WO2013011114A2

WO2013011114A2 - Bauelement mit einer mikromechanischen mikrofonstruktur

Info

Publication number: WO2013011114A2
Application number: PCT/EP2012/064251
Authority: WO
Inventors: Jochen Zoellin; Franz Laermer; Mike DALEY; Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-01-24
Also published as: CN103688556B; US20140291786A1; DE102012200957A1; WO2013011114A4; TW201320778A; CN103688556A; TWI530158B; WO2013011114A3

Abstract

Es werden Möglichkeiten zur Realisierung eines substratseitigen Überlastschutzes für die Membranstruktur eines Mikrofonbauelements mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur vorgeschlagen, der die Dämpfungseigenschaften der Mikrofonstruktur möglichst wenig beinträchtigt. Die Mikrofon struktur umfasst eine Membranstruktur (2) mit mindestens einer akustisch aktiven Membran (11), die in einer Membranschicht über einem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist. Sie überspannt mindestens eine Schallöffnung (13) in der Substratrückseite. Ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement (14) ist im Schichtaufbau des Bauelements (10) über der Membranschicht ausgebildet. Erfindungsgemäß sind am äußeren Randbereich der Membranstruktur (2) zumindest Fortsätze (17) ausgebildet, die über den Randbereich der Schallöffnung (13) hinausragen, so dass der Randbereich der Schallöffnung (13) als substratseitiger Anschlag für die Membranstruktur (2) fungiert.

Description

Beschreibung

Titel

Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur, die in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat realisiert ist. Die Mikrofonstruktur umfasst eine Membranstruktur mit einer akustisch aktiven Membran, wobei die Membranstruktur in einer Membranschicht über dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und mindestens eine Schallöffnung in der Substratrückseite überspannt. Des Weiteren umfasst die Mikrofonstruktur ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement, das im Schichtaufbau über der Membranschicht ausgebildet ist, und einen substratseitigen Überlastschutz für die Membranstruktur.

Im Randbereich einer Mikrofonmembran sind häufig Strukturelemente ausgebildet, wie z.B. Federelemente, über die die Membran in den Schichtaufbau des Bauelements eingebunden ist. Eine derartige Aufhängung hat zum einen die Funktion herstellungs- und temperaturbedingte mechanische Spannungen in der dünnen Membranstruktur aufzunehmen und zu verhindern, dass dieser intrinsische Stress zu einer Deformation der Membran führt. Eine Federaufhängung trägt außerdem zur Maximierung des Mikrofonnutzsignals bei, da auch schall- druckbedingte Verformungen der Membranstruktur bevorzugt im Bereich der Fe- derelemente auftreten, während die Membran im Wesentlichen planparallel ausgelenkt wird.

Allerdings reagiert die Membranstruktur eines Mikrofonbauelements nicht nur auf akustisch bedingte Druckschwankungen sondern auch auf Druckschwankungen und Beschleunigungen, denen das Mikrofonbauelement im Produktionsprozess und während des Gebrauchs ausgesetzt ist, beispielsweise wenn das mit dem Mikrofonbauelement ausgestattete Gerät zu Boden fällt. Dabei können Überlastsituationen auftreten, die zu einer Beschädigung der Membranstruktur führen. Besonders anfällig ist der Randbereich der Membranstruktur, da in diesem Bereich die größte Deformation bzw. der höchste Stress auftritt. Bei dem hier in Re- de stehenden Mikrofonbauelement wird die Membranauslenkung in der einen

Richtung durch das über der Membranstruktur angeordnete Gegenelement begrenzt. Zur Begrenzung der Membranauslenkung in der anderen Richtung ist ein substratseitiger Überlastschutz vorgesehen.

