DE102017205971B4 - Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements - Google Patents

Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements Download PDF

Info

Publication number
DE102017205971B4
DE102017205971B4 DE102017205971.0A DE102017205971A DE102017205971B4 DE 102017205971 B4 DE102017205971 B4 DE 102017205971B4 DE 102017205971 A DE102017205971 A DE 102017205971A DE 102017205971 B4 DE102017205971 B4 DE 102017205971B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
substrate side
mems
membrane layer
transducer element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102017205971.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102017205971A1 (de
Inventor
Matthias STEIERT
Horst Theuss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102017205971.0A priority Critical patent/DE102017205971B4/de
Priority to US15/946,443 priority patent/US10616703B2/en
Priority to CN201810307956.4A priority patent/CN108696811B/zh
Publication of DE102017205971A1 publication Critical patent/DE102017205971A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102017205971B4 publication Critical patent/DE102017205971B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/003—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor for diaphragms or their outer suspension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0061—Packages or encapsulation suitable for fluid transfer from the MEMS out of the package or vice versa, e.g. transfer of liquid, gas, sound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/00238—Joining a substrate with an electronic processing unit and a substrate with a micromechanical structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00309—Processes for packaging MEMS devices suitable for fluid transfer from the MEMS out of the package or vice versa, e.g. transfer of liquid, gas, sound
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/02—Loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/04—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/06—Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0315—Cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/01—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS
    • B81B2207/012—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS the micromechanical device and the control or processing electronics being separate parts in the same package
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0118—Bonding a wafer on the substrate, i.e. where the cap consists of another wafer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/07—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C2203/0785—Transfer and j oin technology, i.e. forming the electronic processing unit and the micromechanical structure on separate substrates and joining the substrates
    • B81C2203/0792—Forming interconnections between the electronic processing unit and the micromechanical structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/02—Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H04R1/04—Structural association of microphone with electric circuitry therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2231/00—Details of apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor covered by H04R31/00, not provided for in its subgroups

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements (100) mit einer Schaltungsanordnung (204) zum Steuern des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Bereitstellen eines ersten Substrats (200) mit einer ersten Substratseite (201), einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite (202) und einer auf der ersten Substratseite (201) angeordneten Membranschicht (203),Bereitstellen eines zweiten Substrats (1100) mit einer ersten Kavität (1102a) und einer zweiten Kavität (1102b), Anordnen des zweiten Substrats (1100) auf der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200), sodass sich die Membranschicht (203) innerhalb der ersten Kavität (1102a) befindet,Einbringen einer Öffnung (302) auf einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) gegenüberliegend angeordneten Substratseite (1104) des zweiten Substrats (1100), wobei sich die Öffnung (302) bis in die erste Kavität (1102a) des zweiten Substrats (1100) hinein erstreckt,Öffnen der zweiten Kavität (1102b) und Anordnen der Schaltungsanordnung (204) in der geöffneten zweiten Kavität (1102b) des zweiten Substrats (1100),Durchführen eines ersten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt (221) bis zu einer ersten Tiefe (d1), undDurchführen eines zweiten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem zweiten Flächenabschnitt (222), der größer ist als der erste Flächenabschnitt (221) und den ersten Flächenabschnitt (221) beinhaltet, um die Membranschicht (203) in dem ersten Flächenabschnitt (221) freizulegen und ein Rückvolumen (250) für die Membranschicht (203) zu erzeugen.

Description

  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen ein MEMS-Schallwandler-Element sowie ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements, beziehungsweise ein Wafer Level Package für ein MEMS Mikrophon.
  • MEMS-Schallwandler-Elemente (MEMS: engl. Micro Electro Mechanical System) können beispielsweise in Form von MEMS-Mikrofonen oder auch in Form von MEMS-Lautsprechern und dergleichen ausgebildet sein. Derzeit werden an derartige MEMS-Schallwandler-Elemente insbesondere die folgenden zwei Anforderungen gestellt
    1. 1. Hohe akustische Performanz hinsichtlich eines größeren Signalrauschabstands (SNR - engl. Signal to Noise Ratio)
    2. 2. Kleine Package-Größe
  • Die akustische Performanz hängt unmittelbar mit dem sogenannten Rückvolumen (engl. Back Volume) zusammen. Eine generelle Regel hierbei ist: Je größer das Rückvolumen, desto größer die akustische Performanz. Dementsprechend ist die erste Anforderung bezüglich der hohen akustischen Performanz stark gekoppelt mit einem großen Rückvolumen, und somit aber auch zwangsläufig mit einer großen Package-Größe.
  • Heutzutage werden zum Beispiel für MEMS-Mikrofone sogenannte OCPs (engl. Open Cavity Package) genutzt, wie in 12 abgebildet. Dabei wird das Rückvolumen 1250 des MEMS-Mikrofons mittels eines an einem Substrat 1200 fixierten Deckels 1201 realisiert. Gelegentlich wird das Rückvolumen 1250 mittels eines Pre-mold Substrats oder mittels spezieller Laminierungstechniken bereitgestellt. Hierfür werden unterschiedliche Arten von Deckeln 1201 und Materialien verwendet, zum Beispiel Metallkappen oder gegossene Deckel.
  • Das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen 1250 und Package-Größe wird jedoch aufgrund der Tatsache, dass die einzelnen Dies 1202, 1203 innerhalb der bereitgestellten Kavität 1208 angeordnet sind, negativ beeinflusst. Aus diesem Grund wird das Rückvolumen 1250 durch das Volumen der einzelnen Chips 1202, 1203 sowie dem Globe Top der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, kurz ASIC (engl. Application Specific Integrated Circuit), reduziert. Durch diese bekannten Designkonzepte wird also das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen und Package-Größe limitiert.
  • Weitere MEMS-Schallwandler-Elemente sind beispielsweise in der US 2015 / 0102390 A1 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt einen funktionellen MEMS-Schallwandler, der mindestens zwei verschiedene Substrate aufweist, nämlich ein erstes Substrat (MEMS substrate) und ein darunter angeordnetes zweites Substrat (CMOS substrate). Die Membran ist an dem ersten Substrat (MEMS substrate) angeordnet. Das Rückvolumen (CMOS back cavity) wird jedoch von dem darunter angeordneten zweiten Substrat (CMOS substrate) gebildet. Das Package wird mittels eines dritten Substrats (carrier substrate) gebildet, das oberhalb des ersten Substrats (MEMS substrate) angeordnet ist. Hier besteht ein Package also aus mindestens drei unterschiedlichen Substraten.
  • Die US 2014 / 0314254 A1 beschreibt ebenfalls einen funktionellen MEMS-Schallwandler mit einer räumlichen und funktionalen Trennung des MEMS-Schallwandlers und einer Schaltung.
  • Vom selben Anmelder kommt die US 2010 / 0158279 A1, in der ein sehr ähnlicher funktioneller MEMS-Schallwandler beschrieben ist.
  • Die DE 10 2014 116 129 A1 beschreibt einen herkömmlichen gehäusten funktionellen MEMS-Schallwandler in einem OCP (Open Cavity Package), wie er zuvor unter Bezugnahme auf 12 beschrieben wurde. Diese Druckschrift beschreibt ein Package (OCP) mit einem funktionellen MEMS-Schallwandler und einer separaten Schaltung. Hier bildet nicht das Substrat sondern das externe Gehäuse das Rückvolumen.
  • Die DE 10 2005 004 877 A1 beschreibt wiederum einen funktionellen MEMS-Schallwandler mit einer Membran. Der MEMS-Schallwandler wird hier vereinzelt, wobei die Einzelchips von einer gereinigten und getrockneten Folie abgepflückt und montiert werden, beispielsweise in individuellen Gehäusen oder auf einer Platine. Das heißt, der MEMS-Schallwandler wird hier in ein separates Gehäuse montiert.
