DE102019128767B4

DE102019128767B4 - MEMS-Mikrofon und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102019128767B4
Application number: DE102019128767.7A
Authority: DE
Inventors: Kurt Rasmussen; Jan Tue Ravnkilde
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: US11214483B2; DE102019128767A1; US20210122626A1

Abstract

Ein MEMS-Mikrofon wird bereitgestellt, das eine genaue Positionierung der Membranaufhängungen ermöglicht. Zwischen einem Substrat und einer Membran sind eine Abschirmschicht und eine mittlere Dielektrikumschicht ausgebildet. In einer Öffnung der mittleren Dielektrikumschicht ist der freistehende Abschnitt der Membran freigelegt. Ein Ätzstopper umrahmt diese Öffnung und ermöglicht eine genaue Positionierung der Öffnung und der Membranaufhängung, die von dem Ätzstopper gebildet wird.

Description

MEMS-Mikrofone, bei denen die MEMS- (Micro Electro Mechanical System) -Technologie verwendet wird, sind in etliche moderne Anwendungen wie Smartphones, Kopfhörer, Digitalkameras oder andere eingebaut. Bei Anwendungen mit moderaten Anforderungen im Hinblick auf die akustischen Eigenschaften können leicht herzustellende und einfach aufgebaute MEMS-Mikrofone mit einer einzigen Rückplatte verwendet werden. Es ist entscheidend, einen einfachen und kosteneffizienten Herstellungsprozess aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine ausreichende Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer der Vorrichtung zu erreichen.
Die US 2018 / 0 376 270 A1 zeigt ein MEMS-Mikrofon und offenbart einen Prozess zur Herstellung eines solchen. In diesem Prozess wird eine Öffnung in einem Substrat durch Ätzen gebildet, wobei ein Bereich der Öffnung, welcher nahe an der Membran liegt, zeitweise mit einem Ätzstopper versehen ist. Jedoch wird dieser Ätzstopper im Fertigungsprozess, vor Fertigstellung des MEMS-Mikrofons, wieder entfernt.
Auch die DE 10 2016 114 451 A1 offenbart ein MEMS-Mikrofon. In diesem Zusammenhang wird offenbart, dass eine isolierende Schicht auf einem Substrat angeordnet ist, welche während eines Rückseitenätzschrittes auch als Ätzstopper wirken kann.
Bisher konnten die oben geforderten Zuverlässigkeitsanforderungen nicht zufriedenstellend oder nur auf Kosten eines anspruchsvollen oder zeitaufwendigen Herstellungs prozesses für MEMS-Mikrofone mit einer einzigen Rückplatte erfüllt werden.
Insbesondere sind die Membranaufhängungen ausschlaggebend für die Zuverlässigkeit eines MEMS-Mikrofons.
Bei MEMS-Mikrofonen mit einer einzigen Rückplatte vor dieser Erfindung waren die Membranen normalerweise in Siliciumoxidschichten, eine unter und eine über der Membran, aufgehängt.
Des Weiteren kann die Herstellung von MEMS-Mikrofonen mehrere Ätzschritte einschließen, um einen Schallkanal herzustellen und den freistehenden Membranbereich freizulegen. Insbesondere bei Verwendung von schnellen und kosteneffizienten reaktiven Ionentiefenätzprozessen (deep reactive ion etching, DRIE) unterliegt der Schallkanal vom Ätzverfahren abhängen Durchmesserschwankungen. Daher kann die Position der unteren Membranaufhängung schlecht definiert sein und es können große Abweichungen des freistehenden Membrandurchmessers in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern auftreten. Folglich kann auch die Differenz in den Positionen der lateralen Aufhängungen, das heißt zwischen den Positionen der unteren und der oberen Membranaufhängung, schlecht definiert werden.
Bei hohem Schalldruck können diese Mängel dazu führen, dass die Membran mit der Schallkanalkante im Substrat in Berührung kommt, wodurch Artefakte entstehen und eine punktuelle mechanische Belastung der Membran verursacht wird, was möglicherweise zum Bruch der Membran führen kann.
Darüber hinaus hat Siliciumoxid als Material der Membranaufhängung eine verhältnismäßig geringe Zugfestigkeit, insbesondere dann, wenn Kerb- oder Vorsprungsartefakte vom Ätzen vorliegen. Insbesondere wenn die Differenz der lateralen Aufhängungen zwischen der unteren und der oberen Membranaufhängung groß ist, können unter hohem Druck auf die Membran Brüche auftreten.
Bisher wurden langsame DRIE-Prozesse, die teilweise kostspielige Ausrüstung oder eine Vorspannung von Masken während des Ätzens beinhalten, angewandt um die Unsicherheit der Position der unteren Membranaufhängung zu minimieren und die Positionsdifferenz zwischen der unteren und der oberen Membranaufhängung zu minimieren. Diese normalerweise langsamen Prozesse können die Prozesskosten erhöhen.
Bei einem anderen bisherigen Ansatz wurden die lateralen Positionen der unteren und der oberen Aufhängung vertauscht, was allerdings schädliche parasitäre Kapazitäten in das MEMS-Mikrofon einbringt.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein MEMS-Mikrofon mit langfristiger Zuverlässigkeit und erhöhter Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch der Membran oder der Membranaufhängung bereitzustellen.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung mithilfe eines MEMS-Mikrofons nach Anspruch 1 erreicht. Weitere Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Mikrofons.
Es wird ein MEMS-Mikrofon beschrieben, das ein Substrat, eine Abschirmschicht, eine mittlere Isolierschicht und eine Membran umfasst. Das Substrat hat eine obere Fläche mit einer ersten Öffnung darin. Die Abschirmschicht ist zwischen der oberen Fläche des Substrats und der Membran angeordnet und sie hat eine zweite Öffnung.
Die mittlere Isolierschicht ist zwischen der Abschirmschicht und der Membran angeordnet. Sie umfasst: ein dielektrisches Bulkmaterial mit einer dritten Öffnung und einen Ätzstopper, der den Rand der mittleren Isolierschicht zur dritten Öffnung hin bildet, sodass das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht vollständig zwischen Abschirmschicht, Ätzstopper und Membran eingeschlossen ist.
