DE102017212613B4 - MEMS-Bauelement und Herstellungsverfahren für ein MEMS-Bauelement - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren (100) für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement (300), mit folgenden Schritten:Bereitstellen (120) einer Schichtanordnung (200) auf einem Trägersubstrat (210), wobei die Schichtanordnung (200) eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur (220, 230) und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur (240) aufweist, wobei ein Opfermaterial (250) in einem Zwischenbereich (260) zwischen der Gegenelektrodenstruktur (240) und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) angeordnet ist, und wobei die erste Membranstruktur (220) eine Öffnungsstruktur (270) zu dem Zwischenbereich (260) mit dem Opfermaterial (250) aufweist, undteilweises Entfernen (140) des Opfermaterials (250) aus dem Zwischenbereich (260), um eine das Opfermaterial (250) aufweisende mechanische Verbindungsstruktur (280) zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) zu erhalten, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur (220, 230) mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur (240) mechanisch entkoppelt ist;wobei die Öffnungsstruktur (270; 270, 272) in der ersten Membranstruktur (220) oder in der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) derart ausgebildet ist, um basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial (250) bei dem Ätzvorgang die das Opfermaterial (250) aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur (280; 280-n) zu bilden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Doppelmembran-MEMS-Bauelemente und auf Herstellungsverfahren für Doppelmembran-MEMS-Bauelemente, wie z. B. MEMS-Druckwandler, akustische MEMS-Sensoren oder MEMS-Schallwandler in Form von MEMS-Mikrophonen oder MEMS-Lautsprechern. Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf akustische MEMS-Sensoren, die gegenüber Umgebungseinflüssen geschützt sind.
  • Hintergrund
  • Akustische MEMS-Sensoren, wie z. B. MEMS-Mikrophone, sind offene Bauelemente und funktionsbedingt gegenüber der umliegenden Umgebung freiliegend. Daher sind solche Sensoren anfällig für Verunreinigungen oder Kontaminationen mit organischen oder anorganischen Partikeln, Flüssigkeiten, Feuchtigkeit usw., die in die aktiven Sensorstrukturen eindringen können. Dies kann zu einer Fehlfunktion oder zu einer verringerten Leistungsfähigkeit des Sensors führen. Mobiltelefonhersteller investieren große Anstrengungen, um die Sensoren innerhalb der Anwendung, wie z. B. innerhalb mobiler Geräte, durch aufwändige Gitter und spezielle Ports zu schützen.
  • Darüber hinaus ist zu beachten, dass MEMS-Sensoren während des Komponentenzusammenbaus überhaupt nicht geschützt sind, so dass mögliche Kontaminationen innerhalb der Produktionslinie auch Fehlfunktionen verursachen können. Folglich sind kostenintensive Reinraumanordnungen erforderlich, um ansonsten auftretende Beeinträchtigungen bei der Produktionsausbeute möglichst zu verhindern.
  • Wie bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, werden MEMS-Mikrophone beispielsweise teilweise durch mechanische Schutzelemente, wie Gitter etc., auf Bauelementebene geschützt. Dies ist kostenaufwändig und beschränkt häufig das Produktdesign auf Endkundenebene.
  • Dagegen existieren auch auf Ebene der Mikrophonbauelemente Ansätze für das Design der kapazitiven Struktur. Die kapazitive Struktur weist beispielsweise eine perforierte Rückplatte (Back Plate), eine auslenkbare Membran und den dazwischen liegenden Luftspalt auf, wobei beispielsweise die empfindliche und aktive Sensorkapazität, d. h. der Luftspalt, durch die Membran geschützt wird. Je nach gewünschtem Gehäusedesign für das Mikrophon ist aber auch das resultierende Design des Mikrophons dann anzupassen, wenn beispielsweise je nach Positionierung bzgl. des Sound- Ports (Schallöffnung) die gewünschte Schutzwirkung erhalten werden soll. Ferner soll das MEMS-Mikrophondesign das akustische Verhalten des Mikrophons nicht beeinträchtigen, d. h. es ist erwünscht, ein möglichst hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR = Signal to Noise Ratio) des Mikrophonausgangssignals zu erhalten.
  • Die DE 10 2015 103 059 A1 bezieht sich auf eine Sensorstruktur zum Abfühlen von Druckwellen und Umgebungsdruck. Die Sensorstruktur kann eine erste leitfähige Schicht, ein Elektrodenelement und eine auf einer der ersten elektrisch leitfähigen Schicht entgegengesetzten Seite des Elektrodenelements angeordnete zweite leitfähige Schicht umfassen. Die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht können eine Kammer ausbilden. Der Druck in der Kammer kann niedriger sein als der Druck außerhalb der Kammer.
  • Die DE 10 2015 103 236 A1 bezieht sich auf eine MEMS-Sensorstruktur zum Abfühlen von Druckwellen und einer Änderung des Umgebungsdrucks. Die Sensorstruktur weist eine erste Diaphragmastruktur, ein Elektrodenelement und eine zweite Diaphragmastruktur, die auf einer der ersten Diaphragmastruktur entgegengesetzten Seite des Elektrodenelements angeordnet ist, auf. Die Sensorstruktur umfasst auch eine Kammer, die durch die erste und zweite Diaphragmastruktur ausgebildet ist, wobei der Druck in der Kammer niedriger ist als der Druck außerhalb der Kammer
  • Die DE 10 2010 031 659 A1 bezieht sich auf ein mikromechanisches Sensorelement zur kapazitiven Differenzdruckerfassung. Die Membranstruktur des Sensorelements ist in einem Schichtaufbau auf einem Substrat realisiert und umfasst eine Doppelmembran, die als Träger für eine auslenkbare Messelektrode dient, und eine Mittelmembran als Träger für eine feststehende Gegenelektrode. Die Mittelmembran ist zwischen der unteren und der oberen Membran der Doppelmembran in den Schichtaufbau eingebunden. Zur mechanischen Entkopplung von der Doppelmembran weist sie Durchgangsöffnungen für die Verbindungsstützen zwischen der unteren und der oberen Membran auf. Die obere Membran erstreckt sich allseitig bis über die untere Membran hinaus. Die obere Membran ist durch äußere Verbindungsstützen umlaufend mit einem Rahmenbereich der unteren Membran starr verbunden und die Mittelmembran erstreckt sich bis über diesen Rahmenbereich hinaus und ist erst außerhalb dieses Rahmenbereichs in den Schichtaufbau über dem Substrat eingebunden.
  • Die DE 10 2009 000 056 A1 bezieht sich auf ein Sensorelement zur kapazitiven Differenzdruckerfassung .
  • Die DE 10 2014 212 340 A1 bezieht sich auf ein MEMS-Mikrofon mit Niederbereich zwischen Membran und Gegenelektrode.
  • Zusammenfassung
  • Es besteht daher ein Bedarf nach einem Konzept für MEMS-Bauelemente, wie z. B. akustische MEMS-Sensoren, und für ein entsprechendes Herstellungsverfahren, mit dem ein akustischer MEMS-Sensor mit möglichst gutem akustischen Verhalten als auch gleichzeitig mit einem Partikelschutz, d. h. einem Schutz des Luftspalts zwischen beweglicher Membran und Rückplatte (Back Plate), erhalten werden kann.
  • Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Patentansprüche erfüllt werden. Weiterbildungen des vorliegenden Konzepts sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein Herstellungsverfahren 100 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 (MEMS = Mikroelektromechanisches System) folgende Schritte auf: Bereitstellen 120 einer Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, wobei ein Opfermaterial 250 in einem Zwischenbereich 260 zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet ist, und wobei die erste Membranstruktur 220 eine Öffnungsstruktur 270 zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 aufweist, und teilweises Entfernen 140 des Opfermaterials 250 aus dem Zwischenbereich 260, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt des teilweisen Entfernens 140 mittels eines anisotropen Ätzvorgangs des Opfermaterials durchgeführt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 geometrisch so ausgebildet, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement 280, das das Opfermaterial 250 aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n, die das Opfermaterial 250 aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ferner die zweite Membranstruktur 230 eine Öffnungsstruktur 272 auf, wobei die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 so ausgebildet sind, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials 250 ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement 280, das das Opfermaterial aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n, die das Opfermaterial aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnungsstruktur 270; 270, 272 in der ersten Membranstruktur 220 oder in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 derart ausgebildet, um basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang die das Opfermaterial aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280; 280-n zu bilden, so dass die Verbindungsstruktur 280 zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Öffnungsstruktur 270, 272 in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 Einzelöffnungen 270-n, 272-n auf einer Kreislinie auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Einzelöffnungen 270-n, 272-n symmetrisch um einen geometrischen Mittelpunkt M der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Öffnungsstruktur 270, 272 eine Vielzahl verteilter Einzelöffnungen 270-n, 272-n in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 auf, wobei ein Bereich mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen vorgesehen ist, um eine Position eines Verbindungselements 280 vorzugeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Bereichen mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen 270-n, 272-n vorgesehen, um Positionen für die Mehrzahl von Verbindungselementen 280-n vorzugeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden vor dem Schritt 120 des Bereitstellens der Schichtanordnung folgende Schritte durchgeführt: Strukturiertes 111 Bilden der zweiten Membranstruktur auf dem Trägersubstrat in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels, Aufbringen 113 von Opfermaterial auf die zweite Membranstruktur, Strukturiertes 115 Bilden der Gegenelektrodenstruktur in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf dem aufgebrachten Opfermaterial, Aufbringen 117 von Opfermaterial auf die Gegenelektrodenstruktur, und Strukturiertes Bilden 119 der ersten Membranstruktur auf dem Opfermaterial in Form einer ersten Membranschicht oder eines ersten Membranschichtstapels.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein Herstellungsverfahren 150 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement folgende Schritte auf: Bereitstellen einer Schichtstrukturanordnung auf einem Halbleitersubstrat, wobei die Schichtanordnung eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur aufweist, wobei ein Opfermaterial in einem Zwischenbereich zwischen der Gegenelektrodenstruktur und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur angeordnet ist, wobei in dem Opfermaterial eine mechanische Verbindungsstruktur mit zumindest einem säulenförmigen, mechanischen Verbindungselement gebildet ist, das zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur und getrennt von der Gegenelektrodenstruktur angeordnet ist und ein zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial aufweist, und wobei die erste Membranstruktur eine Öffnungsstruktur zu dem Zwischenbereich mit dem Opfermaterial aufweist, und Entfernen des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich, um das zumindest eine säulenförmige, mechanische Verbindungselement zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur freizulegen, das zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt des Entfernens des Opfermaterials mittels eines anisotropen Ätzvorgangs mit einem Ätzmittel durchgeführt, wobei das Ätzmittel eine Ätzrate hat, die für das Opfermaterial erheblich höher ist als für das Füllmaterial.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden vor dem Schritt des Bereitstellens der Schichtanordnung folgende Schritte durchgeführt: Strukturiertes Bilden der zweiten Membranstruktur in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels auf dem Trägersubstrate, Aufbringen von Opfermaterial auf die zweite Membranstruktur, Strukturiertes Bilden der Gegenelektrodenstruktur in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf das aufgebrachte Opfermaterial, Aufbringen von Opfermaterial auf die Gegenelektrodenstruktur zu erhalten, Einbringen zumindest einer säulenförmigen Durchgangsöffnung in das Opfermaterial bis zu der ersten Membranstruktur, Füllen der zumindest einen säulenförmigen Durchgangsöffnung mit dem Füllmaterial, um die mechanische Verbindungsstruktur zu erhalten, und Strukturiertes Bilden der ersten Membranstruktur in Form einer Membranschicht oder eines Membranschichtstapels auf dem Opfermaterial und dem Füllmaterial.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt des Einbringens eine Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen in das Opfermaterial eingebracht, die durch das Opfermaterial bis zu der ersten Membranschicht oder dem ersten Membranschichtstapel ausgebildet ist, wird ferner bei dem Schritt des Füllens die Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen mit dem Füllmaterial gefüllt, und wird bei dem Schritt des Entfernens des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich eine Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur erhalten, wobei die Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 eine Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, und eine ein Opfermaterial 250 aufweisenden mechanischen Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220. 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die das Opfermaterial 250 aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280 ein einzelnes säulenförmiges mechanisches Verbindungselement 280 oder eine Mehrzahl von säulenförmigen mechanischen Verbindungselementen 280-n auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 mit dem Verfahren 100 hergestellt.
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich somit auf Doppelmembran-MEMS-Bauelemente, wie z. B. akustische MEMS-Sensoren oder kapazitiv auslesbare Doppelmembran-Schallwandlerelemente, und deren Herstellungsverfahren.
  • Gemäß einem Aspekt ist die Perforation zumindest einer der beiden Membranstrukturen so gewählt, dass bei der z.B. nasschemischen Entfernung des Opfermaterials zwischen den beiden Membranstrukturen in dem Zwischenraum eine das Opfermaterial aufweisende mechanische Verbindungsstruktur zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur gebildet wird, wobei die mechanische Verbindungsstruktur in Form des zumindest einen säulenförmigen, mechanischen Verbindungselements bzw. Säulenelemente zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und getrennt von der Gegenelektrodenstruktur angeordnet ist. Die mechanische Verbindungsstruktur wird also aus dem in dem Zwischenraum gezielt verbleibenden Opfermaterial gebildet, da der Entfernungs- bzw. Ätzvorgang nur solange durchgeführt wird, bis die gewünschte mechanische Verbindungsstruktur erhalten wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die mechanische Verbindungsstruktur bereits in dem Opfermaterial, das in dem Zwischenbereich angeordnet ist, ausgebildet und weist ein zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial auf. Bei dem Entfernen des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich bleibt die Verbindungsstruktur „automatisch“ zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur zurück.
  • Die mechanische Verbindungsstruktur wird in Form des zumindest einen säulenförmigen, mechanischen Verbindungselements zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur und getrennt von der Gegenelektrodenstruktur angeordnet und weist ein zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial auf. Bei dem z.B. nasschemischen Entfernen des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich bildet sich nun die mechanische Verbindungsstruktur zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur aus, wobei die mechanische Verbindungsstruktur wiederum zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Basierend auf den oben dargestellten Vorgehensweisen zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements, z. B. eines Dual-Membran-Mikrophons, kann der erforderliche Zusatzaufwand in dem Herstellungsprozess für MEMS-Bauelemente sehr gering gehalten werden, wobei insbesondere der Herstellungsschritt des Bildens der mechanischen Verbindungsstruktur in Form der säulenförmigen, mechanischen Verbindungselemente zwischen den beiden Membranstrukturen des MEMS-Bauelements äußerst einfach in bisherige Prozessabläufe für MEMS-Bauelemente integriert werden kann.
  • Dazu wird gemäß dem ersten Aspekt das Opfermaterial „gezielt“ nicht vollständig aus dem Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur entfernt, um die mechanische Verbindungsstruktur zu bilden. Bei dem weiteren Aspekt ist in dem Opfermaterial, das in dem Zwischenbereich angeordnet ist, bereits die mechanische Verbindungsstruktur ausgebildet und weist ein zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial auf, wobei beim Entfernen des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur zurückbleibt. Das zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial weist z.B. ein ätzresistentes Material auf.
  • Durch das Ausbilden der mechanisch gekoppelten Doppelmembran-Struktur mit der dazwischen liegenden Gegenelektrodenstruktur als MEMS-Bauelement können sowohl ein äußerst gutes akustisches Verhalten des MEMS-Bauelements als auch ein äußerst guter mechanischer Schutz für den Zwischenbereich zwischen den beiden Membranstrukturen erhalten werden. Basierend auf dieser Ausgestaltung der MEMS-Bauelemente ist das Design des MEMS-Bauelements im Wesentlichen unabhängig von dem jeweiligen Gehäusetyp, das für das MEMS-Bauelement vorgesehen ist. Es wird also der Doppelmembran-Ansatz mit dem Leistungsvorteil von zwei Zwischenräumen, d. h. den Zwischenräumen zwischen jeweils der ersten und zweiten Membranstruktur und der Gegenelektrodenstruktur (Rückplatte), kombiniert. So wird insbesondere ein differenzielles Auslesen des MEMS-Bauelements ermöglicht, wobei ferner die Schutzvorteile in beiden Richtungen durch die beiden außen liegenden Membranstrukturen vorliegen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die offene Fläche, die zu der Umgebung freiliegend ist, durch das vorliegende MEMS-Bauelementdesign minimiert werden kann, und zwar unabhängig davon, welche Seite des MEMS-Bauelements der Schallöffnung zugewandt ist.
  • Basierend auf dem vorliegenden Herstellungsverfahren für Doppelmembran-MEMS-Bauelemente mit der Implementierung der mechanischen Verbindungselemente zwischen den beiden Membranstrukturen kann neben der erhöhten mechanischen Schutzfunktion und mechanischen Stabilität ferner auch das elektrische Signalverhalten, wie z. B. das THD-Verhalten (THD = Total Harmonic Distortion = gesamte harmonische Verzerrung) als auch das Rauschverhalten (SNR = Signal to Noise Ratio = Signal-zu-Rausch-Abstand) deutlich gegenüber bisherigen Ansätzen verbessert werden. Die mechanischen, säulenförmigen Verbindungselemente können beispielsweise nicht-leitfähig ausgebildet sein, um die beiden Membranstrukturen als unterschiedliche Elektroden in einem differenziellen Betrieb auslesen zu können. Ferner kann die Anzahl und Größe der säulenförmigen Verbindungselemente basierend auf der vorliegenden Konzept äußerst einfach an die jeweiligen Produktanforderungen angepasst werden und somit äußerst einfach in bisherige Prozessabläufe integriert werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1a-c ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2a-c ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 3a-c ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 4a-c ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 5 ein beispielhaftes Verfahren zur Ausbildung der Schichtstruktur als Ausgangspunkt des Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 6 ein beispielhaftes Doppelmembran-MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 7a-c ein beispielhaftes weiteres Verfahren zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
    • 8 ein beispielhaftes Verfahren zur Ausbildung der Schichtstruktur als Ausgangspunkt des weiteren Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Im Folgenden wird nun anhand von schematischen Darstellungen in 1a-c der prinzipielle Ablauf des Verfahrens 100 zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 (MEMS = Mikroelektromechanisches System) gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung der geometrischen Zusammenhänge ist ferner in 1c beispielhaft ein x-y-z-Koordinatensystem dargestellt, wobei die x-y-Ebene die Zeichenebene darstellt.
  • Bei dem Herstellungsverfahren 100 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement wird bei einem Schritt 120 eine Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wie z.B. einem Halbleitersubstrat, bereitgestellt, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und eine zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist. Ferner ist ein Opfermaterial 250 in einem Zwischenbereich 260 zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet. Die erste Membranstruktur 220 umfasst eine Öffnungsstruktur 270 mit zumindest einer Zugangsöffnung 270-n zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250. In 1a sind beispielhaft eine Mehrzahl von Zugangsöffnungen 270-n, mit n = 1 ... 4, dargestellt.