  • Da sich bei MEMS-Schallwandler-Elementen im Allgemeinen die beiden eingangs erwähnten Anforderungen, das heißt akustische Performanz und Package-Größe, gegenseitig ausschließen, und gewöhnliche Package Konzepte nicht geeignet sind, um diese Widersprüche aufzulösen, ist ein neues Package Konzept wünschenswert. Das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen und der Package-Größe sollte dabei erhöht werden.
  • In der vorliegenden Offenbarung wird daher ein MEMS-Schallwandler-Element sowie ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements vorgeschlagen, das die eingangs erwähnten Probleme behebt.
  • Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein Blockdiagram zur Darstellung eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2A eine gegenständliche Veranschaulichung eines Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2B eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2C eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2D eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2E eine Draufsicht auf eine zweite Substratseite eines ersten Substrats,
    • 2F eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2G eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 2H eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 3 ein Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 4 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 5 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 6 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 7 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 8 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 9 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 10 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11A eine gegenständliche Veranschaulichung eines Schritts eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements gemäß einer Ausführungsform,
    • 11B eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11C eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11D eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11E eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11F eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11G eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11H eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11I eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements,
    • 11J eine gegenständliche Veranschaulichung eines weiteren Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements, und
    • 12 ein konventionelles MEMS-Mikrofon in einem Open Cavity Package gemäß dem Stand der Technik.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die nachfolgenden Verfahrensschritte können auch in einer anderen als der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Einige Schritte sind darüber hinaus optional.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines rein beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements.
  • In Block 101 wird ein erstes Substrat mit einer ersten Substratseite, einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite und einer auf der ersten Substratseite angeordneten Membranschicht bereitgestellt.
  • In Block 102 wird ein erstes Ätzen von der zweiten Substratseite her in einem der Membranschicht gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt bis zu einer ersten Tiefe durchgeführt.
  • In Block 103 wird ein zweites Ätzen von der zweiten Substratseite her in einem zweiten Flächenabschnitt, der größer ist als der erste Flächenabschnitt und den ersten Flächenabschnitt beinhaltet, durchgeführt, um die Membranschicht in dem ersten Flächenabschnitt freizulegen und ein Rückvolumen für die Membran zu erzeugen.
  • Erfindungsgemäß beinhaltet das Verfahren zusätzlich noch die folgenden weiteren Schritte:
    • Bereitstellen eines zweiten Substrats mit einer ersten Kavität und einer zweiten Kavität, Anordnen des zweiten Substrats auf der ersten Substratseite des ersten Substrats, sodass sich die Membranschicht innerhalb der ersten Kavität befindet.
  • Einbringen einer Öffnung auf einer der ersten Substratseite des ersten Substrats gegenüberliegend angeordneten Substratseite des zweiten Substrats, wobei sich die Öffnung bis in die erste Kavität des zweiten Substrats hinein erstreckt.
  • Öffnen der zweiten Kavität und Anordnen der Schaltungsanordnung in der geöffneten zweiten Kavität des zweiten Substrats.
  • Die 2A bis 2G sollen das, gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren durchgeführte zweistufige Ätzen, gegenständlich veranschaulichen. So zeigt 2A ein erstes Substrat 200 mit einer ersten Substratseite 201 und einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite 202. Auf der ersten Substratseite 201 ist eine Membranschicht 203 angeordnet.
  • Die Membranschicht 203 kann beispielsweise eine Schicht eines Materials sein, das in einen schwingfähigen Zustand versetzt werden kann, wenn es freischwingend aufgehängt ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Nitridschicht handeln.
  • Auf der ersten Substratseite 201 kann optional eine Schaltungsanordnung 204 angeordnet sein. Die Schaltungsanordnung 204 kann, wie hier rein beispielhaft gezeigt ist, in dem ersten Substrat 200 integriert sein. Bei der Schaltungsanordnung 204 kann es sich um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein sogenanntes ASIC (engl. Application Specific Integrated Circuit), handeln. Die Schaltungsanordnung 204 kann dazu ausgebildet sein, um die Steuerung eines fertigen MEMS-Schallwandler-Elements zu übernehmen.
  • In 2A ist außerdem zu erkennen, dass optional auch eine Kontaktfläche 205 zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements vorgesehen sein kann. Diese Kontaktfläche 205 kann, wie abgebildet, auf der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 angeordnet sein.
  • 2B zeigt das erste Substrat 200 einschließlich einer ersten Ätzmaske 211. Es wird in diesem Schritt, noch vor dem nachfolgend beschriebenen ersten Ätzen (2C), diese erste Ätzmaske 211 auf der zweiten Substratseite 202 angebracht. Hierbei wird ein der Membranschicht 203 gegenüberliegender erster Flächenabschnitt 221 ausgespart. Das heißt, dieser erste Flächenabschnitt 211 der zweiten Substratseite 202 wird nicht mit der ersten Ätzmaske 211 bedeckt. Dieser erste Flächenabschnitt 221 weist eine laterale Ausdehnung X1 auf, die in etwa der lateralen Ausdehnung XM der Membranschicht entspricht. Wie nachfolgend näher erläutert wird, ist die laterale Ausdehnung X1 des ersten Flächenabschnitts 221 etwas kleiner als die laterale Ausdehnung XM der Membranschicht.
  • Nach dem Auftragen der ersten Ätzmaske 211 wird der erste Ätzschritt, beziehungsweise das erste Ätzen, unter Verwendung dieser ersten Ätzmaske 211 ausgeführt. Hierfür können beispielsweise gängige nasschemische oder trockenchemische Ätzverfahren angewandt werden.
  • Wie in 2C zu sehen ist, wird das erste Ätzen in dem ersten Flächenabschnitt 221 bis zu einer ersten Tiefe d1 ausgeführt, wodurch sich eine erste Kavität 206 ergibt. Beispielsweise kann das Ätzen zeitgesteuert sein, wobei so lange geätzt wird, bis die erste Tiefe d1 erreicht ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine (hier nicht abgebildete) Ätzstoppschicht in dem Substrat 200 angeordnet sein, die die erste Tiefe d1 bestimmt.
  • Wie in 2D zu sehen ist, kann nun die erste Ätzmaske 211 entfernt und eine zweite Ätzmaske 212 auf die zweite Substratseite 202 aufgebracht werden. Alternativ kann aber auch die erste Ätzmaske 211 nur soweit entfernt werden, dass die abgebildeten Abschnitte 212 der ersten Ätzmaske 211 auf der zweiten Substratseite 202 bestehen bleiben. Diese Abschnitte 212 würden demgemäß dann die eingangs erwähnte zweite Ätzmaske 212 bilden.
  • Die zweite Ätzmaske 212 spart einen zweiten Flächenabschnitt 222 auf der zweiten Substratseite 202 aus. Das heißt, dieser zweite Flächenabschnitt 222 ist nicht von der zweiten Ätzmaske 212 bedeckt. Der zweite Flächenabschnitt 222 ist flächenmäßig größer als der erste Flächenabschnitt 221 und weist eine laterale Ausdehnung X2 auf, die größer ist als die laterale Ausdehnung X1 des ersten Flächenabschnitts 221.
  • Zur Verdeutlichung und Veranschaulichung der eben erwähnten Flächenabschnitte 221, 222 wird auf 2E verwiesen. 2E zeigt eine Draufsicht auf die zweite Substratseite 202. Die zweite Ätzmaske 212 ist hier an den lateralen Randabschnitten der zweiten Substratseite 202 umlaufend angeordnet. Die zweite Ätzmaske 212 kann bis ganz an die äußersten Ränder der zweiten Substratseite 202 reichen. Die zweite Ätzmaske 212 kann aber auch, zum Beispiel aus fertigungstechnischen Gründen, wie abgebildet, nicht bis exakt zu den Rändern der zweiten Substratseite 202 reichen.
