, or exclusively, in that a width B2 'in the x-direction of the second sections 312 of the sensor structure 314 the sensor device 310 extending from a width B1 'in the x-direction of the first sections 311 the sensor structure 314 the sensor device 310 different, and that first electrodes 321 and second electrodes 322 only at the first sections 311 are arranged, but not at the second sections 312 ,

Insbesondere ist die Breite B2' jedes der zweiten Abschnitte 312 geringer als die Breite B1' jedes der ersten Abschnitte 311 ausgebildet. Die Sensorstruktur 314 weist somit einen Querschnitt in Form einer asymmetrischen periodischen Rechteckfunktion auf, wobei die x-Richtung als Abszisse und die y-Richtung als Ordinate fungiert.In particular, the width B2 'is each of the second sections 312 less than the width B1 'of each of the first sections 311 educated. The sensor structure 314 thus has a cross-section in the form of an asymmetric periodic rectangular function, wherein the x-direction as abscissa and the y-direction acts as ordinate.

Wie in Bezug auf die dritten Abschnitte 113 der Sensorstruktur 114 im Voranstehenden beschrieben, erstreckt sich auch bei der Sensorstruktur 314 zwischen je einem ersten Abschnitt 311 in der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 und je einem zweiten Abschnitt 312 in der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E2 der Sensorstruktur 314 genau ein dritter Abschnitt 313 innerhalb der Zwischenebene oder Zwischenschicht Z, d.h. zwischen der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht E2. Alternativ kann auch die Sensorstruktur 314, wie in Bezug auf 2 beschrieben, ohne dritte Abschnitte 313 ausgebildet sein, oder die Sensorstruktur 214 kann zweite Abschnitte 212 mit einer geringeren Breite als die ersten Abschnitte 211 aufweisen, analog wie in Bezug auf die Sensorstruktur 314 beschrieben.As for the third sections 113 the sensor structure 114 in the preceding described, also extends to the sensor structure 314 between each a first section 311 in the first virtual layer or layer E1 and in each case a second section 312 in the second virtual plane or layer E2 of the sensor structure 314 exactly a third section 313 within the intermediate level or intermediate layer Z, ie between the first virtual level or layer E1 and the second virtual level or layer E2. Alternatively, the sensor structure 314 , as regards 2 described, without third sections 313 be formed, or the sensor structure 214 can second sections 212 with a smaller width than the first sections 211 as described with respect to the sensor structure 314.

4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung 410 mit einer Sensorstruktur 414 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device 410 with a sensor structure 414 according to yet another embodiment of the present invention.

Die Sensorvorrichtung 410 ist eine Variante der Sensorvorrichtung 310 und ist gemäß allen in Bezug auf die Sensorvorrichtung 310 beschriebenen Varianten und Modifikationen anpassbar und umgekehrt. Die Sensorvorrichtung 410 unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 310 insbesondere, oder ausschließlich, darin, dass zwischen je zwei ersten Abschnitten 411 der Sensorstruktur 414 innerhalb der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 jeweils nur genau ein zweiter Abschnitt 412 ausgebildet ist, statt wie bei der Sensorstruktur 314 der Sensorvorrichtung 310, eine Abfolge von zwei dritten Abschnitten 313 und einem zweiten Abschnitt 312.The sensor device 410 is a variant of the sensor device 310 and according to all with respect to the sensor device 310 customizable variants and modifications and vice versa. The sensor device 410 differs from the sensor device 310 in particular, or exclusively, in that between every two first sections 411 the sensor structure 414 within the first virtual level or layer E1 only exactly one second section 412 is formed, as in the sensor structure 314 the sensor device 310 , a sequence of two third sections 313 and a second section 312 ,

Die zweiten Abschnitte 412 der Sensorstruktur 414 sind als senkrecht auf der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 stehende Turmstrukturen ausgebildet, welche eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht E2 durchqueren, welche von der ersten virtuellen Ebene oder Schicht E1 durch eine Zwischenschicht Z, d.h. durch einen nichtverschwindenden Abstand d4, beabstandet ist. Eine Breite B2" der zweiten Abschnitte 412 ist geringer als eine Breite B1" der ersten Abschnitte 411, insbesondere geringer als die Hälfte der Breite B1" der ersten Abschnitte 411, bevorzugt geringer als ein Viertel der Breite B1" der ersten Abschnitte 411.The second sections 412 the sensor structure 414 are formed as perpendicular to the first virtual plane or layer E1 tower structures passing through a second virtual plane or layer E2, which is from the first virtual plane or layer E1 by an intermediate layer Z, that is, by a non-disappearing distance d4, spaced. A width B2 "of the second sections 412 is less than a width B1 "of the first sections 411 , in particular less than half the width B1 "of the first sections 411 , preferably less than a quarter of the width B1 "of the first sections 411 ,

5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine mikroelektromechanische Sensorvorrichtung 610 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Sensorvorrichtung 610 ist eine Variante der Sensorvorrichtung 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Sensorvorrichtung 110 beschriebenen Varianten und Modifikationen anpassbar und umgekehrt. 5 shows a schematic cross-sectional view through a microelectromechanical sensor device 610 according to yet another embodiment of the present invention. The sensor device 610 is a variant of the sensor device 110 and according to all with respect to the sensor device 110 customizable variants and modifications and vice versa.