In der US 2002/0067663 A1 wird ein Mikrofonbauelement der eingangs genannten Art beschrieben, dessen mikromechanische Mikrofonstruktur in einem

Schichtaufbau über einem Halbleitersubstrat realisiert ist. Die Membranstruktur ist hier in einer Membranschicht ausgebildet, die durch eine dielektrische Schicht auf der Substratoberfläche und einen schmalen Luftspalt gegenüber dem Halbleitersubstrat elektrisch isoliert ist. Die runde Membran der Membranstruktur überspannt eine im Wesentlichen quadratische Schallöffnung in der Substratrückseite, die sich von der Substratrückseite zur Membran hin pyramidenförmig verjüngt, so dass sich der äußere Rand der Membran und der Randbereich der Schallöffnung zumindest abschnittsweise überlappen. Dadurch bildet der Randbereich der Schallöffnung einen substratseitigen Anschlag für die Membranstruktur. Getrennt durch einen weiteren Luftspalt ist ein perforiertes Gegenelement über der Membranstruktur angeordnet und bildet eine sockelartige Erhebung in der Bauelementoberfläche. Durch die Überlappung des äußeren Randes der Membran und des Randbereichs der pyramidenförmigen Schallöffnung wird die schallbedingte Membranbewegung - und damit auch das Ausgangssignal des Mikrofons - gedämpft. Je größer die Überlappung ist, um so höher ist der Dämpfungsgrad. Da eine solche Dämpfung in der Regel nicht erwünscht ist, ein wirkungsvoller Überlastschutz aber eine gewisse Mindestüberlappung erfordert, eignet sich der in der US

2002/0067663 A1 offenbarte substratseitige Anschlag nur bedingt als Überlastschutz für die Membranstruktur eines Mikrofonbauelements. Offenbarung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden Möglichkeiten zur Realisierung eines substratseitigen Überlastschutzes für die Membranstruktur eines Mikrofonbau- elements der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die die Dämpfungseigenschaften der Mikrofonstruktur möglichst wenig beeinträchtigen. Alle beanspruchten Realisierungsformen basieren auf der Idee, den Randbereich der Schallöffnung als substratseitigen Anschlag zu nutzen, ohne die Öffnungsfläche der Schallöffnung im Vergleich zur Membranfläche wesentlich zu verringern.

Bei der mit dem unabhängigen Patentanspruch 1 beanspruchten Realisierungsform sind am äußeren Randbereich der Membranstruktur Fortsätze ausgebildet, die über den Randbereich der Schallöffnung hinausragen, so dass der Randbereich der Schallöffnung über die Fortsätze als substratseitiger Anschlag für die Membranstruktur fungiert.

Diese Fortsätze lassen sich einfach zusammen mit der Federaufhängung der Membran aus der Membranschicht herausstrukturieren, so dass sie herstellungstechnisch keinen Zusatzaufwand erfordern. Sie können einfach in Form von nach außen abragenden fingerartigen Stegen realisiert werden oder auch irgend eine andere auf die Bauelementgröße und -form abgestimmte Geometrie aufweisen. Je nach Breite der Fortsätze kann es sich günstig auf das Dämpfungsverhalten der Mikrofonstruktur auswirken, wenn die am äußeren Rand der Membranstruktur ausgebildeten Fortsätze mit Durchgangsöffnungen versehen sind.