  • Es ist jedoch zu erkennen, dass die zweite Ätzmaske 212 den ersten Flächenabschnitt 221 umgibt beziehungsweise umrandet. In anderen Worten ausgedrückt beinhaltet der zweite Flächenabschnitt 222 den ersten Flächenabschnitt 221.
  • Nach dem Auftragen der zweiten Ätzmaske 212 wird in diesem Fall der zweite Ätzschritt, beziehungsweise das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske 212 durchgeführt. Das Ergebnis ist in 2F abgebildet.
  • In dem zweiten Flächenabschnitt 222 wurde also in dem zweiten Flächenabschnitt 221 von der zweiten Substratseite 202 her in Richtung der ersten Substratseite 201 bis zu einer zweiten Tiefe d2 geätzt. Hierdurch ergibt sich die abgebildete zweite Kavität 207. Die im ersten Ätzschritt erhaltene erste Kavität 206 und die im zweiten Ätzschritt erhaltene zweite Kavität 207 bilden gemeinsam eine große Kavität 208.
  • Es ist deutlich zu erkennen, dass bei diesem zweiten Ätzschritt die Membranschicht 203 innerhalb des zuvor geätzten ersten Flächenabschnitts 221 freigelegt wird. Das heißt die im ersten Ätzschritt erhaltene erste Kavität 206 wandert im zweiten Ätzschritt weiter in Richtung der ersten Substratfläche 201. Der zweite Ätzschritt wird dabei mindestens so lange ausgeführt, bis die erste Kavität 106 die erste Substratseite 201 erreicht.
  • Hierdurch wird in der ersten Substratseite 201 eine Öffnung 209 definiert, die die Membranschicht 203 freilegt. Die Membranschicht 103 kann somit über dieser Öffnung 209 frei schwingen.
  • Die in 2F abgebildete Struktur zeigt das fertige MEMS-Schallwandler-Element 100, welches hier rein beispielhaft beschrieben ist.
  • Dieses rein beispielhafte MEMS-Schallwandler-Element 100 weist demnach ein erstes Substrat 200 mit einer ersten Substratseite 201, einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite 202 und einer auf der ersten Substratseite 201 angeordneten Membranschicht 203 auf.
  • Das erste Substrat 200 weist eine Kavität 208 auf, die im Bereich der Membranschicht 203 eine erste Öffnung 209 in der ersten Substratseite 201 definiert. Wie zuvor mit Bezug auf 2E erläutert wurde, erstreckt sich die erste Kavität 208, und somit auch die hiervon gebildete erste Öffnung 209, über den ersten Flächenabschnitt 221. Wie wiederum in 2F zu sehen ist, ist die Membranschicht 203 somit also freischwingend über dieser ersten Öffnung 209 angeordnet.
  • Die Kavität 208 definiert auch eine zweite Öffnung 210, und zwar in der zweiten Substratseite 202. Diese zweite Öffnung 210 erstreckt sich über den zuvor erwähnten zweiten Flächenabschnitt 222, der größer ist als der erste Flächenabschnitt 221 und den ersten Flächenabschnitt 221 beinhaltet.
  • Die mittels des hierin beschriebenen zweistufigen Ätzprozesses erhaltene Kavität 208 bildet ein Rückvolumen des MEMS-Schallwandler-Elements 100. Bevor dieses Rückvolumen näher erläutert wird, soll jedoch vorab noch eine alternative denkbare Anordnung der beiden Ätzmasken 211, 212 mit Bezug auf 2G erläutert werden.
  • Hier werden beide Ätzmasken 211, 212 vor Durchführung des ersten und des zweiten Ätzschritts an der zweiten Substratseite 202 angeordnet. Die erste Ätzmaske 211 kann dabei die zweite Ätzmaske 212, wie abgebildet, zumindest abschnittsweise überdecken.
  • Die Ätzmasken 211, 212 selbst entsprechen ansonsten den oben beschriebenen Ätzmasken 211, 212.
  • Das heißt, die erste Ätzmaske 211 bedeckt die zweite Substratseite 202 im Bereich des der Membranschicht 203 gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitts 221 nicht. In anderen Worten ausgedrückt weist die erste Ätzmaske 211 eine Aussparung auf, die sich zumindest abschnittsweise in dem der Membranschicht 203 gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt 221 befindet. Die zweite Ätzmaske 212 umgibt beziehungsweise umrandet den zweiten Flächenabschnitt 222, der größer ist als der erste Flächenabschnitt 221 und den ersten Flächenabschnitt 221 beinhaltet.
  • Bei dieser in 2G gezeigten alternativen gemeinsamen Anordnung der beiden Ätzmasken 211, 212 kann der erste Ätzschritt unter Verwendung der ersten Ätzmaske 211 ausgeführt werden, wobei die zweite Ätzmaske 212 geschützt unter der ersten Ätzmaske 211 angeordnet ist. Nach dem ersten Ätzen erhält man dann die in 2C abgebildete Struktur.
  • Nach dem ersten Ätzen kann die erste Ätzmaske 211 dann entfernt werden, wobei die zweite Ätzmaske 212 auf der zweiten Substratseite 202 erhalten bleibt (2D). Anschließend kann dann das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske 212 durchgeführt werden. Im Ergebnis erhält man dann wieder das in 2F abgebildete MEMS-Schallwandler-Element 100.
  • 2H zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Hier ist zusätzlich ein Deckel 240 auf der zweiten Substratseite 202 angebracht. Der Deckel 240 verschließt sozusagen die Kavität 208. Das heißt, der Deckel 240 bildet zusammen mit dem ersten Substrat 200 eine geschlossene Kavität 208, die ein geschlossenes Rückvolumen 250 für das MEMS-Schallwandler-Element 100 beziehungsweise für die Membranschicht 203 bereitstellt.
  • Wie in 2H gezeigt ist, treffen Schallwellen 260 auf der Membranschicht 203 auf. Genauer gesagt treffen diese Schallwellen 260 auf einer der ersten Substratseite 201 abgewandten Seite 203a der Membranschicht 203 auf. Dadurch wird die Membranschicht 203 in Richtung des Rückvolumens 250 ausgelenkt. Da die Membranschicht 203 freischwingend angeordnet ist, beginnt diese daraufhin in der Anregungsfrequenz zu schwingen.
  • Das Rückvolumen 250 ist damit sozusagen definiert als das Volumen rückseitig der Membranschicht 203, wobei die Rückseite diejenige Seite ist, in die die Membranschicht 203 beim Auftreffen von Schallwellen 260 anfänglich ausgelenkt wird.
  • Je größer das Rückvolumen 250 ist, desto geringer ist der Gegendruck, der den Schwingungen der Membranschicht 203 entgegensteht. Die Membranschicht 203 kann somit in größeren Amplituden schwingen, wodurch der Signalrauschabstand vergrößert werden kann. Ein größeres Rückvolumen 250 heizt sich außerdem weniger schnell auf als ein vergleichbares kleineres Rückvolumen. Somit kommt es in dem größeren Rückvolumen 250 zu weniger wärmebedingter Expansion des in dem Rückvolumen 250 eingeschlossenen Mediums.
  • Wie bereits eingangs erwähnt wurde, kann das MEMS-Schallwandler-Element 100 eine Schaltungsanordnung 204 aufweisen. In dem hier abgebildeten Beispiel handelt es sich um ein ASIC 204, das in der ersten Substratseite 201 integriert ist.
  • Das MEMS-Schallwandler-Element 100 ist somit nicht nur ein funktioneller MEMS-Schallwandler, sondern das MEMS-Schallwandler-Element 100 bildet gleichzeitig auch das gesamte Package für den funktionellen MEMS-Schallwandler. Das Package kann neben der Membranschicht 203 auch die Schaltungsanordnung 204 zum Steuern des MEMS-Schallwandlers beinhalten.