Die ersten, zweiten und dritten Abschnitte 111, 112, 113 einer Sensorstruktur 614 der Sensorvorrichtung 610 sind ebenso ausgebildet wie in Bezug auf die Sensorstruktur 114 der Sensorvorrichtung 110 beschrieben. Die Sensorvorrichtung 610 unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 110 darin, dass bei der Sensorstruktur 614 die ersten und zweiten Elektroden 121, 122, oder ein Teil der ersten und zweiten Elektroden 121, 122, paarweise über elektrische Verbindungen 623 in Reihe, d.h. in Serie, geschaltet sind. Die zwischen jeweils einer ersten Elektrode 121 und einer zweiten Elektrode 122 anliegenden (durch Verformung der Sensorstruktur 614 erzeugten) Spannungen addieren sich somit.The first, second and third sections 111 . 112 . 113 a sensor structure 614 of the sensor device 610 are designed as well as with respect to the sensor structure 114 the sensor device 110 described. The sensor device 610 differs from the sensor device 110 in that at the sensor structure 614 the first and second electrodes 121 . 122 , or a part of the first and second electrodes 121 . 122 , in pairs via electrical connections 623 connected in series, ie in series. The between each one first electrode 121 and a second electrode 122 adjacent (by deformation of the sensor structure 614 generated) voltages thus add up.

Auf diese Weise können die in Serie geschalteten Spannungen zwischen den ersten und den zweiten Elektroden 121, 122 vorteilhaft allesamt an der ersten Seite H1 oder an der zweiten Seite H2 der Sensorstruktur 614 abgegriffen werden. Somit können aufwändige Durchkontaktierungen durch die Sensorstruktur 614 hindurch vermieden werden.In this way, the voltages connected in series between the first and second electrodes 121 . 122 all advantageously on the first side H1 or on the second side H2 of the sensor structure 614 be tapped. Thus, elaborate plated-through holes through the sensor structure 614 be avoided.

Exemplarisch ist in 5 gezeigt, dass zwischen der mit F1 bezeichneten ersten Elektrode 121 und der mit F2 bezeichneten zweiten Elektrode 122 die in Serie geschalteten Spannungen von vier Paaren von ersten und zweiten Elektroden 121, 122 zusammen abgegriffen werden können, und zwar von der zweiten Seite H2 aus. Vorteilhaft sind alle ersten und zweiten Elektroden 121, 122 paarweise in Reihe geschaltet.Exemplary is in 5 shown that between the first electrode designated F1 121 and the second electrode designated F2 122 the serially connected voltages of four pairs of first and second electrodes 121, 122 can be tapped together, from the second side H2. All first and second electrodes are advantageous 121 . 122 connected in pairs in series.

6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß 6 ist insbesondere zum Herstellen einer der mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 verwendbar und ist gemäß allen in Bezug auf die mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. Das Verfahren gemäß 6 wird im Folgenden auch anhand von 7 erläutert werden. 6 shows a schematic flowchart for explaining a method for producing a microelectromechanical sensor device according to the invention according to yet another embodiment of the present invention. The method according to 6 is in particular for manufacturing one of the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310; 410 and is all according to the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310 ; 410 described modifications and developments adaptable and vice versa. The method according to 6 will be described below also by means of 7 be explained.

7 zeigt schematische Querschnittsansichten einer in der Herstellung befindlichen erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung nach dem Verfahren gemäß 6. 7 shows schematic cross-sectional views of an under construction according to the invention microelectromechanical sensor device according to the method according to 6 ,

In einem Schritt S01 wird mindestens eine Vertiefung 502 in einer Oberfläche 501 eines Substrats 500 ausgebildet, wie in 7a) veranschaulicht. Das Ausbilden S01 der mindestens einen Vertiefung 502 kann beispielsweise durch einen oder mehrere Trenchprozesse erfolgen. Insbesondere kann ein anisotropes Ätzverfahren verwendet werden, beispielsweise reaktives lonentiefätzen (engl. „deep reactive ion etching“, DRIE) oder Ätzen mit Kaliumhydroxid, KOH.In a step S01, at least one depression is made 502 in a surface 501 of a substrate 500 trained as in 7a ). Forming S01 of the at least one recess 502 can be done for example by one or more trench processes. In particular, an anisotropic etching process may be used For example, reactive deep ion etching (DRIE) or etching with potassium hydroxide, KOH.