Im Hinblick auf die Mikrofonperformance erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Schallöffnung in der Substratrückseite deutlich größer ist als der Durchmesser der Mikrofonmembran. In diesem Fall müssen die Fortsätze an der Membranstruktur relativ lang sein, um ihre Funktion als substratseitiger Über- lastschutz für die Membranstruktur zu erfüllen. Dies kann sich jedoch in der Praxis als problematisch erweisen, da in der sehr dünnen Membranstruktur herstellungsbedingt mechanische Spannungen auftreten, die zu einer Krümmung der Membranstruktur führen. Die Geometrie der Membranstruktur bedingt, dass die Krümmung der Fortsätze in der Regel wesentlich größer ist als die Krümmung der Mikrofonmembran. Die Krümmung der Fortsätze kann - je nach deren Geometrie und Anordnung - sogar so groß sein, dass die Mikrofonfunktion des Bau- elements signifikant beeinträchtigt ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements wird diesem Problem Rechnung getragen, indem zwischen den Fortsätzen am äußeren Rand der Membranstruktur stegartige Verbindungselemente ausgebildet werden. Diese Verbin- dungselemente verändern die Spannungsverhältnisse innerhalb der Membranstruktur und wirken durch ihre Anordnung zwischen den Fortsätzen einer Krümmung der Fortsätze entgegen, ohne die Membranempfindlichkeit zu beeinträchtigen. Die Verbindungselemente tragen außerdem zum Schutz und zur Stabilisierung der einzelnen Fortsätze bei. Die in Überlastsituationen auftretenden Kräfte werden nämlich mit Hilfe der Verbindungselemente gleichmäßig auf alle Fortsätze verteilt, so dass es seltener zu einem Bruch der Membranstruktur kommt.

Vorteilhafterweise werden die Verbindungsstege zusammen mit den Fortsätzen und der übrigen Membranstruktur in der Membranschicht erzeugt und freigelegt, so dass damit kein zusätzlicher Herstellungsaufwand verbunden ist. Dabei können auch die Verbindungsstege - genauso wie die Fortsätze - mit Durchgangsöffnungen versehen werden, um das Dämpfungsverhalten der Mikrofonstruktur zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich zu den voranstehend beschriebenen Fortsätzen der

Membranstruktur sind gemäß einer weiteren beanspruchten Realisierungsform der Erfindung im Randbereich der Schallöffnung balkenartige Strukturelemente ausgebildet, die bis unter die Membran ragen, so dass die balkenartigen Strukturelemente als substratseitiger Anschlag für die Membran fungieren.

Diese balkenartigen Strukturelemente sind vorteilhafterweise so schmal, dass sie die Öffnungsfläche der Schallöffnung nur unwesentlich verringern. Sie lassen sich einfach durch entsprechende Maskierung der Substratrückseite in einem anisotropen Ätzverfahren zusammen mit der Schallöffnung im Substrat erzeu- gen, was ebenfalls keinen nennenswerten herstellungstechnischen Zusatzaufwand erfordert. In diesem Fall erstrecken sich die balkenartigen Strukturelemente im Randbereich der Schallöffnung im Wesentlichen über die gesamte Dicke des Substrats. Je nach Form und Größe der Membran kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn im Randbereich der Schallöffnung mindestens ein balkenartiger Steg ausgebildet ist, der sich von einer Seite der Schallöffnung bis zur gegenü- berliegenden Seite erstreckt, so dass die Membran auch im Mittelbereich einen substratseitigen Anschlag hat.

Selbstverständlich können beide Anschlagsformen auch vorteilhaft miteinander kombiniert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.

Fig. 1a zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines erfindungsgemäßen

Bauelements 10 mit äußeren Fortsätzen an der Membranstruktur,

Fig. 1 b zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch die Mikrofonstruktur des Bauelements 10.

Fig. 2a zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines erfindungsgemäßen

Bauelements 101 mit äußeren Fortsätzen an der Membranstruktur und stegartigen Verbindungselementen zwischen diesen Fortsätzen,

Fig. 2b zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch die Mikrofonstruktur des Bauelements 101.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines weiteren erfindungsgemäßen Bauelements 102 mit äußeren Fortsätzen an der Membranstruktur und stegartigen Verbindungselementen zwischen diesen Fortsätzen.

Fig. 4a zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines erfindungsgemäßen

Bauelements 20 mit balkenartigen Strukturelementen im Randbereich der Schallöffnung, Fig. 4b zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch die Mikrofonstruktur des Bauelements 20.