  • Die beim zweiten Ätzen erhaltene Kavität 207 erzeugt Seitenwände 251 sowie Oberseiten 252 des Packages. Somit kann das gesamte Volumen des gesamten Packages als das Rückvolumen 250 für den MEMS-Schallwandler beziehungsweise die Membranschicht 203 dienen. Somit erhält man ein möglichst großes Rückvolumen 250 bei gleichzeitiger Möglichkeit zur Reduzierung der Package-Größe.
  • 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Dieses Beispiel unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Beispielen dadurch, dass es zusätzlich eine optionale Abdeckung 301 zum Schutz der Membranschicht 203 aufweist.
  • Die Abdeckung 301 ist auf der ersten Substratseite 201 und von der Membranschicht 203 beabstandet angeordnet. Die Abdeckung 301 deckt die Membranschicht 203 zumindest abschnittsweise ab und bildet so einen Schutz der Membranschicht 203 nach außen. Um dennoch das Vordringen der zuvor erwähnten Schallwellen 260 zu der Membranschicht 203 zu ermöglichen, weist die Abdeckung 301 eine der Membranschicht 203 gegenüberliegende Öffnung 302 auf.
  • 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Das MEMS-Schallwandler-Element 100 weist auch hier wieder eine optionale Abdeckung 301 auf. Dieses Beispiel ist aber auch ohne diese Abdeckung 301 denkbar.
  • Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen MEMS-Schallwandler-Elementen ist die Schaltungsanordnung 204 hier nicht als eine in der ersten Substratseite 201 integrierte Schaltungsanordnung, sondern, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, als eine in einem separaten Element 263 ausgebildete Schaltungsanordnung 204 ausgebildet. Diese Schaltungsanordnung 204 kann wiederum ein in diesem separaten Element 263 integriertes ASIC sein.
  • Die Schaltungsanordnung 204 kann dabei mittels Lotkugeln, sogenannten Solder Balls 264, zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem MEMS-Schallwandler-Element 100 beziehungsweise dem Substrat 200 gekoppelt sein.
  • 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Dieses Beispiel kann eine optionale (hier nicht abgebildete) Abdeckung 301 aufweisen.
  • Wie bereits zuvor erwähnt wurde, kann das MEMS-Schallwandler-Element 100 Kontaktabschnitte 205 zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements 100 aufweisen. Diese Kontaktabschnitte 205 können auf der ersten Substratseite 201 angeordnet sein. Die Kontaktabschnitte 205 können beispielsweise als sogenannte Solder Pads ausgeführt sein.
  • Wie in 5 gezeigt ist, können wiederum sogenannte Solder Balls 501, 502 an den Kontaktabschnitten 205 angeordnet sein. Mittels dieser Solder Balls 501, 502 kann das, hier rein beispielhaft beschriebene MEMS-Schallwandler-Element 100, beispielsweise an eine hier nicht dargestellte bedruckte Leiterplatte und dergleichen angeschlossen werden.
  • Die Solder Balls 501, 502 sollten dabei weiter von der ersten Substratseite 201 beabstandet sein als die Membranschicht 203, um ein freies Schwingen der Membranschicht 203 zu ermöglichen. Die Solder Balls 501, 502 können darüber hinaus auch weiter von der ersten Substratseite 201 beabstandet sein als die Schaltungsanordnung 204.
  • 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Erfindungsgemäß ist hier ein Kontaktabschnitt 205 zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements 100 vorgesehen, wobei dieser Kontaktabschnitt 205 auf einer der ersten Substratseite 201 abgewandten Seite 601 der Schaltungsanordnung 204 angeordnet ist.
  • Die Schaltungsanordnung 204 ist hier erfindungsgemäß wieder in einem separaten Element 263 vorgesehen, wobei der Kontaktabschnitt 205 in diesem Fall auf einer der ersten Substratseite 201 abgewandten Seite 601 des separaten Elements 263 und der Schaltungsanordnung 204 angeordnet ist.
  • Ferner kann die Schaltungsanordnung 204 auch hier wieder mittels Lotkugeln 264 zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem ersten Substrat 200 gekoppelt sein.
  • Es ist auch denkbar, dass das separate Element 263 beziehungsweise die Schaltungsanordnung 204 Durchkontaktierungen 602 aufweist, die die Lotkugeln 264 elektrisch mit dem Kontaktabschnitt 205 verbinden. Die Durchkontaktierungen 602 können beispielsweise als sogenannte TSVs (engl. Through Silicon Via) ausgeführt sein.
  • Auch in diesem Beispiel kann das MEMS-Schallwandler-Element 100 eine optionale Abdeckung 301 für die Membranschicht 203 aufweisen. Die Abdeckung 301 kann hierbei etwa gleich weit beabstandet sein, wie der auf der Schaltungsanordnung 204 angeordnete Kontaktabschnitt 205.
  • 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100, das im Wesentlichen dem zuvor mit Bezug auf 6 beschriebenen MEMS-Schallwandler-Elements 100 entspricht. Ein Unterschied besteht darin, dass zumindest die erste Substratseite 201 mit einer Vergussmasse 701 vergossen ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem die Schaltungsanordnung 204 mit der Vergussmasse 701 vergossen. Ein Kontaktabschnitt 205 kann zumindest abschnittweise mit der Vergussmasse 701 vergossen sein, wobei allerdings ein Großteil des Kontaktabschnitts 205 freiliegen sollte.
  • Auch die Abdeckung 301 sollte größtenteils freiliegen. Alternativ kann die Abdeckung 301 aber ebenfalls mit der Vergussmasse 701 vergossen sein.
  • 8 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 204 innerhalb des Rückvolumens 250 angeordnet. Die Schaltungsanordnung 204 kann hierbei, wie abgebildet, beispielsweise mittels Solder Balls 801, 802 und Durchkontaktierungen 803, 804 elektrisch leitend mit dem Kontaktabschnitt 205 gekoppelt sein.
  • Die Schaltungsanordnung 204 ist hier benachbart zu der dem Rückvolumen 250 zugewandten Seite 201a der ersten Substratseite 201 angeordnet. Es wäre aber auch denkbar, dass die Schaltungsanordnung 204 in der dem Rückvolumen 250 zugewandten Seite 201a der ersten Substratseite 201 integriert ist.
  • 9 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 204 innerhalb des Rückvolumens 250 angeordnet.
  • Die Schaltungsanordnung 204 kann, wie abgebildet, an der dem Rückvolumen 250 zugewandten Seite 201a der ersten Substratseite 201 angeordnet sein. Hierfür kann beispielsweise ein Befestigungsmittel 901, wie beispielsweise Lot, Klebstoff und dergleichen verwendet werden.
  • In der ersten Substratseite 201 kann eine Durchkontaktierung 902 vorgesehen sein, die auf der dem Rückvolumen abgewandten Oberseite 201b der ersten Substratseite 201 einen Kontaktabschnitt bildet oder mit dem Kontaktabschnitt 205 elektrisch gekoppelt ist.
  • Die Verbindung zwischen der Durchkontaktierung 902 und der in dem Rückvolumen 250 angeordneten Schaltungsanordnung 204 kann beispielsweise mittels eines Bonddrahts 903 oder dergleichen realisiert werden.
  • 10 zeigt ein weiteres Beispiel eines MEMS-Schallwandler-Elements 100. Hierbei kann beispielsweise der zuvor beschriebene Deckel 240 in Form eines Substrats 1001, z.B. als ein Laminatsubstrat, eine bedruckte Leiterplatine PCB (engl. Printed Circuit Board) oder dergleichen ausgeführt sein.
