DE102019205349A1

DE102019205349A1 - Mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung

Info

Publication number: DE102019205349A1
Application number: DE102019205349.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-15
Also published as: CN111811726A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit einem Substrat (10) mit einer Substratoberfläche (10a), einer die Substratoberfläche (10a) überspannenden Membran (12), einer an und/oder in der Membran (12) ausgebildeten ersten Messelektrode (16), welche mittels einer Verwölbung zumindest eines freitragenden Bereichs (14) der Membran (12) in eine Verstell- oder Verformbewegung versetzbar ist, und einer fixierten Gegenelektrode (18), wobei die erste Messelektrode (16) auf einer ersten Seite der Gegenelektrode (18) liegt, und wobei eine zweite Messelektrode (20) mittels mindestens eines Trägerelements (22) derart an der ersten Messelektrode (16) und/oder der Membran (12) aufgehängt ist, dass die zweite Messelektrode (20) auf einer zweiten Seite der Gegenelektrode (18) gehalten ist und bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran (12) zusammen mit der in ihre Verstell- oder Verformbewegung versetzten ersten Messelektrode (16) mitbewegt ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung und eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Sensorvorrichtung.
Stand der Technik
In der DE 10 2009 000 403 A1 sind ein mikromechanischer kapazitiver Drucksensor und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Drucksensors beschrieben. Der Drucksensor umfasst ein Substrat, eine über einer Substratoberfläche des Substrats fixierte Elektrode und eine mittels einer die fixierte Elektrode überspannenden Membran verstellbar aufgehängte weitere Elektrode. Außerdem soll ein freitragender Bereich der Membran mittels einer darauf ausgeübten Kraft verwölbbar sein, wodurch eine zwischen den Elektroden anliegende Kapazität variierbar sein soll.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile, bzw. damit ausgestattete kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung, bei welchen eine von einem Substrat des jeweiligen mikromechanischen Bauteils weg gerichtete Membranaußenseite als „sensitive Membranfläche“ genutzt werden kann. Im Unterschied zu einem Verfüllen einer in ein Substrat strukturierten Aussparung mit Gel ist ein Gelen der „sensitiven Membranfläche“ eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils, bzw. der damit ausgestatteten kapazitiven Sensor- oder Schaltervorrichtung, deshalb leicht ausführbar und erfordert nur einen relativ geringen Arbeitsaufwand. Die vorliegende Erfindung schafft somit mikromechanische Bauteile, bzw. damit ausgestattete kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtungen, welche aufgrund einer guten Schützbarkeit ihrer „sensitiven Membranfläche“ eine gesteigerte Lebensdauer aufweisen.
Gleichzeitig eignet sich ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Bauteil für ein sogenanntes „volldifferentielles Auswertekonzept“, bei welchem eine auf die „sensitive Membranfläche“ einwirkende Kraft, bzw. eine der Kraft entsprechende physikalische Größe oder Umgebungsbedingung, mittels einer Differenzbildung aus einer zwischen der ersten Messelektrode und der (fixierten) Gegenelektrode anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegenden zweiten Kapazität möglich ist. Ein aus dieser Differenzbildung gewonnenes Signal ist um einen Faktor 2 größer als ein nur aus einer ersten Kapazitätsänderung der ersten Kapazität (oder nur aus einer zweiten Kapazitätsänderung der zweiten Kapazität) gewonnenes Vergleichssignal. Das „volldifferentielle Auswertekonzept“ kann deshalb zur Miniaturisierung des mikromechanischen Bauteils unter Beibehaltung seiner Empfindlichkeit und/oder seiner Messgenauigkeit genutzt werden. Entsprechend kann das „volldifferentielle Auswertekonzept“ auch zur Steigerung der Empfindlichkeit und/oder der Messgenauigkeit des mikromechanischen Bauteils unter Beibehaltung seiner Baugröße ausgenutzt werden. Zur Auswertung eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils kann deshalb in der Regel eine einfache, wenig Bauraum benötigende und kostengünstige Auswerteelektronik genutzt werden.
Ein weiterer Vorteil des „volldifferentiellen Auswertekonzepts“ und der Differenzbildung liegt in dem häufig automatischen „Herausfiltern“ eines Temperatur-Offsets. Eine an dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil auftretende Temperaturänderung bewirkt in der Regel die gleichen temperaturbedingten Kapazitätsänderungen an der ersten Kapazität und an der zweiten Kapazität, sodass der Temperatur-Offset bei der Differenzbildung automatisch „herausgefiltert“ wird. Ebenso werden bei einem „volldifferentiellen Auswertekonzept“ mittels der Differenzbildung häufig herkömmlicherweise auftretende Fehlsignale, welche auf eine Verbiegung des Substrats des jeweiligen mikromechanischen Bauteils zurückzuführen sind, automatisch „herausgefiltert“. Des Weiteren ist das bei einem „volldifferentiellen Auswertekonzept“ mittels der Differenzbildung gewonnene Signal häufig „linear“ zu der auf die „sensitive Membranfläche“ einwirkenden Kraft, bzw. der der Kraft entsprechenden physikalischen Größe oder Umgebungsbedingung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist das mindestens eine Trägerelement jeweils zumindest teilweise derart aus mindestens einem elektrisch-isolierenden Material gebildet, dass die zweite Messelektrode elektrisch von der ersten Messelektrode isoliert ist. Damit können unterschiedliche Werte für eine zwischen der ersten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegende erste Kapazität und für eine zwischen der zweiten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegende zweite Kapazität erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die zweite Messelektrode aus einer ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht, welche direkt auf der Substratoberfläche und/oder direkt auf einer die Substratoberfläche zumindest teilweise abdeckenden Deckschicht abgeschieden ist, gebildet, während die Gegenelektrode aus einer zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht, welche auf einer von dem Substrat weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht abgeschieden ist, gebildet ist, und die erste Messelektrode aus einer dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht, welche auf einer von dem Substrat weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht abgeschieden ist, gebildet ist. In diesem Fall ist die Herstellung des mikromechanischen Bauteils besonders einfach ausführbar und mit relativ geringen Herstellungskosten verbunden.