  • Bei einem Schritt 140 wird nun das Opfermaterial 250 aus dem Zwischenbereich 260 teilweise entfernt, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • 1b zeigt nun beispielhaft eine Zwischenstufe bei dem Schritt 140, wobei erst ein relativ geringer Teil des zu entfernenden Opfermaterials 250 angrenzend an die Zugangsöffnungen 270-n entfernt wurde.
  • Der Schritt 140 des Entfernens des Opfermaterials 250 wird nun solange durchgeführt, bis die mechanische Verbindungsstruktur 280 erhalten wird, die beispielsweise in Form eines im Wesentlichen säulenförmigen mechanischen Verbindungselements 280 ausgebildet ist, das zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 entkoppelt ist, wie dies in 1c dargestellt ist.
  • Wie in 1c ferner beispielhaft dargestellt ist, ist die mechanische Verbindungsstruktur 280 mechanisch mit der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 verbunden, d. h. zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt. Ferner wird bei dem Schritt des Entfernens 140 das Opfermaterial 250 gezielt aus dem Zwischenbereich so entfernt, dass die mechanische Verbindungsstruktur 280 keine mechanische Verbindung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, d. h. die mechanische Verbindungsstruktur 280, z.B. in x-Richtung, bewegbar bzw. auslenkbar bezüglich der Gegenelektrodenstruktur 240 ist.
  • Wie in 1c ferner dargestellt ist, weist die Gegenelektrodenstruktur 240 in dem Bereich der ausgebildeten, mechanischen Verbindungsstruktur 280 eine „Durchgangsöffnung“ bzw. Ausnehmung 242 auf.
  • Wie in dem beispielhaft in 1c dargestellten Koordinatensystem dargestellt ist, ist die Doppelmembran-Anordnung mit der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 und der dazwischen angeordneten, mechanischen Verbindungsstruktur 280 entlang einer bezüglich der Zeichenebene vertikalen Richtung (x-Richtung) auslenkbar, wobei eine im Normalbetrieb mögliche maximale Auslenkung ΔX vorliegt. Bei dem teilweisen Entfernen 140 des Opfermaterials 250 wird nun die mechanische Verbindungsstruktur 280 gezielt so ausgebildet, dass im Bereich der maximalen Auslenkung ΔX der Doppelmembran-Anordnung 220, 230 keine mechanische Berührung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 erfolgt, d. h. der Durchmesser D der mechanischen Verbindungsstruktur 280 innerhalb des maximalen Auslenkungsbereichs ΔX ist kleiner als der Durchmesser A0 der Öffnung 242 der Gegenelektrodenstruktur 240, durch die die mechanische Verbindungsstruktur 280 hindurch angeordnet ist.
  • Die Durchgangsöffnung 242 ist also so ausgebildet, dass die Öffnung 242 einen Mindestabstand A0 definiert, wobei der Mindestabstand A0 größer ausgebildet ist als ein maximaler Durchmesser D des mechanischen Verbindungselements 280. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass sich eine vertikale Projektion (in x-Richtung) bzw. der Querschnitt des mechanischen Verbindungselements 280 innerhalb der „Durchgangsöffnung“ bzw. Ausnehmung 242 befindet. Dies gilt zumindest für den maximalen (vertikalen) Auslenkungsbereich ΔX der Doppelmembran-Anordnung 220, 230 gegenüber einer Mittenebene M-1 (parallel zu y-z-Ebene) des Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 oder auch für die gesamte vertikale Abmessung des Zwischenbereichs 260.
  • Der Schritt 140 des teilweisen Entfernens des Opfermaterials 250 kann beispielsweise mittels eines Ätzvorgangs, wie z. B. eines anisotropen Ätzvorgangs, des Opfermaterials 250 durchgeführt werden.
  • Die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 ist nun geometrisch, d.h. hinsichtlich Durchmesser, Anzahl und Verteilung der Öffnungen 270-n, so ausgebildet, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials 250 ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement 280, das das Opfermaterial 250 aufweist bzw. aus dem Opfermaterial 250 gebildet ist, zu erhalten. Wie in 1c dargestellt ist, kann die Öffnungsstruktur 270 eine Mehrzahl von Öffnungen 270-n, mit n = 2, 3, 4, ..., aufweisen, durch die das Ätzmittel für den Ätzvorgang Zugang zu dem Zwischenbereich 260 und dem sich darin befindenden Opfermaterial 250 erhält. Die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 ist nun derart geometrisch ausgebildet, um basierend auf der resultierenden Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang 140, die das Opfermaterial 250 aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280 reproduzierbar zu bilden, so dass die Verbindungsstruktur, z. B. als ein säulenförmiges einzelnes mechanisches Verbindungselement 280, mechanisch zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Ferner bleibt das Opfermaterial 250 im Randbereich 200-A, 200-B der Schichtanordnung 200 erhalten und ist beispielsweise als mechanische Lager- bzw. Auflagestruktur für die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 wirksam.
  • Die Mehrzahl von Einzelöffnungen 270-n, mit n = 2, 3, 4, ...., der Öffnungsstruktur 270 ist beispielsweise symmetrisch bezüglich einer Mittelachse (Symmetrieachse) M der Schichtstrukturanordnung 200 angeordnet, wie z.B. auf einer Kreislinie (z.B. in der z-y-Ebene), mit einem rechteckigen Verlauf oder mit einem ovalen Verlauf etc., die jeweils die Symmetrieachse M als Mittelpunkt aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste Membranstruktur auch eine Vielzahl verteilter Einzelöffnungen 270-n, z. B. als eine Perforation, in der ersten Membranstruktur 220 aufweisen, wobei ein Bereich, z. B. um die geometrische Mittelachse M, in der ersten Membranstruktur 220, Einzelöffnungen mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen oder auch keine Einzelöffnungen aufweist, um die Position des Verbindungselements 280, z. B. an dem geometrischen Mittelpunkt M, vorzugeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Bereich mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen bzw. der Bereich ohne Einzelöffnungen auch an einer zu der Mittelachse M versetzten Position vorgesehen sein, um das mechanische Verbindungselement an einer zu dem geometrischen Mittelpunkt M versetzten Position zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 auszubilden.
  • So sind beispielsweise die Durchgangsöffnungen 270-n mit einem Durchmesser von etwa 200 nm, wie z.B. zwischen 50 und 500 nm, zwischen 100 und 300 nm oder zwischen 150 und 250 nm, in der Membranstruktur 220 und in einem Raster von 5 bis 10 µm, wie z.B. 1 - 50 µm oder 2 bis 20 µm, vorgesehen. Die Durchgangsöffnungen 270-n in der Membranstruktur sind beispielsweise bzgl. eines nachfolgenden Einbaus des Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 in einem Gehäuse (nicht gezeigt) auf der Seite des MEMS-Bauelements, die von dem Sound Port, d. h. der Schallöffnung, abgewandt ist, vorgesehen.
  • Idealerweise weist das säulenförmige, mechanische Verbindungselement 280 eine im Wesentlichen zylinderförmige Form auf, wobei sich aber beispielsweise aufgrund des einseitigen Ätzvorgangs zwischen den Membranstrukturen 220, 230 eine im Wesentlichen (leicht) kegelstumpfförmige Kontur des mechanischen Verbindungselements 280 ergeben kann. Da der Ätzvorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1a-c nur durch die erste Membranstruktur 220 hindurch erfolgt, kann das säulenförmige mechanische Verbindungselement ausgehend von der zweiten Membranstruktur 230 zu der ersten Membranstruktur 220 beispielsweise also eine sich verjüngende, konkave Außenkontur aufweisen. Diese Außenkontur ist nur als beispielhaft anzunehmen, da unterschiedliche Öffnungsstrukturen mit einer unterschiedlichen Anzahl und einer unterschiedlich Verteilung der Einzelöffnungen 270-n einen Einfluss auf die resultierende geometrische Form des säulenförmigen mechanischen Verbindungselements 280 haben.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen von 1a-c ist die erste Membranstruktur 220 beispielsweise entfernt zu dem Trägersubstrat 210 angeordnet, während die zweite Membranstruktur 230 im Wesentlichen angrenzend an das Halbleitersubstrat 210 bzw. der in dem Trägersubstrat 210 angeordneten Kavität 210-1 angeordnet ist. Gemäß Ausführungsbeispielen ist es natürlich auch möglich, dass die zweite Membranstruktur 230 die Öffnungsstruktur bzw. Perforation 270 aufweist, während die erste Membranstruktur 220 im Wesentlichen geschlossen ausgebildet ist.
  • Die obigen Ausführungen hinsichtlich der Verfahrensschritte in 1a-c sind dann gleichermaßen auf eine entsprechende Ausgestaltung anwendbar, wobei dann der Ätzvorgang ausgehend von in der zweiten Membranstruktur 230 angeordneten Öffnungsstrukturen (nicht gezeigt in 1a-c) ausgeführt wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können ferner weitere Schichten (nicht gezeigt in 1a-c) als Zwischenschichten, Isolationsschichten, Isolationsschichten mit eingebetteten Leiterbahnen und/oder auch Passivierungsschichten vorgesehen sein. Als ein ätzmittelresistentes Material kann für die weiteren Schichten beispielsweise ein Nitrid-Material verwendet werden. Weitere Zwischenschichten können beispielsweise zur Verankerung der Membranstrukturen und Gegenelektrodenstruktur vorgesehen sein, während in Isolationsschichten eingebettete Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen sein können. Eine Passivierungsschicht kann als Schutzschicht vorgesehen sein. Ferner können beispielsweise leitfähige Kontaktelemente 244, 246 vorgesehen sein, um elektrische Kontaktierungsbereiche für die Membranstrukturen 220, 230 bzw. die Gegenelektrodenstruktur 240 bereitzustellen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Opferschicht ein Oxid-Material, wie z.B. Siliziumoxid aufweisen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 ein Halbleitermaterial, wie z.B. (polykristallines oder monokristallines) Silizium aufweisen. Beispielhafte Ätzmittel können für einen Nassätzvorgang z.B. HNO3+HF, KOH, EDP oder TMAH aufweisen.