  • Auf einer dem Rückvolumen 250 abgewandten Seite des Substrats 1001 kann ein Kontaktabschnitt 1005, zum Beispiel ein Form eines Solder Pads, vorgesehen sein. Auf einer dem Rückvolumen 250 zugewandten Seite des Substrats 1001 kann eine Schaltungsanordnung 204 vorgesehen sein, wobei diese dann wiederum innerhalb des Rückvolumens 250 angeordnet ist.
  • Die Schaltungsanordnung 204 kann zum Beispiel mittels Bonddrähten 903 und dergleichen mit dem Substrat 1001 elektrisch leitend gekoppelt werden. Außerdem können Leiter 1020 vorgesehen sein, die das Laminatsubstrat 1001 mit der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 beziehungsweise mit einem oder mehreren auf der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 angeordneten Kontaktabschnitten 205 elektrisch leitend verbinden.
  • Hierfür können beispielsweise, wie abgebildet, sogenannte Stacking Wires 1020 verwendet werden. Die Stacking Wires 1020 können beispielsweise mittels Lot, Klebstoff und dergleichen, zum Beispiel mittels sogenanntem C-Glue, zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem Laminatsubstrat 1001 verbunden werden. Eine elektrische Verbindung kann aber beispielsweise auch mittels eines sogenannten wire in bump Verfahrens realisiert werden.
  • Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die 11A bis 11J ein Ausführungsbeispiel für ein mehrere Schritte aufweisendes erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben werden mit dem ein erfindungsgemäßes MEMS-Schallwandler-Element 100 herstellbar ist. Die hier abgebildeten Schritte können auch in einer anderen als der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge ausführbar sein.
  • In 11A ist ein erstes Substrat 200 mit einer ersten Substratseite 201 und einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite 202 abgebildet. Auf der ersten Substratseite 201 ist eine Membranschicht 203 angeordnet.
  • Die Membranschicht 203 kann mit einer Schutzschicht 1103 zum Schutz der Membranschicht 203 für nachfolgende Prozessschritte versehen sein. Wie abgebildet kann diese Schutzschicht 1103 auf einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 abgewandten Seite der Membranschicht 203 angeordnet sein.
  • Auf der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 wird ein zweites Substrat 1100 angeordnet. Das zweite Substrat 1100 weist eine erste Kavität 1102a auf. Die erste Kavität 1102a ist in einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 zugewandten Substratseite 1101 des zweiten Substrats 1100 ausgebildet.
  • Das zweite Substrat 1100 wird derart auf der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 angeordnet, dass sich die Membranschicht 203 innerhalb der Kavität 1102a befindet.
  • Das zweite Substrat 1100 weist ferner eine zweite Kavität 1102b auf. Die zweite Kavität 1102b ist ebenfalls in einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 zugewandten Substratseite 1101 des zweiten Substrats 1100 ausgebildet.
  • Das zweite Substrat 1100 bildet später die zuvor beschriebene Abdeckung 301 und kann deshalb auch als Abdecksubstrat bezeichnet werden. Das erste und das zweite Substrat 200, 1100 können beispielsweise mittels Waferbonden miteinander gebondet sein.
  • In 11B wird die zweite Kavität 1102b geöffnet. Das heißt, der oberhalb der zweiten Kavität 1102b angeordnete Abschnitt des zweiten Substrats 1100 wird entfernt, sodass die erste Substratseite 201 des ersten Substrats 200 freigelegt und durch diese geöffnete zweite Kavität 1102b hindurch zugänglich ist.
  • Wie in 11C zu sehen ist, wird in dieser geöffneten zweiten Kavität 1102b des zweiten Substrats 1100 eine Schaltungsanordnung 204 angeordnet. Die Schaltungsanordnung 204 kann hierbei beispielsweise in der Art, wie zuvor unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, auf der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 angeordnet werden.
  • In 11D ist zu erkennen, dass die zweite Kavität 1102b mittels Füllstoff 1120, zum Beispiel mittels einer Vergussmasse aus Polymer und dergleichen, gefüllt beziehungsweise ausgegossen werden kann. Hierbei kann die Schaltungsanordnung 204 mittels des Füllstoffs 1120 beispielsweise in der Art, wie zuvor unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wurde, vergossen werden.
  • Wie in 11E abgebildet ist, kann die dem ersten Substrat 200 abgewandte Substratseite 1104 des zweiten Substrats 1100 abgeschliffen beziehungsweise unter Materialabtrag poliert werden. Hierbei kann soviel Material des Füllstoffs 1120 sowie des zweiten Substrats 1100 abgetragen werden, bis die Schaltungsanordnung 204 freigelegt ist.
  • Die Schaltungsanordnung 204 kann, wie zuvor unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, beispielsweise Durchkontaktierungen 602 aufweisen. Durch den zuvor erwähnten Materialabtrag des zweiten Substrats 1100 können diese Durchkontaktierungen 602 ebenfalls freigelegt werden.
  • In 11F ist ein Verfahrensschritt gezeigt, bei dem mindestens ein Kontaktabschnitt 1132 zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements 100 beziehungsweise der Schaltungsanordnung 204 bereitgestellt wird. Hier sind zwei Kontaktabschnitte 1132 abgebildet, die mit jeweils einer der beiden abgebildeten Durchkontaktierungen 602 verbunden sind.
  • Die Kontaktabschnitte 1132 sind hierbei an einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 abgewandten Seite 601 der Schaltungsanordnung 204 angeordnet.
  • Des Weiteren sind hier Kontaktabschnitte 1131 abgebildet, die auf der der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 abgewandten Substratseite 1104 des zweiten Substrats 1100 angeordnet sein können. Diese Kontaktabschnitte 1131 sind hier exemplarisch ringförmig im Bereich der darunterliegenden Membranschicht 203 angeordnet. Hierbei kann es sich um einen sogenannten Solder Ring handeln. Dieser Solder Ring 1131 kann im Bereich der später in der Abdeckung 301 auszubildenden Öffnung 302, die ein Schallloch beziehungsweise einen Sound Port bildet, angeordnet sein.
  • Ferner kann eine RDL-Schicht 1130 (engl. Redistribution Layer) vorgesehen sein. Diese RDL-Schicht 1130 kann ebenfalls auf zumindest einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 abgewandten Seite 601 der Schaltungsanordnung 204 oder auf der der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 abgewandten Substratseite 1104 des zweiten Substrats 1100 angeordnet sein.
  • In 11G ist ein weiterer Verfahrensschritt abgebildet. Hier wird mittels des zuvor unter Bezugnahme auf die 2A bis 2H eingehend beschriebenen zweistufigen Ätzprozesses die Kavität 208 in dem ersten Substrat 200 gebildet. Die Kavität 208 bildet das Rückvolumen 250 für die Membranschicht 203.
  • Die hierbei erzeugte und in 11G abgebildete Struktur bildet ein erfindungsgemäßes MEMS-Schallwandler-Element 100.
  • 11H zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt. Hier wird auf einer der ersten Substratseite 201 des ersten Substrats 200 gegenüberliegend angeordneten Substratseite 1104 des zweiten Substrats 1100 eine Öffnung 302 eingebracht. Diese Öffnung 302 erstreckt sich durch das zweite Substrat 1100 hindurch und legt die Membranschicht 203 frei.
  • Die hierbei erzeugte und in 11H abgebildete Struktur des zweiten Substrats 1100 bildet die zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Abdeckung 301, wobei diese Abdeckung 301 ein Loch 302 aufweist, das den Durchtritt von Schallwellen ermöglicht.
  • In 11I ist ein weiterer Verfahrensschritt abgebildet. Hier wird die zuvor erwähnte Schutzschicht 1103 von der Membranschicht 203 entfernt. Die Membranschicht 203 kann nun frei über der Kavität 208 schwingen.