Wie in 7a) dargestellt, können unterschiedlich breite Vertiefungen 502 in dem Substrat 500 gebildet werden, etwa um erste oder zweite Abschnitte mit verschiedenen Breiten herzustellen, wie im Voranstehenden in Bezug auf die 1 bis 4 erläutert wurde. Über eine Tiefe der Vertiefungen 502 ist ein späterer Abstand zwischen der ersten und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht der später fertiggestellten mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung einstellbar.As in 7a ), can have different width recesses 502 in the substrate 500 for example, to make first or second sections of different widths, as in the foregoing with respect to 1 to 4 was explained. Over a depth of the wells 502 For example, a later distance is adjustable between the first and second virtual planes or layers of the later completed microelectromechanical sensor device.

In einem Schritt S02 wird eine Opferschicht 506 derart auf das Substrat 500, insbesondere die Oberfläche 501 des Substrats 500, abgeschieden, dass die Opferschicht 506 auch die Oberflächen des Substrats 500 in der mindestens einen Vertiefung 502 bedeckt, wie in 7b) schematisch gezeigt. Die Opferschicht 506 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid, SiO2, bestehen. Vorzugsweise wird die Opferschicht 506 in einem isotropen Prozess abgeschieden, beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (engl. „chemical vapor depositioning“, CVD) oder einem spin-on glass (SOG) Verfahren.In a step S02 becomes a sacrificial layer 506 such on the substrate 500 , especially the surface 501 of the substrate 500 , that deposited the sacrificial layer 506 also the surfaces of the substrate 500 in the at least one recess 502 covered, as in 7b ) shown schematically. The sacrificial layer 506 may for example consist of silicon dioxide, SiO 2 . Preferably, the sacrificial layer becomes 506 deposited in an isotropic process, for example by chemical vapor deposition (CVD) or a spin-on glass (SOG) process.

In einem Schritt S03 wird eine piezoelektrische Schicht 514 auf die Opferschicht 506 derart aufgebracht, dass die piezoelektrische Schicht 514 zumindest auch in der - von der Opferschicht 506 bedeckten - mindestens einen Vertiefung 502 angeordnet wird, wie in 7c) schematisch gezeigt. Das Aufbringen S03 der piezoelektrischen Schicht 514 kann insbesondere durch ein isotropes Abscheiden erfolgen. In diesem Schritt können auch die Elektroden ausgebildet werden.In a step S03, a piezoelectric layer is formed 514 applied to the sacrificial layer 506 such that the piezoelectric layer 514 at least in the - from the sacrificial layer 506 covered - at least one recess 502 is arranged as in 7c ) shown schematically. The application S03 of the piezoelectric layer 514 can be done in particular by an isotropic deposition. In this step, the electrodes can also be formed.

In einem Schritt S04 erfolgt ein teilweises Entfernen des Substrats 500 und der Opferschicht 506 zum teilweisen Freistellen der piezoelektrischen Schicht 506, d.h. zum Freistellen der piezoelektrischen Schicht 514 derart, dass die piezoelektrische Schicht 514 als eine Sensorstruktur an dem restlichen Substrat 500, welches als eine Rahmeneinrichtung fungiert, aufgehängt ist bzw. bleibt. Dabei kann ein Rest der Opferschicht 506 zwischen der Sensorstruktur und der Rahmeneinrichtung erhalten bleiben.In a step S04, a partial removal of the substrate takes place 500 and the sacrificial layer 506 for partially exposing the piezoelectric layer 506 , ie for releasing the piezoelectric layer 514 such that the piezoelectric layer 514 as a sensor structure is suspended on the remaining substrate 500, which functions as a frame means. This can be a remainder of the sacrificial layer 506 maintained between the sensor structure and the frame device.

Wie in 7d) ebenfalls ersichtlich ist, bilden die auf der Opferschicht 506 abseits der Vertiefungen 502 abgeschiedenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 514 erste Abschnitte 511 innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht, etwa wie im Voranstehenden in Bezug auf die ersten Abschnitte 111; 211, 311; 411 beschrieben.As in 7d ) can also be seen, forming on the sacrificial layer 506 away from the depressions 502 deposited regions of the piezoelectric layer 514 first sections 511 within a first virtual level or layer, as in the preceding with respect to the first sections 111 ; 211, 311; 411 described.

