DE102022212705A1

DE102022212705A1 - Method for producing a microelectroacoustic transducer device and microelectroacoustic transducer device

Info

Publication number: DE102022212705A1
Application number: DE102022212705.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung (21, 22, 23, 24) umfasst folgende Verfahrensschritte: Ein Opferschichtmaterial (1) wird an einer Oberseite (2) eines Substrats (3) angeordnet und strukturiert, wodurch eine Opferschichtstruktur (4) erzeugt wird. Es wird eine Piezowandlervorrichtung (9) über der Opferschichtstruktur (4) angeordnet. Ein Membranmaterial (7) wird über der Opferschichtstruktur (4) angeordnet. Die Opferschichtstruktur (4) wird freigelegt. Die freigelegte Opferschichtstruktur (4) wird entfernt, wodurch über der Oberseite (2) des Substrats (3) eine mit der Piezowandlervorrichtung verbundene Membran (19) freigestellt wird. Das Substrat (3) und die Membran (19) schließen eine Kavität (20) ein.A method for producing a microelectroacoustic transducer device (21, 22, 23, 24) comprises the following method steps: A sacrificial layer material (1) is arranged and structured on an upper side (2) of a substrate (3), whereby a sacrificial layer structure (4) is produced. A piezo transducer device (9) is arranged above the sacrificial layer structure (4). A membrane material (7) is arranged above the sacrificial layer structure (4). The sacrificial layer structure (4) is exposed. The exposed sacrificial layer structure (4) is removed, whereby a membrane (19) connected to the piezo transducer device is exposed above the upper side (2) of the substrate (3). The substrate (3) and the membrane (19) enclose a cavity (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung und eine mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung.The present invention relates to a method for producing a microelectroacoustic transducer device and a microelectroacoustic transducer device.

Die Integration von piezoelektrischen mikromechanischen Ultraschallwandlern (engl.: piezoelectric micromachined ultrasonic transducers, PMUT) direkt auf komplementären Metall-Oxid-Halbleiter Schaltkreisen (engl.: complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) ermöglicht eine kostengünstige Darstellung von bildgebenden Ultraschallsystemen für Anwendungen wie Fingerabdrucksensoren oder Anwendungen in der Medizin oder der Schadensanalyse. CMOS-Bauelemente können beispielsweise kombinierte p-Kanal und n-Kanal Feldeffekttransistoren aufweisen. Herkömmlicherweise werden integrierte PMUT-Bauelemente durch Waferbonden oder Modifizieren vorhandener CMOS-Schichten hergestellt. Beim Waferbonden werden die Schaltkreise jedoch hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt, was zu Ausbeuteverlusten und komplexen Designs für die Verdrahtung führt. Das Modifizieren von CMOS-Schichten schränkt außerdem die Wahl optimaler Schichteigenschaften auf im Schaltungsprozess vorhandene Materialien und Schichtdicken ein.The integration of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (PMUT) directly on complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) circuits enables cost-effective implementation of ultrasound imaging systems for applications such as fingerprint sensors or applications in medicine or damage analysis. CMOS components can, for example, have combined p-channel and n-channel field effect transistors. Traditionally, integrated PMUT components are manufactured by wafer bonding or modifying existing CMOS layers. However, wafer bonding exposes the circuits to high temperatures and pressures, which leads to yield losses and complex designs for wiring. Modifying CMOS layers also limits the choice of optimal layer properties to materials and layer thicknesses available in the circuit process.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung anzugeben und eine verbesserte mikroelektroakustische Wandlervorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung und eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.An object of the present invention is to specify an improved method for producing a microelectroacoustic transducer device and to provide an improved microelectroacoustic transducer device. This object is achieved by a method for producing a microelectroacoustic transducer device and a microelectroacoustic transducer device having the features of the respective independent claims. Advantageous further developments are specified in dependent claims.

Ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung umfasst folgende Verfahrensschritte: Ein Opferschichtmaterial wird an einer Oberseite eines Substrats angeordnet und strukturiert, wodurch eine Opferschichtstruktur erzeugt wird. Es wird eine Piezowandlervorrichtung über der Opferschichtstruktur angeordnet. Ein Membranmaterial wird über der Opferschichtstruktur angeordnet. Die Opferschichtstruktur wird freigelegt. Die freigelegte Opferschichtstruktur wird entfernt, wodurch über der Oberseite des Substrats eine mit der Piezowandlervorrichtung verbundene Membran freigestellt wird. Das Substrat und die Membran schließen eine Kavität ein.A method for producing a microelectroacoustic transducer device comprises the following method steps: A sacrificial layer material is arranged and structured on a top side of a substrate, thereby creating a sacrificial layer structure. A piezo transducer device is arranged over the sacrificial layer structure. A membrane material is arranged over the sacrificial layer structure. The sacrificial layer structure is exposed. The exposed sacrificial layer structure is removed, thereby exposing a membrane connected to the piezo transducer device over the top side of the substrate. The substrate and the membrane enclose a cavity.

Durch das Verfahren wird eine freischwebende und über dem Substrat aufgehängte Membran bereitgestellt, die durch piezoelektrische Anregung zur Schwingung anregbar ist, um Schall, beispielsweise Ultraschall, zu erzeugen. Die Membran ist jedoch auch mittels Schalls zu Schwingungen anregbar, wodurch Schallwellen detektierbar sind. Das Verfahren bietet einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Materialwahl und Schichtdicken der auf dem Substrat angeordneten Elemente. Dadurch kann eine Performance der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung optimiert werden.The process provides a freely floating membrane suspended above the substrate, which can be excited to vibrate by piezoelectric excitation in order to generate sound, for example ultrasound. However, the membrane can also be excited to vibrate using sound, which makes sound waves detectable. The process offers a high degree of freedom with regard to the choice of material and layer thicknesses of the elements arranged on the substrate. This allows the performance of the microelectroacoustic transducer device to be optimized.

Als Opferschichtmaterial sollte ein Material gewählt werden, das derart temperaturstabil ist, dass Verfahrensschritte, die nach dem Anordnen und Strukturieren des Opferschichtmaterials erfolgen, die Opferschichtstruktur und insbesondere ihre geometrische Form nicht beeinflussen. Als Opferschichtmaterial kann beispielsweise Siliziumgermanium verwendet werden. Das Opferschichtmaterial kann beispielsweise mittels chemischer Niedrigdruck-Gasphasenabscheidung (engl.: low pressure chemical vapour deposition, LPCVD) an der Oberseite des Substrats angeordnet bzw. abgeschieden werden.The sacrificial layer material should be one that is so temperature-stable that process steps that take place after the arrangement and structuring of the sacrificial layer material do not affect the sacrificial layer structure and in particular its geometric shape. Silicon germanium, for example, can be used as the sacrificial layer material. The sacrificial layer material can be arranged or deposited on the top side of the substrate using low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD), for example.