  • Im Folgenden werden nun anhand von 2a-c Ausführungsbeispiele eines beispielhaften Verfahrens 100 zur Herstellung eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 200 beschrieben.
  • Bei dem Herstellungsverfahren 100 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement wird bei einem Schritt 120 eine Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wie z.B. einem Halbleitersubstrat, bereitgestellt, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und eine zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist. Ferner ist ein Opfermaterial 250 in einem Zwischenbereich 260 zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet. Bei dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel weisen nun beide Membranstrukturen 220, 230 jeweils eine Öffnungsstruktur 270, 272 mit einer Mehrzahl von Zugangsöffnungen 270-n, 272-n, z.B. mit n = 2, 3, 4, 5, ..., zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 auf. In 2a sind beispielhaft vier Zugangsöffnungen 270-n, 272-n dargestellt.
  • Bei dem Schritt 140 wird nun das Opfermaterial 250 aus dem Zwischenbereich 260 teilweise entfernt, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • 2b zeigt nun beispielhaft eine Zwischenstufe bei dem Schritt 140, wobei erst ein relativ geringer Teil des zu entfernenden Opfermaterials 250 angrenzend an die Zugangsöffnungen 270-n, 272-n entfernt wurde. Der Schritt 140 des Entfernens des Opfermaterials 250 wird nun solange durchgeführt, bis die mechanische Verbindungsstruktur 280 erhalten wird, die beispielsweise in Form eines im Wesentlichen säulenförmigen mechanischen Verbindungselements ausgebildet ist, das zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 entkoppelt ist, wie dies in 2c dargestellt ist.
  • Wie in 2c ferner beispielhaft dargestellt ist, ist die mechanische Verbindungsstruktur 280 mechanisch mit der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 verbunden, d. h. zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt. Ferner wird bei dem Schritt des Entfernens 140 des Opfermaterials 250 das Opfermaterial so gezielt aus dem Zwischenbereich entfernt, dass die mechanische Verbindungsstruktur 280 keine mechanische Verbindung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, d. h. die mechanische Verbindungsstruktur 280 bewegbar bzw. auslenkbar bezüglich der Gegenelektrodenstruktur 240 ist.
  • Wie in 2c ferner dargestellt ist, weist die Gegenelektrodenstruktur 240 in dem Bereich der ausgebildeten, mechanischen Verbindungsstruktur 280 eine „Durchgangsöffnung“ bzw. Ausnehmung 242 auf, die so ausgebildet ist, dass die Öffnung 242 einen Mindestabstand A0 definiert. Die Durchgangsöffnung 242 ist nun wiederum so ausgebildet, dass im Bereich der maximalen Auslenkung ΔX der Doppelmembran-Anordnung 220, 230 keine mechanische Berührung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 erfolgt.
  • Die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten bzw. zweiten Membranstruktur 220, 230 sind geometrisch, d.h. hinsichtlich Durchmesser, Anzahl und Verteilung, wiederum so ausgebildet, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials 250 basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang 140, die das Opfermaterial aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280 reproduzierbar zu bilden, so dass die Verbindungsstruktur 280 zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Ferner bleibt das Opfermaterial 250 im Randbereich 200-A, 200-B der Schichtanordnung 200 erhalten und ist beispielsweise als mechanische Lager- bzw. Auflagestruktur für die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 wirksam.
  • Die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten bzw. zweiten Membranstruktur 220, 230 weisen beispielsweise Einzelöffnungen 270-n, 272-n auf einer Kreislinie auf, wobei die Kreislinie bezüglich eines geometrischen Mittelpunkts bzw. einer geometrischen Mittelachse M der Schichtstrukturen 220, 230 zentriert angeordnet sein kann. Die Einzelöffnungen 270-n, 272-n der ersten und zweiten Verbindungsstruktur 280, 282 sind somit beispielsweise symmetrisch um einen geometrischen Mittelpunkt M der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Öffnungsstrukturen 270, 272 eine Vielzahl verteilter Einzelöffnungen 270-n, 272-n in Form einer Perforation in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 aufweisen, wobei ein Bereich mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen 270-n, 272-n vorgesehen ist, um eine Position eines Verbindungselements 280 vorzugeben. Diese Bereiche mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen 270, 272 sind beispielsweise in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 symmetrisch zueinander, z. B. hinsichtlich einer Projektion in x-Richtung überlappend bzw. übereinanderliegend, angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Bereiche mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen bzw. ohne Einzelöffnungen auch an einer zu der Mittelachse M versetzten Position vorgesehen sein, um das mechanische Verbindungselement an einer zu dem geometrischen Mittelpunkt M versetzten Position zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 auszubilden.
  • Aufgrund des zweiseitigen Ätzvorgangs von 2c weist die resultierende, als säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement ausgebildete Verbindungsstruktur 280 eine beispielsweise zylinderförmige Außenkontur auf, wobei aufgrund des Ätzvorgangs ferner die Außenkontur zwischen den beiden Membranstrukturen 220, 230 je nach Ätzrate auch (leicht) konvex bezüglich der idealen zylinderförmigen Kontur ausgebildet sein kann. Ferner kann runder, ein kreisförmiger oder auch ein elliptischer Querschnitt des mechanischen Verbindungselements 280 abhängig von der geometrischen Anordnung der Einzelöffnungen 270-n, 272-n erhalten werden.
  • So sind beispielsweise die Durchgangsöffnungen 270-n, 272-n mit einem Durchmesser von etwa 200 nm, wie z.B. zwischen 50 und 500 nm, zwischen 100 und 300 nm oder zwischen 150 und 250 nm, in zumindest einer der beiden Membranstrukturen 220, 230 und in einem Raster von 5 bis 10 µm, wie z.B. 1 - 50 µm oder 2 bis 20 µm, vorgesehen.
  • Im Folgenden werden nun anhand von 3a-c Ausführungsbeispiele des Verfahrens 100 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 beschrieben, wobei die erste Membranstruktur 220 die Öffnungsstruktur 270 zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 aufweist, wobei die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 ferner geometrisch so ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n als die Verbindungsstruktur 280 zu bilden, wobei die Verbindungselemente 280-n das Opfermaterial 250 aufweisen bzw. daraus gebildet sind, und sich zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 erstrecken.
  • Im Unterschied zu dem anhand von 1a-c beschriebenen Verfahren 100 ist bei dem anhand von 3a-c beschriebenen Verfahren 100 die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 also geometrisch so ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n als die Verbindungsstruktur 280 zu bilden. Die Ausführungen von 1a-c sind somit ansonsten gleichermaßen auf das anhand von 3a-c beschriebene Verfahren 100 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 anwendbar, d.h. die Ausführungen anhand von 1a-c hinsichtlich des Bildens eines einzelnen Verbindungselements 280 sind gleichermaßen auf das Bilden der jeweiligen Verbindungselements 280-n der Mehrzahl von Verbindungselementen 280-n anwendbar, wie sie bei dem in 3a-c beschriebenen Verfahren 100 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 erhalten werden.
  • Die erste Membranstruktur 220 umfasst eine Öffnungsstruktur 270 mit einer Mehrzahl von Zugangsöffnungen 270-n zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250. In 3a sind beispielhaft fünf Zugangsöffnungen 270-n, mit n = 5, dargestellt.
  • Bei einem Schritt 140 wird nun das Opfermaterial 250 aus dem Zwischenbereich 260 teilweise entfernt, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • 3b zeigt nun beispielhaft eine Zwischenstufe bei dem Schritt 140, wobei erst ein relativ geringer Teil des zu entfernenden Opfermaterials 250 angrenzend an die Zugangsöffnungen 270-n entfernt wurde.
  • Der Schritt 140 des Entfernens des Opfermaterials 250 wird nun solange durchgeführt, bis die mechanische Verbindungsstruktur 280 mit eine Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen 280-n erhalten wird, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 entkoppelt sind, wie dies in 3c dargestellt ist. Bei dem Schritt des Entfernens 140 wird das Opfermaterial 250 gezielt aus dem Zwischenbereich 260 so entfernt, dass die mechanischen Verbindungselemente 280-n keinen mechanischen Kontakt mit der Gegenelektrodenstruktur 240 aufweisen, d. h. die mechanische Verbindungsstruktur 280, z.B. in x-Richtung, bewegbar bzw. auslenkbar bezüglich der Gegenelektrodenstruktur 240 ist.
  • Ferner bleibt das Opfermaterial 250 im Randbereich 200-A, 200-B der Schichtanordnung 200 erhalten und ist beispielsweise als mechanisches Lager- bzw. Auflagestruktur für die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 wirksam.