Die auf der Opferschicht 506 im Bereich der Vertiefungen 502 abgeschiedenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 514 hingegen bilden zweite Abschnitte 512-1, 512-2, welche innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht angeordnet sind oder diese durchqueren, etwa wie im Voranstehenden in Bezug auf die zweiten Abschnitte 112; 212; 312; 412 beschrieben. Vertiefungen mit geringer Breite, wie in 7a) bis c) jeweils links gezeigt, sind dazu geeignet, zweite Abschnitte 512-1 zu erzeugen, welche ausgebildet sind wie im Voranstehenden in Bezug auf die zweiten Abschnitte 412 der Sensorstruktur 414 der Sensorvorrichtung 410 beschrieben. Vertiefungen mit größerer Breite, wie in 7a) bis c) jeweils rechts gezeigt, sind dazu geeignet, zweite Abschnitte 512-2 zu erzeugen, welche ausgebildet sind wie im Voranstehenden in Bezug auf die zweiten Abschnitte 112; 212; 312 der Sensorstrukturen 114; 214; 314 der Sensorvorrichtungen 110; 210; 310 beschrieben.The on the sacrificial layer 506 in the area of the depressions 502 deposited regions of the piezoelectric layer 514 on the other hand, second portions 512-1, 512-2 arranged within or passing through a second virtual plane or layer form, as in the foregoing, with respect to the second portions 112 ; 212 ; 312 ; 412 described. Wells with small width, as in 7a ) to c) shown on the left, are suitable for this, second sections 512 - 1 which are formed as in the foregoing with respect to the second portions 412 the sensor structure 414 the sensor device 410 described. Recesses of greater width, as in 7a ) to c) each shown on the right are suitable for second sections 512 - 2 which are formed as in the foregoing with respect to the second portions 112 ; 212 ; 312 the sensor structures 114 ; 214 ; 314 the sensor devices 110 ; 210 ; 310 described.

Das teilweise Entfernen des Substrats kann z.B. durch Trenchprozesse erfolgen. Das teilweise Entfernen der Opferschicht 506 kann z.B. durch passende Ätzprozesse erfolgen. Die Sensorstruktur 514 kann an der Rahmeneinrichtung beispielsweise hinter und/oder vor der Papierebene von 7 aufgehängt werden.The partial removal of the substrate can be done, for example, by trench processes. The partial removal of the sacrificial layer 506 can be done for example by appropriate etching processes. The sensor structure 514 can at the frame device, for example, behind and / or in front of the paper plane of 7 be hung up.

8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß 8 ist insbesondere zum Herstellen einer der mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 verwendbar und ist gemäß allen in Bezug auf die mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. Das Verfahren gemäß 8 wird im Folgenden auch anhand von 9 erläutert werden. 8th shows a schematic flowchart for explaining a method for producing a microelectromechanical sensor device according to the invention according to yet another embodiment of the present invention. The method according to 8th is in particular for manufacturing one of the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310; 410 and is all according to the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310 ; 410 described modifications and developments adaptable and vice versa. The method according to 8th will be described below also by means of 9 be explained.

9 zeigt schematische Querschnittsansichten einer in der Herstellung befindlichen erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung nach dem Verfahren gemäß 8. 9 shows schematic cross-sectional views of an under construction according to the invention microelectromechanical sensor device according to the method according to 8th ,

In einem Schritt S01' wird mindestens eine Erhöhung 504 an einer Oberfläche 501 eines Substrats 500 ausgebildet, wie in 9a) veranschaulicht. Das Ausbilden S01' der mindestens einen Erhöhung 504 kann beispielsweise durch Abscheiden einer ersten Opferschicht und Strukturieren der abgeschiedenen ersten Opferschicht erfolgen. Als ein Material für die erste Opferschicht kommen insbesondere Oxide und/oder Nitride in Frage, z.B. Siliziumdioxid. Auch ein Spinon glass Verfahren oder Polymermaterialien können verwendet werden.In a step S01 ', at least one increase 504 on a surface 501 of a substrate 500 trained as in 9a ). The formation S01 'of the at least one increase 504 can be done for example by depositing a first sacrificial layer and structuring the deposited first sacrificial layer. As a material for the first sacrificial layer, in particular oxides and / or nitrides are suitable, for example silicon dioxide. Also, a spin on glass method or polymer materials may be used.

Wie in 9a) dargestellt, können unterschiedlich breite Erhöhungen 504 an dem Substrat 500 gebildet werden, etwa um erste oder zweite Abschnitte mit verschiedenen Breiten herzustellen, wie im Voranstehenden in Bezug auf die 1 bis 4 erläutert wurde. Über eine Höhe der Erhöhungen 504, d.h. insbesondere über eine Schichtdicke der abgeschiedenen ersten Opferschicht, ist ein späterer Abstand zwischen der ersten und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht der später fertiggestellten mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung einstellbar. As in 9a ), may have different width increases 504 on the substrate 500 for example, to make first or second sections of different widths, as in the foregoing with respect to 1 to 4 was explained. About a height of the raises 504 , ie in particular over a layer thickness of the deposited first sacrificial layer, a later distance between the first and the second virtual plane or layer of the later finished microelectromechanical sensor device is adjustable.