  • 11J zeigt einen weiteren Verfahrensschritt. Hier wird ein zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschriebener Deckel 240 an der zweiten Substratseite 202 des ersten Substrats 200 angeordnet, wodurch ein geschlossenes Rückvolumen 250 erzeugbar ist.
  • Der Deckel 240 kann ebenfalls ein Substrat, das heißt ein drittes Substrat, sein. Das erste Substrat 200, das zweite Substrat 1100 und das dritte Substrat 240 können Wafersubstrate sein. Das heißt, das hierin offenbarte Verfahren kann auf Wafer Ebene ausführbar sein. Die einzelnen MEMS-Schallwandler-Elemente 100 können in einem weiteren, hier nicht explizit abgebildeten, Verfahrensschritt vereinzelt werden.
  • Nachfolgend soll der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung nochmals in anderen Worten zusammengefasst werden.
  • Derzeit werden an MEMS-Mikrofone insbesondere die folgenden zwei Anforderungen gestellt
    1. 1. Hohe akustische Performanz hinsichtlich eines größeren Signalrauschabstands (SNR - engl. Signal to Noise Ratio)
    2. 2. Kleine Package-Größe
  • Die akustische Performanz hängt unmittelbar mit dem sogenannten Rückvolumen 250 (engl. Back Volume) zusammen. Eine generelle Regel hierbei ist: Je größer das Rückvolumen 250, desto größer die akustische Performanz. Dementsprechend ist die erste Anforderung bezüglich der hohen akustischen Performanz stark gekoppelt mit einem großen Rückvolumen 250, und somit aber auch zwangsläufig mit einer großen Package-Größe.
  • Da die beiden Anforderungen sich gegenseitig ausschließen, und gewöhnliche Package Konzepte gemäß dem Stand der Technik (12) nicht geeignet sind, um diese Widersprüche aufzulösen, ist ein neues Package Konzept wünschenswert. Das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen und der Package-Größe sollte dabei erhöht werden.
  • Normalerweise werden sogenannte OCPs (engl. Open Cavity Package) für MEMS-Mikrofone genutzt (siehe 12). Dabei wird das Rückvolumen 1250 mittels eines an dem Substrat 1200 fixierten Deckels 1201 realisiert. Gelegentlich wird das Rückvolumen 1250 mittels eines Pre-mold Substrats oder mittels spezieller Laminierungstechniken bereitgestellt. Hierfür werden unterschiedliche Arten von Deckeln 1201 und Materialien verwendet, zum Beispiel Metallkappen oder gegossene Deckel.
  • Außerdem sind unterschiedliche Substrate einsetzbar, wie zum Beispiel gedruckte Leiterplatten, sogenannte PCBs (engl. Printed Circuit Board), Leiterrahmen (engl. Lead Frame) oder vorgeformte Mehrschicht Substrate. Das Anbringen des Deckels 1201 wird häufig mittels Kleben oder Löten ausgeführt.
  • Das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen 1250 und Package-Größe wird jedoch aufgrund der Tatsache, dass die einzelnen Dies 1202, 1203 innerhalb der bereitgestellten Kavität 1208 angeordnet sind, negativ beeinflusst. Aus diesem Grund wird das Rückvolumen 1250 durch das Volumen der einzelnen Chips 1202, 1203 sowie dem Globe Top der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 1202, kurz ASIC (engl. Application Specific Integrated Circuit), reduziert. Durch diese bekannten Designkonzepte wird also das Aspektverhältnis zwischen Rückvolumen 1250 und Package-Größe limitiert.
  • Das Konzept der vorliegenden Offenbarung basiert unter anderem auf einem zweistufigen Ätzprozess einer rückseitigen Kavität 208. Normalerweise sollte die rückseitige Kavität 208 eines MEMS-Mikrofons etwa dieselbe Form und Größe aufweisen wie die Membran 203. Allerdings kann bei einem zweistufigen Ätzprozess, gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung, die Kavität 208 größer als die Membran 203 ausfallen, und die Form ist überdies unabhängig.
  • Somit erlaubt es diese Technik, die Größe des Rückvolumens 250 künstlich zu vergrößern. Dies kann genutzt werden, um ein erhebliches Rückvolumen 250 auf Waferebene herzustellen (siehe z.B. 3). Abgesehen davon kann das Rückvolumen 250 außerdem mit einem Abdeckwafer 240 geschlossen werden, der mittels Wafer-to-Wafer Bondprozessen montiert werden kann.
  • Beispielsweise können Lötpads 205 für das Second Level Packaging auf der Vorderseite 201 der Einheit 100 angeordnet werden. Demnach wäre das MEMS-Mikrofon 100 als ein sogenanntes Top Port Mikrofon ausgebildet.
  • In den 11A bis 11J sind einige erfindungsgemäße Ausführungsformen gezeigt. Eine grundsätzliche Idee besteht darin, das Rückvolumen 250 gemeinsam mit der rückseitigen Kavität 208 des MEMS-Bausteins 100 auszubilden, indem eine zweistufige Fotolithografie sowie ein zweistufiger Ätzprozess ausgeführt wird. Eine Reihe zusätzlicher Optionen an Verfahrensschritten kann ausführbar sein, und es können einige Teile optional entfernbar sein ohne dabei die grundsätzliche Idee der vorliegenden Offenbarung zu beeinträchtigen.
  • Das MEMS-Schallwandler-Element 100 beziehungsweise das Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements 100 kann ferner in Form der folgenden denkbaren Beispiele ausführbar sein.
    1. 1. Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements (100) mit den folgenden Schritten:
      • Bereitstellen eines ersten Substrats (200) mit einer ersten Substratseite (201), einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite (202) und einer auf der ersten Substratseite (201) angeordneten Membranschicht (203),
      • Durchführen eines ersten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt (221) bis zu einer ersten Tiefe (d1),
      • Durchführen eines zweiten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem zweiten Flächenabschnitt (222), der größer ist als der erste Flächenabschnitt (221) und den ersten Flächenabschnitt (221) beinhaltet, um die Membranschicht (203) in dem ersten Flächenabschnitt (221) freizulegen und ein Rückvolumen für die Membranschicht (203) zu erzeugen.
    2. 2. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Aufbringen eines Deckels (240) auf die zweite Substratseite (202), wobei der Deckel (240) zusammen mit dem ersten Substrat (200) eine geschlossene Kavität (208) bildet, die das Rückvolumen für die Membranschicht (203) bereitstellt.
    3. 3. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, wobei vor dem ersten Ätzen eine erste Ätzmaske (211) unter Aussparung des der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitts (221) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet wird, und wobei das erste Ätzen unter Verwendung der ersten Ätzmaske (211) erfolgt.
    4. 4. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, wobei vor dem zweiten Ätzen eine zweite Ätzmaske (212) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet wird, wobei die zweite Ätzmaske (212) den zweiten Flächenabschnitt (222) umgibt, und wobei das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske (212) erfolgt.
    5. 5. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, wobei vor dem ersten und vor dem zweiten Ätzen eine erste und eine zweite Ätzmaske (211, 212) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet werden, wobei die erste Ätzmaske (211) eine Aussparung aufweist in dem der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt (221) aufweist, und die zweite Ätzmaske (212) den zweiten Flächenabschnitt (222) umgibt, und wobei das erste Ätzen unter Verwendung der ersten Ätzmaske (211) und das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske (212) erfolgt.
    6. 6. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 5, wobei die erste Ätzmaske (211) die zweite Ätzmaske (212) zumindest abschnittsweise bedeckt.
    7. 7. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Anordnen einer Abdeckung (301) auf der ersten Substratseite (201), wobei die Abdeckung (301) von der Membranschicht (203) beabstandet ist und die Membranschicht (203) zumindest abschnittsweise abdeckt, und wobei die Abdeckung (301) eine der Membranschicht (203) gegenüberliegende Öffnung (302) aufweist.