Fig. 5a zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines ersten erfindungsgemäßen Bauelements 30 mit einer Gitterstruktur im Bereich der Schallöffnung,

Fig. 5b zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite eines zweiten erfindungsgemäßen Bauelements 40 mit einer Gitterstruktur im Bereich der Schallöffnung.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Mikrofonstruktur des in den Figuren 1 a und 1 b dargestellten MEMS- Mikrofonbauelements 10 ist in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat

1 realisiert. Sie umfasst eine Membranstruktur 2 mit einer im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kreisrunden, akustisch aktiven Membran 1 1 , die als auslenkbare Elektrode eines Mikrofonkondensators fungiert. Sie ist über vier Federelemente 12 in den Schichtaufbau des Bauelements 10 eingebunden. Fig. 1 a zeigt das Layout der Membranstruktur 2, während Fig. 1 b den Schichtaufbau des Bauelements 10 veranschaulicht.

Die gesamte Membranstruktur 2 ist in einer relativ dünnen Membranschicht über dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet, die aus einer oder auch aus mehreren Materialschichten bestehen kann. Dementsprechend bestehen die Federelemente 12 aus demselben Material wie die Membran 1 1. Das Layout der Federaufhängung, d.h. die Anzahl, Anordnung und Form der Federelemente 12, wurde in Abhängigkeit von der Größe und Form der Membran 1 1 gewählt, so dass die Spannungen, die herstellungs- und temperaturbedingt in der dünnen Membranstruktur

2 auftreten, im Wesentlichen von den Federelementen 12 aufgenommen werden und nicht zu einer Deformation der Membran 11 führen. Dadurch wird die Schalldruckempfindlichkeit der Membran 11 hauptsächlich durch deren Biegesteifigkeit bestimmt. Die Federaufhängung der Membran 11 trägt außerdem zur Maximie- rung des Mikrofonnutzsignals bei, da auch schalldruckbedingte Verformungen der Membranstruktur 2 bevorzugt im Bereich der Federelemente 12 auftreten, während die zur Messkapazität beitragende Membran 11 nahezu planparallel zur Gegenelektrode des Mikrofonkondensators ausgelenkt wird.

Die Membranstruktur 2 überspannt eine zylinderförmige Schallöffnung 13 in der Rückseite des Halbleitersubstrats 1.

Im Schichtaufbau über der Membranschicht ist ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement 14 ausgebildet, das als Träger der Gegenelektrode des Mikrofonkondensators fungiert. Das Gegenelement 14 weist im Bereich über der Membran 1 1 perforationsartige Durchgangsöffnungen 15 auf, die zur Ent- dämpfung der Mikrofonstruktur dienen.

Da der Durchmesser der Schallöffnung 13 im vorliegenden Ausführungsbeispiel größer ist als der der Membran 1 1 , ist die Federaufhängung hier an das Gegenelement 14 angebunden. Diese Anbindungsstellen sind in Fig. 1 b mit 16 bezeichnet. Würde sich die Schallöffnung nur über den Bereich der Membran erstrecken, so könnte die Federaufhängung ebenso gut auch substratseitig in den Schichtaufbau eingebunden werden.

Das Gegenelement 14 begrenzt die Auslenkung der Membran 11 nach oben und wirkt so zumindest auf dieser Seite als Überlastschutz.