Alle Öffnungen sind übereinander angeordnet, um einen gemeinsamen Schallkanal zur Membran zu bilden.
Mit dieser Anordnung der Abschirmschicht kann die laterale Position des Ätzstoppers auf der Abschirmschicht beispielsweise mit einem kostengünstigen Vorderseiten-Lithografieverfahren genau festgelegt und mit einer potenziellen Genauigkeit von 1 µm oder darunter eingestellt werden. Entsprechend kann auch die Öffnung unter der Membran, welche die Öffnung in der mittleren Isolierschicht ist, mit der gleichen Genauigkeit festgelegt werden, da der Ätzstopper diese Öffnung umrahmt. Der Ätzstopper vermeidet das Ätzen der mittleren Isolierschicht jenseits der seitlichen Position des Ätzstoppers, und somit kann die dritte Öffnung mit hoher Genauigkeit festgelegt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann das MEMS-Mikrofon eine untere Isolierschicht enthalten, die zwischen der oberen Fläche des Substrats und der Abschirmschicht angeordnet ist. Das Material der unteren Isolierschicht kann Siliciumoxid sein.
Eine solche untere Isolierschicht kann die Abschirmschicht von dem Si-Substrat elektrisch entkoppeln, was das Anlegen unterschiedlicher Potentiale an die Abschirmschicht und das Substrat ermöglicht.
Des Weiteren bildet der Ätzstopper des MEMS-Mikrofons bei einer Ausführungsform der Erfindung die untere Membranaufhängung.
Hierdurch kann die Position der unteren Membranaufhängung durch den Ätzstopper festgelegt werden, der mit einer potenziellen Genauigkeit von 1 µm oder darunter präzise positioniert werden kann.
Zudem besteht der Ätzstopper des MEMS-Mikrofons aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate als die des dielektrischen Bulkmaterials der mittleren Isolierschicht zwischen der Abschirmschicht und der Membran.
Somit kann der Ätzstopper das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht während der Ätzprozesse schützen, die beim Ausbilden des Schallkanals angewendet werden. Im Hinblick auf die Ausführungsform, bei der der Ätzstopper als untere Membranaufhängung dienen kann, hat dies den Vorteil, dass die Position der unteren Aufhängung größtenteils von den Ätzprozessen unbeeinflusst bleiben kann. Dies steht im Gegensatz zu Fällen, in denen die untere Membranaufhängung von dem dielektrischen Bulkmaterial selbst gebildet wird, das normalerweise Positionsabweichungen unterliegt, die vom Ätzverfahren abhängen.
Außerdem kann der Ätzstopper des MEMS-Mikrofons aus einem Material mit einer höheren Zugfestigkeit als die des dielektrischen Bulkmaterials der mittleren Isolierschicht bestehen.
Im Hinblick auf die Ausführungsform, bei der der Ätzstopper als untere Membranaufhängung dient, ist es vorteilhaft, dass die mechanische Belastung hauptsächlich im Ätzstopper, der eine höhere Zugfestigkeit aufweist, anstatt im dielektrischen Bulkmaterial mit einer geringeren Zugfestigkeit auftritt, wenn Druck auf die Membran wirkt.
Der Ätzstopper kann aus einem spannungsarmen Siliciumnitrid bestehen und das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht kann Siliciumoxid sein.
Spannungsarmes Siliciumnitrid kann ein Material auf der Basis von Siliciumnitrid mit einer verhältnismäßig geringen Zugspannung in der Größenordnung von 250 MPa oder darunter sein. Bei dieser Ausführungsform hat es die bevorzugte Eigenschaft, dass spannungsarmes Siliciumnitrid sowohl eine geringere Ätzrate als auch eine höhere Zugfestigkeit als Siliciumoxid aufweist. Daher kann es das Siliciumoxid während Ätzvorgängen schützen und als widerstandsfähige untere Membranaufhängung dienen.
Die Abschirmschicht des MEMS-Mikrofons kann aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate als die des Substratmaterials bei reaktiven Ionentiefenätzprozessen bestehen.
Insbesondere kann die Abschirmschicht des MEMS-Mikrofons aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate bei reaktiven Ionentiefenätzprozessen als die des Substratmaterials und des Siliciumoxids bestehen.
Bei dieser Ausführungsform können die Abmessungen der Abschirmschicht keinen vom Ätzverfahren abhängigen Abweichungen unterliegen. So kann die Abschirmschicht zusammen mit dem Ätzstopper auch das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht beim Ätzen schützen. Daher können Überätzung der unteren Membranaufhängung und eine schlecht definierte Position der unteren Membranaufhängung auch dann vermieden werden, wenn schnelle Ätzverfahren angewendet werden. Ein schneller Ätzprozess ist bevorzugt, weil dieser kostenintensive Bearbeitungszeit spart.
Das Material aus dem die Abschirmschicht besteht, kann aus folgender Liste ausgewählt werden, welche hochdotiertes Poly-Si, undotiertes Poly-Si, poröses Silicium und spannungsarmes Siliciumnitrid umfasst. Das Substratmaterial kann Si sein.
Insbesondere ist bei der Ausführungsform, in welcher hochdotiertes Poly-Si als Abschirmschichtmaterial gewählt wird, die Abschirmschicht elektrisch leitend. Mit dieser Eigenschaft kann die Abschirmschicht als Bootstrapping-Elektrode verwendet werden, was parasitäre Kapazitäten beim Auslesen des Membranknotens reduzieren kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Membran eine Schichtstruktur umfassen. Die Schichtstruktur der Membran kann eine elektrisch leitende Membrankernschicht sowie zwei Außenschichten unter und über der Membrankernschicht umfassen, die sie zwischen sich einschließen. Die äußeren Schichten können aus einem dielektrischen Material mit einer höheren Zugfestigkeit als die der Kernschicht bestehen.
Insbesondere kann die elektrisch leitende Membrankernschicht aus hochdotiertem Poly-Si bestehen, und die Außenschichten der Membran können aus spannungsarmem Siliciumnitrid bestehen.
