DE10247487A1

DE10247487A1 - Membran und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10247487A1
Application number: DE10247487A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dr.-Ing. Dehé; Marc Dipl.-Phys. Fueldner; Stefan Dipl.-Phys. Barzen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-05-06
Also published as: US7502482B2; CN1703932B; CN1703932A; US7882612B2; US20090162534A1; WO2004036952A3; EP1550349B1; WO2004036952A2; EP1550349A2; US20050241944A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Membran (120) für ein Bauelement, z. B. ein Mikrophon, wird zunächst ein Substrat (100) bereitgestellt, auf dem eine Gegenelektrode (104) angeordnet ist. Auf einer dem Substrat (100) abgewandten Oberfläche der Gegenelektrode (104) ist eine Opferschicht vorgesehen. Die der Gegenelektrode (104) abgewandte Oberfläche der Opferschicht wird strukturiert, um eine Mehrzahl von Ausnehmungen in der Oberfläche zu bilden, um gleichzeitig ein oder mehrere Antihaftelemente und eine oder mehrere Korrugationsrillen zu definieren. Anschließend wird ein Membranmaterial auf die strukturierte Oberfläche der Opferschicht abgeschieden. Dann wird die Opferschicht entfernt, um die Membran (120) zu bilden, die eine oder mehrere Korrugationsrillen (124) und ein oder mehrere Antihaftelemente (126) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Membran und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben, und hier insbesondere auf eine Membran mit Korrugationsrillen und Antihaftelementen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Membran für ein Mikrophon, beispielsweise ein Siliziummikrophon.
Zentrales Element eines mikromechanisch realisierten Silizium-Mikrophons ist die darin verwendete Membran, die in dem Schallfeld schwingen soll. Eine Voraussetzung für diese Membran ist, dass diese möglichst empfindlich sein soll, sie darf jedoch bei starken Auslenkungen und einer daraus resultierenden Berührung mit einer Gegenelektrode nicht an der Gegenelektrode haften bleiben. Solche starken Auslenkungen werden beispielsweise durch hohe Schallpegel, eine elektrostatische Anziehung oder die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten verursacht.

Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um zum einen die Empfindlichkeit der Membran zu verbessern, und um zum anderen die Anhaftung der Membran zu vermeiden.

Ein Ansatz zur Optimierung der Empfindlichkeit besteht darin, die Schichteigenschaften und den lateralen Entwurf der Membran zu optimieren, beispielsweise durch sogenannte Federmembranen. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht jedoch darin, dass durch die sich aufgrund der Optimierung ergebende verringerte Fläche der Membran auch gleichzeitig die Kapazität der Membran sinkt.

Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der Empfindlichkeit einer Membran für ein Silizium-Mikrophon besteht darin, soge nannte Korrugationsrillen in der Membran vorzusehen. Ein solcher Ansatz wird beispielsweise von Zou, Quanbo et al. in „Design and Fabrication of Silicon Condenser Microphone Using Corrugated Diaphragm Technique" in Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 5, Nr. 3, September 1996 beschrieben. Gemäß diesem Ansatz werden V-förmige Gräben in einem Siliziumsubstrat gebildet, um bei der nachfolgenden Ausbildung der Membran die erwünschten Korrugationsrillen zu erzeugen.

Ein Ansatz zur Vermeidung von einem irreversiblen Ankleben der Membran an einer Gegenelektrode besteht darin, sogenannte Antihaftelemente (Antisticken Bumps/Dimples) herzustellen. Bei diesen Antihaftelementen handelt es sich um nadelartige Strukturen in der Membran, die die Kontaktfläche bei einer Berührung mit der Gegenelektrode deutlich reduzieren, wie dies von Brauer, et al. in „Silicon Microphone Based on Surface and Bulk Micromachining", Journal of Micromechanics and Microengineering, 11 (2001) Seiten 319-322 beschrieben wird. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Herstellung der nadelartigen Strukturen zusätzlichen Prozessaufwand bedeutet.