In einem Schritt S02' wird eine zweite Opferschicht 506 derart auf das Substrat 500 abgeschieden, dass die zweite Opferschicht 506 auch die mindestens eine Erhöhung 504 bedeckt, wie in 9b) schematisch gezeigt. Die zweite Opferschicht 506 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid, SiO2, bestehen. Vorzugsweise wird die zweite Opferschicht 506 in einem isotropen Prozess abgeschieden, beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (engl. „chemical vapor depositioning“, CVD) oder spin-on glass (SOG). Die erste und die zweite Opferschicht sind bevorzugt aus demselben Material ausgebildet.In a step S02 ', a second sacrificial layer is formed 506 deposited on the substrate 500 such that the second sacrificial layer 506 also the at least one increase 504 covered, as in 9b ) shown schematically. The second sacrificial layer 506 may for example consist of silicon dioxide, SiO 2 . Preferably, the second sacrificial layer becomes 506 deposited in an isotropic process, for example by chemical vapor deposition (CVD) or spin-on glass (SOG). The first and second sacrificial layers are preferably formed of the same material.

In einem Schritt S03' wird eine piezoelektrische Schicht 514 auf die zweite Opferschicht 506 derart aufgebracht, dass die piezoelektrische Schicht 514 zumindest auch auf der - von der zweiten Opferschicht 506 bedeckten - mindestens einen Erhöhung 504 angeordnet wird, wie in 9c) schematisch gezeigt. Das Aufbringen S03' der piezoelektrischen Schicht 514 kann insbesondere durch ein isotropes Abscheiden erfolgen. In diesem Schritt können auch die Elektroden ausgebildet werden.In a step S03 ', a piezoelectric layer is formed 514 on the second sacrificial layer 506 applied such that the piezoelectric layer 514 at least on the - of the second sacrificial layer 506 covered - at least one increase 504 is arranged as in 9c ) shown schematically. The application S03 'of the piezoelectric layer 514 can be done in particular by an isotropic deposition. In this step, the electrodes can also be formed.

In einem Schritt S04' erfolgt ein teilweises Entfernen des Substrats 500, der ersten Opferschicht und der zweiten Opferschicht 506 zum teilweisen Freistellen der piezoelektrischen Schicht 514, d.h. zum Freistellen der piezoelektrischen Schicht 514 derart, dass die piezoelektrische Schicht 514 als eine Sensorstruktur an dem restlichen Substrat 500, welches als eine Rahmeneinrichtung fungiert, aufgehängt ist bzw. bleibt. Dabei kann ein Rest der Opferschicht 506 zwischen der Sensorstruktur und der Rahmeneinrichtung erhalten bleiben.In a step S04 ', a partial removal of the substrate takes place 500 , the first sacrificial layer and the second sacrificial layer 506 for partially exposing the piezoelectric layer 514 , ie for releasing the piezoelectric layer 514 such that the piezoelectric layer 514 as a sensor structure on the remaining substrate 500 , which acts as a framework, is suspended. This can be a remainder of the sacrificial layer 506 maintained between the sensor structure and the frame device.

Wie in 9d) ebenfalls ersichtlich ist, bilden die auf der zweiten Opferschicht 506 abseits der Erhöhungen 504 abgeschiedenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 514 erste Abschnitte 511 innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht, etwa wie im Voranstehenden in Bezug auf die ersten Abschnitte 111; 211, 311; 411 beschrieben.As in 9d 5) also form on the second sacrificial layer 506 away from the elevations 504 deposited regions of the piezoelectric layer 514 first sections 511 within a first virtual level or layer, as in the preceding with respect to the first sections 111 ; 211 . 311 ; 411 described.

Die auf der Opferschicht 506 im Bereich der Erhöhungen 504 abgeschiedenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 514 hingegen bilden zweite Abschnitte 512-3, 512-4, welche innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht angeordnet sind oder diese durchqueren, etwa wie im Voranstehenden in Bezug auf die zweiten Abschnitte 112; 212; 312; 412 beschrieben. Das teilweise Entfernen des Substrats kann z.B. durch Trenchprozesse erfolgen. Das teilweise Entfernen der ersten und/oder der zweiten Opferschicht 506 kann z.B. durch passende Ätzprozesse erfolgen. Die Sensorstruktur 514 kann an der Rahmeneinrichtung beispielsweise hinter und/oder vor der Papierebene von 9 aufgehängt werden.The on the sacrificial layer 506 in the area of elevations 504 deposited regions of the piezoelectric layer 514 on the other hand, second portions 512-3, 512-4 arranged within or passing through a second virtual plane or layer form, as in the foregoing, with respect to the second portions 112 ; 212 ; 312 ; 412 described. The partial removal of the substrate can be done, for example, by trench processes. The partial removal of the first and / or the second sacrificial layer 506 can be done for example by appropriate etching processes. The sensor structure 514 can at the frame device, for example, behind and / or in front of the paper plane of 9 be hung up.