Beispielsweise kann die Membran ein Gehäuse mit einem darin vorliegenden Referenzdruck derart luftdicht abdichten, dass der zumindest eine freitragende Bereich der Membran mittels eines außerhalb des Gehäuses vorherrschenden physikalischen Drucks ungleich dem Referenzdruck verwölbbar ist. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils kann somit vorteilhaft für einen kapazitiven Drucksensor genutzt werden.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei kapazitiven Sensor- oder Schaltervorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Vorzugsweise umfasst die kapazitive Sensorvorrichtung eine Auswerteelektronik, welche dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung einer aktuell ermittelten Messgröße bezüglich einer Differenz zwischen einer zwischen der ersten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegenden zweiten Kapazität einen Messwert bezüglich der auf den zumindest einen freitragenden Bereich der Membran ausgeübten Kraft oder einer der Kraft entsprechenden physikalischen Größe oder Umgebungsbedingung festzulegen und auszugeben. Die Auswerteelektronik kann somit die Vorteile des oben bereits erläuterten „volldifferentiellen Auswertekonzepts“ gewährleisten.
Beispielsweise kann das mikromechanische Bauteil der als kapazitive Drucksensorvorrichtung ausgelegten kapazitiven Sensorvorrichtung die Merkmale des in dem zweiten vorausgehenden Absatz beschriebenen mikromechanischen Bauteils aufweisen, wobei die Auswerteelektronik dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung der aktuell ermittelten Messgröße einen Messwert bezüglich des außerhalb des Gehäuses vorherrschenden physikalischen Drucks festzulegen und auszugeben.
Die oben beschriebenen Vorteile werden auch durch ein Ausführen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung bewirkt. Ebenso werden diese Vorteile durch Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Herstellen einer kapazitiven Sensorvorrichtung geschaffen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Verfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils und der kapazitiven Sensorvorrichtung weitergebildet werden können.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1a und 1b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform eines mikromechanischen Bauteils;
2a und 2b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
3a bis 3c schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4a und 4b schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer ersten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung; und
6 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform eines mikromechanischen Bauteils.
Das in 1a und 1b im Querschnitt schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist ein Substrat 10 mit einer Substratoberfläche 10a auf. Zusätzlich hat das mikromechanische Bauteil eine die Substratoberfläche 10a überspannende Membran 12 mit zumindest einem freitragenden Bereich 14, wobei der zumindest eine freitragende Bereich 14 der Membran 12 mittels einer auf den jeweiligen freitragenden Bereich 14 ausgeübten Kraft F verwölbbar ist/verwölbt wird (vgl. 1a und 1b). Eine an und/oder in der Membran 12 ausgebildete erste Messelektrode 16 ist/wird mittels einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 in eine Verstell- oder Verformbewegung in Bezug zu der Substratoberfläche 10a versetztbar/versetzt. Unter der ersten Messelektrode 16 kann insbesondere zumindest ein Teil des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 verstanden werden. Wahlweise kann die erste Messelektrode 16 auch als eine Versteifung/Verdickung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 ausgebildet sein. Ebenso kann die erste Messelektrode 16 auch an einer Membraninnenseite 14a des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 „aufgehängt“ sein. Die in 1a schematisch wiedergegebene Ausbildung der ersten Messelektrode 16 als der (einzige) freitragende Bereich 14 der Membran 12 ist somit nur beispielhaft zu interpretieren.
Das mikromechanische Bauteil weist auch eine in Bezug zu der Substratoberfläche 10a fixierte Gegenelektrode 18 auf, welche derart zwischen der Membran 12 und der Substratoberfläche 10a angeordnet ist, dass die erste Messelektrode 16 auf einer ersten Seite der Gegenelektrode 18 liegt. Unter der fixierten Anordnung der Gegenelektrode 18 ist zu verstehen, dass die Gegenelektrode 18 lediglich durch Beschädigung des mikromechanischen Bauteils in Bezug zu der Substratoberfläche 10a verstellbar ist. Somit wird eine Stellung der Gegenelektrode 18 in Bezug zu der Substratoberfläche 10a, bzw. eine Form der Gegenelektrode 18, durch eine Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 nicht beeinträchtigt.