  • Wie in 3c ferner dargestellt ist, weist die Gegenelektrodenstruktur 240 in dem Bereich der ausgebildeten, mechanischen Verbindungsstruktur 280 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 242-n auf, die so ausgebildet sind, dass die Öffnungen 242 einen Mindestabstand AN definieren, wobei sich der Querschnitt der mechanischen Verbindungselemente 280-n innerhalb der jeweils zugeordneten Durchgangsöffnung 242-n befindet. Dies gilt zumindest für den maximalen (vertikalen) Auslenkungsbereich ΔX der Doppelmembran-Anordnung 220, 230 oder auch für die gesamte vertikale Abmessung des Zwischenbereichs 260.
  • Der Schritt 140 des teilweisen Entfernens des Opfermaterials 250 kann beispielsweise mittels eines Ätzvorgangs, wie z. B. eines anisotropen Ätzvorgangs, des Opfermaterials 250 durchgeführt werden.
  • Die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 ist nun geometrisch, d.h. hinsichtlich Durchmesser, Anzahl und Verteilung der Öffnungen 270-n, so ausgebildet, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials 250 basierend auf der resultierenden Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang 140, die das Opfermaterial 250 aufweisenden, mechanischen, säulenförmigen Verbindungselemente 280-n reproduzierbar zu bilden, die mechanisch zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt sind.
  • Idealerweise weisen die säulenförmigen, mechanischen Verbindungselemente 280-n eine im Wesentlichen zylinderförmige Form auf, wobei sich aber beispielsweise aufgrund des einseitigen Ätzvorgangs ausgehend von einer der Membranstrukturen 220, 230 eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form der mechanischen Verbindungselemente 280-n ergeben kann.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen von 3a-c ist die erste Membranstruktur 220 beispielsweise entfernt zu dem Trägersubstrat 210 angeordnet, während die zweite Membranstruktur 230 im Wesentlichen angrenzend an das Halbleitersubstrat 210 bzw. der in dem Trägersubstrat 210 angeordneten Kavität 210-1 angeordnet ist. Gemäß Ausführungsbeispielen ist es natürlich auch möglich, dass die zweite Membranstruktur 230 die Öffnungsstruktur bzw. Perforation 270 aufweist, während die erste Membranstruktur 220 im Wesentlichen geschlossen ausgebildet ist. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der Verfahrensschritte in 3a-c sind dann gleichermaßen auf eine entsprechende Ausgestaltung der Schichtanordnung 200 anwendbar, wobei dann der Ätzvorgang ausgehend von den in der zweiten Membranstruktur 230 angeordneten Öffnungsstrukturen (nicht gezeigt in 3a-c) ausgeführt wird.
  • Im Folgenden werden nun anhand von 4a-c Ausführungsbeispiele des Verfahrens 100 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 beschrieben, wobei sowohl die erste Membranstruktur 220, die Öffnungsstruktur 270 als auch die zweite Membranstruktur 230 die weitere Öffnungsstruktur 272 aufweist, wobei die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 geometrisch so ausgebildet sind, um bei dem Schritt 140 des teilweisen Entfernens des Opfermaterials 250 eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280, die das Opfermaterial aufweisen, als die mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • Im Unterschied zu dem anhand von 2a-c beschriebenen Verfahren 100 sind nun bei dem anhand von 4a-c beschriebenen Verfahren 100 die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 und die Öffnungsstruktur 272 in der zweiten Membranstruktur 230 geometrisch so ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n als die Verbindungsstruktur 280 zu bilden. Die Ausführungen von 2a-c sind somit ansonsten gleichermaßen auf das anhand von 4a-c beschriebene Verfahren 100 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 anwendbar.
  • Bei dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel weisen nun beide Membranstrukturen 220, 230 jeweils eine Öffnungsstruktur 270, 272 mit einer Mehrzahl von Zugangsöffnungen 270-n, 272-n, mit n = 2, 3, 4, 5, ..., zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 auf. In 4a sind beispielhaft jeweils fünf Zugangsöffnungen 270-n, 272-n, mit n = 5, dargestellt.
  • Bei dem Schritt 140 wird nun das Opfermaterial 250 aus dem Zwischenbereich 260 teilweise entfernt, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • 4b zeigt nun beispielhaft eine Zwischenstufe bei dem Schritt 140, wobei erst ein relativ geringer Teil des zu entfernenden Opfermaterials 250 angrenzend an die Zugangsöffnungen 270-n, 272-n entfernt wurde. Der Schritt 140 des Entfernens des Opfermaterials 250 wird nun solange durchgeführt, bis die mechanische Verbindungsstruktur 280 mit der Mehrzahl von im Wesentlichen säulenförmigen mechanischen Verbindungselementen 280-n ausgebildet ist, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 entkoppelt sind, wie dies in 4c dargestellt ist. Ferner wird bei dem Schritt des Entfernens 140 des Opfermaterials 250 das Opfermaterial so gezielt aus dem Zwischenbereich entfernt, dass die mechanische Verbindungsstruktur 280 keine mechanische Verbindung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, d. h. die mechanische Verbindungsstruktur 280 bewegbar bzw. auslenkbar bezüglich der Gegenelektrodenstruktur 240 ist.
  • Wie in 4c ferner dargestellt ist, weist die Gegenelektrodenstruktur 240 in dem Bereich der ausgebildeten, mechanischen Verbindungselemente 280-n eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 242-n auf, die so ausgebildet sind, dass die Öffnungen 242 einen Mindestabstand AN definieren, so dass im Bereich der maximalen Auslenkung ΔX der Doppelmembran-Anordnung 220, 230 keine mechanische Berührung mit der Gegenelektrodenstruktur 240 erfolgt.
  • Die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten bzw. zweiten Membranstruktur 220, 230 sind geometrisch, d.h. hinsichtlich Durchmesser, Anzahl und Verteilung, wiederum so ausgebildet, um basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang 140, die das Opfermaterial aufweisenden, mechanischen Verbindungselemente 280-n reproduzierbar zu bilden, so dass die Verbindungselemente 280-n zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt sind.
  • Aufgrund des zweiseitigen Ätzvorgangs von 4c weisen die resultierenden, säulenförmigen, mechanischen Verbindungselemente 280-n eine beispielsweise zylinderförmige Außenkontur auf, wobei aufgrund des Ätzvorgangs ferner die Außenkontur zwischen den beiden Membranstrukturen 220, 230 je nach Ätzrate auch konkav bezüglich der idealen zylinderförmigen Kontur ausgebildet sein kann. Ferner kann runder, ein kreisförmiger oder auch ein elliptischer Querschnitt des mechanischen Verbindungselements 280 abhängig von der geometrischen Anordnung, d.h. hinsichtlich Durchmesser, Anzahl und Verteilung, der Einzelöffnungen erhalten werden.
  • Im Folgenden werden nun anhand von 5 Ausführungsbeispiele der Herstellungsschritte des Herstellungsverfahrens 100 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 beschrieben, um die bei dem Schritt des Bereitstellens 120 vorliegende Schichtstrukturanordnung 200 zu erhalten. Die nachfolgend dargestellten, prinzipiellen Verfahrensschritte werden gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise vor dem Schritt des Bereitstellens 120 der Schichtstrukturanordnung 200 durchgeführt.
  • Bei einem Schritt 111 wird beispielsweise zunächst eine Membranstruktur 230 in Form einer ersten Membranschicht oder eines ersten Membranschichtstapels strukturiert auf dem Trägersubstrat 210, der beispielsweise ein Halbleitersubstrat 212 und eine darauf angeordnete Isolationsschicht 214 aufweist, gebildet bzw. aufgebracht. Der Schritt des Aufbringens 111 kann beispielsweise mittels eines Abscheidevorgangs durchgeführt werden. Die beschriebene Membranschicht 230 kann beispielsweise die im Vorhergehenden beschriebene zweite Membranschicht 230 bilden.
  • Nachfolgend wird bei einem Schritt 113 Opfermaterial 250 auf die (zweite) Membranstruktur 230 aufgebracht.
  • Bei einem Schritt 115 wird die Gegenelektrodenstruktur 240 in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eines Gegenelektrodenschichtstapels auf das aufgebrachte Opfermaterial 215 strukturiert aufgebracht bzw. abgeschieden.
  • Bei einem Schritt 117 wird (weiteres) Opfermaterial 250 auf die Gegenelektrodenstruktur 240 aufgebracht.
  • Bei einem Schritt 119 wird nachfolgend die erste Membranstruktur 220 in Form einer weiteren Membranschicht oder eines weiteren Membranschichtstapels auf dem Opfermaterial 250 strukturiert aufgebracht bzw. abgeschieden, so dass sich das Opfermaterial 250 in dem Zwischenraum zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 befindet.
  • Bei weiteren Prozessschritten können gemäß Ausführungsbeispielen ferner weitere Elemente des Doppelmembran-MEMS-Bauelements, wie z. B. Kontaktstrukturen für die erste und zweite Membranstruktur und die Gegenelektrodenstruktur, Passivierungsschichten etc. ausgebildet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können ferner weitere Schichten als Zwischenschichten, Isolationsschichten, Isolationsschichten mit eingebetteten Leiterbahnen und/oder auch Passivierungsschichten vorgesehen sein. Als ein ätzmittelresistentes Material kann für die weiteren Schichten beispielsweise ein Nitrid-Material verwendet werden. Weitere Zwischenschichten können beispielsweise zur Verankerung der Membranstrukturen und Gegenelektrodenstruktur vorgesehen sein, während in Isolationsschichten eingebettete Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen sein können. Eine Passivierungsschicht kann als Schutzschicht vorgesehen sein.