Hinsichtlich der im Stand der Technik bekannten Lösungen ist festzuhalten, dass diese unabhängige Prozesse lehren, um zum einen die Antihaftelemente zu erzeugen und zum anderen die Empfindlichkeit der Membran zu erhöhen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Membran sowie ein verbessertes Bauelement zu schaffen, wobei mit reduziertem prozesstechnischen Fertigungsaufwand sowohl eine Empfindlichkeit der Membran verbessert werden kann, als auch das Anhaften der Membran an einer Gegenelektrode vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Bauelement nach Anspruch 11 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran für ein Bauelement, mit folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen eines Substrats, auf dem eine Gegenelektrode angeordnet ist, wobei auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche der Gegenelektrode eine Opferschicht angeordnet ist;
(b) Strukturieren der der Gegenelektroden abgewandten Oberfläche der Opferschicht, um eine Mehrzahl von Ausnehmungen in der Oberfläche zu bilden, um gleichzeitig ein oder mehrere Antihaftelemente und eine oder mehrere Korrugationsrillen zu definieren;
(c) Abscheiden eines Membranmaterials auf die strukturierte Oberfläche der Opferschicht; und
(d) Entfernen der Opferschicht, um die Membran zu bilden, die eine oder mehrere Korrugationsrillen und eines oder mehrere Antihaftelemente aufweist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Antihaftelemente in einem Bereich der Opferschicht definiert, der einem Zentralbereich der Gegenelektrode gegenüberliegt. Die Korrugationsrillen werden bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Bereich der Opferschicht definiert, der einem Randbereich der Gegenelektrode gegenüberliegt, so dass bei einer Auslenkung der Membran zu der Gegenelektrode lediglich das eine oder die mehreren Antihaftelemente mit der Gegenelektrode in Kontakt kommen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nach dem Strukturieren der Opferschicht eine weitere Opferschicht auf der strukturierten Oberfläche abgeschieden, mit einer Dicke, die verglichen mit einer Dicke der Opferschicht gering ist, so dass die strukturierte Oberfläche der Opferschicht in der der Opferschicht abgewandten Oberfläche der weiteren Opferschicht abgebildet ist, wobei dann im Schritt (c) das Membranmaterial auf die strukturierte Oberfläche der weiteren Opferschicht abgeschieden wird und im Schritt (d) zusätzlich die weitere Opferschicht entfernt wird.

Vorzugsweise wird im Schritt (d) die Opferschicht derart entfernt, dass ein Abschnitt der Opferschicht in einem Bereich außerhalb der Gegenelektrode zurückbleibt, um eine Struktur zu definieren, die die Membran beabstandet von der Gegenelektrode trägt.

Vorzugsweise werden die Korrugationsrillen derart strukturiert, dass diese in sich geschlossen sind und die Antihaftelemente umgeben, wobei die Korrugationsrillen kreisförmig, polygonzugmäßig oder in beliebiger Form definiert sein können.

Vorzugsweise haben die Ausnehmungen, die die Antihaftelemente definieren, eine laterale Abmessung, die verglichen mit einer lateralen Abmessung der Ausnehmungen, die die Korrugationsrillen definieren, klein sind, so dass beim Abscheiden des Membranmaterials oder der weiteren Opferschicht die Ausnehmungen, die die Antihaftelemente definieren, wieder ganz oder nahezu ganz – je nach gewünschter Form des Bumps – verschlossen werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Bauelement, mit
einem Substrat, einer auf dem Substrat angeordneten Gegenelektrode;
einer Membran, die beabstandet von der Gegenelektrode getragen ist, um der Gegenelektrode gegenüberzuliegen,
wobei die Membran eines oder mehrere Antihaftelemente in einem Zentralbereich der Membran und eine oder mehrere Korrugationsrillen in einem den Zentralbereich umgebenden Randbereich der Membran aufweist, so dass bei einer Auslenkung der Membran zu der Gegenelektrode lediglich die Antihaftelemente in Kontakt mit der Gegenelektrode kommen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauelement um ein Mikrophon, beispielsweise ein Siliziummikrophon, und die Membran ist die Mikrophonmembran. Alternativ kann es sich bei dem Bauelement auch um einen Drucksensor handeln.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Empfindlichkeit nun durch eine oder mehrere Korrugationsrillen in der Membran verbessert wird, wobei Korrugationsrillen eine vertikale umlaufende Wellenstruktur in der Membran bilden. Erfindungsgemäß wird hierfür in der Opferoxidschicht, die den Spaltabstand im Kondensermikrophon bestimmt, eine oder mehrere Ringstrukturen (Korrugationsrillen) und eine oder mehrere Lochstrukturen (Bumps, Antihaftelemente) definiert, die sich bei der Abscheidung der Membran in diese abformen, und so die erwünschte Struktur ergeben.

Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung des Herstellungsverfahrens dadurch erreicht, dass gleichzeitig die Korrugationsrillen und die Antihaftelemente in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, so dass die Nachteile im Stand der Technik, welche für die Herstellung der Korrugationsrillen und für die Herstellung der Antihaftelemente jeweils unterschiedliche Verfahren und Herstellungsprozesse benötigten, vermieden werden.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Korrugationsrillen nun mit der gleichen Technologie erzeugt werden, mit der bisher auch schon die Antihaftelemente erzeugt wurden, so dass erfindungsgemäß keine zusätzlichen Prozessschritte erforderlich sind.

Da die Fläche der Membran zur Erhöhung der Empfindlichkeit nicht strukturiert und damit verkleinert wird, verbleibt die Kapazität in vollem Umfang erhalten.

Die Empfindlichkeitssteigerung der erfindungsgemäßen korrugierten Membran ist vergleichbar mit der, wie sie bei Federmembranen erreicht wird, kann jedoch zusätzlich durch die Anzahl der Korrugationsrillen eingestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1D ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Mikrophonmembran gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A eine Draufsicht auf die gemäß den in 1 beschriebenen Verfahren hergestellte Mikrophonmembran;
2B eine Detailansicht eines Ausschnitts der in 2A gezeigten Membran;
3 einen Graphen, der die Verbesserung der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Mikrophonmembran abhängig von der Anzahl der Korrugationsrillen anzeigt;
4A eine Darstellung einer Korrugationsmembran mit den für die Bestimmung der Empfindlichkeit erforderlichen Parameter; und
4B eine Querschnittsdarstellung einer Korrugationsrille der Membran aus 4A.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Siliziummikrophons anhand der 1A bis 1D näher erläutert, wobei im folgenden die Her stellung einer Membran mit Antihaftelementen (Bumps) und Korrugationsrillen dargestellt wird. Die Membran kann Teil eines kapazitiven Mikrophons sein, wobei die Membran dann eine Elektrode des Plattenkondensators bildet, und eine zweite statische Elektrode unter derselben angeordnet ist.
In 1A ist ein Substrat 100 gezeigt, welches eine erste Hauptoberfläche 102 aufweist. Auf der Hauptoberfläche 102 des Substrats 100 ist zumindest teilweise eine Gegenelektrode 104 gebildet. Auf einer dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche der Gegenelektrode 104 ist eine erste Opferoxidschicht 106 angeordnet, wobei diese bei dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel derart gebildet ist, dass diese die Gegenelektrode 104 vollständig bedeckt und ferner auf die erste Hauptoberfläche 102 des Substrats 100 reicht.
In einer dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche 108 der ersten Opferoxidschicht 106 sind eine erste Mehrzahl von Ausnehmungen 110 sowie eine zweite Mehrzahl von Ausnehmungen 112 gebildet, wobei in 1A der Übersichtlichkeit halber lediglich einzelne der Ausnehmungen mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Ausnehmungen 110, 112 werden durch einen geeigneten Ätzvorgang in die Oberfläche 108 der ersten Opferoxidschicht 106 eingebracht, wobei die Ausnehmungen 110 strukturiert sind, um die Strukturen für die in der Membran zu bildenden Korrugationsrillen zu definieren. Die Ausnehmungen 112 sind definiert, um die Strukturen für die in der Membran vorgesehenen Antihaftelemente zu definieren. Die laterale Geometrie der Ausnehmungen 110, 112 ist derart gewählt, dass die Ausnehmungen 112 für die Definition der Antihaftelemente so schmal sind, beispielsweise im Bereich von 1 μm, dass diese Ausnehmungen 112 bei einer nachfolgenden Oxid-Abscheidung, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 600 nm, nahezu wieder geschlossen werden. Die laterale Abmessung der Ausnehmungen 112 liegt somit in etwa im Bereich der Dicke der nachfolgend aufzubringenden Oxidschicht. Demgegenüber sind die Ausnehmungen 110 zur Festlegung der Korrugationsrillen deutlich breiter ausgelegt, als die Dicke einer nachfolgenden, durch eine Oxidabscheidung erzeugten Schicht, wobei die Abmessung der Ausnehmungen 110 beispielsweise 5 μm betragen kann.