Das Membranmaterial weist beispielsweise eines der folgenden Materialien auf: Silizium, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid. Dadurch ist die Membran gegenüber einem Opferschichtätzmittel zum Entfernen der freigelegten Opferschichtstruktur stabil. Das Piezomaterial der Piezowandlervorrichtung kann beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), ein Alkaliniobat (KNN), ein Erdalkalititanat (BST), eine Aluminiumnitrid-Scandium Legierung (ScAlN) oder Zinkoxid (ZnO) aufweisen, da diese Materialien große Piezokoeffizienten aufweisen und hohe Signalpegel ermöglichen.The membrane material comprises, for example, one of the following materials: silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride and aluminum oxide. This makes the membrane stable against a sacrificial layer etchant for removing the exposed sacrificial layer structure. The piezo material of the piezo transducer device can comprise, for example, lead zirconate titanate (PZT), an alkali niobate (KNN), an alkaline earth titanate (BST), an aluminum nitride-scandium alloy (ScAlN) or zinc oxide (ZnO), since these materials have large piezo coefficients and enable high signal levels.

Eine Membrandicke kann beispielsweise 1µm bis 10µm betragen, während eine Dicke des Piezomaterials der Piezowandlervorrichtung beispielsweise 1 µm bis 4µm betragen kann, wobei die angegebenen Wertebereiche jeweils lediglich beispielhafte Angaben darstellen und die Dicke der Membran und die Dicke des Piezomaterials nicht hierauf beschränkt sind. Aus einem Verhältnis der Dicken und mechanischen Materialkonstanten lässt sich die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung auf eine gewünschte Zielspezifikation, beispielsweise hinsichtlich einer Frequenz, eines Schallpegels und/oder einer Steuerspannung auslegen. Eine Kavitätshöhe kann beispielsweise 0,5µm bis 5µm betragen, um einen genügenden Freiraum für eine Schwingung der Membran mit einer maximale Schwingungsamplitude zu ermöglichen und die Quetschfilmdämpfung möglichst gering zu halten. Auch der angegebene Wertebereich für die Höhe der Kavität ist lediglich beispielhaft und die Höhe ist nicht hierauf beschränkt.A membrane thickness can be, for example, 1 µm to 10 µm, while a thickness of the piezo material of the piezo transducer device can be, for example, 1 µm to 4 µm, whereby the specified value ranges are merely examples and the thickness of the membrane and the thickness of the piezo material are not limited to this. From a ratio of the thicknesses and mechanical material constants, the microelectroacoustic transducer device can be designed to a desired target specification, for example with regard to a frequency, a sound level and/or a control voltage. A cavity height can be, for example, 0.5 µm to 5 µm in order to allow sufficient space for the membrane to oscillate with a maximum oscillation amplitude and to keep the squeeze film damping as low as possible. The specified value range for the height of the cavity is also merely an example and the height is not limited to this.

In einer Ausführungsform wird das Membranmaterial auf der Opferschichtstruktur und die Piezowandlervorrichtung auf dem Membranmaterial angeordnet. Das Membranmaterial wird derart angeordnet, dass es die Opferschichtstruktur vollständig bedeckt. In einer anderen Ausführungsform wird die Piezowandlervorrichtung auf der Opferschichtstruktur und das Membranmaterial auf der Piezowandlervorrichtung angeordnet. Das Membranmaterial wird derart angeordnet, dass es die Opferschichtstruktur und die Piezowandlervorrichtung vollständig bedeckt.In one embodiment, the membrane material is arranged on the sacrificial layer structure and the piezo transducer device is arranged on the membrane material. The membrane material is arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure. In another embodiment, the piezo transducer device is arranged on the sacrificial layer structure and the membrane material is arranged on the piezo transducer device. The membrane material is arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure and the piezo transducer device.

In einer Ausführungsform wird das Opferschichtmaterial derart strukturiert, dass als Opferschichtstruktur eine Mesastruktur auf der Oberseite des Substrats verbleibt. Die Membran kann in diesem Fall auch als Mesamembran bezeichnet werden. In einer Ausführungsform wird die Mesastruktur mittels eines Ätzprozesses, insbesondere mittels eines isotropen Ätzprozesses, erzeugt, wodurch die Membran über flache Erhebungsflanken mit dem Substrat verbunden ist. Vorteilhafterweise weist die mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung eine höhere Robustheit durch flache Erhebungsflanken auf. Durch einen flachen Flankenwinkel ergeben sich bei mechanischer Kontaktbelastung im Anwendungsfall geringere Stressspitzen in der Membran, was die Lebensdauer der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung erhöht. Eine flache Erhebungsflanke kann auch eine elektrische Kontaktierung der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung vereinfachen. Die Erhebungsflanke kann beispielsweise einen Flankenwinkel von weniger als 70° aufweisen, der Flankenwinkel ist jedoch nicht auf den angegebenen Wertebereich beschränkt.In one embodiment, the sacrificial layer material is structured in such a way that a mesa structure remains on the top side of the substrate as a sacrificial layer structure. In this case, the membrane can also be referred to as a mesa membrane. In one embodiment, the mesa structure is produced by means of an etching process, in particular by means of an isotropic etching process, whereby the membrane is connected to the substrate via flat raised flanks. The microelectroacoustic transducer device advantageously has a higher robustness due to flat raised flanks. A flat flank angle results in lower stress peaks in the membrane in the event of mechanical contact loading in the application, which increases the service life of the microelectroacoustic transducer device. A flat raised flank can also simplify electrical contacting of the microelectroacoustic transducer device. The raised flank can, for example, have a flank angle of less than 70°, but the flank angle is not limited to the specified range of values.

In einer Ausführungsform wird das Membranmaterial derart strukturiert, dass es an einer der Piezowandlervorrichtung abgewandten Seite Korrugationen aufweist. Die Korrugationen können eine Steifigkeit der Membran beeinflussen. Vorteilhafterweise können dadurch unerwünschte Schwingungsmoden der Membran unterdrückt bzw. erwünschte Moden gefördert werden. Die Korrugationen können beispielsweise durch Strukturieren der Opferschichtstruktur erzeugt werden, wenn das Membranmaterial auf der Opferschichtstruktur angeordnet wird. Wird das Membranmaterial auf der Piezowandlervorrichtung angeordnet, kann statt der Opferschichtstruktur das Membranmaterial strukturiert werden, um die Korrugationen in der Membran zu erzeugen.In one embodiment, the membrane material is structured in such a way that it has corrugations on a side facing away from the piezo transducer device. The corrugations can influence the stiffness of the membrane. This advantageously allows undesirable vibration modes of the membrane to be suppressed or desired modes to be promoted. The corrugations can be created, for example, by structuring the sacrificial layer structure when the membrane material is arranged on the sacrificial layer structure. If the membrane material is arranged on the piezo transducer device, the membrane material can be structured instead of the sacrificial layer structure in order to create the corrugations in the membrane.