Zur Realisierung eines substratseitigen Überlastschutzes für die Membranstruktur 2 sind hier am äußeren Randbereich der Membranstruktur 2 Fortsätze 17 ausgebildet, die über den Randbereich der Schallöffnung 13 hinausragen, so dass der Randbereich der Schallöffnung 13 als substratseitiger Anschlag für die Fortsätze 17 und damit für die Membranstruktur 2 insgesamt fungiert. Die Fortsätze 17 sind genauso wie die Membran 1 1 und die Federelemente 12 aus der Membranschicht des Schichtaufbaus herausstrukturiert.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Membranstruktur 2 vier solcher Fortsätze 17, die fingerartig nach außen abragen. Die Fortsätze 17 sind jeweils an der Verbindungsstelle eines Federelements 12 mit der Membran 11 angeordnet. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anzahl und Anordnung der Fortsätze 17 auch unabhängig von der Anzahl und Position der Federelemente 12 gewählt werden können. So müssen die Fortsätze nicht zwangsläufig von einem Federelement 12 nach außen abragen sondern können bei entsprechender Auslegung der Federaufhängung beispielsweise auch direkt mit der Membran 1 1 verbunden sein und von dort nach außen abragen. Auch die Form der Fortsätze 17 kann unterschiedlich sein, solange sie auf die Geometrie der Schallöffnung 13 abgestimmt ist und der Randbereich der Schallöffnung 13 einen substratseitigen Anschlag für die Fortsätze 17 bildet. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Fortsätze 17 der Membranstruktur perforationsartige Durchgangsöffnungen 18 auf. Diese Durchgangsöffnungen 18 tragen zum einen zur Entdämpfung der Mikrofonstruktur bei. Zum anderen dienen sie als Ätzzugänge beim Unterätzen der Membranstruktur.

Die Figuren 2a und 2b zeigen ein MEMS-Mikrofonbauelement 101 , dessen Mikrofonstruktur im Wesentlichen der des in den Figuren 1 a und 1 b dargestellten MEMS-Mikrofonbauelements 10 entspricht. Deshalb werden für gleiche Komponenten auch identische Bezugszeichen verwendet. Zur Erläuterung dieser Komponenten wird auf die voranstehende Beschreibung der Figuren 1 a und 1 b verwiesen.

Wie im Fall des MEMS-Mikrofonbauelements 10 umfasst die Membranstruktur 2 des MEMS-Mikrofonbauelements 102 eine kreisrunde, akustisch aktiven Membran 1 1 , die über vier Federelemente 12 in den Schichtaufbau des Bauelements 101 eingebunden und an das Gegenelement 14 über der Membranstruktur angebunden ist. Die Membran 11 befindet sich über einer zylinderförmigen Schallöffnung 13 im Halbleitersubstrats 1. Im Unterschied zu dem in den Figuren 1a und 1 b dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Schallöffnung 13 hier deutlich größer als der Durchmesser der Membran 11.

Das feststehende akustisch durchlässige Gegenelement 14 über der Membran 1 1 begrenzt deren Auslenkung nach oben und fungiert so zumindest auf dieser Seite als Überlastschutz. Der substratseitige Überlastschutz besteht - wie im Fall des MEMS-Mikrofonbauelements 10 - aus einem Zusammenwirken der vier Fortsätze 171 am äußeren Randbereich der Membranstruktur 2 und dem Randbereich der Schallöffnung 13, da diese Fortsätze 171 über den Randbereich der Schallöffnung 13 hinausragen.

Fig. 2a zeigt das Layout der Membranstruktur 2, während Fig. 2b den Schichtaufbau des Bauelements 101 veranschaulicht. Die relativ langen, fingerartigen Fortsätze 171 sind - wie auch die Membran 11 und die Federelemente 12 - aus der im Vergleich zum Halbleitersubstrat 1 dünnen Membranschicht des Schichtaufbaus herausstrukturiert. Herstellungs- und temperaturbedingt treten in der gesamten Membranstruktur 2 mehr oder weniger starke Spannungen auf, die zu einer mehr oder weniger starken Krümmung der jeweiligen Strukturkomponente führen. Um einer derartigen Verformung der Fortsätze 171 der Membranstruktur 2 entgegen zu wirken, sind die vier Fortsätze 171 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel über stegartige Verbindungselemente 191 verbunden. Die Verbindungselemente 191 umgeben die Membran 11 mit den Federelementen 12 kreisringförmig.