    8. 8. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Anordnen eines Kontaktabschnitts (205) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei der Kontaktabschnitt (205) auf der ersten Substratseite (201) angeordnet wird.
    9. 9. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Bereitstellen einer Schaltungsanordnung (204) auf der ersten Substratseite (201), wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in der ersten Substratseite (201) integrierte Schaltungsanordnung ist, oder wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in einem separaten Element (263) ausgebildete Schaltungsanordnung ist, die zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem ersten Substrat (200) gekoppelt ist.
    10. 10. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 9, ferner beinhaltend ein Anordnen eines Kontaktabschnitts (205) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei der Kontaktabschnitt (205) auf einer der ersten Substratseite (201) abgewandten Seite (601) der Schaltungsanordnung (204) angeordnet wird.
    11. 11. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Bereitstellen einer Schaltungsanordnung (204) und Anordnen der Schaltungsanordnung (204) innerhalb des Rückvolumens (250).
    12. 12. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Vergießen von zumindest der ersten Substratseite (201) mit einer Vergussmasse.
    13. 13. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Anordnen einer Schutzschicht auf einer der ersten Substratseite abgewandten Seite der Membranschicht.
    14. 14. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, ferner beinhaltend ein Bereitstellen eines zweiten Substrats mit zumindest einer Kavität, und Anordnen des zweiten Substrats auf der ersten Substratseite des ersten Substrats, wobei sich die Membranschicht innerhalb der Kavität befindet.
    15. 15. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 14, ferner beinhaltend ein Anordnen einer Schaltungsanordnung in einer zweiten Kavität des zweiten Substrats.
    16. 16. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 14, ferner beinhaltend ein Anordnen eines Kontaktabschnitts (205) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei der Kontaktabschnitt (205) auf zumindest einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) abgewandten Seite des zweiten Substrats oder einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) abgewandten Seite der Schaltungsanordnung (204) angeordnet wird.
    17. 17. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 15, wobei auf einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) gegenüberliegend angeordneten Substratseite des zweiten Substrats eine Öffnung eingebracht wird, die sich bis in die Kavität des zweiten Substrats hinein erstreckt.
    18. 18. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, wobei das erste Substrat (200) ein Wafersubstrat ist und das Verfahren auf Wafer Ebene durchgeführt wird.
    19. 19. MEMS-Schallwandler-Element (100) mit
      • einem ersten Substrat (200) mit einer ersten Substratseite (201), einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite (202), und einer auf der ersten Substratseite (201) angeordneten Membranschicht (203),
      • wobei das erste Substrat (200) eine Kavität (208) aufweist, die im Bereich der Membranschicht (203) eine erste Öffnung (209) in der ersten Substratseite (201) definiert, wobei sich die erste Öffnung (209) über einen ersten Flächenabschnitt (221) erstreckt und wobei die Membranschicht (203) freischwingend über der ersten Öffnung (209) angeordnet ist,
      • wobei die Kavität (209 eine zweite Öffnung (210) in der zweiten Substratseite (202) definiert, wobei sich die zweite Öffnung (210) über einen zweiten Flächenabschnitt (222) erstreckt und ein Rückvolumen des MEMS-Schallwandler-Elements (100) bildet, wobei der zweite Flächenabschnitt (222) größer ist als der erste Flächenabschnitt (221) und den ersten Flächenabschnitt (221) beinhaltet.
    20. 20. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 19, wobei ein Deckel (240) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet ist, und der Deckel (240) die das Rückvolumen (250) bildende Kavität (208) verschließt.
    21. 21. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 19, wobei eine Abdeckung (301) auf der ersten Substratseite (201) angeordnet ist, die von der Membranschicht (203) beabstandet ist und die Membranschicht (203) zumindest abschnittsweise abdeckt, und wobei die Abdeckung (301) eine der Membranschicht (203) gegenüberliegende Öffnung (302) aufweist.
    22. 22. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 19, wobei ein Kontaktabschnitt (205) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100) auf der ersten Substratseite (201) angeordnet ist.
    23. 23. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 19, wobei das MEMS-Schallwandler-Element (100) eine auf der ersten Substratseite (201) angeordnete Schaltungsanordnung (204) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in der ersten Substratseite (201) integrierte Schaltungsanordnung ist, oder wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in einem separaten Element (263) ausgebildete Schaltungsanordnung ist, die zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem ersten Substrat (200) gekoppelt ist.
    24. 24. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 23, wobei ein Kontaktabschnitt (205) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100) auf einer der ersten Substratseite (201) abgewandten Seite (601) der Schaltungsanordnung (204) angeordnet ist.
    25. 25. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Ausführungsbeispiel 19, wobei das MEMS-Schallwandler-Element (100) eine innerhalb des Rückvolumens (250) angeordnete Schaltungsanordnung (204) aufweist.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
  • Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
  • Allgemein können Ausführungsbeispiele als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
  • Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
  • Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Offenbarung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schallwandler-Elements (100) mit einer Schaltungsanordnung (204) zum Steuern des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Substrats (200) mit einer ersten Substratseite (201), einer gegenüberliegenden zweiten Substratseite (202) und einer auf der ersten Substratseite (201) angeordneten Membranschicht (203), Bereitstellen eines zweiten Substrats (1100) mit einer ersten Kavität (1102a) und einer zweiten Kavität (1102b), Anordnen des zweiten Substrats (1100) auf der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200), sodass sich die Membranschicht (203) innerhalb der ersten Kavität (1102a) befindet, Einbringen einer Öffnung (302) auf einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) gegenüberliegend angeordneten Substratseite (1104) des zweiten Substrats (1100), wobei sich die Öffnung (302) bis in die erste Kavität (1102a) des zweiten Substrats (1100) hinein erstreckt, Öffnen der zweiten Kavität (1102b) und Anordnen der Schaltungsanordnung (204) in der geöffneten zweiten Kavität (1102b) des zweiten Substrats (1100), Durchführen eines ersten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt (221) bis zu einer ersten Tiefe (d1), und Durchführen eines zweiten Ätzens von der zweiten Substratseite (202) her in einem zweiten Flächenabschnitt (222), der größer ist als der erste Flächenabschnitt (221) und den ersten Flächenabschnitt (221) beinhaltet, um die Membranschicht (203) in dem ersten Flächenabschnitt (221) freizulegen und ein Rückvolumen (250) für die Membranschicht (203) zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das MEMS-Schallwandler-Element (100) einen MEMS-Schallwandler und gleichzeitig ein Package für den MEMS-Schallwandler bildet, sodass das Volumen des Packages als das Rückvolumen (250) für die Membranschicht (203) dient.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner beinhaltend ein Aufbringen eines Deckels (240) auf die zweite Substratseite (202), wobei der Deckel (240) zusammen mit dem ersten Substrat (200) eine geschlossene Kavität (208) bildet, die das Rückvolumen (250) für die Membranschicht (203) bereitstellt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei vor dem ersten Ätzen eine erste Ätzmaske (211) unter Aussparung des der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitts (221) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet wird, und wobei das erste Ätzen unter Verwendung der ersten Ätzmaske (211) erfolgt, und wobei vor dem zweiten Ätzen eine zweite Ätzmaske (212) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet wird, wobei die zweite Ätzmaske (212) den zweiten Flächenabschnitt (222) umgibt, und wobei das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske (212) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei vor dem ersten und vor dem zweiten Ätzen eine erste und eine zweite Ätzmaske (211, 212) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet werden, wobei die erste Ätzmaske (211) eine Aussparung in dem der Membranschicht (203) gegenüberliegenden ersten Flächenabschnitt (221) aufweist, und die zweite Ätzmaske (212) den zweiten Flächenabschnitt (222) umgibt, und wobei das erste Ätzen unter Verwendung der ersten Ätzmaske (211) und das zweite Ätzen unter Verwendung der zweiten Ätzmaske (212) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Ätzmaske (211) die zweite Ätzmaske (212) zumindest abschnittsweise bedeckt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in einem separaten Element (263) ausgebildete Schaltungsanordnung ist, die zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem ersten Substrat (200) gekoppelt ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner beinhaltend ein Anordnen einer Schutzschicht (1103) auf einer der ersten Substratseite (201) abgewandten Seite der Membranschicht (203).