Wie in 1B gezeigt ist, wird auf die strukturierte Oberfläche 108 der ersten Opferoxidschicht eine zweite Opferoxidschicht 116 aufgebracht, um die Struktur, wie sie in 1A gezeigt ist, zu verrunden. Die Dicke der zweiten Opferoxidschicht 116 ist, verglichen mit der Dicke der ersten Opferoxidschicht gering, und beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 600 nm. Wie oben anhand der 1A beschrieben wurde, sind die Abmessungen der Ausnehmungen 112 zur Definition der an die Haftelemente derart gewählt, dass die laterale Abmessung der Ausnehmungen 112 im Bereich der Dicke der weiteren Opferoxidschicht 116 liegt. Dies führt dazu, dass nach dem Abscheiden der zweiten Opferoxidschicht 116 von den Ausnehmungen 112, den sogenannten Bump-Löchern, nur eine spitze Vertiefung verbleibt, wie dies in 1B durch das Bezugszeichen 118 gezeigt ist.
Aufgrund der Abmessung der Ausnehmungen 110 zur Definition der Korrugationsrillen in der Oberfläche 108 der ersten Opferoxidschicht 106, welche deutlich größer ist als die Dicke der Oxidschicht 116, ergibt sich eine entsprechende Abbildung der Ausnehmungen 110 in die zweite Opferoxidschicht 116.
In einem nachfolgenden Schritt, wie er in 1C gezeigt ist, wird nun das Membranmaterial abgeschieden, um die Membran 120 zu erzeugen. Das Membranmaterial zur Erzeugung der Membran 120 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von z. B. 200 nm abgeschieden. Wie in 1C durch das Bezugszeichen 122 dargestellt ist, werden die in der zweiten Opferoxidschicht 116 gebildeten Vertiefungen 118 bei der Abscheidung des Membranmaterials auch in die Membran 120 abgebildet. Gleichzeitig bilden sich aufgrund der Abscheidung unter Definition der Ausnehmungen 110 in der Ober fläche der ersten Opferoxidschicht 106 die Korrugationsrillen 124 in der Membran.
1. In einem abschließenden Verfahrensschritt, werden die erste Opferoxidschicht 106 und die zweite Opferoxidschicht 116 teilweise entfernt, beispielsweise durch einen geeigneten Ätzprozess, so dass sich die in 1D dargestellte Struktur mit einem Hohlraum 128 zwischen der Membran 120 und dem Substrat 100 bzw. der Gegenelektrode 104 ergibt. Die Opferschichten 106 und 116 werden derart entfernt, dass ein Abschnitt der Opferschichten in einem Bereich außerhalb der Gegenelektrode 104 zurückbleibt, um eine Struktur 129 zu definieren, die die Membran 120 beabstandet von der Gegenelektrode 104 trägt. Wie in 1D zu erkennen ist, ergibt sich aufgrund der Entfernung der Opferoxidschichten 106, 116 die Anordnung mit der Membran 120, welche die Korrugationsrillen 124 sowie eine Mehrzahl von Antihaftelementen (Anti-Sticking-Bumps) 126 umfasst.
Erfindungsgemäß wurde somit auf einfache Art und Weise eine Mikrophonmembran erzeugt, die zum einen aufgrund der Korrugationsrillen eine verbesserte Empfindlichkeit aufweist und zum anderen bei einer Auslenkung gegen die Gegenelektrode nicht an derselben anhaftet, aufgrund der vorgesehenen Antihaftelemente. Wie oben beschrieben wurde, liegt der erfindungsgemäße Vorteil darin, dass keine verschiedenen Herstellungsprozesse zur Erzeugung der Korrugationsrillen und der Antihaftelemente erforderlich sind, sondern vielmehr diese, erfindungsgemäß, in einem gemeinsamen Herstellungsschritt erzeugt werden.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich eine Struktur, welche ein Siliziummikrophon bildet, bei dem die Antihaftelemente in einem Zentralbereich der Membran 120 angeordnet sind, wobei die Korrugationsrillen 124 in einem Randbereich der Membran 120 angeordnet sind, der den Zentralbereich mit den Antihaftelementen umgibt und ferner mit der Tragestruktur 129 verbunden ist. Diese Struktur führt dazu, dass bei einer starken Auslenkung der Membran 120 der Zentralbereich mit den Antihaftelementen 126 so weit ausgelenkt werden kann, dass dieser in Kontakt mit der Gegenelektrode 104 gelangt, wobei hier dann eine Anhaftung vermieden wird, da die Kontaktfläche aufgrund der vorgesehenen Antihaftelemente 126 ausreichend reduziert ist.
In 2A ist eine Draufsicht der Membran 120 gezeigt, die gemäß dem in 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