Bei einer solchen Ausführungsform kann die hochdotierte Poly-Si-Kernschicht für die für eine MEMS-Membran erforderliche Leitfähigkeit sorgen, und die Außenschichten aus Siliciumnitrid können aufgrund ihrer vergleichsweise höheren Zugfestigkeit die Robustheit der Membran erhöhen. Des Weiteren kann bei einer solchen Ausführungsform das spannungsarme Siliciumnitrid der unteren Außenschicht der Membran als obere Schutzschicht des dielektrischen Bulkmaterials der mittleren Isolierschicht während Ätzprozessen dienen. Bei einer Ausführungsform, bei der auch das Ätzstoppermaterial Siliciumnitrid ist, können zudem die untere Außenschicht der Membran und der Ätzstopper in einem Prozessschritt hergestellt werden. Dadurch können der zusätzliche Prozessaufwand und die resultierenden Kosten für die Herstellung des Ätzstoppers minimiert werden.
Bei einer Ausführungsform kann das MEMS-Mikrofon eine Rückplatte, die über der Membran angeordnet ist, und eine obere Isolierschicht umfassen, die zwischen der Membran und der Rückplatte angeordnet sein kann. Die obere Isolierschicht kann eine vierte Öffnung umfassen, die bündig mit dem Schallkanal unter der Membran ist. Die obere Isolierschicht kann aus Siliciumoxid bestehen.
Insbesondere kann die Rückplatte eine Vertiefung in Form eines Grabens umfassen, wobei ein Boden des Grabens der am tiefsten gelegene Teil der Rückplatte sein kann. Am Boden des Grabens kann sich die Rückplatte in direktem Kontakt mit der Membran befinden. Des Weiteren kann der Graben die Öffnung der oberen Isolierschicht umschließen und diese somit horizontal umrahmen, sodass die obere Isolierschicht vollständig durch Membran, Rückplatte und Graben eingeschlossen sein kann.
Bei einer solchen Ausführungsform kann die den Graben enthaltende Rückplatte als obere Aufhängung der Membran und als Ätzschutz für die obere Isolierschicht dienen. Bevorzugt kann die Rückplatte Materialien mit höherer Zugfestigkeit und geringerer Ätzrate als Siliciumoxid umfassen, welches in der oberen Isolierschicht verwendet werden kann. Die durch die Vertiefung der Rückplatte definierte obere Membranaufhängung kann somit eine höhere Langlebigkeit im Vergleich zu dem Fall aufweisen, in dem die obere Membranaufhängung nur aus dem Siliciumoxid der oberen Isolierschicht ausgebildet ist. Des Weiteren können der Graben und mit ihm die obere Membranaufhängung in einem lithografischen Prozess hergestellt und positioniert werden. Somit kann die Position der oberen Membranaufhängung genauer festgelegt werden als durch Ätzen des Siliciumoxids ohne jeglichen Ätzschutz.
Im Hinblick auf die Ausführungsform, bei der der Ätzstopper die untere Membranaufhängung bildet, kann insbesondere die Differenz in der Position der Aufhängung, bei dem es sich um den lateralen Abstand zwischen der unteren und der oberen Membranaufhängung handelt, mit einer Genauigkeit von 1 µm oder darunter festgelegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Mikrofons bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

a) auf einer oberen Fläche eines Substrats wird Folgendes übereinander ausgebildet: eine durchgehende untere Isolierschicht, eine Abschirmschicht, die eine kreisförmige Öffnung umfasst, und eine mittlere Isolierschicht, die einen ringförmigen Graben umfasst, an dessen Boden die Abschirmschicht frei liegt,
b) auf der mittleren Isolierschicht, die den ringförmigen Graben umfasst, wird eine untere dielektrische Außenschicht einer Membran abgeschieden, die hierdurch auch den Ätzstopper im Graben der mittleren Isolierschicht bildet, und ferner werden eine lithografisch strukturierte elektrisch leitende Membrankernschicht und eine obere dielektrische Außenschicht der Membran dieser ausgebildet,
c) eine obere strukturierte Isolierschicht wird auf der Membran ausgebildet,
d) auf der oberen strukturierten Isolierschicht wird eine Rückplatte aus einer einzigen Schicht oder aus einer Vielzahl von Teilschichten ausgebildet,
e) ein Schallkanal wird in zwei aufeinanderfolgenden Schritten geätzt: Zuerst wird das Substrat durch reaktives Ionentiefenätzen geätzt, und anschließend werden die Isolierschichten durch isotropes Nassätzen geätzt, wobei das Ausmaß des Ätzens bei der mittleren Isolierschicht durch die Abschirmschicht und den Ätzstopper festgelegt wird.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt a) das Planarisieren der Oberfläche der nicht durchgehenden mittleren Isolierschicht durch chemisch-mechanisches Polieren vor dem Verfahrensschritt b).
Ohne einen Polierschritt wären die Höhenunterschiede zwischen der kreisrunden Öffnung in der Abschirmschicht und der Abschirmschicht auf die abgeschiedene mittlere Isolierschicht übertragen. Durch den Schritt des chemisch-mechanischen Polierens kann die resultierende Vertiefung in der mittleren Isolierschicht planarisiert werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Vertiefung ebenfalls auf die Schichten übertragen wird, die darüber hergestellt werden.
Bei einer Ausführungsform wird die Membran vor dem Verfahrensschritt c) im Verfahrensschritt b) strukturiert, um Entlüftungsöffnungen zu umfassen.
Das Verfahren kann auch im Verfahrensschritt c) umfassen, dass die obere strukturierte Isolierschicht einen kreisförmigen Graben umfasst, der die obere dielektrische Außenschicht der Membran teilweise freilegt. Außerdem können im Verfahrensschritt d) die folgenden Schichten der Rückplatte übereinander auf der oberen strukturierten Isolierschicht mit dem kreisförmigen Graben ausgebildet werden: eine untere dielektrische Außenschicht der Rückplatte, eine lithografisch strukturierte elektrisch leitende Rückplattenkernschicht und eine obere dielektrische Außenschicht der Rückplatte. Diese so angeordneten Schichten der Rückplatte können vor dem Verfahrensschritt e) strukturiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung auf der Grundlage von beispielhaften Ausführungsformen und den zugehörigen Figuren detaillierter erläutert.