Das mikromechanische Bauteil der 1a und 1b umfasst (zusätzlich zu der ersten Messelektrode 16) noch eine zweite Messelektrode 20, welche mittels mindestens eines Trägerelements 22 derart an der ersten Messelektrode 16 und/oder der Membran 12 aufgehängt ist, dass die zweite Messelektrode 20 mittels des mindestens einen Trägerelements 22 auf einer von der ersten Seite der Gegenelektrode 18 weg gerichteten zweiten Seite der Gegenelektrode 18 gehalten ist. Außerdem ist/wird die zweite Messelektrode 20 bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 zusammen mit der in ihrer Verstell- oder Verformbewegung versetzten ersten Messelektrode 16 mitbewegt.
Das mit den Elektroden 16, 18 und 20 ausgestattete mikromechanische Bauteil eignet sich deshalb vorteilhaft für das oben bereits beschriebene „volldifferentielle Auswertekonzept“. Eine Kraft F, welche eine Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 auslöst, bzw. eine der Kraft F entsprechende physikalische Größe oder Umweltbedingung, ist mittels einer Differenzbildung aus einer zwischen der ersten Messelektrode 16 und der (fixierten) Gegenelektrode 18 anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode 20 und der Gegenelektrode 18 anliegenden zweiten Kapazität detektierbar/bestimmbar. Die oben bereits beschriebenen Vorteile des „volldifferentiellen Auswertekonzepts“ sind somit auch bei einer Nutzung des hier beschriebenen mikromechanischen Bauteils gewährleistet.
Wie anhand eines Vergleichs der 1a und 1b auffällt, kann als „sensitive Membranfläche“ des mikromechanischen Bauteils, auf welche die eine Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 auslösende Kraft F einwirkt, eine von dem Substrat 10 weg gerichtete Membranaußenfläche 14b des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 genutzt werden. Damit ist die „sensitive Membranfläche“ des mikromechanischen Bauteils leicht, verlässlich und mittels eines relativ geringen Arbeitsaufwands vergelbar, wodurch eine Lebensdauer des mikromechanischen Bauteils steigerbar ist.
Die Elektrodenflächen der Elektroden 16, 18 und 20 sind vorzugsweise (nahezu) gleich groß ausgebildet. Das mindestens eine Trägerelement 22, mittels welchem die zweite Messelektrode 20 an der ersten Messelektrode 16 und/oder der Membran 12 aufgehängt ist, erstreckt sich vorzugsweise entlang einer senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichteten Richtung. Das mindestens eine Trägerelement 22 kann sich beispielsweise, wie in 1a und 1b dargestellt, durch jeweils eine in der Gegenelektrode 18 ausgebildete durchgehende Öffnung erstrecken. Damit können die erste Messelektrode 16 und die zweite Messelektrode 20 „übereinander“ angeordnet werden, während die (fixierte) Gegenelektrode 18 zwischen den Messelektrode 16 und 20 angeordnet ist. Die alle Elektroden 16, 18 und 20 überspannende Membran 12 kann somit vergleichsweise kleinflächig ausgebildet werden. Dies erleichtert eine Miniaturisierung des mikromechanischen Bauteils. Mittels einer Miniaturisierung des mikromechanischen Bauteils sind auch Materialeinsparungen bei dessen Herstellung möglich, weshalb das mikromechanische Bauteil vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist.
Eine Anordnung der Messelektroden 16 und 20 „übereinander“, wobei die Gegenelektrode 18 zwischen den Messelektroden 16 und 20 angeordnet ist, ist außerdem mit dem Vorteil verbunden, dass bei einer Verbiegung des Substrats 10 (nahezu) die gleichen Kapazitätsänderungen an der ersten Kapazität und an der zweiten Kapazität auftreten. Die auf eine Verbiegung des Substrats 10 zurückführbaren Kapazitätsänderungen der ersten Kapazität und an der zweiten Kapazität werden deshalb bei einer Differenzbildung automatisch „herausgefiltert“. Das mit den „übereinander“ angeordneten Elektroden 16, 18 und 20 ausgestattete mikromechanische Bauteil ist deshalb auch sehr stressunempfindlich.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Trägerelement 22 in einem „mittleren Bereich“ des jeweiligen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 ausgebildet. Die Ausbildung des mindestens einen Trägerelements 22 bewirkt in diesem Fall auch eine Versteifung des „mittleren Bereich“ des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran, was bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 eine Steigerung der Kapazitätsänderungen der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität bewirkt.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Trägerelement 22 jeweils zumindest teilweise derart aus mindestens einem elektrisch-isolierenden Material gebildet, dass die zweite Messelektrode 20 elektrisch von der ersten Messelektrode 16 isoliert ist. Eine vollständige Ausbildung des mindestens einen Trägerelements 22 aus seinem mindestens einen elektrisch-isolierenden Material ist jedoch nicht notwendig. Es ist ausreichend, wenn lediglich je ein elektrisch-isolierender Pufferbereich 24, wie in 1a und 1b dargestellt, als Teil des jeweiligen Trägerelements 22 vorliegt. Das mindestens eine Trägerelement 22 kann somit auch jeweils teilweise aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, wie insbesondere aus einem zum Herstellen der Gegenelektrode 18 abgeschiedenen leitfähigen Material, hergestellt sein. Das mindestens eine elektrisch-isolierende Material des mindestens einen Trägerelements 22 kann z.B. siliziumreiches Nitrid sein.
Die zweite Messelektrode 20 kann aus einer ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 26, welche direkt auf der Substratoberfläche 10a und/oder direkt auf mindestens einer die Substratoberfläche 10a zumindest teilweise abdeckenden Deckschicht 28 abgeschieden ist, gebildet sein. Unter der mindestens einen Deckschicht 28 kann insbesondere mindestens eine Isolierschicht 28 verstanden werden. Eine Freistellung der zweiten Messelektrode 20 kann mittels eines teilweisen Ätzens der Substratoberfläche 10a und/oder der mindestens einen zwischen der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 26 und der Substratoberfläche 10a liegenden Deckschicht 28 bewirkt sein. Aus dem Material der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 26 kann auch mindestens eine Verankerungsstruktur 26a gebildet sein, mittels welcher die Gegenelektrode 18 an dem Substrat 10 verankert ist.
Die Gegenelektrode 18 ist vorzugsweise aus einer zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 30, welche auf einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 26 abgeschieden ist, gebildet. Die zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht 30 ist z.B. auf einer Puffermaterialschicht, wie beispielsweise einer siliziumreichen Nitridschicht, und/oder mindestens einer ersten Opferschicht abgeschieden. Aus der Puffermaterialschicht können der mindestens eine elektrisch-isolierende Pufferbereich 24 des mindestens einen Trägerelements 22 und eventuell noch mindestens ein zum elektrischen Isolieren der Gegenelektrode 18 genutzter weiterer elektrisch-isolierender Pufferbereich 32 herausstrukturiert sein. In diesem Fall kann auch das mindestens eine Trägerelement 22 teilweise aus der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 30 herausstrukturiert sein, wobei die zweite Messelektrode 20 trotzdem elektrisch von der ersten Messelektrode 16 isoliert ist. Eine Freistellung der Gegenelektrode 18 kann mittels eines teilweisen Ätzens der mindestens einen ersten Opferschicht bewirkt sein.
Die erste Messelektrode 16 kann aus einer dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 34, welche auf einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 30 abgeschieden ist, gebildet sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall die gesamte Membran 12 aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 34 gebildet. Die dritte Halbleiter- und/oder Metallschicht 34 ist z.B. auf mindestens einer zweiten Opferschicht abgeschieden. Eine Freistellung der ersten Messelektrode 16 kann somit mittels eines teilweisen Ätzens der mindestens einen zweiten Opferschicht bewirkt sein.
Das vorausgehend beschriebene mikromechanische Bauteil eignet sich gut zur Verwendung in einer kapazitiven Sensor- oder Schaltervorrichtung. Beispielsweise kann eine kapazitive Sensorvorrichtung mit dem mikromechanischen Bauteil eine Auswerteelektronik umfassen, welche dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung einer aktuell ermittelten Messgröße bezüglich einer Differenz zwischen der zwischen der ersten Messelektrode 16 und der Gegenelektrode 18 anliegenden ersten Kapazität und der zwischen der zweiten Messelektrode 20 und der Gegenelektrode 18 anliegenden zweiten Kapazität einen Messwert bezüglich der auf den zumindest einen freitragenden Bereich 14 der Membran 12 ausgeübten Kraft F oder einer der Kraft F entsprechenden physikalischen Größe oder Umgebungsbedingung festzulegen und auszugeben.
Bei dem mikromechanischen Bauteil der 1a und 1b dichtet die Membran 12 ein Gehäuse 36 mit einem darin vorliegenden Referenzdruck p₀ derart luftdicht ab, dass der zumindest eine freitragende Bereich 14 der Membran 12 mittels eines außerhalb des Gehäuses 36, und damit auch an der „sensitiven Membranfläche“, vorherrschenden physikalischen Drucks p ungleich dem Referenzdruck p₀ verwölbbar ist/verwölbt wird. Das mikromechanische Bauteil eignet sich deshalb gut zur Verwendung in einer als kapazitive Drucksensorvorrichtung ausgelegten kapazitiven Sensorvorrichtung, deren Auswerteelektronik dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung der aktuell ermittelten Messgröße einen Messwert bezüglich des außerhalb des Gehäuses 36 vorherrschenden physikalischen Drucks p festzulegen und auszugeben.