Die Anzahl, Geometrie und Anordnung derartiger Verbindungselemente zwischen den Fortsätzen hängt wesentlich von den geometrischen Parametern der Mikrofonstruktur ab, insbesondere von der Größe und Form der Membran, der Größe und Form der Schallöffnung wie auch von der Form, Anzahl und Anord- nung der Fortsätze am äußeren Rand der Membranstruktur. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, nur zwischen jedem zweiten Fortsatz am Umfang der Membranstruktur ein Verbindungselement vorzusehen oder alle Fortsätze am Umfang der Membranstruktur sogar über eine doppelte Ringstruktur zu verbinden.

Wie bereits erwähnt, ist die Ringstruktur der Verbindungselemente 191 im Fall des MEMS-Mikrofonbauelements 101 kreisförmig wie die Membran 1 1 und konzentrisch zu dieser angeordnet. Auch in diesem Punkt sind Variationen möglich, was durch Fig. 3 veranschaulicht wird. Das hier dargestellte MEMS- Mikrofonbauelement 102 unterscheidet sich von dem MEMS-

Mikrofonbauelement 101 der Figuren 2a und 2b lediglich durch die Anordnung und Form der Verbindungselemente 192 zwischen den Fortsätzen 172. Die Verbindungselemente 192 verbinden hier jeweils die freien Enden zweier Fortsätze 172 und bilden einen im wesentlichen quadratischen Rahmen für die kreisförmi- ge Membran 11.

Die Figuren 4a und 4b zeigen ebenfalls ein MEMS-Mikrofonbauelement 20, das in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat 1 realisiert ist. Auch hier umfasst die Mikrofonstruktur eine Membranstruktur 2 mit einer kreisrunden, akus- tisch aktiven Membran 21 , die als auslenkbare Elektrode eines Mikrofonkonden- sators fungiert und über vier Federelemente 22 in den Schichtaufbau des Bauelements 20 eingebunden ist.

Fig. 4a zeigt das Layout der Membranstruktur 2, die - wie im Fall des Bauele- ments 10 - in einer relativ dünnen Membranschicht über dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist und eine zylinderförmige Schallöffnung 23 in der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 überspannt. Im Schichtaufbau über der Membranschicht ist ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement 24 ausgebildet, das als Träger der Gegenelektrode des Mikrofonkondensators fungiert und die Auslen- kung der Membran 21 nach oben begrenzt. Auch hier ist die Federaufhängung der Membran 21 über vier Anbindungsstellen 26 mit dem Gegenelement 24 verbunden. Das Gegenelement 24 weist im Bereich über der Membran 21 perforationsartige Durchgangsöffnungen 25 zur Entdämpfung der Mikrofonstruktur auf. Der substratseitige Überlastschutzes für die Membranstruktur 2 des Bauelements

20 ist in Form von balkenartigen Strukturelementen 27 realisiert, die im Randbereich der Schallöffnung 23 ausgebildet sind und bis unter die Membran 21 ragen, so dass die balkenartigen Strukturelemente 27 einen substratseitigen Anschlag 29 für die Membran 21 bilden. In Fig. 4b ist der Schichtaufbau des Bauelements 20 dargestellt. Fig. 4b veranschaulicht die Wirkungsweise des substratseitigen

Anschlags 29.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurden die balkenartigen Strukturelemente 27 zusammen mit der Schallöffnung 23 in einem von der Substratrücksei- te ausgehenden Trenchprozess erzeugt. Dabei wurde die Substratrückseite entsprechend der Form der Schallöffnung 23 mit den balkenartigen Strukturelementen 27 im Randbereich maskiert. Folglich erstrecken sich die balkenartigen Fortsätze über die gesamte Dicke des Substrats 1.

Das Bauelement 20 umfasst vier solcher balkenartiger Strukturelemente 27, die jeweils ungefähr mittig zu einem der Federelemente 22 angeordnet sind und ausgehend vom Rande der Schallöffnung 23 nach innen ragen. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anzahl und Anordnung der balkenartigen Strukturelemente 27 unabhängig von der Anzahl und Position der Federelemente 22 gewählt werden können. Auch die Breite und Länge der Struk- turelemente 27 kann unterschiedlich sein, solange sie einen substratseitigen An- schlag für die Membran 21 bilden und das Mikrofonbauelement 20 die geforderten akustischen Eigenschaften aufweist.