Die Figuren dienen nur zur Verdeutlichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Einzelne Teile können vergrößert oder im Hinblick auf die Abmessungen verzerrt dargestellt sein. Daher können aus den Figuren weder absolute noch relative Maßangaben abgeleitet werden. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den Figuren:

1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons,
2 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist,
Die 3a bis 3e zeigen mehrere Schritte eines beispielhaften Herstellungsprozesses für ein MEMS-Mikrofon mit schematischen Querschnittsansichten der MEMS-Zwischenprodukte,
4 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist und die Rückplatte geschichtet ist,
5 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist und die Rückplatte geschichtet ist und einen Graben umfasst.

1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons. Es umfasst ein Substrat 1 mit einer oberen Fläche 3 und einem Schallkanal 2, eine untere Isolierschicht 4, eine Abschirmschicht 5, eine mittlere Isolierschicht 6, einen Ätzstopper 61, dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht, eine Membran 7, eine obere Isolierschicht 8, eine Rückplatte 9, einen strukturierten Rückplatteninnenbereich 91 und eine elektrische Kontaktschicht 10.
Das Substrat 1 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ein Siliciumsubstrat sein, das dotiert sein kann. Die obere Substratfläche 3 ist die obere Abschlussfläche des Substrats.
Die untere Isolierschicht 4 ist auf die Oberseite der oberen Substratfläche 3 angeordnet. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die untere Isolierschicht 4 aus Siliciumoxid bestehen. Die bevorzugte Dicke der unteren Isolierschicht 4 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 0,5 µm betragen.
Die Abschirmschicht 5 ist auf unteren Isolierschicht 4 angeordnet. Die Abschirmschicht 5 kann aus einem Material bestehen, ausgewählt aus der folgenden Liste, die hochdotiertes Poly-Si, undotiertes Poly-Si, poröses Silicium und spannungsarmes Siliciumnitrid umfasst. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist hochdotiertes Poly-Si das bevorzugte Material für die Abschirmschicht 5. Eine beispielhafte Dicke der Abschirmschicht 5 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 0,5 µm betragen.
Die mittlere Isolierschicht 6 ist auf der Abschirmschicht 5 angeordnet. Sie umfasst den Ätzstopper 61 und die dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62. Eine beispielhafte Dicke der zweiten Isolierschicht 6 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 0,5 µm betragen. Das bevorzugte Material für den Ätzstopper 61 ist bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform spannungsarmes Siliciumnitrid und das dielektrische Bulkmaterial für die dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62 ist Siliciumoxid.
Die Membran 7 ist auf der mittleren Isolierschicht 6 angeordnet, und der Ätzstopper 61 dient als untere Membranaufhängung. Die Membran 7 umfasst ein geeignetes elektrisch leitendes Material, wie zum Beispiel hochdotiertes Poly-Si. Des Weiteren kann die Membran 7 strukturiert sein, um Entlüftungsöffnungen zu umfassen. Eine beispielhafte Dicke der Membran 7 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 0,52 µm betragen.
Der Schallkanal 2 ist unter der Membran 7 durch Öffnungen in der oberen Fläche des Substrats 3, der unteren Isolierschicht 4, der Abschirmschicht 5 und der mittleren Isolierschicht 6 ausgebildet. Die Membran 7 ist freistehend oberhalb des Schallkanals.
Der Schallkanal 2 wird bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform mithilfe von Ätzverfahren ausgebildet. Dadurch können die Schallkanalöffnungen in der oberen Substratfläche 3 und der unteren Isolierschicht 4 verfahrensbedingten horizontalen und vertikalen Durchmesserabweichungen unterliegen.
Die Abschirmschicht 5, der Ätzstopper 61 und die Membran 7 können eine geringe oder verschwindend geringe Ätzrate bei den Ätzprozessen aufweisen, die zum Ausbilden des Schallkanals 2 angewendet werden. Dadurch wird die dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62 der mittleren Isolierschicht 6 beim Ätzen des Schallkanals 2 durch die Abschirmschicht 5, den Ätzstopper 61 und die Membran 7 geschützt. Daher unterliegen die Schallkanalöffnungen in der Abschirmschicht 5 und der mittleren Isolierschicht 6 keinen vom Ätzverfahren abhängigen Durchmesserabweichungen. Stattdessen wird die Schallkanalöffnung (dritte Öffnung) direkt unter der Membran, die die Schallkanalöffnung in der mittleren Isolierschicht 6 ist, durch die Position des Ätzstoppers 61 definiert.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Position des Ätzstoppers 61 mit einer Genauigkeit von 1 µm oder darunter positioniert werden. Somit kann die vom Ätzstopper 61 eingerahmte Öffnung in der mittleren Isolierschicht 6, die die untere Membranaufhängung bildet, den unteren freistehenden Durchmesser der Membran mit einer Genauigkeit von 1 µm oder darunter definieren.
Die obere Isolierschicht 8 ist auf der Membran 7 angeordnet. Sie umfasst eine Öffnung als Verlängerung des Schallkanals. Das Material der oberen Isolierschicht 8 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Siliciumoxid sein. Eine beispielhafte Dicke der dritten Isolierschicht 8 kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 1 µm betragen.
Die Rückplatte 9 ist auf der oberen Isolierschicht 8 angeordnet. Sie umfasst ein geeignetes elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise hochdotiertes Poly-Si. Die Rückplatte 9 ist über der Öffnung in der oberen Isolierschicht 8 freistehend. Die Rückplatte 9 umfasst ein freitragendes Gebiet, das den strukturierten Rückplatteninnenbereich 91 umfasst. In dem strukturierten Rückplatteninnenbereich 91 kann die Rückplatte perforiert sein, um einen schnellen Druckausgleich zwischen beiden Seiten der Rückplatte zu ermöglichen.