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner beinhaltend ein Anordnen eines Kontaktabschnitts (1131, 1132) zum elektrischen Kontaktieren des MEMS-Schallwandler-Elements (100), wobei der Kontaktabschnitt (1131) auf zumindest einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) abgewandten Seite (1104) des zweiten Substrats (100), oder wobei der Kontaktabschnitt (1132) auf einer der ersten Substratseite (201) des ersten Substrats (200) abgewandten Seite (601) der Schaltungsanordnung (204) angeordnet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Substrat (200) ein Wafersubstrat ist und das Verfahren auf Wafer Ebene durchgeführt wird.
  11. MEMS-Schallwandler-Element (100), herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche
  12. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach Anspruch 11, wobei ein Deckel (240) auf der zweiten Substratseite (202) angeordnet ist, und der Deckel (240) die das Rückvolumen (250) bildende Kavität (208) verschließt.
  13. MEMS-Schallwandler-Element (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Schaltungsanordnung (204) eine in einem separaten Element (263) ausgebildete Schaltungsanordnung ist, die zumindest mechanisch oder elektrisch mit dem ersten Substrat (200) gekoppelt ist.
DE102017205971.0A 2017-04-07 2017-04-07 Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements Active DE102017205971B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205971.0A DE102017205971B4 (de) 2017-04-07 2017-04-07 Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements
US15/946,443 US10616703B2 (en) 2017-04-07 2018-04-05 MEMS sound transducer element and method for producing a MEMS sound transducer element
CN201810307956.4A CN108696811B (zh) 2017-04-07 2018-04-08 Mems声学换能器元件和制造mems声学换能器元件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205971.0A DE102017205971B4 (de) 2017-04-07 2017-04-07 Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102017205971A1 DE102017205971A1 (de) 2018-10-11
DE102017205971B4 true DE102017205971B4 (de) 2022-09-22

Family

ID=63588090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017205971.0A Active DE102017205971B4 (de) 2017-04-07 2017-04-07 Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10616703B2 (de)
CN (1) CN108696811B (de)
DE (1) DE102017205971B4 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017214558B9 (de) * 2017-08-21 2021-02-25 Infineon Technologies Ag Verfahren zur erzeugung eines mems-sensors
GB2582382B (en) * 2019-03-22 2023-10-25 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd Semiconductor structures
US11965762B2 (en) * 2019-10-21 2024-04-23 Flusso Limited Flow sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005004877A1 (de) 2005-02-03 2006-08-10 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20100158279A1 (en) 2008-12-23 2010-06-24 Stmicroelectronics S.R.I. Integrated acoustic transducer obtained using mems technology, and corresponding manufacturing process
US20140314254A1 (en) 2013-04-18 2014-10-23 Stmicroelectronics S.R.I. Micromechanical detection structure for a mems acoustic transducer and corresponding manufacturing process
US20150102390A1 (en) 2013-10-15 2015-04-16 Invensense, Inc. Integrated cmos back cavity acoustic transducer and the method of producing the same
DE102014116129A1 (de) 2013-11-06 2015-05-07 Infineon Technologies Ag System und Verfahren für einen MEMS-Wandler

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5088950B2 (ja) * 2006-11-22 2012-12-05 株式会社船井電機新応用技術研究所 集積回路装置及び音声入力装置、並びに、情報処理システム
CN102932722A (zh) * 2012-11-08 2013-02-13 山东共达电声股份有限公司 Mems传声器
US9521499B2 (en) * 2013-06-26 2016-12-13 Infineon Technologies Ag Electronic device with large back volume for electromechanical transducer
CN103542926B (zh) * 2013-10-09 2015-07-08 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种光纤微机电水听器及其制作方法
CN106032268A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种mems器件的制作方法
CN205249483U (zh) * 2015-12-24 2016-05-18 北京卓锐微技术有限公司 Mems麦克风
CN206014405U (zh) * 2016-08-31 2017-03-15 中国科学院微电子研究所 悬浮结构的mems红外光源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005004877A1 (de) 2005-02-03 2006-08-10 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20100158279A1 (en) 2008-12-23 2010-06-24 Stmicroelectronics S.R.I. Integrated acoustic transducer obtained using mems technology, and corresponding manufacturing process
US20140314254A1 (en) 2013-04-18 2014-10-23 Stmicroelectronics S.R.I. Micromechanical detection structure for a mems acoustic transducer and corresponding manufacturing process
US20150102390A1 (en) 2013-10-15 2015-04-16 Invensense, Inc. Integrated cmos back cavity acoustic transducer and the method of producing the same
DE102014116129A1 (de) 2013-11-06 2015-05-07 Infineon Technologies Ag System und Verfahren für einen MEMS-Wandler

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017205971A1 (de) 2018-10-11
US20180295458A1 (en) 2018-10-11
CN108696811B (zh) 2021-07-20
CN108696811A (zh) 2018-10-23
US10616703B2 (en) 2020-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014214153B4 (de) Oberflächenmontierbares Mikrofonpackage
DE112014001343T5 (de) Mikrofonpackage mit integriertem Substrat
EP3218303B1 (de) Mems package
DE102010040370B4 (de) MEMS-Mikrofon-Package
DE102017205971B4 (de) Mems-schallwandler-element und verfahren zum herstellen eines mems-schallwandler-elements
DE102011084582B3 (de) Mikromechanische Sensorvorrichtung mit Moldverpackung und entsprechendes Herstellungsverfahren
EP2773970B1 (de) Bauelement und verfahren zur herstellung eines bauelements
DE102010052071A1 (de) Gehäusesysteme von Mikrosystemtechnik-Mikrofonen
DE102011086764A1 (de) MEMS-Chippackage und Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Chippackages
DE102014216223A1 (de) Verkapseltes MEMS-Bauelement
DE112018002672T5 (de) Mikrofongehäuse für vollummantelte asic und drähte
DE102014216742B4 (de) Stapel aus einem MEMS-Chip und einem Schaltungs-Chip
DE102004013770A1 (de) Wafer level package for micro device and manufacturing method thereof
DE102017204817B4 (de) Vorrichtung mit Hohlraumstruktur und Verfahren zum Herstellen selbiger
DE102017214558B4 (de) Verfahren zur erzeugung eines mems-sensors
DE102011086765A1 (de) Chip mit mikro-elektromechanischer Struktur und Verfahren zum Herstellen eines Chips mit mikro-elektromechanischer Struktur
DE102013211597A1 (de) ASIC-Bauelement mit einem Durchkontakt
DE102010043189A1 (de) Integrierter akustischer Schalltrichter und Leitungsrahmen
EP3231010B1 (de) Einfach herstellbares elektrisches bauelement und verfahren zur herstellung eines elektrischen bauelements
DE102004001889B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines FBAR und einer FBAR-basierten Duplexervorrichtung
DE10316776B4 (de) Verfahren zum Erzeugen einer Schutzabdeckung für ein Bauelement
DE102017204405B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem MEMS-Chip und einer leitfähigen Schicht
DE102014210934A1 (de) Vertikal hybrid integriertes MEMS-ASIC-Bauteil mit Stressentkopplungsstruktur
DE112017003395T5 (de) Wandlereinheit mit kontaktdurchführungen
DE102010009452A1 (de) Träger zum elektrischen Verbinden mehrerer Kontakte mindestens eines auf den Träger aufgebrachten Chips und Verfahren zum Herstellen des Trägers

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative