Beschreibung
Mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung, kapazitive Drucksensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung, eine kapazitive Drucksensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung.
Stand der Technik
Kapazitive Drucksensorvorrichtungen mit mikromechanischen Bauteilen und ein Herstellungsverfahren für ein solches mikromechanisches Bauteil sind aus der Offenlegungsschrift DE 102018 222 712 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung und eine optimierte kapazitive Drucksensorvorrichtung anzugeben. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes, robusteres Design zur Verstärkung bereitzustellen und ein entsprechendes Herstellungsverfahren dafür anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es werden ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung und eine kapazitive Drucksensorvorrichtung vorgeschlagen. Die kapazitive Drucksensorvorrichtung umfasst das
mikromechanische Bauteil sowie eine elektronische Signalverarbeitungseinheit zum Generieren eines Messsignals über einen auf das mikromechanische Bauteil einwirkenden externen Druck pext, basierend auf einer Auswertung einer zwischen zumindest einer Elektrode und zumindest einer beweglichen Gegenelektrode des mikromechanischen Bauteils anliegenden Spannung oder einer Kapazität. Das mikromechanische Bauteil umfasst:
• ein Substrat,
• eine Rahmenstruktur, welche eine Teiloberfläche des Substrats und/oder eine auf dem Substrat aufgebrachte Zwischenschicht umrahmt, wobei auf der umrahmten Teiloberfläche und/oder der umrahmten Zwischenschicht zumindest eine Elektrode angebracht ist,
• eine druckempfindliche Membran, auf die ein externer Druck pext einwirkt, wobei die druckempfindliche Membran mittels der Rahmenstruktur derart aufgespannt ist, dass ein freitragender Bereich der druckempfindlichen Membran die umrahmte Teiloberfläche und/oder die umrahmte Zwischenschicht überspannt, wobei das Einwirken des externen Drucks pext eine Verformung der druckempfindlichen Membran auf einer Außenseite des freitragenden Bereichs bewirkt, wobei die Außenseite weg von der Teiloberfläche und/oder der Zwischenschicht gerichtet ist, wobei der freitragende Bereich der druckempfindlichen Membran zur umrahmten Teiloberfläche und/oder zur umrahmten Zwischenschicht hin gerichtet zumindest eine bewegliche Gegenelektrode aufweist, und
• einen abgedichteten Hohlraum mit einem Referenzdruck po, der von der druckempfindlichen Membran und der Rahmenstruktur umschlossen ist, wobei der freitragende Bereich der druckempfindlichen Membran lokale Verstärkungsstrukturen zur Erhöhung einer Membrandicke des freitragenden Bereichs aufweist, und wobei die lokalen Verstärkungsstrukturen an bestimmten Regionen des freitragenden Bereichs angebracht sind, an denen sich die Membrandicke des freitragenden Bereichs verändert, d.h. in Bereichen des freitragenden Bereichs an denen es im Lastfall zu erhöhten mechanischen Beanspruchungen kommen kann.
Mithilfe der vorgeschlagenen Auslegung der kapazitiven Drucksensorvorrichtung, umfassend das mikromechanische Bauteil, kann auch in einem Überlastfall ein
zuverlässiger Betrieb des Sensors gewährleistet werden. Dabei kann ein Szenario eines Überlastfalls zum Beispiel einem auf den freitragenden Bereich der Membran einwirkenden Überdruck entsprechen, sodass der freitragende Bereich in Richtung des Hohlraums verformt wird. Auch der umgekehrte Fall ist möglich, bei dem der freitragende Bereich weg vom Hohlraum verformt wird, beispielsweise beim Ablösen des Bauteils von einer Klebeverbindung. Insbesondere können die genannten Überlastfälle während des Herstellungsprozesses der kapazitiven Drucksensorvorrichtung bzw. des mikromechanischen Bauteils auftreten.
Die lokalen Verstärkungsstrukturen können vor allem die mechanische Robustheit der Membran bzw. die mechanische Robustheit des freitragenden Bereichs der Membran verbessern. Die lokalen Verstärkungsstrukturen können teilweise zu einer lokalen Versteifung des freitragenden Bereichs der Membran führen und damit eine reduzierte Empfindlichkeit der Drucksensorvorrichtung bei einer Druckauslenkung bewirken. Um in einem solchen Fall dennoch eine nahezu gleichbleibende Sensitivität der kapazitiven Druckvorrichtung zu gewährleisten, kann diese Versteifung des freitragenden Bereichs der Membran gezielt durch weitere Designparameter der beweglichen Membran, zum Beispiel die Länge der lokalen Verstärkungsstrukturen, kompensiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Außenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran angeordnet oder die lokalen Verstärkungsstrukturen sind auf einer Innenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran angeordnet, die hin zur Teiloberfläche und/oder zur Zwischenschicht gerichtet ist, oder die lokalen Verstärkungsstrukturen sind auf der Außenseite des freitragenden Bereichs und auf der Innenseite des freitragenden Bereichs der Membran angeordnet.
Insbesondere können die lokalen Verstärkungsstrukturen flexibel auf Außenseite, Innenseite oder Außen- und Innenseite des freitragenden Bereichs der Membran angebracht werden und erfordern keiner komplizierten Herstellung. Vorteilhaft ist demnach der sehr flexible Prozess der Herstellung des mikromechanischen Bauteils, welcher das Einbringen bzw. Einbauen beliebig vieler Schichten ermöglicht, aus denen unter anderem die lokalen Verstärkungsstrukturen
gebildet werden können. Mithilfe der gezielten lokalen Verstärkung des freitragenden Bereichs der Membran mittels den lokalen Verstärkungsstrukturen an der Außenseite des freitragenden Bereichs und an der Innenseite des freitragenden Bereichs an den bestimmten Regionen, an denen sich die Membrandicke des freitragenden Bereichs verändert, kann die mechanische Belastung bzw. Spannung, die bei den beiden oben beschriebenen Überlastfällen auftreten kann, und welche auf die genannten Regionen einwirkt, beispielsweise um bis zu 30 Prozent gegenüber dem Fall ohne lokale Verstärkung reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Außenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran angeordnet und mit näherungsweise rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet. Die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Außenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran werden auf der Grundlage eines ersten Parameters und eines zweiten Parameters definiert. Der erste Parameter gibt eine Dicke der Verstärkungsstruktur an und der zweite Parameter beschreibt einen Überlapp der Verstärkungsstruktur. Der Überlapp erstreckt sich ausgehend von der bestimmten Region des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran in Richtung verkleinerte Membrandicke des freitragenden Bereichs. Die mechanische Belastung auf der Außenseite des freitragenden Bereichs der Membran nimmt nahezu gleichmäßig nach rechts und links ausgehend vom Belastungspeak oder Belastungsmaximum, an den bestimmten Regionen des freitragenden Bereichs der Membran, an denen sich die Membrandicke des freitragenden Bereichs der Membran verändert, ab. Demnach kann die Form der lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Außenseite des freitragenden Bereichs vorteilhaft an das mechanische Belastungsverhalten des freitragenden Bereichs der Membran angepasst werden. Dabei können die Geometrie und Lokalisierung der lokalen Verstärkungsstrukturen einfach mithilfe von zwei Parametern beschrieben werden. Die lokalen Verstärkungsstrukturen müssen keinen exakten rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, sondern können zum Beispiel auch abgerundete bzw. abgeschrägte Enden umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform korreliert der erste Parameter t mit der Membrandicke T des freitragenden Bereichs und der zweite Parameter o
korreliert mit einer verformbaren Membranlänge L des freitragenden Bereichs. Der erste Parameter t liegt in einem Bereich von t=0 bis t=0.5T und der zweite Parameter o liegt in einem Bereich von o=0 bis o=0.2L. Überschreitet der erste Parameter die halbe Membrandicke T des freitragenden Bereichs nicht und beträgt der Wert des zweiten Parameters nicht mehr als 20 Prozent der verformbaren Membranlänge L des freitragenden Bereichs, so kann zuverlässig sichergestellt werden, dass sich die lokale Verstärkungsstruktur zusammen mit dem freitragenden Bereich der Membran bei einwirkendem externen Druck pext gut verformen kann und dass die Länge der Verstärkungsstruktur ausreichend gewählt ist, um eine Reduktion der mechanischen Belastung zu bewirken. Durch eine richtige Kombination der beiden genannten Parameter kann eine unnötige Versteifung der Membran bzw. des freitragenden Bereichs der Membran vermieden werden. Die Werte der beiden Parameter sollten also vorteilhaft in dem genannten Bereich liegen, um eine optimale Funktionsfähigkeit und maximale Robustheit der Drucksensorvorrichtung bereitzustellen. Die Bereiche der beiden Parameter sind zwar unabhängig voneinander, jedoch sind die optimalen Werte für den ersten und zweiten Parameter miteinander verknüpft und können beispielsweise mithilfe eines Optimierungsverfahrens in Form einer FEM Simulation (Finite Elemente Methode) bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran an den bestimmten Regionen angeordnet, an denen sich die Membrandicke des freitragenden Bereichs ändert und jeweils Kanten am freitragenden Bereich ausgebildet sind. Die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran werden auf der Grundlage eines dritten Parameters und eines vierten Parameters definiert. Der dritte Parameter gibt eine erste Ausdehnung der lokalen Verstärkungsstruktur entlang einer ersten Richtung einer Kante des freitragenden Bereichs an und der vierte Parameter beschreibt eine zweite Ausdehnung der lokalen Verstärkungsstruktur entlang einer zweiten Richtung der Kante des freitragenden Bereichs. Die Kanten an der Innenseite des freitragenden Bereichs der Membran sind Singularitäten bzw. Belastungspeaks, mit stark erhöhter mechanischer Belastung im Vergleich zur mechanischen Belastung auf der ebenen Fläche an der Außenseite des freitragenden Bereichs der Membran. Die Singularitäten
können „entschärft“ werden, durch die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs. Dabei kann die Dimension der lokalen Verstärkungsstrukturen an der Innenseite gleichermaßen einfach über zwei Parameter beschrieben werden. Insbesondere können mithilfe der lokalen Verstärkungsstrukturen Beschädigungen oder Materialbruch an der Innenseite des freitragenden Bereichs vorteilhaft vermieden werden. Die Kanten können in der Realität auch leicht abgerundet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran mit näherungsweise dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet. Der dritte Parameter Ch und der vierte Parameter cv korrelieren jeweils mit der Membrandicke T des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran. Der dritte Parameter Ch und der vierte Parameter cv liegen jeweils in einem Bereich von Ch=0 bis Ch=0.5T und Cv=0 bis Cv=0.5T. Auch die lokalen Verstärkungsstrukturen an der Innenseite des freitragenden Bereichs der Membran sind in ihrer Dimension eingeschränkt, wie die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Außenseite des freitragenden Bereichs, um eine bestmögliche Entschärfung der Singularitäten, also eine Reduktion der mechanischen Belastung bei gleichbleibender Empfindlichkeit der Drucksensorvorrichtung zu gewährleisten. Die angegebenen Bereiche für die Werte des dritten Parameters Ch und des vierten Parameters cvsind zum Beispiel mit der zugrundeliegenden Herstellungstechnologie und der verwendeten FEM- Simulation erzielt worden und können bei abweichender Technologie auch variieren. Demnach gelten die oben beschriebenen Vorteile auch uneingeschränkt für diese Ausführungsform.
In einer weiteren Ausführungsform sind die lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs der druckempfindlichen Membran mit näherungsweise gewölbtem Querschnitt ausgebildet. Der konkreten Ausgestaltung der lokalen Verstärkungsstrukturen auf der Innenseite des freitragenden Bereichs sind nahezu keine Grenzen gesetzt, diese werden lediglich durch die zugrunde liegende Technologie in der Fertigung limitiert. Auch mithilfe gewölbter lokaler Verstärkungsstrukturen kann vorteilhaft eine Abschwächung der mechanischen Singularitäten bewirkt werden.