Die elektrische Kontaktschicht 10 ist auf der Oberseite der Rückplatte angeordnet, aber gegen die Rückplatte isoliert. Von der elektrischen Kontaktschicht 10 können elektrische Kontakte beispielsweise für die Rückplatte, die Membran, die Poly-Abschirmung oder andere potenzielle Bestandteile ausgebildet sein. Die elektrische Kontaktschicht umfasst geeignete Metalle oder Legierungen von Metallen ausgewählt aus der Liste bestehend ausTi, W, Cr, Ni und Au.
2 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist. Sie umfasst ein Substrat 1, einen Schallkanal 2, eine obere Fläche des Substrats 3, eine untere Isolierschicht 4, eine Abschirmschicht 5, eine mittlere Isolierschicht 6, einen Ätzstopper 61, eine dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62, eine Membran 7, eine untere äußere Membranschicht 71, eine elektrisch leitende Membrankernschicht 72, eine obere äußere Membranschicht 73, eine obere Isolierschicht 8, eine Rückplatte 9, einen strukturierten Rückplatteninnenbereich 91 und eine elektrische Kontaktschicht 10.
Die in 2 gezeigte beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons kann eine abgewandelte Ausführungsform der in 1 gezeigten und oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform sein. Mit Ausnahme der Membran 7 kann die Anordnung der anderen Teile mit der oben beschriebenen, in 1 gezeigten Anordnung übereinstimmen.
Die Membran 7 ist bei der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform eine geschichtete Membran, die die untere Membranaußenschicht 71, die elektrisch leitende Membrankernschicht 72 und die obere Membranaußenschicht 73 umfasst.
Die elektrisch leitende Membrankernschicht 72 ist die Schicht, die den Membrankern bildet. Sie umfasst ein elektrisch leitendes Material, vorzugsweise hochdotiertes Poly-Si.
Die untere und die obere Membranaußenschichten 71 und 73 schließen die elektrisch leitende Membrankernschicht 72 von unten und oben zwischen sich ein. Dabei ist die untere Membranaußenschichten 71 direkt auf der mittleren Isolierschicht 6 angeordnet und die obere Membranaußenschichten 73 ist direkt unter der oberen Isolierschicht 8 angeordnet.
Beide Membranaußenschichten 71 und 73 können aus einem dielektrischen Material bestehen. Vorzugsweise kann das dielektrische Material der Membranaußenschichten 71 und 73 spannungsarmes Siliciumnitrid sein, das eine höhere Zugfestigkeit als die Membrankernschicht und eine geringere Ätzrate als Siliciumoxid aufweist.
Die Dicke jeder Membranaußenschichten 71 und 73 kann 0,11 µm betragen. Die Dicke der elektrisch leitenden Membrankernschicht 72 kann 0,3 µm betragen.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können die untere äußere Membranschicht 71, zusammen mit dem Ätzstopper 61, und die Abschirmschicht 5 als Ätzschutz für die Teilschicht 62 aus einem dielektrischen Bulkmaterial dienen. Außerdem ermöglicht die potenzielle Materialgleichheit der unteren Membranaußenschicht 71 und des Ätzstoppers 61 die Herstellung beider in einem einzigen gemeinsamen Herstellungsschritt.
Die 3a bis 3e zeigen verschiedene Stadien eines beispielhaften Herstellungsprozesses für ein MEMS-Mikrofon in einer schematischen Querschnittsansicht.
Der Herstellungsprozess, den die 3a bis 3e betreffen, kann ein beispielhafter Herstellungsprozess für die beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons sein, wie es in 2 dargestellt ist.
In einem in 3a gezeigten ersten Schritt wird ein Siliciumsubstrat 1 bereitgestellt, das eine obere Fläche des Substrats 3 umfasst.
In einem in 3b gezeigten zweiten Schritt wird eine durchgehende untere Isolierschicht 4 auf das Substrat aufgebracht. Das Material der durchgehenden unteren Isolierschicht 4 kann Siliciumoxid sein, das beispielsweise ein thermisches Oxid des Siliciumsubstrats 1 sein kann oder es kann aus einem plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (plasma-enhanced chemical vapour deposition, PECVD) unter Verwendung von Tetraethylorthosilicat (TEOS) herrühren. Die Dicke der durchgehenden unteren Isolierschicht 4 kann 0,5 µm betragen.
In einem in 3c gezeigten dritten Schritt wird eine Abschirmschicht 5, die eine kreisrunde Öffnung 51 umfasst, auf der durchgehenden unteren Isolierschicht 4 ausgebildet. In der kreisförmigen Öffnung 51 liegt die untere Isolierschicht 4 frei. Die Abschirmschicht 5 kann aus einem Material bestehen, das aus der folgenden Liste bestehend aus hochdotiertem Poly-Si, undotiertem Poly-Si, porösem Silicium und spannungsarmem Siliciumnitrid ausgewählt ist. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist hochdotiertes Poly-Si das bevorzugte Material für die Abschirmschicht 5. Sie kann mit einem beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung unter Niederdruck (low pressure chemical vapor deposition, LPCVD). Die Dicke der Abschirmschicht 5 kann 0,5 µm. betragen.
In einem in 3d gezeigten vierten Schritt wird eine dielektrische Materialschicht, die in der mittleren Isolierschicht 6 enthalten ist, auf die Abschirmschicht 5 und auf den freilegenden Bereich der unteren Isolierschicht 4 unterhalb der kreisförmigen Öffnung 51 aufgebracht. Die Schicht 6 umfasst eine dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62 und einen Graben 63, an dessen Boden ein Teil der Abschirmschicht 5 freiliegt. Das Material der dielektrischen Bulkmaterial-Teilschicht 62 kann Siliciumoxid sein, das mit einem beliebigen geeigneten Verfahren abgeschieden werden kann, wie beispielsweise einem PECVD-Verfahren unter Verwendung von TEOS.
Da eine entsprechend hergestellte dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62 aufgrund des Höhenunterschieds zwischen der Abschirmschicht 5 und der kreisrunden Öffnung 51 eine Vertiefung umfasst, kann optional ein zusätzlicher Prozessschritt vorgesehen werden. Dabei wird zunächst die Vertiefung in der dielektrischen Bulkmaterial-Teilschicht 62 durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert, und anschließend kann zusätzliches Siliciumoxid abgeschieden werden, um für die Kontinuität der Teilschicht 62 aus einem dielektrischen Bulkmaterial zu sorgen. Der zusätzliche Schritt zum Abscheiden von Siliciumoxid kann mit einem beliebigen geeigneten Verfahren wie etwa einem PECVD-Verfahren unter Verwendung von TEOS ausgeführt werden.
Unabhängig von einem solchen wahlweisen Prozessschritt kann die bevorzugte Dicke der dielektrischen Bulkmaterial-Teilschicht 62 0,5 µm betragen.
In einem in 3e gezeigten fünften Schritt wird eine untere dielektrische Außenschicht 71 der Membran 7 aufgebracht. Bei dem Abscheidungsprozess wird der Graben 63 mit dem abgeschiedenen Material gefüllt, um zugleich den Ätzstopper 61 in dem Graben der dielektrischen Bulkmaterial-Teilschicht 62 auszubilden. Das Material des Ätzstoppers 61 und einer unteren dielektrischen Außenschicht 71 kann spannungsarmes Siliciumnitrid sein, das mit einem beliebigen geeigneten Verfahren, wie beispielsweise LPCVD, abgeschieden werden kann. Die Dicke der unteren dielektrischen Außenschicht 71 kann 0,11 µm betragen.
Weitere Schichten des MEMS-Mikrofons können mit einem beliebigen geeigneten Verfahren, einschließlich beliebiger geeigneter Materialien, hergestellt werden, das aber nicht in 3 dargestellt ist.
Beispielsweise kann, wie in 2 dargestellt, eine elektrisch leitende Membrankernschicht 72 auf der Oberseite der unteren dielektrischen Außenschicht 71 der Membran 7 angeordnet werden. Das Material der elektrisch leitenden Membrankernschicht 72 kann hochdotiertes Poly-Si sein, das mittels LPCVD abgeschieden werden kann. Die Dicke der elektrisch leitenden Membrankernschicht 72 kann 0,3 µm betragen.
Optional kann ein Annealing-Schritt bei der elektrisch leitenden Membrankernschicht 72 und der unteren dielektrischen Außenschicht 71 angewendet werden, um Spannung zu regulieren.
Die elektrisch leitende Membrankernschicht 72 kann anschließend strukturiert werden, um beispielsweise Entlüftungsöffnungen einzuarbeiten.
Eine obere dielektrische Außenschicht 73 kann auf der elektrisch leitenden Membrankernschicht 72 ausgebildet werden. Das Material der oberen dielektrischen Außenschicht 73 kann spannungsarmes Siliciumnitrid sein, das mit einem beliebigen geeigneten Verfahren, wie beispielsweise LPCVD, abgeschieden werden kann. Die Dicke der oberen dielektrischen Außenschicht 71 kann 0,11 µm betragen.
Anschließend kann die entsprechend aufgebaute Membran 7 weiter strukturiert werden, um beispielsweise Entlüftungsöffnungen einzuarbeiten.
Auf die Membran 7 kann eine obere Isolierschicht 8 aufgebracht werden. Das Material der oberen Isolierschicht 8 kann Siliciumoxid sein, das mit einem beliebigen geeigneten Verfahren abgeschieden werden kann, wie beispielsweise einem PECVD-Verfahren unter Verwendung von TEOS. Die obere Isolierschicht 8 kann strukturiert werden. Die Dicke der oberen Isolierschicht 8 kann 1 µm. betragen.
Auf der oberen Isolierschicht 8 wird eine Rückplatte 9 hergestellt. Mögliche wahlweise Ausführungsformen für die Rückplatte 9 und ihre Herstellung werden unten bei der Erläuterung der 4 und 5 behandelt.
Auf der Rückplatte wird eine elektrische Kontaktschicht 10 hergestellt. Die elektrische Kontaktschicht 10 kann elektrische Kontakte beispielsweise für die Rückplatte, die Membran, die Poly-Abschirmung oder andere potenzielle Bestandteile umfassen. Die elektrische Kontaktschicht kann eines oder mehrere geeignete Metalle oder Legierungen von Metallen aus der Aufzählung umfassen, die Ti, W, Cr, Ni und Au enthält.
Nach der oben beschriebenen Herstellung der Schichten kann ein Schallkanal 2 mithilfe geeigneter Ätzverfahren ausgebildet werden. Zuerst kann ein rückseitiger DRIE-Prozess angewendet werden, um das Substrat 1 von der Unterseite her zu ätzen, d.h. von einer Seite des Substrats, die der oberen Substratfläche 3 entgegengesetzt ist. Der gesamte Schallkanal zusammen mit der Öffnung in der oberen Isolierschicht 8 wird durch anschließendes Ätzen durch die weiteren Schichten unter der Membran ausgebildet, wobei ein anderer geeigneter Ätzprozess, z.B. Nassätzen, verwendet wird. In jeder Schicht werden Öffnungen ausgebildet, die einen jeweiligen Durchmesser haben, der von der Ätzrate des jeweiligen Schichtmaterials abhängt. Die Öffnungen werden in das Siliciumoxid der Isolierschichten 4 und 8 und der Teilschicht 62 aus einem dielektrischen Bulkmaterial geätzt. Hierzu können weitere geeignete Verfahren, wie beispielsweise Fluorwasserstoffdampf-Verfahren, verwendet werden.
Der Ätzgrad, die Durchmesser der Schallkanalöffnungen und die Schwankung der Durchmesser der Schallkanalöffnungen in dem Substrat 1, der unteren Isolierschicht 4 und der oberen Isolierschicht 8 hängen von den Ätzbedingungen ab.
Der Durchmesser der in die mittlere Isolierschicht 6 geätzten Schallkanalöffnung hängt nicht von den Ätzbedingungen ab. Er wird vielmehr durch die Position des Ätzstoppers festgelegt, der eine Überätzung der mittleren Isolierschicht 6 verhindert, indem er die dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62 außerhalb des Schallkanals schützt.