In einer Ausführungsform weist das Substrat eine integrierte komplementäre Metalloxid-Halbleiterschaltung auf. Vor dem Anordnen des Opferschichtmaterials wird eine Schaltungspassivierung auf der Oberseite des Substrats angeordnet wird. Durch die Verwendung eines Substrats mit einer integrierten komplementären Metalloxid-Halbleiterschaltung (CMOS-Schaltung) wird ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Post-CMOS integrierten PMUT-Bauelements realisiert, wobei keine Waferbondtechnik erforderlich ist, bei der das Substrat einer hohen Temperatur und einem hohen Druck ausgesetzt wird. Vorteilhafterweise schützt die Schaltungspassivierung die CMOS-Schaltung zusätzlich. Das Anordnen der Schaltungspassivierung bzw. die Schaltungspassivierung sind jedoch nicht zwingend erforderlich und können auch entfallen. Außerdem ist das Modifizieren von CMOS-Schichten nicht erforderlich, was die Wahl optimaler Schichteigenschaften auf im Schaltungsprozess vorhandene Materialien und Schichtdicken einschränken würde.In one embodiment, the substrate has an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit. Before the sacrificial layer material is arranged, a circuit passivation is arranged on the top side of the substrate. By using a substrate with an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit (CMOS circuit), a cost-effective method for producing a post-CMOS integrated PMUT component is realized, whereby no wafer bonding technology is required in which the substrate is exposed to high temperature and high pressure. Advantageously, the circuit passivation additionally protects the CMOS circuit. However, the arrangement of the circuit passivation or the circuit passivation is not absolutely necessary and can also be omitted. In addition, the modification of CMOS layers is not necessary, which would limit the choice of optimal layer properties to materials and layer thicknesses present in the circuit process.

In einer Ausführungsform wird eine Passivierungsschicht auf der Piezowandlervorrichtung und/oder auf der Opferschichtstruktur angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Piezowandlervorrichtung dadurch geschützt und elektrisch isoliert werden. Beispielsweise kann eine Elektrode der Piezowandlervorrichtung dadurch elektrisch von einer weiteren Elektrode oder auch von der Membran entkoppelt werden.In one embodiment, a passivation layer is arranged on the piezo transducer device and/or on the sacrificial layer structure. The piezo transducer device can advantageously be protected and electrically insulated as a result. For example, an electrode of the piezo transducer device can be electrically decoupled from another electrode or from the membrane.

In einer Ausführungsform werden nach dem Entfernen der Opferschichtstruktur an der Oberseite des Substrats angeordnete Elemente in eine Abdeckung eingebettet. Die Abdeckung kann beispielsweise ein Polyimid aufweisen und dient neben einer Passivierung vorteilhafterweise auch einer besseren akustische Anbindung/Kopplung der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung an eine Umgebung.In one embodiment, after the sacrificial layer structure has been removed, elements arranged on the upper side of the substrate are embedded in a cover. The cover can comprise a polyimide, for example, and in addition to passivation, advantageously also serves to improve the acoustic connection/coupling of the microelectroacoustic transducer device to an environment.

Eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung weist ein Substrat, zumindest eine freigestellte Membran und eine mit der Membran verbundenen Piezowandlervorrichtung auf. Das Substrat weist eine integrierte komplementäre Metalloxid-Halbleiterschaltung auf. Die Membran ist gegenüber einer Oberseite des Substrats erhaben. Die Membran ist über flache Erhebungsflanken mit dem Substrat verbunden.A microelectroacoustic transducer device has a substrate, at least one exposed membrane and a piezo transducer device connected to the membrane. The substrate has an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit. The membrane is raised relative to an upper side of the substrate. The membrane is connected to the substrate via flat raised flanks.

In einer Ausführungsform bilden die Membran und die mit der Membran verbundene Piezowandlervorrichtung ein Wandlerelement. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung weist eine Mehrzahl von an der Oberseite des Substrats angeordneten Wanderelementen auf. Insbesondere für bildgebende Verfahren ist eine Anordnung mehrerer Membranen in einem Raster sinnvoll. In dieser Anordnung kann über eine individuelle, phasenmodulierte Ansteuerung der Wandlerelemente, die auch als Pixel bezeichnet werden können, auch eine Strahlformung und -steuerung realisiert werden. Die Wandlerelemente können beispielsweise einzeln über Zeilen- und Spaltenleitungen angesprochen werden, wobei durch eine Zeilenleitung und eine Spaltenleitung beispielsweise unterschiedliche Elektroden der Wandlerelemente ansteuerbar sind.In one embodiment, the membrane and the piezoelectric transducer device connected to the membrane form a transducer element. The microelectroacoustic transducer device has a plurality of transducer elements arranged on the upper side of the substrate. An arrangement of several membranes in a grid is particularly useful for imaging processes. In this arrangement, beam shaping and control can also be implemented via individual, phase-modulated control of the transducer elements, which can also be referred to as pixels. The transducer elements can, for example, be addressed individually via row and column lines, with a row line and a Column line, for example, different electrodes of the transducer elements can be controlled.

Das Verfahren zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung und die mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung werden im Folgenden im Zusammenhang mit schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 bis 7: Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
8: eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
9: eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
10: eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.

The method for producing a microelectroacoustic transducer device and the microelectroacoustic transducer device are explained in more detail below in conjunction with schematic drawings. They show:

1 until 7 : Method steps of a method for producing a microelectroacoustic transducer device according to a first embodiment;
8th : a microelectroacoustic transducer device according to a second embodiment;
9 : a microelectroacoustic transducer device according to a third embodiment and
10 : a microelectroacoustic transducer device according to a third embodiment.

1 bis 7 zeigen schematisch unterschiedliche Zustände im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung, wobei jeweils eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht gezeigt ist. Die Querschnittsansichten sind in den jeweiligen Draufsichten mittels gestrichelter Linien angedeutet, die sich jeweils zwischen einem Mittelpunkt M der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung und zwei weiteren Punkten A, B erstrecken, wodurch die Querschnittsansichten jeweils einen Aufbau von Elementen der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung entlang eines rechten Winkels zeigen. In den 1 bis 7 werden für dieselben Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. 1 to 7 show schematically different states in the context of a method for producing a microelectroacoustic transducer device, wherein a cross-sectional view and a plan view are shown in each case. The cross-sectional views are indicated in the respective plan views by means of dashed lines, which each extend between a center point M of the microelectroacoustic transducer device and two further points A, B, whereby the cross-sectional views each show a structure of elements of the microelectroacoustic transducer device along a right angle. In the 1 to 7 the same reference symbols are used for the same elements.

1 zeigt schematisch einen ersten Zustand nach dem Durchführen eines ersten Verfahrensschritts. Im ersten Verfahrensschritt wurde ein Opferschichtmaterial 1 an einer Oberseite 2 eines Substrats 3 angeordnet und strukturiert, um eine Opferschichtstruktur 4 zu erzeugen. 1 shows schematically a first state after carrying out a first method step. In the first method step, a sacrificial layer material 1 was arranged on a top side 2 of a substrate 3 and structured in order to produce a sacrificial layer structure 4.

Beispielhaft zeigt 1, dass das Opferschichtmaterial 1 derart strukturiert wurde, dass als Opferschichtstruktur 4 eine quadratische Mesastruktur auf der Oberseite 2 des Substrats 3 verblieben ist. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das Opferschichtmaterial 1 kann auch derart strukturiert werden, dass verschieden geformte Opferschichtstrukturen 4 erzeugt werden können. Das Opferschichtmaterial 1 kann beispielsweise mittels eines Ätzprozesses strukturiert werden. Um die Mesastruktur als Opferschichtstruktur 4 zu erzeugen, kann insbesondere ein isotroper Ätzprozess verwendet werden. Dadurch weist die Opferschichtstruktur 4 flache Erhebungsflanken 5 auf. Als flache Erhebungsflanken 5 werden solche Erhebungsflanken 5 bezeichnet, deren Flankenwinkel kleiner als 90° beträgt. Die Erhebungsflanken 5 können beispielsweise einen Winkel von kleiner als 70° mit der Oberseite 2 des Substrats 3 einschließen. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Opferschichtstruktur 4 flache Erhebungsflanken 5 aufweist.An example is 1 that the sacrificial layer material 1 was structured in such a way that a square mesa structure remained on the top side 2 of the substrate 3 as the sacrificial layer structure 4. This is not absolutely necessary, however. The sacrificial layer material 1 can also be structured in such a way that differently shaped sacrificial layer structures 4 can be produced. The sacrificial layer material 1 can be structured, for example, by means of an etching process. In order to produce the mesa structure as the sacrificial layer structure 4, an isotropic etching process in particular can be used. As a result, the sacrificial layer structure 4 has flat raised flanks 5. Raised flanks 5 whose flank angle is less than 90° are referred to as flat raised flanks 5. The raised flanks 5 can, for example, enclose an angle of less than 70° with the top side 2 of the substrate 3. However, it is not absolutely necessary for the sacrificial layer structure 4 to have flat raised flanks 5.

Das Substrat 3 weist beispielhaft Silizium auf, es kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein anderes Material aufweisen. Das Substrat 3 weist in der beispielhaften Ausführungsform eine integrierte komplementäre Metalloxid-Halbleiterschaltung (CMOS-Schaltung) auf, die in 1 der Einfachheit halber nicht detailliert gezeigt ist. Vor dem Anordnen und Strukturieren des Opferschichtmaterials 1 wurde aus diesem Grund eine Schaltungspassivierung 6 auf der Oberseite 2 des Substrats 3 angeordnet. Die Schaltungspassivierung 6 kann beispielsweise Siliziumoxid oder ein anderes Material, etwa Siliziumnitrid, aufweisen. Die Schaltungspassivierung 6 kann jedoch auch entfallen. Die CMOS-Schaltung des Substrats 3 ist ebenso lediglich optional und kann deswegen ebenso entfallen. Weist das Substrat 3 jedoch die CMOS-Schaltung auf, so ist es zweckdienlich, diese im Rahmen der Herstellung der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung zu schützen. Sie kann beispielsweise durch die Schaltungspassivierung 6 geschützt werden. Das hier vorgestellte Verfahren bietet jedoch den Vorteil, dass die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung ohne Waferbondtechniken hergestellt werden kann, was die CMOS-Schaltung bei der Herstellung besonders schont. Außerdem müssen keine Komponenten bzw. Ebenen der CMOS-Schaltung modifiziert werden.The substrate 3 comprises silicon, for example, but it may alternatively or additionally comprise another material. In the exemplary embodiment, the substrate 3 comprises an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit (CMOS circuit) which is 1 is not shown in detail for the sake of simplicity. For this reason, before arranging and structuring the sacrificial layer material 1, a circuit passivation 6 was arranged on the top side 2 of the substrate 3. The circuit passivation 6 can, for example, comprise silicon oxide or another material, such as silicon nitride. However, the circuit passivation 6 can also be omitted. The CMOS circuit of the substrate 3 is also merely optional and can therefore also be omitted. However, if the substrate 3 has the CMOS circuit, it is expedient to protect it during the manufacture of the microelectroacoustic transducer device. It can, for example, be protected by the circuit passivation 6. The method presented here offers the advantage, however, that the microelectroacoustic transducer device can be manufactured without wafer bonding techniques, which is particularly gentle on the CMOS circuit during manufacture. In addition, no components or levels of the CMOS circuit need to be modified.

2 zeigt schematisch einen der 1 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts. Es wurde ein Membranmaterial 7 über der Opferschichtstruktur 4 angeordnet. In der beispielhaften Ausführungsform wurde das Membranmaterial 7 unmittelbar auf der Opferschichtstruktur 4 und in einem die Opferschichtstruktur 4 lateral umgebenden Bereich an der Oberfläche 2 des Substrates 3 bzw. auf der Schaltungspassivierung 6 angeordnet. Das Membranmaterial 7 wird also derart angeordnet, dass es die Opferschichtstruktur 4 bedeckt. Es können auch Zwischenschichten zwischen der Opferschichtstruktur 4 und dem Membranmaterial 7 vorgesehen sein. Das Membranmaterial 7 wurde derart angeordnet, dass es die Opferschichtstruktur 4 vollständig bedeckt. Dadurch, dass die Opferschichtstruktur 4 flache Erhebungsflanken 5 aufweist, weist auch das Membranmaterial 7 flache Erhebungsflanken 8 auf. 2 shows schematically one of the 1 temporally subsequent state after carrying out a further method step. A membrane material 7 was arranged over the sacrificial layer structure 4. In the exemplary embodiment, the membrane material 7 was arranged directly on the sacrificial layer structure 4 and in an area laterally surrounding the sacrificial layer structure 4 on the surface 2 of the substrate 3 or on the circuit passivation 6. The membrane material 7 is therefore arranged such that it covers the sacrificial layer structure 4. Intermediate layers can also be provided between the sacrificial layer structure 4 and the membrane material 7. The membrane material 7 was arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure 4. Because the sacrificial layer structure 4 has flat raised flanks 5, the membrane material 7 also has flat raised flanks 8.

3 zeigt schematisch einen der 2 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts. Es wurde eine Piezowandlervorrichtung 9 über der Opferschichtstruktur 4 angeordnet. 3 shows schematically one of the 2 subsequent state after the execution of a further process step. A Piezo transducer device 9 arranged above the sacrificial layer structure 4.

In der beispielhaften Ausführungsform wurde die Piezowandlervorrichtung 9 unmittelbar auf einer der Opferschichtstruktur 4 abgewandten Seite des Membranmaterials 7 angeordnet. Die Piezowandlervorrichtung 9 weist eine untere Elektrode 10, ein piezoelektrisches Material 11 und eine obere Elektrode 12 auf. Das Anordnen der Piezowandlervorrichtung 9 umfasst also ein sukzessives Anordnen der unteren Elektrode 10, des piezoelektrischen Materials 11 und der oberen Elektrode 12. In der beispielhaften Ausführungsform ist demnach die untere Elektrode 10 auf dem Membranmaterial 7 angeordnet, wodurch das Membranmaterial 7 mit der Piezowandlervorrichtung 9 verbunden ist. Die untere Elektrode 10 kann unmittelbar auf dem Membranmaterial 7 angeordnet sein, es können jedoch auch funktionelle Zwischenschichten vorgesehen sein. Dadurch können Kräfte von der Piezowandlervorrichtung 9 auf das Membranmaterial 7 übertragen und diese zum Schwingen gebracht werden. Umgekehrt kann ein schwingen des Membranmaterials 7 mittels der Piezowandlervorrichtung 9 detektiert werden. Die untere Elektrode 10 und die obere Elektrode 12, die auf einer der unteren Elektrode 10 abgewandten Seite des piezoelektrischen Materials 11 angeordnet ist, kreuzen einander in der Draufsicht, sind jedoch gemäß der Querschnittsdarstellung in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet.In the exemplary embodiment, the piezo transducer device 9 was arranged directly on a side of the membrane material 7 facing away from the sacrificial layer structure 4. The piezo transducer device 9 has a lower electrode 10, a piezoelectric material 11 and an upper electrode 12. The arrangement of the piezo transducer device 9 therefore comprises a successive arrangement of the lower electrode 10, the piezoelectric material 11 and the upper electrode 12. In the exemplary embodiment, the lower electrode 10 is therefore arranged on the membrane material 7, whereby the membrane material 7 is connected to the piezo transducer device 9. The lower electrode 10 can be arranged directly on the membrane material 7, but functional intermediate layers can also be provided. This allows forces to be transferred from the piezo transducer device 9 to the membrane material 7 and this can be caused to vibrate. Conversely, vibration of the membrane material 7 can be detected by means of the piezoelectric transducer device 9. The lower electrode 10 and the upper electrode 12, which is arranged on a side of the piezoelectric material 11 facing away from the lower electrode 10, cross each other in the plan view, but are formed in different planes according to the cross-sectional representation.

4 zeigt schematisch einen der 3 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen optionaler Verfahrensschritte. Es wurde eine Passivierungsschicht 13 auf der Piezowandlervorrichtung 9 angeordnet. Die Passivierungsschicht 13 kann beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufweisen. Außerdem wurden vier bis zur Oberseite 2 des Substrats 3 ragende Kontaktöffnungen 14 ausgebildet. Ferner wurden vier weitere Kontaktöffnungen 15, 16 ausgebildet. 4 shows schematically one of the 3 temporally subsequent state after carrying out optional method steps. A passivation layer 13 was arranged on the piezoelectric transducer device 9. The passivation layer 13 can comprise silicon oxide or silicon nitride, for example. In addition, four contact openings 14 extending to the top side 2 of the substrate 3 were formed. Furthermore, four further contact openings 15, 16 were formed.

Zwei erste weitere Kontaktöffnung 15 ragen jeweils bis zur unteren Elektrode 10. Zwei zweite weitere Kontaktöffnung 16 ragen jeweils bis zur oberen Elektrode 12. Die ersten weiteren Kontaktöffnungen 15 wurden auf sich gegenüberliegenden Seiten der Opferschichtstruktur 4 ausgebildet. Die zweiten weiteren Kontaktöffnungen 16 wurden ebenso auf sich gegenüberliegenden Seiten der Opferschichtstruktur 4 ausgebildet. Jeweils eine Kontaktöffnung 14 wurde im Bereich einer weiteren Kontaktöffnung 15, 16 ausgebildet.Two first further contact openings 15 each extend to the lower electrode 10. Two second further contact openings 16 each extend to the upper electrode 12. The first further contact openings 15 were formed on opposite sides of the sacrificial layer structure 4. The second further contact openings 16 were also formed on opposite sides of the sacrificial layer structure 4. One contact opening 14 was formed in the area of a further contact opening 15, 16.

5 zeigt schematisch einen der 4 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen eines weiteren optionalen Verfahrensschritts. Es wurden zwei erste und zwei zweite elektrische Kontaktmetallisierung 17, 18 ausgebildet. Das Ausbilden der elektrischen Kontaktmetallisierungen 17, 18 umfasst beispielsweise ein Abscheiden und Strukturieren eines elektrisch leitenden Materials an der Oberseite 2 des Substrats 3. Das elektrisch leitende Material wird dabei in den bis zur Oberseite 2 des Substrats 3 ragenden Kontaktöffnungen 14 und den bis zu den Elektroden 11, 12 ragenden weiteren Kontaktöffnungen 15, 16 angeordnet. Darüber hinaus werden die Kontaktmetallisierungen 17, 18 derart ausgebildet, dass sie die Schaltung auf dem Substrat 3 und die Elektroden 10, 12 elektrisch miteinander verbinden. Zwei erste Kontaktmetallisierungen 17 kontaktieren die Schaltung auf dem Substrat 3 mit der unteren Elektrode 10 auf sich gegenüberliegenden Seiten der Opferschichtstruktur 4. Zwei zweite Kontaktmetallisierungen 18 kontaktieren die Schaltung auf dem Substrat 3 mit der oberen Elektrode 12 auf sich gegenüberliegenden Seiten der Opferschichtstruktur 4. 5 shows schematically one of the 4 temporally subsequent state after carrying out a further optional method step. Two first and two second electrical contact metallizations 17, 18 were formed. The formation of the electrical contact metallizations 17, 18 comprises, for example, depositing and structuring an electrically conductive material on the upper side 2 of the substrate 3. The electrically conductive material is arranged in the contact openings 14 extending to the upper side 2 of the substrate 3 and the further contact openings 15, 16 extending to the electrodes 11, 12. In addition, the contact metallizations 17, 18 are formed in such a way that they electrically connect the circuit on the substrate 3 and the electrodes 10, 12 to one another. Two first contact metallizations 17 contact the circuit on the substrate 3 with the lower electrode 10 on opposite sides of the sacrificial layer structure 4. Two second contact metallizations 18 contact the circuit on the substrate 3 with the upper electrode 12 on opposite sides of the sacrificial layer structure 4.