Wie in 2A zu erkennen ist, ist die Membran 120 sowie die Tragestruktur 129 kreisförmig ausgeführt, und ebenso das in 2A nicht dargestellte Substrat. Die sechs Korrugationsrillen 124 im Randbereich der Membran 120 sind kreisförmig gebildet und in sich geschlossene Strukturen, wobei die innere Korrugationsrille die Antihaftelemente 126 im Zentralbereich der Membran 120 umgibt.
2B ist eine vergrößerte Darstellung der in 2A gezeigten Membran mit den Korrugationsrillen 124 und den Bumps 126. Die Korrugationsrillen haben eine Breite von etwa 5μm, und die Bumps haben eine Breite von etwa 1μm. Vorzugsweise umfasst die Gegenelektrode eine Mehrzahl von Öffnungen, und die Anordnung der Bumps ist passend zu diesen Öffnungen.
Die vorliegende Erfindung, wie sie oben anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels in 1 und 2 beschrieben wurde, ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr kann die Membran 120 auch andere Formen, z. B. rechteckige Formen, annehmen, und ebenso sind die Korrugationsrillen 124 nicht auf die beschriebene kreisförmige Ausgestaltung beschränkt. Die Korrugationsrillen können vielmehr auch durch einen Polygonzug oder durch mehrere, voneinander getrennte Abschnitte gebildet sein.
Ferner wurde bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargelegt, dass auf die erste Opferschicht eine zweite Opferoxidschicht 116 aufgebracht wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, kann die Membran auch direkt auf die erste Opferoxidschicht 106 aufgebracht werden.
Obwohl die Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele anhand eines Siliziummikrophons erfolgte, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung für alle Bauelemente geeignet, bei denen eine Membran vorgesehen ist, welche eine bestimmte Empfindlichkeit aufweisen muss, und bei der eine Anhaftung auf einer Gegenelektrode zu vermeiden ist. Andere Einsatzgebiete umfassen beispielsweise Drucksensoren oder ähnliches.
Nachfolgend wird anhand der 3 näher erläutert, auf welche Art und Weise sich eine Verbesserung der Empfindlichkeit einer Membran aufgrund der Korrugationsrillen erreicht wird. Die Membranschicht 120 steht unter Zugspannung, welche die Empfindlichkeit der Membran 120 wesentlich bestimmt. Die Korrugationsrille dient zur Relaxation dieser Schichtspannung. Dabei kann gezeigt werden, dass die Steigerung der Empfindlichkeit in weiten Bereichen proportional zur Anzahl der eingebrachten Korrugationsrillen N_C verläuft. In der in 3 dargestellten Graphik, welche auf einer FEM-Analyse (FEM = Finite Elemente Methode) beruht, ist die Empfindlichkeitssteigerung bezogen auf diejenige einer Kreismembran 120, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt ist, dargestellt. Wie aus der in 3 gezeigten Darstellung zu entnehmen ist, kann hier bereits durch Verwendung von nur zwei Korrugationsrillen (N_C = 2) die Empfindlichkeit verdoppelt werden.
Für eine genauere Beschreibung der Empfindlichkeit einer Korrugationsmembran, muss deren Geometrie betrachtet werden. In 4A ist eine kreisförmige Korrugationsmembran, ähnlich der in 2 gezeigten, wiedergegeben, wobei in 4A der Radius R der Membran 120 eingezeichnet ist. Bei dem in 4A gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Membran vier Korrugationsrillen 124. Ferner ist in 4A der Abstand R_C zwischen einem Rand der Korrugationsmembran 120 sowie der zum Rand benachbart liegenden, ersten Korrugationsrille wiedergegeben, also der Abstand zwischen der äußersten Korrugationsrille und dem Rand der Membran 120.
In 4B ist ein Querschnitt einer Korrugationsrille, wie sie in 4A gebildet ist, dargestellt, wobei w_C die Breite der Korrugationsrille angibt, h_C die Tiefe der Korrugationsrille angibt, t die Dicke der Membran 120 angibt, und b_C/2 die Hälfte des Abstandes der betrachteten Korrugationsrille zu der benachbarten Korrugationsrille wiedergibt.
Mit der oben beschriebenen Notation, wie sie auch in der 4 wiedergegeben ist, kann eine Beziehung für die effektive Spannung σ_C in der Membran 120 in 4A wie folgt angegeben werden:
In der obigen Gleichung bezeichnet σ₀ die Schichtspannung des Membranmaterials. Wie aus der Gleichung zu entnehmen ist, beruht die Erhöhung der Empfindlichkeit einer korrugierten Membran also auf einer niedrigeren effektiven mechanischen Spannung in der Membran 120.

