DE102017200055A1 - MEMS sensor device and method for manufacturing a MEMS sensor device - Google Patents
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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
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 gemäß6 ; -
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 gemäß8 ; und -
10 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektromechanischen Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
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 to6 ; -
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 to8th ; 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
Die Sensorvorrichtung
Bei der Sensorvorrichtung
Die ersten Abschnitte
Die erste virtuelle Ebene oder Schicht E1 und die zweite virtuelle Ebene oder Schicht E2 sind voneinander verschieden und, in der Ruhelage der Sensorstruktur
Die dritten Abschnitte
Die Sensorstruktur
Bei der Sensorstruktur
Auf einer ersten Seite H1, z.B. in negativer y-Richtung, der Sensorstruktur
Bei einer Auswertung der an der Sensorstruktur
Außer der Sensorstruktur
Die Sensorvorrichtung
Die Sensorstruktur
Erste und zweite Elektroden (in
Die Sensorvorrichtung
Insbesondere ist die Breite B2' jedes der zweiten Abschnitte
Wie in Bezug auf die dritten Abschnitte
Die Sensorvorrichtung
Die zweiten Abschnitte
Die ersten, zweiten und dritten Abschnitte
Auf diese Weise können die in Serie geschalteten Spannungen zwischen den ersten und den zweiten Elektroden
Exemplarisch ist in
In einem Schritt S01 wird mindestens eine Vertiefung
Wie in
In einem Schritt S02 wird eine Opferschicht
In einem Schritt S03 wird eine piezoelektrische Schicht
In einem Schritt S04 erfolgt ein teilweises Entfernen des Substrats
Wie in
Die auf der Opferschicht
Das teilweise Entfernen des Substrats kann z.B. durch Trenchprozesse erfolgen. Das teilweise Entfernen der Opferschicht
In einem Schritt S01' wird mindestens eine Erhöhung
Wie in
In einem Schritt S02' wird eine zweite Opferschicht
In einem Schritt S03' wird eine piezoelektrische Schicht
In einem Schritt S04' erfolgt ein teilweises Entfernen des Substrats
Wie in
Die auf der Opferschicht
Es versteht sich, dass die Verfahren gemäß
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
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]
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