Vorzugsweise sind die Elektroden 16, 18 und 20 derart zueinander angeordnet, dass, sofern auf den zumindest einen freitragenden Bereich 14 keine dessen Verwölbung auslösende Kraft F einwirkt, ein erster gemittelter Abstand al(p= p₀) zwischen der ersten Messelektrode 16 und der Gegenelektrode 18 größer ist als ein zweiter gemittelter Abstand a2(p= p₀) zwischen der Gegenelektrode 18 und der zweiten Messelektrode 20 (siehe 1a). Eine Differenz zwischen dem ersten gemittelten Abstand al(p= p₀) und dem zweiten gemittelten Abstand a2(p= p₀) kann derart gewählt werden, dass bei einem auf der Membranaußenseite 14b vorherrschenden physikalischen Druck p gleich einem sogenannten Arbeitsdruck p_work des mikromechanischen Bauteils der erste gemittelte Abstand al(p= p_work) gleich dem zweiten gemittelten Abstand a2(p= p_work) wird (siehe 1b). Unter dem Arbeitsdruck p_work des mikromechanischen Bauteils kann ein während seines Betriebs auf der Membranaußenseite 14b normalerweise/meistens vorliegender physikalischer Druck p verstanden werden. Eine Abweichung des physikalischen Drucks p von dem Arbeitsdruck p_work des mikromechanischen Bauteils führt in diesem Fall zu einem mittels der Differenzbildung gewonnenen Signal, welches nahezu linear zu der Abweichung des physikalischen Drucks p von dem Arbeitsdruck p_work ist. Die Auswerteelektronik kann somit vergleichsweise einfach ausgebildet sein.
2a und 2b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Bei einer Herstellung des in den 2a und 2b in den zueinander senkrecht ausgerichteten Querschnitten wiedergegebenen mikromechanischen Bauteils wurden vor der Abscheidung der Schichten 26, 28, 30 und 34 Vertiefungen 40 in die Substratoberfläche 10a des Substrats 10 strukturiert. Derartige Vertiefungen 40 bewirken bei einem Abscheiden der mindestens einen Deckschicht 28 Hohlräume in den Vertiefungen 40, welche eine Verteilung eines zum Ätzen zumindest der mindestens einen Deckschicht 28 eingesetzten Ätzmediums beschleunigen. Die Vertiefungen 40 sind somit als Ätzbeschleunigungsstruktur nutzbar. 2a und 2b zeigen auch Reste 38a der mindestens einen ersten Opferschicht und Reste 38b der mindestens einen zweiten Opferschicht.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 2a und 2b wird auf die zuvor beschriebene Ausführungsform verwiesen.
3a bis 3c zeigen schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Wie in 3a und 3b dargestellt ist, kann eine elektrische Kontaktierung der zweiten Messelektrode 20 über mindestens ein federndes Element 42 geführt sein. Bei einem Vergleich der 3a und 3b fällt auf, dass das mindestens eine federnde Element 42 vergleichsweise elastisch auf eine Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 reagieren kann, und somit das gewünschte Mitverstellen der zweiten Messelektrode 20 zusammen mit der ersten Messelektrode 16 nicht/kaum beeinträchtigt.
Eine elektrische Kontaktierung der Gegenelektrode 18 und eine mechanische Ankopplung der Gegenelektrode 18 an das Substrat 10 kann über mindestens ein Verbindungselement 44 realisiert sein, welches, wie in dem Querschnitt der 3b und in dem dazu senkrecht ausgerichteten Querschnitt der 3c gezeigt, auf eine Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs 14 der Membran 12 mit keiner Verformung reagiert.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 3a bis 3c wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
4a und 4b zeigen schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Wie in 4a und 4b erkennbar ist, können durchgehende Aussparungen 46 durch die Membran 12 strukturiert sein, welche später für als „horizontale“ Ätzkanäle besonders vorteilhaft zum Unterätzen der Membran 12 genutzt werden können. Anschließend können die durchgehenden Aussparungen 46 mittels einer auf der Membran 12 abgeschiedenen Abdichtschicht 48 luftdicht verschlossen werden.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 4a und 4b wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer ersten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung.
Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können beispielsweise mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens produziert werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen eines der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile beschränkt.
In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Membran mit zumindest einem freitragenden Bereich derart aufgespannt, dass die Membran eine Substratoberfläche eines Substrats überspannt und der zumindest eine freitragende Bereich der Membran mittels einer auf den jeweiligen freitragenden Bereich ausgeübten Kraft verwölbbar ist/verwölbt wird.
Als Verfahrensschritt S2 wird eine erste Messelektrode an und/oder in der Membran derart ausgebildet, dass die erste Messelektrode bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran in eine geneigt zu der Substratoberfläche ausgerichtete Verstell- oder Verformbewegung in Bezug zu der Substratoberfläche versetzt wird. Als Verfahrensschritt S3 wird eine in Bezug zu der Substratoberfläche fixierte Gegenelektrode derart zwischen der Membran und der Substratoberfläche angeordnet, dass die erste Messelektrode auf einer ersten Seite der Gegenelektrode liegt. Außerdem wird als Verfahrensschritt S4 eine zweite Messelektrode mittels mindestens eines Trägerelements derart an der ersten Messelektrode und/oder der Membran aufgehängt, dass die zweite Messelektrode mittels des mindestens einen Trägerelements auf einer von der ersten Seite der Gegenelektrode weg gerichteten zweiten Seite der Gegenelektrode gehalten ist und bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran zusammen mit der in ihre Verstell- oder Verformbewegung versetzten ersten Messelektrode mitbewegt wird.
Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, müssen die Verfahrensschritte S1 bis S4 nicht in der hier wiedergegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Das hier beschriebene Herstellungsverfahren kann auch zum Herstellen einer kapazitiven Sensorvorrichtung genutzt werden. In diesem Fall wird in einem optionalen Verfahrensschritt S5 eine Auswerteelektronik der kapazitive Sensorvorrichtung derart ausgebildet, dass die Auswerteelektronik einen Messwert bezüglich der auf den zumindest freitragenden Bereichs der Membran ausgeübten Kraft oder einer der Kraft entsprechenden physikalischen Größe oder Umgebungsbedingung festlegt und ausgibt, wobei das Festlegen des Messwerts zumindest unter Berücksichtigung einer aktuell ermittelten Messgröße bezüglich einer Differenz zwischen einer zwischen der ersten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode und der Gegenelektrode anliegenden zweiten Kapazität erfolgt.
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung.
Als optionaler Verfahrensschritt S11 können Vertiefungen in eine Substratoberfläche eines Substrats strukturiert werden. Die Vertiefungen können bei einem später ausgeführten Ätzschritt als Ätzbeschleunigungsstruktur genutzt werden. Bevorzugt werden als Vertiefungen schmale Gräben in die Substratoberfläche geätzt.
In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt S12 wird mindestens eine Deckschicht, wie beispielsweise mindestens eine Isolierschicht, auf der Substratoberfläche des Substrats abgeschieden oder aufgewachsen. Die mindestens eine Deckschicht kann strukturiert werden, um beispielsweise einen späteren Kontaktbereich an dem Substrat zu ermöglichen. Wenn das Substrat ein Siliziumsubstrat ist, kann mittels einer thermischen Oxidation eine Siliziumoxidschicht als die mindestens eine Isolierschicht auf der Substratoberfläche erzeugt werden. Sofern aufgrund des vorausgehend ausgeführten optionalen Verfahrensschritt S11 Vertiefungen in die Substratoberfläche strukturiert sind, wird die mindestens eine Deckschicht derart abgeschieden/gebildet, dass in den Vertiefungen Hohlräume, welche eine Verteilung eines zum Ätzen zumindest der mindestens einen Deckschicht eingesetzten Ätzmediums beschleunigen, verbleiben.
In einem Verfahrensschritt S13 wird eine erste Halbleiter- und/oder Metallschicht direkt auf der Substratoberfläche und/oder direkt auf der mindestens einen die Substratoberfläche zumindest teilweise abdeckenden Deckschicht abgeschieden. Die erste Halbleiter- und/oder Metallschicht kann beispielsweise eine (dotierte) Polysiliziumschicht sein. Anschließend wird der oben schon beschriebene Verfahrensschritt S4 ausgeführt, mittels welchem die zweite Messelektrode aus der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht gebildet wird. Außerdem kann zusätzlich zu der zweiten Messelektrode noch mindestens eine Leiterbahn aus der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht herausstrukturiert werden. Wahlweise können Perforationslöcher in der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht, bzw. der daraus gebildeten zweiten Messelektrode ausgebildet werden.
Als optionaler Verfahrensschritt S14 kann anschließend eine Puffermaterialschicht, wie beispielsweise einer siliziumreichen Nitridschicht, abgeschieden werden, aus welcher mindestens ein elektrisch-isolierender Pufferbereich mindestens eines (späteren) Trägerelements und eventuell noch mindestens ein zum elektrischen Isolieren einer (späteren) Gegenelektrode genutzter weiterer elektrisch-isolierender Pufferbereich herausstrukturiert werden.
Als weiterer optionaler Verfahrensschritt S15 kann mindestens eine erste Hilfsschicht abgeschieden und derart strukturiert werden, dass eine spätere Schichtdickenungleichheit einer anschließend abgeschiedenen zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht festgelegt wird. Die mindestens eine erste Hilfsschicht kann aus einem elektrisch-isolierenden Material gebildet werden.
Danach wird als Verfahrensschritt S16 die zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht auf einer von dem Substrat weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht abgeschieden. Die zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht ist bevorzugt eine (dotierte) Polysiliziumschicht. Mittels des oben schon beschriebenen Verfahrensschritts S3 wird die fixierte Gegenelektrode aus der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht gebildet. Auch die zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht, bzw. die daraus gebildete Gegenelektrode, kann mit Perforationslöchern versehen werden. Ebenso können schmale Gräben als Vertiefungen in der Gegenelektrode ausgebildet werden, welche später als Ätzbeschleunigungsstruktur genutzt werden.
Sofern gewünscht, kann anschließend in einem optionalen Verfahrensschritt S17 mindestens eine zweite Opferschicht abgeschieden und so strukturiert werden, dass eine Schichtdickenungleichheit einer nachfolgend abgeschiedenen dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht festgelegt wird. Auch die mindestens eine zweite Hilfsschicht kann aus einem elektrisch-isolierenden Material gebildet werden. Sofern eine Ätzbeschleunigungsstruktur in der Gegenelektrode ausgebildet ist, wird die mindestens eine zweite Opferschicht derart abgeschieden, dass Hohlräume, welche eine Verteilung eines zum Ätzen eingesetzten Ätzmediums beschleunigen, an der Gegenelektrode verbleiben.