  • Bei einem weiteren nachfolgenden Schritt kann eine Kavität 210-1 in das Halbleitersubstrat bzw. Trägersubstrat 210 beispielsweise mit einem Ätzprozess (z.B. Bosch-Ätzprozess) gebildet werden, um die Membranstruktur 220, 230 bzw. den beweglichen Abschnitt der Membranstruktur 220, 230 freizulegen.
  • Die resultierende Schichtstrukturanordnung 200 kann somit den Ausgangspunkt für das Herstellungsverfahren 100 bilden, wie dies im Vorhergehenden beschrieben wurde.
  • Im Folgenden wird nun anhand von 6 ein Ausführungsbeispiel eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 beschrieben.
  • Das Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 weist beispielsweise eine Schichtstrukturanordnung 200 auf einem Träger- oder Halbleitersubstrat 210 auf, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist. Ferner ist eine ein Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet, wobei die mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbespiel weist die das Opfermaterial 250 aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280 ein einzelnes säulenförmiges mechanisches Verbindungselement 280 oder optional eine Mehrzahl von säulenförmigen mechanischen Verbindungselementen 280-n auf.
  • Das Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 kann gemäß dem im vorhergehenden beschriebenen Verfahren 100 hergestellt werden, wobei die dortigen Ausführungen gleichermaßen auf das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel des Doppelmembran-MEMS-Bauelements 300 anwendbar sind.
  • Im Folgenden wird nun anhand von 7 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 150 zum Herstellen eines Doppelmembran-MEMS-Bauelements 310 beschrieben.
  • Bei einem Schritt 180 wird zunächst eine Schichtanordnung 200' auf einem Träger- oder Halbleitersubstrat 210 bereitgestellt, wobei die Schichtanordnung 200' eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist. Ferner ist ein Opfermaterial 250 in einem Zwischenbereich 260 zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet ist, wobei in dem Opfermaterial 250 eine mechanische Verbindungsstruktur 280' mit zumindest einem säulenförmigen, mechanischen Verbindungselement 280'-n gebildet ist, das zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 und getrennt von der Gegenelektrodenstruktur 240 angeordnet ist und ein zu dem Opfermaterial 250 unterschiedliches Füllmaterial 252 aufweist. Ferner weist zumindest eine der beiden Membranstrukturen 220, 230 eine Öffnungsstruktur 270, 272 zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 auf.
  • Bei einem weiteren Schritt 190 wird nun das Opfermaterial 250 aus dem Zwischenbereich 260 so weit entfernt, um das zumindest ein säulenförmiges, mechanisches Verbindungselements 280' bzw. (optional) 280'-n zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 freizulegen, so dass das das zumindest eine säulenförmige, mechanische Verbindungselement 280', 280'-n zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • 7b zeigt nun beispielhaft eine Zwischenstufe bei dem Schritt 190, wobei erst ein relativ geringer Teil des zu entfernenden Opfermaterials 250 angrenzend an die Zugangsöffnungen 270-n, 272-n entfernt wurde. Der Schritt 190 des Entfernens des Opfermaterials 250 wird nun solange durchgeführt, bis die mechanische Verbindungsstruktur 280', 280'-n ausgebildet ist, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 entkoppelt sind, wie dies in 7c dargestellt ist.
  • Ferner bleibt das Opfermaterial 250 im Randbereich 200'-A, 200'-B der Schichtanordnung 200' erhalten und ist beispielsweise als mechanische Lager- bzw. Auflagestruktur für die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 wirksam.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt des Entfernens des Opfermaterials 250 mittels eines anisotropen Ätzvorgangs mit einem Ätzmittel durchgeführt werden, wobei das Ätzmittel eine Ätzrate hat, die für das Opfermaterial 250 erheblich höher ist als für das Füllmaterial 280', 280'-n. Abhängig davon, ob nur eine der Membranstrukturen 220 oder beide der Membranstrukturen 220, 230 die Öffnungsstruktur 270, 272 zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 aufweist, kann der Ätzvorgang von einer Seite oder zwei Seiten der Schichtanordnung 200' durchgeführt werden.
  • Im Folgenden werden nun anhand von 8 Ausführungsbeispiele der Herstellungsschritte des Herstellungsverfahrens 150 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 310 beschrieben, um die bei dem Schritt des Bereitstellens 180 vorliegende Schichtstrukturanordnung 200' zu erhalten. Die nachfolgend dargestellten, prinzipiellen Verfahrensschritte werden gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise vor dem Schritt des Bereitstellens 180 der Schichtanordnung 200' durchgeführt, wobei die Schichtanordnung 200'auf ein Trägersubstrat 210, wie z. B. einem Halbleitersubstrat, aufgebracht werden kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren z.B. ferner folgende Schritte: Strukturiertes Bilden der zweiten Membranstruktur z.B. in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels auf dem Trägersubstrate, Aufbringen von Opfermaterial auf die zweite Membranstruktur,
    Strukturiertes Bilden der Gegenelektrodenstruktur in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf das aufgebrachte Opfermaterial,
    Aufbringen von Opfermaterial auf die Gegenelektrodenstruktur zu erhalten,
    Einbringen zumindest einer säulenförmigen Durchgangsöffnung in das Opfermaterial bis zu der ersten Membranstruktur,
    Füllen der zumindest einen säulenförmigen Durchgangsöffnung mit dem Füllmaterial, um die mechanische Verbindungsstruktur zu erhalten, und
    Strukturiertes Bilden der ersten Membranstruktur in Form einer Membranschicht oder eines Membranschichtstapels auf dem Opfermaterial und dem Füllmaterial.
  • Bei einem weiteren nachfolgenden Schritt kann eine Kavität 210-1 in das Halbleitersubstrat bzw. Trägersubstrat beispielsweise mit einem Ätzprozess (z.B. Bosch-Ätzprozess) gebildet werden, um die Membranstruktur bzw. den beweglichen Abschnitt der Membranstruktur freizulegen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei dem Schritt des Einbringens eine Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen in das Opfermaterial eingebracht werden. Die Durchgangsöffnungen sind z.B. durch das Opfermaterial bis zu der zweiten Membranschicht oder dem zweiten Membranschichtstapel ausgebildet. Daraufhin kann ferner bei dem Schritt des Füllens die Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen mit dem Füllmaterial gefüllt werden, wobei bei dem Schritt des Entfernens des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich eine Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur erhalten wird, wobei die Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können ferner weitere Schichten (nicht gezeigt) als Zwischenschichten, Isolationsschichten, Isolationsschichten mit eingebetteten Leiterbahnen und/oder auch Passivierungsschichten vorgesehen sein. Als ein ätzmittelresistentes Material kann für die weiteren Schichten beispielsweise ein Nitrid-Material verwendet werden. Weitere Zwischenschichten können beispielsweise zur Verankerung der Membranstrukturen und Gegenelektrodenstruktur vorgesehen sein, während in Isolationsschichten eingebettete Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen sein können. Eine Passivierungsschicht kann als Schutzschicht vorgesehen sein.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Opferschicht ein Oxid-Material, wie z.B. Siliziumoxid aufweisen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Füllmaterial bzw. die mechanische Verbindungsstruktur ein ätzmittelresistentes Material, z.B. ein Nitrid-Material, aufweisen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 und die Gegenelektrodenstruktur 240 ein Halbleitermaterial, wie z.B. (polykristallines oder monokristallines) Silizium aufweisen. Beispielhafte Ätzmittel können für einen Nassätzvorgang z.B. HNO3+HF, KOH, EDP oder TMAH aufweisen.
  • Wie bereits im Vorhergehenden dargestellt wurde, ist das vorliegende Konzept beispielsweise auf Doppelmembran-MEMS-Bauelemente, wie z. B. MEMS-Druckwandler, akustische MEMS-Sensoren oder MEMS-Schallwandler in Form von MEMS-Mikrophonen oder MEMS-Lautsprechern anwendbar.
  • Doppelmembran-MEMS-Bauelemente liefern sowohl ein sehr gutes akustisches Verhalten als auch einen effektiven Schutz, z. B. Partikelschutz, mit einem einzigen Mikrophondesign, d. h. es ist kein gehäuseabhängiges MEMS-Bauelementdesign erforderlich. Der vorliegende Ansatz für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement kombiniert die Leistungsvorteile durch das Vorhandensein zweier Luftspalten, d. h. zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur und der Gegenelektrodenstruktur, wodurch ein differenziell auslesbares Design erhalten wird, und ferner den Schutzvorteil der Membranstruktur in beiden Richtungen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die offene Fläche, die gegenüber der Umgebung freiliegend ist, durch den Doppelmembran-MEMS-Bauelementaufbau minimiert ist.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen wird ein mechanisches Verbindungselement 280 oder eine Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen 280-n zwischen den zwei Membranstrukturen 220, 230 verwendet, um das akustische Verhalten des MEMS-Bauelements, wie z. B. das THD- und das SNR-Verhalten, zu maximieren. Die mechanischen Verbindungselemente, die auch als säulenförmige Verbindungselemente oder Verbindungssäulen bezeichnet werden, können beispielsweise nicht-leitend sein, um die erste und zweite Membranstruktur als zwei Elektroden für einen differenziellen Betrieb zu realisieren. Die Anzahl und Größe der Säulen kann abhängig von den Produktanforderungen des Doppelmembran-MEMS-Bauelements variiert und angepasst werden. Somit kann jede der Membranstrukturen ein unterschiedliches Ausgangssignal bereitstellen, wobei die Signal differenziell ausgelesen werden können. Ferner realisieren beide Membranstrukturen einen Partikelschutz von der jeweiligen Seite, an der sich die Membranstrukturen befinden.