Es versteht sich, dass die Verfahren gemäß 6 und 8 auch miteinander kombiniert werden können, d.h. es können an ein- und demselben Substrat 500 sowohl mindestens eine Vertiefung 502 als auch mindestens eine Erhöhung 504 ausgebildet werden. In diesem Falle können z.B. Abschnitte in drei voneinander beabstandeten, parallelen virtuellen Ebenen oder Schichten angeordnet sein, entsprechend einer Anordnung von piezoelektrischem Material auf der Opferschicht in i) den Vertiefungen 502, ii) auf der Oberfläche 501 des Substrats 500 und iii) auf den Erhöhungen 504. Alternativ können auch erste und zweite Abschnitte lediglich auf den Erhöhungen 504 und in den Vertiefungen 502 ausgebildet werden, sodass ein besonders großer Abstand zwischen der ersten und der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht erzielbar sein kann.It is understood that the methods according to 6 and 8th can also be combined with each other, ie it can on one and the same substrate 500 both at least one depression 502 as well as at least one increase 504 be formed. In this case, for example, portions may be arranged in three spaced-apart, parallel virtual planes or layers, corresponding to an arrangement of piezoelectric material on the sacrificial layer in i) the depressions 502 , ii) on the surface 501 of the substrate 500 and iii) on the ridges 504 , Alternatively, first and second sections can only be on the elevations 504 and in the wells 502 be formed so that a particularly large distance between the first and the second virtual level or layer can be achieved.

10 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß 10 ist insbesondere zum Herstellen einer der mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 verwendbar und ist gemäß allen in Bezug auf die mikroelektromechanischen Sensorvorrichtungen 110; 120; 310; 410 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. 10 shows a schematic flowchart for explaining a method for producing a microelectromechanical sensor device according to the invention according to yet another embodiment of the present invention. The method according to 10 is in particular for manufacturing one of the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310; 410 and is all according to the microelectromechanical sensor devices 110 ; 120 ; 310 ; 410 described modifications and developments adaptable and vice versa.

In einem Schritt S11 wird eine Opferschicht auf einem Substrat abgeschieden. In einem Schritt S12 wird eine piezoelektrische Schicht auf der Opferschicht abgeschieden.In a step S11, a sacrificial layer is deposited on a substrate. In a step S12, a piezoelectric layer is deposited on the sacrificial layer.

In einem Schritt S13 wird die piezoelektrische Schicht strukturiert. Die piezoelektrische Schicht wird derart strukturiert, eine Anzahl von ersten Abschnitten der piezoelektrischen Schicht innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht angeordnet sind und weiterhin derart, dass eine Anzahl von zweiten Abschnitten der piezoelektrischen Schicht innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht angeordnet sind oder eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht durchqueren, wobei die erste virtuelle Ebene oder Schicht und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht voneinander verschieden und zueinander parallel angeordnet sind.In a step S13, the piezoelectric layer is patterned. The piezoelectric layer is patterned such that a number of first portions of the piezoelectric layer are disposed within a first virtual plane or layer, and further such that a number of second portions of the piezoelectric layer are disposed within a second virtual plane or layer or a second virtual one Traversing level or layer, the first virtual level or Layer and the second virtual layer or layer are different from each other and arranged parallel to each other.

Beispielsweise kann die piezoelektrische Schicht durch räumlich periodisches Entfernen von beabstandeten Streifen piezoelektrischen Materials ausgebildet werden wie die Sensorstruktur 414 der Sensorvorrichtung 410.For example, the piezoelectric layer may be formed by spatially periodically removing spaced strips of piezoelectric material, such as the sensor structure 414 the sensor device 410 ,

In einem Schritt S14 erfolgt ein teilweises Entfernen des Substrats und der Opferschicht zum teilweisen Freistellen der strukturierten piezoelektrischen Schicht, d.h. zum Freistellen der piezoelektrischen Schicht derart, dass die piezoelektrische Schicht als eine Sensorstruktur an dem restlichen Substrat, welches als eine Rahmeneinrichtung fungiert, aufgehängt ist bzw. bleibt.In a step S14, partial removal of the substrate and the sacrificial layer to partially freeze the patterned piezoelectric layer, i. for releasing the piezoelectric layer such that the piezoelectric layer is suspended as a sensor structure on the remaining substrate which functions as a frame means.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2014/0339657 A1 [0004]US 2014/0339657 A1 [0004]