In einem weiteren Verfahrensschritt S18 wird die dritte Halbleiter- und/oder Metallschicht auf einer von dem Substrat weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht abgeschieden. Auch als dritte Halbleiter- und/oder Metallschicht kann eine (dotierte) Polysiliziumschicht abgeschieden werden. Anschließend kann mittels des oben schon beschriebenen Verfahrensschritts S2 die erste Messelektrode aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht gebildet werden. Vorzugsweise wird die gesamte Membran aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht gebildet, so dass die oben beschriebenen Verfahrensschritte S1 und S2 gemeinsam ausgeführt werden können. Andernfalls kann der Verfahrensschritt S1 nach dem Verfahrensschritt S2 ausgeführt werden, beispielsweise durch Abscheiden einer Membranmaterialschicht. In beiden Fällen können wahlweise Perforationslöcher als „horizontale Ätzzugänge“ durch die Membran strukturiert werden.
Als optionaler Verfahrensschritt S19 wird dann ein Ätzverfahren ausgeführt, mittels welchem zumindest der zumindest eine freitragende Bereich der Membran, die erste Messelektrode und die zweite Messelektrode freigestellt werden. Als Ätzmedium können gasförmiger Fluorwasserstoff, flüssiger Fluorwasserstoff oder eine Fluorwasserstoff-haltige Lösung verwendet werden. Als Ätzzugänge des Ätzmediums können die als „horizontale Ätzzugänge“ durch die Membran strukturierten Perforationslöcher und/oder mindestens ein außerhalb des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran vorliegender Ätzzugang genutzt werden. Bei dem Ätzverfahren können auch die oben bereits beschriebenen Ätzbeschleunigungsstrukturen genutzt werden.
Sofern Perforationslöcher durch die Membran strukturiert sind, wird nach dem Verfahrensschritt S19 in einem optionalen Verfahrensschritt S20 eine (luftdichte) Abdichtschicht so auf der Membran abgeschieden, dass die Perforationslöcher luftdicht abgedichtet werden. Dabei kann auch ein Referenzdruck, beispielsweise ein Referenzdruck unter 100 mbar, eingeschlossen werden. Auch der mindestens eine außerhalb des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran vorliegende Ätzzugang kann auf diese Weise verschlossen werden.
Beim Ausführen des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens können Schichtdicken der mindestens einen ersten Opferschicht und der mindestens einen zweiten Opferschicht derart gewählt werden, dass, sofern auf den zumindest einen freitragenden Bereich der Membran keine dessen Verwölbung auslösende Kraft einwirkt, ein erster Abstand zwischen der ersten Messelektrode und der Gegenelektrode größer ist als ein zweiter Abstand zwischen der Gegenelektrode und der zweiten Messelektrode. Jedoch kann bei einem auf einer Membranaußenseite der Membran vorherrschenden physikalischen Druck p gleich einem sogenannten Arbeitsdruck p_work des mikromechanischen Bauteils der erste Abstand gleich dem zweiten Abstand sein. Gegebenenfalls wird das Ätzverfahren vorzugsweise derart ausgeführt, dass die mindestens eine erste Opferschicht schneller als die mindestens eine zweite Opferschicht geätzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000403 A1 [0002]

Claims

Mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit: einem Substrat (10) mit einer Substratoberfläche (10a); einer die Substratoberfläche (10a) überspannenden Membran (12) mit zumindest einem freitragenden Bereich (14), welcher jeweils mittels einer auf den jeweiligen freitragenden Bereich (14) ausgeübten Kraft (F) verwölbbar ist; einer an und/oder in der Membran (12) ausgebildeten ersten Messelektrode (16), welche mittels einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs (14) der Membran (12) in eine Verstell- oder Verformbewegung in Bezug zu der Substratoberfläche (10a) versetzbar ist; und einer in Bezug zu der Substratoberfläche (10a) fixierten Gegenelektrode (18), welche derart zwischen der Membran (12) und der Substratoberfläche (10a) angeordnet ist, dass die erste Messelektrode (16) auf einer ersten Seite der Gegenelektrode (18) liegt; gekennzeichnet durch eine zweite Messelektrode (20), welche mittels mindestens eines Trägerelements (22) derart an der ersten Messelektrode (16) und/oder der Membran (12) aufgehängt ist, dass die zweite Messelektrode (20) mittels des mindestens einen Trägerelements (22) auf einer von der ersten Seite der Gegenelektrode (18) weg gerichteten zweiten Seite der Gegenelektrode (18) gehalten ist und bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs der Membran (12) zusammen mit der in ihre Verstell- oder Verformbewegung versetzten ersten Messelektrode (16) mitbewegt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Trägerelement (22) jeweils zumindest teilweise derart aus mindestens einem elektrisch-isolierenden Material gebildet ist, dass die zweite Messelektrode (20) elektrisch von der ersten Messelektrode (16) isoliert ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Messelektrode (20) aus einer ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht (26), welche direkt auf der Substratoberfläche (10a) und/oder direkt auf mindestens einer die Substratoberfläche (10a) zumindest teilweise abdeckenden Deckschicht (28) abgeschieden ist, gebildet ist, wobei die Gegenelektrode (18) aus einer zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht (30), welche auf einer von dem Substrat (10) weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht (26) abgeschieden ist, gebildet ist, und wobei die erste Messelektrode (16) aus einer dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht (34), welche auf einer von dem Substrat (10) weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht (30) abgeschieden ist, gebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (12) ein Gehäuse (36) mit einem darin vorliegenden Referenzdruck (p₀) derart luftdicht abdichtet, dass der zumindest eine freitragende Bereich (14) der Membran (12) mittels eines außerhalb des Gehäuses (36) vorherrschenden physikalischen Drucks (p) ungleich dem Referenzdruck (p₀) verwölbbar ist.
Kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit: einem mikromechanischen Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Kapazitive Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die kapazitive Sensorvorrichtung eine Auswerteelektronik umfasst, welche dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung einer aktuell ermittelten Messgröße bezüglich einer Differenz zwischen einer zwischen der ersten Messelektrode (16) und der Gegenelektrode (18) anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode (20) und der Gegenelektrode (18) anliegenden zweiten Kapazität einen Messwert bezüglich der auf den zumindest einen freitragenden Bereich (14) der Membran (12) ausgeübten Kraft (F) oder einer der Kraft (F) entsprechenden physikalischen Größe (p) oder Umgebungsbedingung festzulegen und auszugeben.
Kapazitive Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das mikromechanische Bauteil der als kapazitive Drucksensorvorrichtung ausgelegten kapazitiven Sensorvorrichtung die Merkmale des Anspruchs 4 aufweist, und wobei die Auswerteelektronik dazu ausgelegt ist, zumindest unter Berücksichtigung der aktuell ermittelten Messgröße einen Messwert bezüglich des außerhalb des Gehäuses (36) vorherrschenden physikalischen Drucks (p) festzulegen und auszugeben.
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Sensor- oder Schaltervorrichtung mit den Schritten: Aufspannen einer Membran (12) mit zumindest einem freitragenden Bereich (14) derart, dass die Membran (12) eine Substratoberfläche (10a) eines Substrats (10) überspannt, und dass der zumindest eine freitragende Bereich (14) der Membran (12) mittels einer auf den jeweiligen freitragenden Bereich (14) ausgeübten Kraft (F) verwölbbar ist (S1); Ausbilden einer ersten Messelektrode (16) an und/oder in der Membran (12) derart, dass die erste Messelektrode (16) bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs (14) der Membran (12) in eine Verstell- oder Verformbewegung in Bezug zu der Substratoberfläche (10a) versetzt wird (S2); und Anordnen einer in Bezug zu der Substratoberfläche (10a) fixierten Gegenelektrode (18) derart zwischen der Membran (12) und der Substratoberfläche (10a), dass die erste Messelektrode (16) auf einer ersten Seite der Gegenelektrode (18) liegt (S3); gekennzeichnet durch den Schritt: Aufhängen einer zweiten Messelektrode (20) mittels mindestens eines Trägerelements (22) derart an der ersten Messelektrode (16) und/oder der Membran (12), dass die zweite Messelektrode (20) mittels des mindestens einen Trägerelements (22) auf einer von der ersten Seite der Gegenelektrode (18) weg gerichteten zweiten Seite der Gegenelektrode (18) gehalten ist und bei einer Verwölbung des zumindest einen freitragenden Bereichs (14) der Membran (12) zusammen mit der in ihre Verstell- oder Verformbewegung versetzten ersten Messelektrode (16) mitbewegt wird (S4).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Messelektrode (20) aus einer ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht (26), welche direkt auf der Substratoberfläche (10a) und/oder direkt auf mindestens einer die Substratoberfläche (10a) zumindest teilweise abdeckenden Deckschicht (28) abgeschieden wird, gebildet wird, wobei die Gegenelektrode (18) aus einer zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht (30), welche auf einer von dem Substrat (10) weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht (26) abgeschieden wird, gebildet wird, und wobei die erste Messelektrode (16) aus einer dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht (34), welche auf einer von dem Substrat (10) weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht (30) abgeschieden wird, gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer kapazitive Sensorvorrichtung mit den Schritten: Herstellen einer mikromechanischen Bauteils gemäß dem Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9; und Ausbilden einer Auswerteelektronik der kapazitive Sensorvorrichtung zum Festlegen und Ausgeben eines Messwerts bezüglich der auf den zumindest freitragenden Bereichs der Membran (12) ausgeübten Kraft oder einer der Kraft entsprechenden physikalischen Größe (p) oder Umgebungsbedingung zumindest unter Berücksichtigung einer aktuell ermittelten Messgröße bezüglich einer Differenz zwischen einer zwischen der ersten Messelektrode (16) und der Gegenelektrode (18) anliegenden ersten Kapazität und einer zwischen der zweiten Messelektrode (20) und der Gegenelektrode (18) anliegenden zweiten Kapazität.