Die in 5 gezeigte elektrische Kontaktierung ist lediglich beispielhaft ausgebildet. Es ist beispielsweise möglich, dass die mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung eine andere Anzahl von Kontaktmetallisierungen 17, 18 und gegebenenfalls anders ausgebildete Kontaktierungen einzelner Elemente aufweist. Die Kontaktmetallisierungen 17, 18 können beispielsweise jeweils relativ zur Opferschichtstruktur 4 und relativ zueinander anders angeordnet werden, als dies in 5 gezeigt ist. Eine Anordnung der Kontaktmetallisierungen 17, 18 auf sich gegenüberliegenden Seiten und über Kreuz ist jedoch im beispielhaften Fall der quadratischen Mesastruktur, die als Opferschichtstruktur 4 erzeugt wurde, zweckmäßig.In the 5 The electrical contact shown is merely an example. It is possible, for example, for the microelectroacoustic transducer device to have a different number of contact metallizations 17, 18 and, if appropriate, differently designed contacts of individual elements. The contact metallizations 17, 18 can, for example, be arranged differently relative to the sacrificial layer structure 4 and relative to one another than is shown in 5 is shown. However, an arrangement of the contact metallizations 17, 18 on opposite sides and crosswise is expedient in the exemplary case of the square mesa structure, which was produced as the sacrificial layer structure 4.

Die gezeigte elektrische Kontaktierung bietet auch den Vorteil, dass eine Mehrzahl von Piezowandlervorrichtungen 9 angesteuert werden kann. Beispielsweise kann eine Anordnung einer Mehrzahl von Piezowandlervorrichtungen 9 derart angesteuert werden, dass die Piezowandlervorrichtungen 9 mittels Zeilen- und Spaltenleitungen angesprochen werden. Beispielsweise können die ersten Kontaktmetallisierungen 17 dazu vorgesehen sein, eine Mehrzahl von in einer Spalte angeordneten Piezowandlervorrichtungen 9 anzusteuern, während die zweiten Kontaktmetallisierungen 18 dazu vorgesehen sein können, eine Mehrzahl von in einer Zeile angeordneten Piezowandlervorrichtungen 9 anzusteuern. Dabei sind jeweils in einer Zeile bzw. in einer Spalte angeordnete Piezowandlervorrichtungen 9, die unmittelbar benachbart sind, über jeweils eine Kontaktmetallisierung 17, 18 miteinander verbunden.The electrical contact shown also offers the advantage that a plurality of piezo transducer devices 9 can be controlled. For example, an arrangement of a plurality of piezo transducer devices 9 can be controlled in such a way that the piezo transducer devices 9 are addressed by means of row and column lines. For example, the first contact metallizations 17 can be provided to control a plurality of piezo transducer devices 9 arranged in a column, while the second contact metallizations 18 can be provided to control a plurality of piezo transducer devices 9 arranged in a row. Piezo transducer devices 9 arranged in a row or in a column, which are immediately adjacent, are connected to one another via a contact metallization 17, 18.

6 zeigt schematisch einen der 5 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts. Die Opferschichtstruktur 4 wurde freigelegt. Beim Freilegen der Opferschichtstruktur 4 wird zumindest ein Teil des Membranmaterials 7 entfernt. Weist die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung die Passivierungsschicht 13 auf, kann es sein, dass auch zumindest ein Teil der Passivierungsschicht 13 entfernt werden muss, um die Opferschichtstruktur 4 freizulegen. Es kann genügen, die Opferschichtstruktur 4 in lediglich einem Bereich freizulegen. 6 zeigt beispielhaft, dass die Opferschichtstruktur 4 insgesamt in vier Bereichen freigelegt wurde, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Das Freilegen der Opferschichtstruktur 4 erfolgt in Bereichen außerhalb der Elektroden 10, 12, des piezoelektrischen Materials 11 und der Kontaktmetallisierungen 17, 18. 6 shows schematically one of the 5 temporally subsequent state after carrying out a further process step. The sacrificial layer structure 4 has been exposed. When exposing the sacrificial layer structure 4, at least a part of the membrane material 7 is removed. If the microelectroacoustic transducer device has the passivation layer 13, it may be that at least part of the passivation layer 13 must also be removed in order to expose the sacrificial layer structure 4. It may be sufficient to expose the sacrificial layer structure 4 in only one area. 6 shows, for example, that the sacrificial layer structure 4 was exposed in a total of four areas, although this is not absolutely necessary. The sacrificial layer structure 4 is exposed in areas outside the electrodes 10, 12, the piezoelectric material 11 and the contact metallizations 17, 18.

7 zeigt schematisch einen der 6 zeitlich nachfolgenden Zustand nach dem Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts. Die freigelegte Opferschichtstruktur 4 wurde entfernt, wodurch über der Oberseite 2 des Substrats 3 eine mit der Piezowandlervorrichtung 9 verbundene Membran 19 freigestellt wurde. Das Substrat 3 und die Membran 19 schließen eine Kavität 20 bzw. einen Hohlraum 20 ein. In diesem Zustand ist eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 21 gemäß einer ersten Ausführungsform fertiggestellt. 7 shows schematically one of the 6 temporally subsequent state after carrying out a further method step. The exposed sacrificial layer structure 4 was removed, whereby a membrane 19 connected to the piezo transducer device 9 was exposed above the upper side 2 of the substrate 3. The substrate 3 and the membrane 19 enclose a cavity 20 or a hollow space 20. In this state, a microelectroacoustic transducer device 21 according to a first embodiment is completed.

Die Opferschichtstruktur 4 kann beispielsweise mittels eines Ätzmittels nasschemisch entfernt werden. Je nachdem welches Opferschichtmaterial 1 verwendet wurde, kann ein entsprechendes Ätzmittel verwendet werden, um die Opferschichtstruktur 4 zu entfernen. Die Opferschichtstruktur 4 kann auch mittels eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden.The sacrificial layer structure 4 can be removed wet-chemically, for example, using an etchant. Depending on which sacrificial layer material 1 was used, a corresponding etchant can be used to remove the sacrificial layer structure 4. The sacrificial layer structure 4 can also be removed using a suitable solvent.

8 zeigt schematisch eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 22 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht gemäß 1. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 22 gemäß der zweiten Ausführungsform weist große Ähnlichkeiten zur mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 21 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert. 8th shows schematically a microelectroacoustic transducer device 22 according to a second embodiment in a cross-sectional view according to 1 . The microelectroacoustic transducer device 22 according to the second embodiment has great similarities to the microelectroacoustic transducer device 21 according to the first embodiment. Only the differences are explained below.

Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 22 gemäß der zweiten Ausführungsform weist zusätzlich Durchkontaktierungen 25 auf. Die Durchkontaktierungen erstrecken sich von einer der Oberseite 2 des Substrats 3 gegenüberliegenden Unterseite 26 des Substrats 3 in das Substrat 3 hinein und sind dazu vorgesehen, die CMOS-Schaltung des Substrats 3 auf der Oberseite 2 elektrisch zu kontaktieren. An der Unterseite 26 des Substrats 3 und in Bereichen der Durchkontaktierungen 25 ist jeweils ein Lotmaterial 31 angeordnet. Dadurch ist die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 22 als oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet und kann beispielsweise auf einer Leiterplatte (engl.: printed circuit board, PCB) angeordnet werden. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 22 gemäß der zweiten Ausführungsform ferner eine weitere Schaltungspassivierung 27 auf, die auf der Unterseite 26 des Substrats 3 angeordnet und im Bereich der Durchkontaktierungen 25 entfernt wurde. Die weitere Schaltungspassivierung 27 kann jedoch auch entfallen, wenn anderweitig sichergestellt wurde, dass das Lotmaterial 31 elektrisch vom Substrat 3 isoliert ist.The microelectroacoustic transducer device 22 according to the second embodiment additionally has vias 25. The vias extend from a bottom side 26 of the substrate 3 opposite the top side 2 of the substrate 3 into the substrate 3 and are intended to electrically contact the CMOS circuit of the substrate 3 on the top side 2. A solder material 31 is arranged on the bottom side 26 of the substrate 3 and in areas of the vias 25. As a result, the microelectroacoustic transducer device 22 is designed as a surface-mountable component and can be arranged, for example, on a printed circuit board (PCB). The microelectroacoustic transducer device 22 according to the second embodiment also has a further circuit passivation 27, which was arranged on the bottom side 26 of the substrate 3 and removed in the area of the vias 25. However, the further circuit passivation 27 can also be omitted if it has been ensured by other means that the solder material 31 is electrically insulated from the substrate 3.

9 zeigt schematisch eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 23 gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht gemäß 1. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 23 gemäß der dritten Ausführungsform weist große Ähnlichkeiten zur mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 21 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert. 9 shows schematically a microelectroacoustic transducer device 23 according to a third embodiment in a cross-sectional view according to 1 . The microelectroacoustic transducer device 23 according to the third embodiment has great similarities to the microelectroacoustic transducer device 21 according to the first embodiment. Only the differences are explained below.

Bei der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 23 gemäß der dritten Ausführungsform wurde das Membranmaterial 7 derart strukturiert, dass es an einer der Piezowandlervorrichtung 9 abgewandten Seite Korrugationen 28 der Membran 19 aufweist. Hierzu wurde die Opferschichtstruktur 4 zusätzlich derart strukturiert, dass sie Vertiefungen 29 aufweist. Bei Anordnen des Membranmaterials 7 wurde ein Teil des Membranmaterials 7 in den Vertiefungen 29 angeordnet, wodurch die Korrugationen 28 des Membranmaterials 7 gebildet wurden, nachdem die Opferschichtstruktur 4 entfernt wurde. Die Korrugationen 28 sind dadurch an einer der Oberseite 2 des Substrats 3 zugewandten Seite der Membran 19 ausgebildet und in der Kavität 20 angeordnet. Die Membranen 19 der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtungen 21, 22 gemäß 7 und 8 können ebenfalls Korrugationen 28 gemäß 9 aufweisen. Die Korrugationen 28 können jedoch auch entfallen.In the microelectroacoustic transducer device 23 according to the third embodiment, the membrane material 7 was structured in such a way that it has corrugations 28 of the membrane 19 on a side facing away from the piezoelectric transducer device 9. For this purpose, the sacrificial layer structure 4 was additionally structured in such a way that it has depressions 29. When arranging the membrane material 7, a part of the membrane material 7 was arranged in the depressions 29, whereby the corrugations 28 of the membrane material 7 were formed after the sacrificial layer structure 4 was removed. The corrugations 28 are thus formed on a side of the membrane 19 facing the top side 2 of the substrate 3 and arranged in the cavity 20. The membranes 19 of the microelectroacoustic transducer devices 21, 22 according to 7 and 8th Corrugations 28 may also be made in accordance with 9 However, the corrugations 28 may also be omitted.

Bei der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 23 gemäß der dritten Ausführungsform sind ferner an der Oberseite 2 des Substrats 3 angeordnete Elemente in eine Abdeckung 30 eingebettet. Auch die an der Oberseite 2 des Substrats 3 angeordneten Elemente der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtungen 21, 22 gemäß 7 und 8 können gemäß 9 in eine Abdeckung 30 eingebettet sein. Die Abdeckung 30 kann jedoch auch entfallen.In the microelectroacoustic transducer device 23 according to the third embodiment, elements arranged on the top side 2 of the substrate 3 are also embedded in a cover 30. The elements of the microelectroacoustic transducer devices 21, 22 arranged on the top side 2 of the substrate 3 according to 7 and 8th can according to 9 be embedded in a cover 30. However, the cover 30 can also be omitted.

10 zeigt schematisch eine mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 24 gemäß einer vierten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht gemäß 1. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 24 gemäß der vierten Ausführungsform weist Ähnlichkeiten zur mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 21 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert. 10 shows schematically a microelectroacoustic transducer device 24 according to a fourth embodiment in a cross-sectional view according to 1 . The microelectroacoustic transducer device 24 according to the fourth embodiment has similarities to the microelectroacoustic transducer device 21 according to the first embodiment. Only the differences are explained below.

Bei der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 24 gemäß der vierten Ausführungsform wurde das Membranmaterial 7 nicht wie bei der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 21 gemäß der ersten Ausführungsform auf der Opferschichtstruktur 4 und die Piezowandlervorrichtung 9 nicht auf dem Membranmaterial 9 angeordnet. Stattdessen wurde die Piezowandlervorrichtung 9 auf einer vom Substrat 3 abgewandten Seite der Opferschichtstruktur 4 und das Membranmaterial 7 auf einer von der Opferschichtstruktur 4 abgewandten Seite der Piezowandlervorrichtung 9 angeordnet. In diesem Fall wurde das Membranmaterial 7 derart angeordnet, dass es die Opferschichtstruktur 4 und die Piezowandlervorrichtung 9 vollständig bedeckt.In the microelectroacoustic transducer device 24 according to the fourth embodiment, the membrane material 7 was not arranged on the sacrificial layer structure 4 as in the microelectroacoustic transducer device 21 according to the first embodiment, and the piezo transducer device 9 was not arranged on the membrane material 9. Instead, the piezo transducer device 9 was arranged on a side of the sacrificial layer structure 4 facing away from the substrate 3 and the membrane material 7 was arranged on a side of the piezo transducer device 9 facing away from the sacrificial layer structure 4. In this case, the membrane material 7 was arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure 4 and the piezo transducer device 9.

Die an der Oberseite 2 des Substrats 3 angeordneten Elemente der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtungen 24 gemäß 10 können gemäß 9 in eine Abdeckung 30 eingebettet sein. Die Membran 19 der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 24 gemäß der vierten Ausführungsform kann ebenfalls Korrugationen 28 aufweisen. Allerdings sollten die Korrugationen 28 bei der vieren Ausführungsform der mikroelektroakustischen Wandlervorrichtung 24 an einer der Oberseite 2 des Substrats 3 abgewandten Seite der Membran 19 ausgebildet werden. Die Korrugationen 28 können in diesem Fall durch Strukturieren des Membranmaterials 7 ausgebildet werden.The elements of the microelectroacoustic transducer devices 24 arranged on the upper side 2 of the substrate 3 according to 10 can according to 9 be embedded in a cover 30. The membrane 19 of the microelectroacoustic transducer device 24 according to the fourth embodiment can also have corrugations 28. However, in the fourth embodiment of the microelectroacoustic transducer device 24, the corrugations 28 should be formed on a side of the membrane 19 facing away from the top side 2 of the substrate 3. In this case, the corrugations 28 can be formed by structuring the membrane material 7.