4 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist und die Rückplatte geschichtet ist. Sie umfasst ein Substrat 1, einen Schallkanal 2, eine obere Fläche des Substrats 3, eine untere Isolierschicht 4, eine Abschirmschicht 5, eine mittlere Isolierschicht 6, einen Ätzstopper 61, dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62, eine Membran 7, eine untere Membranaußenschicht 71, eine elektrisch leitende Membrankernschicht 72, eine obere Membranaußenschicht 73, eine obere Isolierschicht 8, eine Rückplatte 9, einen strukturierten Rückplatteninnenbereich 91, eine untere Rückplattenaußenschicht 92, eine elektrisch leitende Rückplattenkernschicht 93, eine obere Rückplattenaußenschicht 94 und eine elektrische Kontaktschicht 10.
Die in 4 gezeigte beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons ist eine abgewandelte Ausführungsform der in 2 gezeigten, oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform. Mit Ausnahme der Rückplatte 9 kann die Anordnung der anderen Teile mit der in 2 gezeigten Anordnung übereinstimmen.
Die Rückplatte 9 ist bei der beispielhaften Ausführungsform von 4 eine geschichtete Rückplatte, die die untere Rückplattenaußenschicht 92, die elektrisch leitende Rückplattenkernschicht 93 und die obere Rückplattenaußenschicht 94 umfasst.
Die elektrisch leitende Rückplattenkernschicht 93 umfasst ein elektrisch leitendes Material, vorzugsweise hochdotiertes Poly-Si.
Die untere und die obere Rückplattenaußenschichten 92 und 94 umschließen die elektrisch leitende Rückplattenkernschicht 93 von unten beziehungsweise von oben. Dabei ist die untere Rückplattenaußenschicht 93 direkt auf der oberen Isolierschicht 8 angeordnet.
Beide Rückplattenaußenschichten 92 und 94 können aus einem dielektrischen Material bestehen. Vorzugsweise ist das dielektrische Material der Rückplattenaußenschichten 92 und 94 spannungsarmes Siliciumnitrid.
Die Herstellung der geschichteten Rückplatte kann mit einem beliebigen geeigneten Verfahren, wie etwa LPCVD-Verfahren, ausgeführt werden. Außerdem kann das Strukturieren einzelner Rückplattenschichten 92, 93 und 94 oder der zusammengefügten Rückplatte 9 beispielsweise mit lithografischen Verfahren ausgeführt werden.
Die Dicke der unteren Rückplattenaußenschicht 92 kann 0,13 µm betragen. Die Dicke der elektrisch leitenden Rückplattenkernschicht 93 kann 0,33 µm betragen. Die Dicke der oberen Rückplattenaußenschicht 92 kann 0,5 µm betragen.
5 zeigt in einem schematischen Querschnitt den oberen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, wobei die Membran geschichtet und strukturiert ist und die Rückplatte geschichtet ist und eine Vertiefung umfasst. Sie umfasst ein Substrat 1, einen Schallkanal 2, eine obere Fläche des Substrats 3, eine untere Isolierschicht 4, eine Abschirmschicht 5, eine mittlere Isolierschicht 6, einen Ätzstopper 61, eine dielektrische Bulkmaterial-Teilschicht 62, eine Membran 7, eine untere Membranaußenschicht 71, eine elektrisch leitende Membrankernschicht 72, eine obere Membranaußenschicht 73, eine obere Isolierschicht 8, eine Rückplatte 9, einen strukturierten Rückplatteninnenbereich 91, eine untere Rückplattenaußenschicht 92, eine elektrisch leitende Rückplattenkernschicht 93, eine obere Rückplattenaußenschicht 94, einen Rückplattengraben 95 und eine elektrische Kontaktschicht 10.
Die in 5 gezeigte beispielhafte Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons ist eine abgewandelte Ausführungsform der in 4 gezeigten, oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform. Mit Ausnahme der Rückplatte 9 und der oberen Isolationsschicht 8 kann die Anordnung der anderen Teile mit der in 4 dargestellten, oben beschriebenen Anordnung übereinstimmen.
Die Rückplatte 9 umfasst bei der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einen Graben 95, der als eine Vertiefung ausgebildet ist. Der Graben 95 hat einen Grabenboden, der der am tiefsten gelegene Teil der Rückplatte 9 ist. Am Grabenboden ist die Rückplatte 9 in direktem Kontakt mit der Membran 7. Da sowohl die Membran 7 als auch die Rückplatte 9 eine Schichtstruktur umfassen können, die dielektrische Außenschichten 71, 73, 92 und 94 umfasst, können die elektrisch leitenden Kernschichten der Membran und der Rückplatte 72 und 93 gegeneinander elektrisch isoliert bleiben. Der Graben 95 umrahmt die Schallkanalöffnung in der oberen Isolierschicht 8 oberhalb der Membran.
Das Herstellungsverfahren für die mit dem Graben versehene Rückplatte 9 kann mit dem oben beschriebenen Verfahren für die geschichtete Rückplatte 9 übereinstimmen. Allerdings wird der Graben 95 durch Ausbilden einer entsprechenden Struktur bzw. eines entsprechenden Grabens in der oberen Isolierschicht 8 vorgeformt, bevor die Rückplatte auf die obere Isolierschicht 8 aufgebracht wird. Zum Ausbilden der Grabenvorform in der oberen Isolierschicht 8 kann ein beliebiges geeignetes Verfahren angewendet werden, wie etwa auf Lithografie basierende Verfahren. Am Boden der Grabenvorform wird die Oberfläche der Membran 6 vor dem Aufbringen der Rückplatte 9 freigelegt.
Mit diesem gefurchten Rückplattendesign kann die mit einem Graben versehene Rückplatte 9 zusammen mit der Membran 7 beim Ätzen der Schallkanalöffnung in die obere Isolierschicht 8 als Ätzschutz für die obere Isolierschicht 8 dienen.
Dadurch wird der Durchmesser der Schallkanalöffnung in der oberen Isolierschicht 8 durch den Graben 95 festgelegt, der mit der Genauigkeit lithografischer Verfahren positioniert werden kann. Daher unterliegt sie keinen vom Ätzen abhängigen Durchmesserschwankungen.