Claims (11)

Mikromechanische Sensorvorrichtung (110; 210; 310; 410; 610), mit: einer piezoelektrischen Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614); wobei die piezoelektrische Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614) eine Anzahl von ersten Abschnitten (111; 211; 311; 411; 511) aufweist, welche innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht (E1) angeordnet sind und wobei die piezoelektrische Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614) eine Anzahl von zweiten Abschnitten (112; 212; 312; 412; 512-i) aufweist, welche innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht (E2) angeordnet sind oder eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) durchqueren; wobei die erste virtuelle Ebene oder Schicht (E1) und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) voneinander verschieden und zueinander parallel angeordnet sind.Micromechanical sensor device (110; 210; 310; 410; 610), comprising: a piezoelectric sensor structure (114; 214; 314; 414; 614); wherein the piezoelectric sensor structure (114; 214; 314; 414; 614) comprises a number of first portions (111; 211; 311; 411; 511) disposed within a first virtual plane or layer (E1) and wherein the piezoelectric sensor structure (114; 214; 314; 414; 614) comprises a number of second portions (112; 212; 312; 412; 512-i) disposed within a second virtual plane or layer (E2) traverse the second virtual plane or layer (E2); wherein the first virtual plane or layer (E1) and the second virtual plane or layer (E2) are different from each other and arranged parallel to each other. Sensorvorrichtung (110; 210; 610) nach Anspruch 1, wobei die ersten Abschnitte (111; 211) und die zweiten Abschnitte (112; 212) in einer Richtung (x) parallel zu der ersten und/oder der zweiten virtuellen Ebene oder Schicht (E1, E2) mit einer gleichen Breite (B1, B2) ausgebildet sind.Sensor device (110; 210; 610) Claim 1 wherein the first sections (111; 211) and the second sections (112; 212) are aligned in a direction (x) parallel to the first and / or the second virtual plane or layer (E1, E2) of equal width (B1, B1). B2) are formed. Sensorvorrichtung nach (310; 410) Anspruch 1, wobei die ersten Abschnitte (311; 411) und die zweiten Abschnitte (312; 412) in einer Richtung (x) parallel zu der ersten und/oder der zweiten virtuellen Ebene oder Schichte (E1, E2) mit unterschiedlichen Breiten (B1', B2'; B1", B2") ausgebildet sind.Sensor device according to (310; 410) Claim 1 wherein the first sections (311; 411) and the second sections (312; 412) are arranged in a direction (x) parallel to the first and / or the second virtual plane or layer (E1, E2) with different widths (B1 ', B2 ', B1 ", B2") are formed. Sensorvorrichtung (110; 210; 610) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei benachbarte erste Abschnitte (111; 211) und zweite Abschnitte (112; 212) der piezoelektrischen Sensorstruktur (114; 214) einander jeweils teilweise überlappen.Sensor device (110, 210, 610) according to one of Claims 1 to 3 wherein adjacent first portions (111; 211) and second portions (112; 212) of the piezoelectric sensor structure (114; 214) each partially overlap each other. Sensorvorrichtung (110; 210; 310; 410; 610) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Rahmeneinrichtung; wobei die piezoelektrische Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614) an einem Ende der piezoelektrischen Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614) an der Rahmeneinrichtung aufgehängt ist oder an zwei Enden der piezoelektrischen Sensorstruktur (114; 214; 314; 414; 614) an der Rahmeneinrichtung aufgehängt ist.Sensor device (110; 210; 310; 410; 610) according to one of Claims 1 to 4 , with a frame device; wherein the piezoelectric sensor structure (114; 214; 314; 414; 614) is suspended from the frame means at one end of the piezoelectric sensor structure (114; 214; 314; 414; 614) or at two ends of the piezoelectric sensor structure (114; 214; 414, 614) is suspended from the frame means. Sensorvorrichtung (110; 210; 610) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl an den ersten Abschnitten (111; 211) als auch an den zweiten Abschnitten (112; 212) jeweils eine erste Elektrode (121) und eine zweite Elektrode (122) angeordnet sind.Sensor device (110, 210, 610) according to one of Claims 1 to 5 , wherein a first electrode (121) and a second electrode (122) are respectively arranged on the first sections (111; 211) and on the second sections (112; 212). Sensorvorrichtung (110; 210) nach Anspruch 6, wobei auf einer ersten Seite (H1) der Sensorstruktur (114; 214) an den ersten Abschnitten (111; 211) die ersten Elektroden (121) und an den zweiten Abschnitten (112; 212) die zweiten Elektroden (122) angeordnet sind; und wobei auf einer zweiten Seite (H2) der Sensorstruktur (114; 214) an den ersten Abschnitten (111; 211) die zweiten Elektroden (122) und an den zweiten Abschnitten (112; 212) die ersten Elektroden (122) angeordnet sind.Sensor device (110, 210) according to Claim 6 wherein on a first side (H1) of the sensor structure (114; 214) the first electrodes (121) are arranged on the first sections (111; 211) and the second electrodes (122) on the second sections (112; 212); and wherein on a second side (H2) of the sensor structure (114; 214) the second electrodes (122) are arranged on the first sections (111; 211) and the first electrodes (122) are arranged on the second sections (112; 212). Sensorvorrichtung (310; 410) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei erste Elektroden (321; 421) und zweite Elektroden (322; 422) lediglich an den ersten Abschnitten (311; 411) angeordnet sind.Sensor device (310; 410) according to one of Claims 1 to 5 wherein first electrodes (321; 421) and second electrodes (322; 422) are disposed only at the first portions (311; 411). Sensorvorrichtung (110; 210; 310; 410) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einer Auswerteeinrichtung, welche elektrisch mit den ersten Elektroden (121; 221; 321; 421) und den zweiten Elektroden (122; 222; 322; 422) verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, ein Sensorsignal basierend auf mindestens einer Spannung zwischen den ersten Elektroden (121; 221; 321; 421) und den zweiten Elektroden (122; 222; 322; 422) zu erzeugen und auszugeben.Sensor device (110; 210; 310; 410) according to one of Claims 6 to 8th sensor comprising an evaluation device electrically connected to the first electrodes (121; 221; 321; 421) and the second electrodes (122; 222; 322; 422) and adapted to generate a sensor signal based on at least one voltage between them first electrodes (121; 221; 321; 421) and the second electrodes (122; 222; 322; 422) to generate and output. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung (110; 210; 310; 410), mit den Schritten: Ausbilden (S01; S01') mindestens einer Vertiefung (502) und/oder mindestens einer Erhöhung (504) in oder an einer Oberfläche (501) eines Substrats (500); Abscheiden (S02; S02') einer Opferschicht (506) auf dem Substrat (500) und der mindestens einen Vertiefung (502) und/oder mindestens einen Erhöhung (504); Ausbilden (S03; S03') einer piezoelektrischen Schicht (514) auf der Opferschicht (506) zumindest im Bereich der mindestens einen Vertiefung (502) und/oder mindestens einen Erhöhung (504); und Teilweises Entfernen (S04; S04') des Substrats (500) und der Opferschicht (506) zum teilweisen Freistellen der piezoelektrischen Schicht (514).A method of manufacturing a micromechanical sensor device (110; 210; 310; 410), comprising the steps of: Forming (S01; S01 ') at least one depression (502) and / or at least one elevation (504) in or on a surface (501) of a substrate (500); Depositing (S02; S02 ') a sacrificial layer (506) on the substrate (500) and the at least one depression (502) and / or at least one elevation (504); Forming (S03; S03 ') a piezoelectric layer (514) on the sacrificial layer (506) at least in the region of the at least one depression (502) and / or at least one elevation (504); and Partially removing (S04; S04 ') the substrate (500) and the sacrificial layer (506) to partially expose the piezoelectric layer (514). Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung (110; 210; 310; 410), mit den Schritten: Abscheiden (S11) einer Opferschicht auf einem Substrat; Ausbilden (S12) einer piezoelektrischen Schicht auf der Opferschicht; Strukturieren (S13) der piezoelektrischen Schicht zum Erzeugen von einer Anzahl von ersten Abschnitten der piezoelektrischen Schicht, welche innerhalb einer ersten virtuellen Ebene oder Schicht (E1) angeordnet sind und einer Anzahl von zweiten Abschnitten der piezoelektrischen Schicht, welche innerhalb einer zweiten virtuellen Ebene oder Schicht (E2) angeordnet sind oder eine zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) durchqueren; wobei die erste virtuelle Ebene oder Schicht (E1) und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht (E2) voneinander verschieden und zueinander parallel angeordnet sind; und Teilweises Entfernen (S14) des Substrats und der Opferschicht zum teilweisen Freistellen der piezoelektrischen Schicht.A method of manufacturing a micromechanical sensor device (110; 210; 310; 410), comprising the steps of: depositing (S11) a sacrificial layer on a substrate; Forming (S12) a piezoelectric layer on the sacrificial layer; Patterning (S13) the piezoelectric layer to produce a number of first portions of the piezoelectric layer disposed within a first virtual plane or layer (E1) and a number of second portions of the piezoelectric layer that are within a second virtual plane or layer (E2) are arranged or traverse a second virtual plane or layer (E2); wherein the first virtual plane or layer (E1) and the second virtual plane or layer (E2) are different from each other and arranged in parallel with each other; and partially removing (S14) the substrate and the sacrificial layer to partially expose the piezoelectric layer.
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