  • Bei dem Auslesevorgang kann beispielsweise an die Gegenelektrodenstruktur (auch Rückplatte oder Back Plate) eine Mikrophonvorspannung oder Bias-Spannung angelegt werden. Die säulenförmigen Verbindungselemente 280 bilden somit eine mechanische Kopplung zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230. Ferner sind die mechanischen Verbindungselemente von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt, d. h. bezüglich der Gegenelektrodenstruktur 240 beweglich ausgebildet.
  • Zum Freilegen des Zwischenraums 260, d. h. des jeweiligen Luftspalts zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 sind in zumindest einer der Membranstrukturen 220, 230 oder auch in beiden Membranstrukturen eine Perforation z.B. in Form von Durchgangsöffnungen vorgesehen. Der Grad der verwendeten Perforation und das detaillierte Design der Durchgangsöffnungen kann beispielsweise von herstellungsbedingten Randbedingungen und dem Grad des erforderlichen Partikelschutzes abhängen. Die Dichte und Größe der Freiliegungsätzöffnungen bzw. Release-Öffnungen kann sich signifikant von der Ausgestaltung der perforierten Rückplatte, d.h. der Gegenelektrodenstruktur bzw. Back Plate, 240 unterscheiden. Im Allgemeinen wird die Perforationsdichte der Rückplatte 240 für ein minimiertes akustisches Rauschen möglichst hoch sein, während die Perforationsdichte der Membranstrukturen so klein wie möglich sein wird, um einen möglichst hohen bzw. maximalen Partikelschutz zu erreichen.
  • So sind beispielsweise Durchgangsöffnungen mit einem Durchmesser von 200 nm in zumindest einer der beiden Membranstrukturen 220, 230 und in einem Raster von 5 bis 10 µm ausreichend, wie z. B. jeweilige Öffnungen in der Membranstruktur, die sich auf der abgewandten Seite des MEMS-Bauelements von dem Sound Port, d. h. der Schallöffnung, befinden, um den Freilegungsätzvorgang der Opferschicht(en) in dem Zwischenbereich 260, d. h. in den beiden Abschnitten 260-1, 260-2, zu ermöglichen.
  • Um eine definierte Ventilation des Rückvolumens zu ermöglichen, ist zumindest eine Öffnung in jeder der beiden Membranstrukturen erforderlich, vorausgesetzt, dass in dem Gehäuse ansonsten keine Ventilationsöffnung vorgesehen ist. Für einen weiteren Umgebungsschutz, kann ferner eine hydrophobe Beschichtung einer oder beider Membranstrukturen vorgesehen sein, z. B. durch Beschichten mit FDTS (Perfluorodecyltrichlorosilan).
  • Da die säulenförmigen Verbindungselemente 280 die Membranstrukturen 220, 230 mechanisch versteifen, können die Perforationsöffnungen kombiniert oder durch Schlitze in den Membranstrukturen 220, 230 ersetzt werden, wobei dadurch Federstrukturen gebildet werden, die die Membranstrukturen beispielsweise auf die gewünschte Nachgiebigkeit bzw. Flexibilität bringen, bzw. weicher machen. Solche Federstrukturen, die sich lediglich nahe bzw. unmittelbar benachbart zu dem Rand der Membranstrukturen außerhalb der säulenförmigen mechanischen Verbindungselemente 280 befinden, werden zu einer kolbenartigen Bewegung der mechanisch miteinander gekoppelten Membranstrukturen 220, 230 führen. Da die Hauptfläche der Membranstrukturen eine starre bzw. steife Platte ist, bewegt sich diese parallel zu der Rückplatte, wodurch eine Erhöhung des resultierenden Ausgangssignals erreicht werden kann.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen kann ferner die Anzahl der säulenförmigen mechanischen Verbindungselemente auf ein einziges säulenförmiges mechanisches Verbindungselement 280 in der Mitte beider Membranstrukturen 220, 230 reduziert werden. Das akustische Verhalten eines MEMS-Mikrophons ist stark von der Flexibilität und Nachgiebigkeit der Membranstrukturen abhängig. Ein einzelnes säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement gibt beiden Membranstrukturen 220, 230 eine höhere Flexibilität als die Verwendung mehrerer säulenförmiger mechanischer Verbindungselemente. Tatsächlich kann die Resonanzfrequenz des ersten mechanischen Modes der beiden mechanisch miteinander verbundenen Membranstrukturen in enge Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz einer einzelnen Membranstruktur gebracht werden. Daher kann gemäß einem Ausführungsbeispiel die Anordnung eines einzelnen, zentralen, säulenförmigen, mechanischen Verbindungselements ein sehr ähnliches akustisches Verhalten im Vergleich zu einem Doppelrückplattendesign liefern, indem beispielsweise identische Membrandicken und Stresspegel beibehalten werden.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen können die säulenförmigen Verbindungselemente bei dem „teilweisen“ Ätzvorgang realisiert werden, indem die begrenzte „Reichweite“ beim Ätzen von Oxidmaterial als Opfermaterial genutzt wird, so dass die mechanische Verbindungsstruktur mit einem säulenförmigen einzelnen Verbindungselement oder einer Mehrzahl von säulenförmigen Verbindungselementen aus dem Opfermaterial in dem Zwischenraum 260 verbleibt. Es ist somit kein zusätzlicher Herstellungsprozess erforderlich, um die mechanische Verbindungsstruktur 280 zu bilden.
  • Für den Fall einer Unterätzung des Opferoxids von 10 µm, wird beispielsweise ein geschlossener Membranring von 25 µm eine 5 µm breite Säule in dem Zwischenraum 260 zurücklassen. Weitere Konzepte zur Realisierung der säulenförmigen Verbindungselemente können ferner darin bestehen, zusätzliche Ätz- und Abscheideprozesse mit unterschiedlichen Materialien zu nutzen, wie z. B. Silizium, Siliziumnitrid, etc.
  • Mit dem vorliegenden Konzept erhaltene Doppelmembran-MEMS-Bauelemente bzw. MEMS-Mikrophone können äußerst einfach an Systemanforderungen von Kunden angepasst werden. Ferner können ohne großen Prozessaufwand weitere Features, wie z. B. Wasserfestigkeit usw. angeboten werden. Ferner können entsprechend ausgebildete Doppelmembran-MEMS-Bauelemente bzw. MEMS-Mikrophone differenziell ausgelesen werden und weisen gleichzeitig einen ausreichenden Umgebungsschutz, z. B. Partikelschutz, auf.
  • Zusätzliche Ausführungsbeispiele und Aspekte der Erfindung werden beschrieben, die einzeln oder in Kombination mit den hierin beschriebenen Merkmalen und Funktionalitäten verwendet werden können.
  • Gemäß einem ersten Aspekt kann ein Herstellungsverfahren 100 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 folgende Schritte aufweisen: Bereitstellen 120 einer Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, wobei ein Opfermaterial 250 in einem Zwischenbereich 260 zwischen der Gegenelektrodenstruktur 240 und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet ist, und wobei die erste Membranstruktur 220 eine Öffnungsstruktur 270 zu dem Zwischenbereich 260 mit dem Opfermaterial 250 aufweist, und teilweises Entfernen 140 des Opfermaterials 250 aus dem Zwischenbereich 260, um eine das Opfermaterial 250 aufweisende mechanische Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 der Schritt des teilweisen Entfernens 140 mittels eines anisotropen Ätzvorgangs des Opfermaterials durchgeführt werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 die Öffnungsstruktur 270 in der ersten Membranstruktur 220 geometrisch so ausgebildet sein, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement 280, das das Opfermaterial 250 aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n, die das Opfermaterial 250 aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • Gemäß einem vierten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 ferner die zweite Membranstruktur 230 eine Öffnungsstruktur 272 aufweisen, wobei die Öffnungsstrukturen 270, 272 in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 so ausgebildet sind, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens 140 des Opfermaterials 250 ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement 280, das das Opfermaterial aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen 280-n, die das Opfermaterial aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 zu erhalten.
  • Gemäß einem fünften Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 die Öffnungsstruktur 270; 270, 272 in der ersten Membranstruktur 220 oder in der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230 derart ausgebildet sein, um basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial 250 bei dem Ätzvorgang die das Opfermaterial aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280; 280-n zu bilden, so dass die Verbindungsstruktur 280 zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220, 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünften Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 die Öffnungsstruktur 270, 272 in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 Einzelöffnungen 270-n, 272-n auf einer Kreislinie aufweisen.
  • Gemäß einem siebten Aspekt unter Bezugnahme auf den sechsten Aspekt können bei dem Herstellungsverfahren 100 die Einzelöffnungen 270-n, 272-n symmetrisch um einen geometrischen Mittelpunkt M der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 angeordnet sein.
  • Gemäß einem achten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünften Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 die Öffnungsstruktur 270, 272 eine Vielzahl verteilter Einzelöffnungen 270-n, 272-n in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur 220, 230 aufweisen, wobei ein Bereich mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen vorgesehen ist, um eine Position eines Verbindungselements 280 vorzugeben.