Überdies kann der Graben 95 als obere Membranaufhängung dienen. Mit sowohl einem genau positionierten Ätzstopper als unterer Membranaufhängung als auch einem genau positionierten Rückplattengraben 95 als oberer Membranaufhängung können die Differenz in der Aufhängung und der Durchmesser des freistehenden Membranbereichs im Schallkanal mit einer Genauigkeit von 1 µm oder darunter festgelegt werden.

Claims

MEMS-Mikrofon, umfassend: - ein Substrat, eine Abschirmschicht, eine mittlere Isolierschicht und eine Membran, wobei - das Substrat eine obere Fläche mit einer ersten Öffnung darin aufweist, - die Abschirmschicht zwischen der oberen Fläche des Substrats und der Membran angeordnet ist und sie eine zweite Öffnung aufweist, - die mittlere Isolierschicht zwischen der Abschirmschicht und der Membran angeordnet ist und umfasst: - ein dielektrisches Bulkmaterial mit einer dritten Öffnung, und - einen Ätzstopper, der den Rand der mittleren Isolierschicht zur dritten Öffnung hin bildet, sodass das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht vollständig zwischen Abschirmschicht, Ätzstopper und Membran eingeschlossen ist, und wobei - alle Öffnungen übereinander angeordnet sind, um einen gemeinsamen Schallkanal zur Membran zu bilden.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 1, wobei eine untere Isolierschicht zwischen der oberen Fläche des Substrats und der Abschirmschicht angeordnet ist, und das Material der unteren Isolierschicht Siliciumoxid ist.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Ätzstopper die untere Membranaufhängung bildet.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ätzstopper aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate als die des dielektrischen Bulkmaterials der mittleren Isolierschicht zwischen der Abschirmschicht und der Membran besteht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ätzstopper aus einem Material mit einer höheren Zugfestigkeit als die des dielektrischen Bulkmaterials der mittleren Isolierschicht besteht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ätzstopper aus spannungsarmem Siliciumnitrid besteht und das dielektrische Bulkmaterial der mittleren Isolierschicht Siliciumoxid ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die Abschirmschicht aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate als die des Substratmaterials besteht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Abschirmschicht aus einem Material mit einer geringeren Ätzrate als die des Substratmaterials und der von Siliciumoxid besteht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abschirmschicht aus einem Material besteht, das aus der folgenden Liste ausgewählt ist, die hochdotiertes Poly-Si, undotiertes Poly-Si, poröses Silicium und spannungsarmes Siliciumnitrid umfasst, und das Substratmaterial Si ist.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Membran eine horizontal geschichtete Struktur umfasst, und die horizontal geschichtete Struktur der Membran eine elektrisch leitende Membrankernschicht umfasst, und zwei Außenschichten unter und über der Membrankernschicht, die sie zwischen sich einschließen, und die Außenschichten aus einem dielektrischen Material mit einer höheren Zugfestigkeit als die der Kernschicht bestehen.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 10, wobei die elektrisch leitende Membrankernschicht aus hochdotiertem Poly-Si besteht, und die Außenschichten der Membran aus spannungsarmem Siliciumnitrid bestehen.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Mikrofon umfasst: eine Rückplatte, die über der Membran angeordnet ist, und eine obere Isolierschicht, die zwischen Membran und Rückplatte angeordnet ist, die obere Isolierschicht eine vierte Öffnung umfasst, die den Schallkanal oberhalb der Membran fortsetzt, und die obere Isolierschicht aus Siliciumoxid besteht.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 12, wobei die Rückplatte einen Graben umfasst, wobei ein Grabenboden der am tiefsten gelegene Teil des Grabens ist, und die Rückplatte am Grabenboden in direktem Kontakt mit der Membran ist, und der Graben die Öffnung der oberen Isolierschicht derart horizontal umrahmt, dass die obere Isolierschicht vollständig durch Membran, Rückplatte und Graben in der Rückplatte eingeschlossen ist.
Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Mikrofons, das die folgenden Schritte umfasst: a) auf einer oberen Fläche eines Substrats wird Folgendes übereinander ausgebildet: eine durchgehende untere Isolierschicht, eine Abschirmschicht, die eine kreisförmige Öffnung umfasst, und eine mittlere Isolierschicht, die einen ringförmigen Graben umfasst, an dessen Boden die Abschirmschicht frei liegt,, b) auf der mittleren Isolierschicht, die den ringförmigen Graben umfasst, wird eine untere dielektrische Außenschicht einer Membran abgeschieden, die hierdurch auch den Ätzstopper im Graben der mittleren Isolierschicht ausbildet, und ferner werden eine lithografisch strukturierte elektrisch leitende Membrankernschicht und eine obere dielektrische Außenschicht der Membran auf der Vorgenannten ausgebildet, c) eine obere strukturierte Isolierschicht wird auf der Membran ausgebildet, d) auf der oberen strukturierten Isolierschicht wird eine Rückplatte aus einer einzigen Schicht oder aus einer Vielzahl von Teilschichten ausgebildet, e) ein Schallkanal wird in zwei aufeinanderfolgenden Schritten geätzt: Zuerst wird das Substrat durch reaktives Ionentiefenätzen geätzt, und anschließend werden die Isolierschichten durch isotropes Nassätzen geätzt, wobei das Ausmaß des Ätzens bei der mittleren Isolierschicht durch die Abschirmschicht und den Ätzstopper festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oberfläche der nicht durchgehenden mittleren Isolierschicht vor dem Verfahrensschritt b) im Verfahrensschritt a) durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Membran vor dem Verfahrensschritt c) im Verfahrensschritt b) derart strukturiert wird, dass sie Entlüftungsöffnungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die obere strukturierte Isolierschicht im Verfahrensschritt c) einen kreisförmigen Graben umfasst, der die obere dielektrische Außenschicht der Membran teilweise freilegt, und im Verfahrensschritt d) auf der oberen strukturierten Isolierschicht, die den kreisförmigen Graben umfasst, die folgenden Schichten der Rückplatte übereinander ausgebildet werden: eine untere dielektrische Außenschicht der Rückplatte, eine lithografisch strukturierte elektrisch leitende Rückplattenkernschicht und eine obere dielektrische Außenschicht der Rückplatte, und die entsprechend angeordneten Schichten der Rückplatte vor dem Verfahrensschritt e) strukturiert werden.