So zeigen die Figuren 5a und 5b zwei Bauelementvarianten 30 und 40, die sich lediglich in der Form der balkenartigen Strukturelemente im Randbereich der Schallöffnung von dem in den Figuren 4a und 4b dargestellten MEMS- Mikrofonbauelement 20 unterscheiden.

Das Bauelement 30 umfasst zwei balkenartige Strukturelemente 37 im Randbereich der Schallöffnung, die sich jeweils von einer Seite der Schallöffnung bis zur gegenüberliegenden Seite erstrecken und die Schallöffnung so in vier kreisseg- mentförmige Teilöffnungen 331 bis 334 teilen.

Im Fall des Bauelements 40 befindet sich im Bereich der Schallöffnung 43 eine gitterartige Struktur, die aus vier sich über die gesamte Schallöffnung 43 erstreckenden balkenartige Strukturelementen 47 mit abschnittsweisen Verdickungen gebildet wird.

Da die Bauelemente 30 und 40 ansonsten mit dem Bauelement 20 identisch sind, wird bezüglich der übrigen Bauelementkomponenten auf die Beschreibung der Figuren 4a und 4b verwiesen.

Claims

Bauelement (10) mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur, die in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat (1) realisiert ist und mindestens umfasst

eine Membranstruktur (2) mit einer akustisch aktiven Membran (1 1), wobei die Membranstruktur (2) in einer Membranschicht über dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist und mindestens einen Teil einer Schallöffnung (13) in der Substratrückseite überspannt, einen substratseitigen Überlastschutz für die Membranstruktur (2) und

ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement (14), das im Schichtaufbau über der Membranschicht ausgebildet ist; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass am äußeren Randbereich der Membranstruktur (2) nach außen abragende Fortsätze (17) ausgebildet sind, die über den Randbereich der Schallöffnung (13) hinausragen, so dass der Randbereich der Schallöffnung (13) als substratseitiger Anschlag für die Membranstruktur (2) fungiert.

Bauelement (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die am äußeren Rand der Membranstruktur (2) ausgebildeten Fortsätze (17) mit Durchgangsöffnungen (18) versehen sind.

Bauelement (101) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fortsätzen (171) am äußeren Rand der Membranstruktur stegartige Verbindungselemente (191) ausgebildet sind.

Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stegartigen Verbindungselemente zwischen den Fortsätzen der Membranstruktur mit Durchgangsöffnungen versehen sind. Bauelement (20) mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur, die in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat (1) realisiert ist und mindestens umfasst

eine Membranstruktur (2) mit einer akustisch aktiven Membran

(21), wobei die Membranstruktur (2) in einer Membranschicht über dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist und mindestens eine

Schallöffnung (23) in der Substratrückseite überspannt, einen substratseitigen Überlastschutz für die Membranstruktur (2) und

ein feststehendes akustisch durchlässiges Gegenelement (24), das im Schichtaufbau über der Membranschicht ausgebildet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4;

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Randbereich der Schallöffnung (23) balkenartige Strukturelemente (27) ausgebildet sind, die bis unter die Membranstruktur (2) ragen, so dass die balkenartigen Strukturelemente (27) als substratseitiger Anschlag für die Membran (21) fungieren.

Bauelement (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die balkenartigen Strukturelemente (27) im Randbereich der Schallöffnung (23) im Wesentlichen über die gesamte Dicke des Substrats (1) erstrecken.

Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich der Schallöffnung mindestens ein balkenartiger Steg (37) ausgebildet ist, der sich von einer Seite der Schallöffnung bis zur gegenüberliegenden Seite erstreckt.