100: Substrat
102: Oberfläche des Substrats
104: Gegenelektrode
106: erste Oxidschicht
108: Oberfläche der ersten Opferoxidschicht
110: erste Mehrzahl von Ausnehmungen
112: zweite Mehrzahl von Ausnehmungen
116: zweite Opferoxidschicht
118: Vertiefungen der zweiten Opferoxidschicht
120: Membran
122: Vertiefung in der Membran
124: Korrugationsrillen
126: Antihaftelemente
128: Hohlraum
129: Tragestruktur

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Membran (120) für ein Bauelement, mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines Substrats (100), auf dem eine Gegenelektrode (104) angeordnet ist, wobei auf einer dem Substrat (100) abgewandten Oberfläche der Gegenelektrode (104) eine Opferschicht (106) angeordnet ist; (b) Strukturieren der der Gegenelektrode (104) abgewandten Oberfläche (108) der Opferschicht (106), um eine Mehrzahl von Ausnehmungen (110, 112) in der Oberfläche zu bilden, um gleichzeitig ein oder mehrere Antihaftelemente und eine oder mehrere Korrugationsrillen zu definieren; (c) Abscheiden eines Membranmaterials (120) auf die strukturierte Oberfläche (108) der Opferschicht (106); und (d) Entfernen der Opferschicht (106), um die Membran (120) zu bilden, die eine oder mehrere Korrugationsrillen (124) und eines oder mehrere Antihaftelemente (126) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt (b) die Antihaftelemente in einem Bereich der Opferschicht (106) definiert werden, der einem Zentralbereich der Gegenelektrode (104) gegenüberliegt, und bei dem die Korrugationsrillen in einem Bereich der Opferschicht (106) definiert werden, der einem Randbereich der Gegenelektrode (104) gegenüberliegt, so dass bei einer Auslenkung der Membran (120) zu der Gegenelektrode (104) lediglich das eine oder die mehreren Antihaftelemente (126) mit der Gegenelektrode (104) in Kontakt kommen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das zwischen dem Schritt (b) und dem Schritt (c) folgende Schritte umfasst: Abscheiden einer weiteren Opferschicht (116) auf der strukturierten Oberfläche (108) der Opferschicht (106) mit einer Dicke, die verglichen mit einer Dicke der Opferschicht (106) gering ist, so dass die strukturierte Oberfläche (108) der Opferschicht (106) in der der Opferschicht (106) abgewandten Oberfläche der weiteren Opferschicht (116) abgebildet wird, wobei im Schritt (c) das Membranmaterial (120) auf die strukturierte Oberfläche der weiteren Opferschicht (116) abgeschieden wird, und wobei im Schritt (c) zusätzlich die weitere Opferschicht (116) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Schritt (d) die Opferschicht (106) derart entfernt wird, dass ein Abschnitt (129) der Opferschicht (106) in einem Bereich außerhalb der Gegenelektrode (104) zurückbleibt, um eine Struktur zu definieren, die die Membran (120) beabstandet von der Gegenelektrode trägt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Opferschicht (106) im Schritt (b) strukturiert wird, um in sich geschlossene Korrugationsrillen zu definieren, die Antihaftelemente umgeben.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Korrugationsrillen (124) kreisförmig oder polygonzugmäßig definiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ausnehmungen (112), die die Antihaftelemente definieren, eine laterale Abmessung aufweisen, die verglichen mit einer lateralen Abmessung der Ausnehmungen (110), die die Korrugationsrillen definieren, klein ist, so dass beim Abscheiden des Membranmaterials oder der weiteren Opferschicht (116) die Ausnehmungen (112), die die Antihaftelemente definieren, wieder verschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Membranmaterial (120) Silizium ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Bauelement ein Mikrophon ist, und bei dem die Membran (120) eine Mikrophonmembran ist.
Bauelement, mit einem Substrat (100), einer auf dem Substrat (100) angeordneten Gegenelektrode (104); einer Membran (120), die beabstandet von der Gegenelektrode (104) getragen ist, um der Gegenelektrode (104) gegenüberzuliegen, wobei die Membran (120) eines oder mehrere Antihaftelemente (126) in einem Zentralbereich der Membran (120) und eine oder mehrere Korrugationsrillen (124) in einem den Zentralbereich umgebenden Randbereich der Membran (120) aufweist, so dass bei einer Auslenkung der Membran (120) zu der Gegenelektrode (104) lediglich die Antihaftelemente (126) in Kontakt mit der Gegenelektrode (104) kommen.
Bauelement nach Anspruch 10, bei der das Bauelement ein Mikrophon ist, und bei dem die Membran (120) eine Mikrophonmembran ist.