Da die Piezowandlervorrichtung 9 auf der Opferschichtstruktur 4 angeordnet ist, kann es zweckdienlich sein, dass die Passivierungsschicht 13 auch auf der Opferschichtstruktur 4 angeordnet ist, wie dies 10 beispielhaft zeigt. In diesem Fall bettet die Passivierungsschicht 13 die Piezowandlervorrichtung 9 ein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Die Piezowandlervorrichtung 9 ist durch die Passivierungsschicht 13 nicht unmittelbar auf der Opferschichtstruktur 4 angeordnet. Auch die Membran 19 ist aufgrund der Passivierungsschicht 13 nicht unmittelbar auf der Piezowandlervorrichtung 9 angeordnet. Die Passivierungsschicht 13 kann jedoch auch entfallen, wodurch die Membran 19 unmittelbar auf der Piezowandlervorrichtung 9 angeordnet ist und die Piezowandlervorrichtung 9 unmittelbar auf der Opferschichtstruktur 4 angeordnet ist.Since the piezoelectric transducer device 9 is arranged on the sacrificial layer structure 4, it may be expedient for the passivation layer 13 to also be arranged on the sacrificial layer structure 4, as 10 shows by way of example. In this case, the passivation layer 13 embeds the piezo transducer device 9, but this is not absolutely necessary. The piezo transducer device 9 is not arranged directly on the sacrificial layer structure 4 due to the passivation layer 13. The membrane 19 is also not arranged directly on the piezo transducer device 9 due to the passivation layer 13. The passivation layer 13 can also be omitted, however, whereby the membrane 19 is arranged directly on the piezo transducer device 9 and the piezo transducer device 9 is arranged directly on the sacrificial layer structure 4.

Alle vorgestellten mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 21, 22, 23, 24 können auch eine Mehrzahl von Membranen 19 aufweisen, die jeweils über dem Substrat 3 freigestellt, jeweils über Erhebungsflanken 8 mit dem Substrat 3 verbunden, jeweils gegenüber der Oberseite 2 des Substrats 3 erhaben und jeweils mit einer Piezowandlervorrichtung 9 verbunden sind. Jeweils eine Membran 19 und eine mit der Membran 19 verbundene Piezowandlervorrichtung 9 bilden ein Wandlerelement. Die mikroelektroakustische Wandlervorrichtung 21, 22, 23, 24 weist also eine Mehrzahl von an der Oberseite 2 des Substrats 3 angeordneten Wanderelementen auf. Die Wandlerelemente können gemäß den 7 bis 10 ausgebildet und beispielsweise in einer quadratischen Anordnung angeordnet sein. Für eine Membran 19 können auch mehrere Piezowandlervorrichtungen 9 vorgesehen sein, die mit der Membran 19 verbunden sind, indem sie auf dem Membranmaterial 7 bzw. das Membranmaterial 7 auf ihnen angeordnet wird.All of the microelectroacoustic transducer devices 21, 22, 23, 24 presented can also have a plurality of membranes 19, each of which is exposed above the substrate 3, each of which is connected to the substrate 3 via raised flanks 8, each of which is raised relative to the top side 2 of the substrate 3 and each of which is connected to a piezo transducer device 9. Each membrane 19 and a piezo transducer device 9 connected to the membrane 19 form a transducer element. The microelectroacoustic transducer device 21, 22, 23, 24 therefore has a plurality of transducer elements arranged on the top side 2 of the substrate 3. The transducer elements can be arranged according to the 7 to 10 and arranged, for example, in a square arrangement. For a membrane 19, several piezo transducer devices 9 can also be provided, which are connected to the membrane 19 by arranging them on the membrane material 7 or the membrane material 7 on them.

Claims

Method for producing a microelectroacoustic transducer device (21, 22, 23, 24) with the following method steps: - arranging a sacrificial layer material (1) on a top side (2) of a substrate (3) and structuring the sacrificial layer material (1), thereby producing a sacrificial layer structure (4), - arranging a piezo transducer device (9) above the sacrificial layer structure (4), - arranging a membrane material (7) above the sacrificial layer structure (4), - exposing the sacrificial layer structure (4), - removing the exposed sacrificial layer structure (4), thereby exposing a membrane (19) connected to the piezo transducer device (9) above the top side (2) of the substrate (3), wherein the substrate (3) and the membrane (19) enclose a cavity (20).

Procedure according to Claim 1 , wherein the membrane material (7) is arranged on the sacrificial layer structure (4) and the piezo transducer device (9) is arranged on the membrane material (7), wherein the membrane material (7) is arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure (4).

Procedure according to Claim 1 , wherein the piezo transducer device (9) is arranged on the sacrificial layer structure (4) and the membrane material (7) is arranged on the piezo transducer device (9), wherein the membrane material (7) is arranged such that it completely covers the sacrificial layer structure (4) and the piezo transducer device (9).

Method according to one of the preceding claims, wherein the sacrificial layer material (7) is structured such that a mesa structure remains on the upper side (2) of the substrate (3) as the sacrificial layer structure (4).

Procedure according to Claim 4 , whereby the mesa structure is formed by an etching process, in particular by means of an isotropic etching process, whereby the membrane (19) is connected to the substrate (3) via flat raised flanks (8).

Method according to one of the preceding claims, wherein the membrane material (7) is structured such that it has corrugations (28) on a side facing away from the piezo transducer device (9).

Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate (3) has an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit, wherein a circuit passivation (6) is arranged on the top side (2) of the substrate (3) before the arrangement of the sacrificial layer material (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein a passivation layer (13) is arranged on the piezo transducer device (9) and/or on the sacrificial layer structure (4).

Method according to one of the preceding claims, wherein elements arranged on the upper side (2) of the substrate (3) are embedded in a cover (30) after removal of the sacrificial layer structure (4).

Microelectroacoustic transducer device (21, 22, 23, 24) with a substrate (2), at least one exposed membrane (19) and a piezo transducer device (9) connected to the membrane (19), wherein the substrate (3) has an integrated complementary metal oxide semiconductor circuit, wherein the membrane (19) is raised relative to an upper side (2) of the substrate (3), wherein the membrane (19) is connected to the substrate (3) via flat raised flanks (8).

Microelectroacoustic transducer device (21, 22, 23, 24) according to Claim 10 , wherein the membrane (19) and the piezo transducer device (9) connected to the membrane (19) form a transducer element, wherein the microelectroacoustic transducer device (21, 22, 23, 24) has a plurality of traveling elements arranged on the upper side (2) of the substrate (3).