  • Gemäß einem neunten Aspekt unter Bezugnahme auf den achten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 100 eine Mehrzahl von Bereichen mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen 270-n, 272-n vorgesehen sein, um Positionen für die Mehrzahl von Verbindungselementen 280-n vorzugeben.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt können bei dem Herstellungsverfahren 100 vor dem Schritt 120 des Bereitstellens der Schichtanordnung folgende Schritte durchgeführt werden: Strukturiertes 111 Bilden der zweiten Membranstruktur auf dem Trägersubstrat in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels, Aufbringen 113 von Opfermaterial auf die zweite Membranstruktur, Strukturiertes 115 Bilden der Gegenelektrodenstruktur in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf dem aufgebrachten Opfermaterial, Aufbringen 117 von Opfermaterial auf die Gegenelektrodenstruktur, Strukturiertes Bilden 119 der ersten Membranstruktur auf dem Opfermaterial in Form einer ersten Membranschicht oder eines ersten Membranschichtstapels.
  • Gemäß einem elften Aspekt kann ein Herstellungsverfahren 150 für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement folgende Schritte aufweisen: Bereitstellen einer Schichtstrukturanordnung auf einem Halbleitersubstrat, wobei die Schichtanordnung eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur aufweist, wobei ein Opfermaterial in einem Zwischenbereich zwischen der Gegenelektrodenstruktur und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur angeordnet ist, wobei in dem Opfermaterial eine mechanische Verbindungsstruktur mit zumindest einem säulenförmigen, mechanischen Verbindungselement gebildet ist, das zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur und getrennt von der Gegenelektrodenstruktur angeordnet ist und ein zu dem Opfermaterial unterschiedliches Füllmaterial aufweist, und wobei die erste Membranstruktur eine Öffnungsstruktur zu dem Zwischenbereich mit dem Opfermaterial aufweist, und Entfernen des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich, um das zumindest eine säulenförmige, mechanische Verbindungselement zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur freizulegen, das zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt unter Bezugnahme auf den elften Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 150 der Schritt des Entfernens des Opfermaterials mittels eines anisotropen Ätzvorgangs mit einem Ätzmittel durchgeführt werden, wobei das Ätzmittel eine Ätzrate hat, die für das Opfermaterial erheblich höher ist als für das Füllmaterial.
  • Gemäß einem dreizehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den elften Aspekt können bei dem Herstellungsverfahren 150 vor dem Schritt des Bereitstellens der Schichtanordnung folgende Schritte durchgeführt werden: Strukturiertes Bilden der zweiten Membranstruktur in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels auf dem Trägersubstrat, Aufbringen von Opfermaterial auf die zweite Membranstruktur, Strukturiertes Bilden der Gegenelektrodenstruktur in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf das aufgebrachte Opfermaterial, Aufbringen von Opfermaterial auf die Gegenelektrodenstruktur zu erhalten, Einbringen zumindest einer säulenförmigen Durchgangsöffnung in das Opfermaterial bis zu der ersten Membranstruktur, Füllen der zumindest einen säulenförmigen Durchgangsöffnung mit dem Füllmaterial, um die mechanische Verbindungsstruktur zu erhalten, und Strukturiertes Bilden der ersten Membranstruktur in Form einer Membranschicht oder eines Membranschichtstapels auf dem Opfermaterial und dem Füllmaterial.
  • Gemäß einem vierzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den dreizehnten Aspekt kann bei dem Herstellungsverfahren 150 bei dem Schritt des Einbringens eine Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen in das Opfermaterial eingebracht werden, die durch das Opfermaterial bis zu der ersten Membranschicht oder dem ersten Membranschichtstapel ausgebildet ist, wobei ferner bei dem Schritt des Füllens die Mehrzahl von säulenförmigen Durchgangsöffnungen mit dem Füllmaterial gefüllt wird, und wobei bei dem Schritt des Entfernens des Opfermaterials aus dem Zwischenbereich eine Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur erhalten wird, wobei die Mehrzahl von mechanischen Verbindungselementen zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem fünfzehnten Aspekt kann ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 folgende Merkmale aufweisen: einer Schichtanordnung 200 auf einem Trägersubstrat 210, wobei die Schichtanordnung 200 eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur 220, 230 und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur 240 aufweist, und einer ein Opfermaterial 250 aufweisenden mechanischen Verbindungsstruktur 280 zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur 220, 230, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur 220. 230 mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur 240 mechanisch entkoppelt ist.
  • Gemäß einem sechzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünfzehnten Aspekt kann bei dem Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 die das Opfermaterial 250 aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur 280 ein einzelnes säulenförmiges mechanisches Verbindungselement 280 oder eine Mehrzahl von säulenförmigen mechanischen Verbindungselementen 280-n aufweisen.
  • Gemäß einem siebzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünfzehnten Aspekt kann das Doppelmembran-MEMS-Bauelement 300 mit dem Verfahren 100 gemäß dem ersten Aspekt hergestellt werden.

Claims (11)

  1. Herstellungsverfahren (100) für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement (300), mit folgenden Schritten: Bereitstellen (120) einer Schichtanordnung (200) auf einem Trägersubstrat (210), wobei die Schichtanordnung (200) eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur (220, 230) und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur (240) aufweist, wobei ein Opfermaterial (250) in einem Zwischenbereich (260) zwischen der Gegenelektrodenstruktur (240) und der jeweils davon beabstandeten ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) angeordnet ist, und wobei die erste Membranstruktur (220) eine Öffnungsstruktur (270) zu dem Zwischenbereich (260) mit dem Opfermaterial (250) aufweist, und teilweises Entfernen (140) des Opfermaterials (250) aus dem Zwischenbereich (260), um eine das Opfermaterial (250) aufweisende mechanische Verbindungsstruktur (280) zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) zu erhalten, die zwischen die erste und zweite Membranstruktur (220, 230) mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur (240) mechanisch entkoppelt ist; wobei die Öffnungsstruktur (270; 270, 272) in der ersten Membranstruktur (220) oder in der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) derart ausgebildet ist, um basierend auf der Ätzrate und Ätzselektivität des Ätzmittels für das Opfermaterial (250) bei dem Ätzvorgang die das Opfermaterial (250) aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur (280; 280-n) zu bilden.
  2. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des teilweisen Entfernens (140) mittels eines anisotropen Ätzvorgangs des Opfermaterials (250) durchgeführt wird.
  3. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnungsstruktur (270) in der ersten Membranstruktur (220) geometrisch so ausgebildet ist, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens (140) des Opfermaterials (250) ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement (280), das das Opfermaterial (250) aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen (280-n), die das Opfermaterial (250) aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) zu erhalten.
  4. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner die zweite Membranstruktur (230) eine Öffnungsstruktur (272) aufweist, wobei die Öffnungsstrukturen (270, 272) in der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) so ausgebildet sind, um bei dem Schritt des teilweisen Entfernens (140) des Opfermaterials (250) ein einzelnes, säulenförmiges, mechanisches Verbindungselement (280), das das Opfermaterial (250) aufweist, oder eine Mehrzahl von säulenförmigen, mechanischen Verbindungselementen (280-n), die das Opfermaterial (250) aufweisen, zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230) zu erhalten.
  5. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungsstruktur (270, 272) in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur (220, 230) Einzelöffnungen (270-n, 272-n) auf einer Kreislinie aufweist.
  6. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 5, wobei die Einzelöffnungen (270-n, 272-n) symmetrisch um einen geometrischen Mittelpunkt (M) der ersten und/oder zweiten Membranstruktur (220, 230) angeordnet sind.
  7. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungsstruktur (270, 272) eine Vielzahl verteilter Einzelöffnungen (270-n, 272-n) in der ersten und/oder zweiten Membranstruktur (220, 230) aufweist, wobei ein Bereich mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen vorgesehen ist, um eine Position eines Verbindungselements (280) vorzugeben.
  8. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 7, wobei eine Mehrzahl von Bereichen mit einem größeren Abstand zwischen den verteilten Einzelöffnungen (270-n, 272-n) vorgesehen sind, um Positionen für die Mehrzahl von Verbindungselementen (280-n) vorzugeben.
  9. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Schritt (120) des Bereitstellens der Schichtanordnung folgende Schritte durchgeführt werden: Strukturiertes (111) Bilden der zweiten Membranstruktur (230) auf dem Trägersubstrat (210) in Form einer zweiten Membranschicht oder eines zweiten Membranschichtstapels, Aufbringen (113) von Opfermaterial (250) auf die zweite Membranstruktur (230), Strukturiertes (115) Bilden der Gegenelektrodenstruktur (240) in Form einer Gegenelektrodenschicht oder eine Gegenelektrodenschichtstapels auf dem aufgebrachten Opfermaterial (250), Aufbringen (117) von Opfermaterial (250) auf die Gegenelektrodenstruktur (240), Strukturiertes Bilden (119) der ersten in Membranstruktur (220) auf dem Opfermaterial (250) Form einer ersten Membranschicht oder eines ersten Membranschichtstapels.
  10. Doppelmembran-MEMS-Bauelement (300), wobei das Doppelmembran-MEMS-Bauelement (300) mit dem Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird, mit folgenden Merkmalen: der Schichtanordnung (200) auf dem Trägersubstrat (210), wobei die Schichtanordnung (200) die erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur (220, 230) und die dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur (240) aufweist, und der das Opfermaterial (250) aufweisenden mechanischen Verbindungsstruktur (280) zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur (220, 230), die zwischen die erste und zweite Membranstruktur (220, 230) mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur (240) mechanisch entkoppelt ist.
  11. Doppelmembran-MEMS-Bauelement (300) gemäß Anspruch 10, wobei die das Opfermaterial (250) aufweisende, mechanische Verbindungsstruktur (280) ein einzelnes säulenförmiges mechanisches Verbindungselement (280) oder eine Mehrzahl von säulenförmigen mechanischen Verbindungselementen (280-n) aufweist.
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