Des Weiteren wird ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit lokalen Verstärkungsstrukturen auf einer Außenseite eines freitragenden Bereichs einer Membran für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung vorgeschlagen. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte:
• Bereitstellen eines Substrats, einer Zwischenschicht, einer Rahmenstruktur auf und/oder an dem Substrat, welche eine Teiloberfläche des Substrats und/oder die auf dem Substrat aufgebrachte Zwischenschicht umrahmt, zumindest einer Elektrode und eines im weiteren Prozessverlauf aus zumindest einer Isolierungsschicht auszubildenden Hohlraums,
• Durchführen eines Strukturierungsprozesses,
• Aufträgen einer elektrisch leitfähigen Schicht, wobei die elektrisch leitfähige Schicht einer Topographie folgt, die durch den Strukturierungsprozess erzeugt worden ist,
• Durchführen eines weiteren Strukturierungsprozesses zum Ausbilden der lokalen Verstärkungsstrukturen,
• Aufträgen einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht, und,
• Ausbilden einer druckempfindlichen Membran aus der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht mittels der Rahmenstruktur derart, dass ein freitragender Bereich der druckempfindlichen Membran die umrahmte Teiloberfläche und/oder die umrahmte Zwischenschicht überspannt, sodass das Einwirken eines externen Drucks pext eine Verformung der druckempfindlichen Membran auf einer Außenseite des freitragenden Bereichs bewirkt, wobei die Außenseite weg von der Teiloberfläche und/oder der Zwischenschicht gerichtet ist, wobei der freitragende Bereich der druckempfindlichen Membran zur umrahmten Teiloberfläche und/oder zur Zwischenschicht hin gerichtet zumindest eine bewegliche Gegenelektrode aufweist, und wobei auf einer Oberfläche der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht die lokalen Verstärkungsstrukturen ausgebildet sind.
Die Herstellung der lokalen Verstärkungsstruktur erfordert keine aufwendigen Zusatzschritte, sondern kann einfach in den gesamten Herstellungsprozess integriert werden. Insbesondere bietet das vorgeschlagene
Herstellungsverfahren eine hohe Flexibilität in Bezug auf die einzelnen verwendeten Schichten und Strukturierungsprozesse.
Überdies wird ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit lokalen Verstärkungsstrukturen auf einer Innenseite eines freitragenden Bereichs
einer Membran für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung vorgeschlagen. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte:
• Bereitstellen eines Substrats, einer Zwischenschicht, einer Rahmenstruktur auf und/oder an dem Substrat, welche eine Teiloberfläche des Substrats und/oder die auf dem Substrat aufgebrachte Zwischenschicht umrahmt, zumindest einer Elektrode und eines im weiteren Prozessverlauf aus zumindest einer Isolierungsschicht auszubildenden Hohlraums,
• Durchführen eines Strukturierungsprozesses zum Ausbilden von lokalen Verstärkungsstrukturen,
• Durchführen eines weiteren Strukturierungsprozesses zum Erzeugen der lokalen Verstärkungsstrukturen,
• Aufträgen einer elektrisch leitfähigen Schicht, wobei die elektrisch leitfähige Schicht einer Topographie folgt, die durch die vorangegangenen Strukturierungsprozesse erzeugt worden ist, und
• Ausbilden einer druckempfindlichen Membran aus der elektrisch leitfähigen Schicht mittels der Rahmenstruktur derart, dass ein freitragender Bereich der druckempfindlichen Membran die umrahmte Teiloberfläche und/oder die umrahmte Zwischenschicht überspannt, sodass das Einwirken eines externen Drucks pext eine Verformung der druckempfindlichen Membran auf einer Außenseite des freitragenden Bereichs bewirkt, wobei die Außenseite weg von der Teiloberfläche und/oder der Zwischenschicht gerichtet ist, wobei der freitragende Bereich der druckempfindlichen Membran zur umrahmten Teiloberfläche hin gerichtet zumindest eine bewegliche Gegenelektrode aufweist, und wobei die elektrisch leitfähige Schicht die lokalen Verstärkungsstrukturen aufweist.
Die Herstellung der lokalen Verstärkungsstruktur erfordert keine aufwendigen Zusatzschritte, sondern kann einfach in den gesamten Herstellungsprozess integriert werden. Insbesondere bietet das vorgeschlagene Herstellungsverfahren eine hohe Flexibilität in Bezug auf die einzelnen verwendeten Schichten und Strukturierungsprozesse.
Ferner wird ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen, das die beiden oben genannten Herstellungsverfahren miteinander kombiniert, um ein
mikromechanisches Bauteil mit lokalen Verstärkungsstrukturen auf einer Außenseite und auf einer Innenseite eines freitragenden Bereichs einer Membran für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung bereitzustellen. Dabei werden die oben genannten Verfahrensschritte miteinander kombiniert, wobei in beiden Herstellungsverfahren redundant auftretende Schritte in der kombinierten Herstellung einmalig durchgeführt werden. Auf diese Weise kann somit eine größtmögliche Flexibilität für die Bereitstellung von lokalen Verstärkungsstrukturen erzielt werden. Insbesondere können die einzelnen Herstellungsschritte einfach miteinander kombiniert werden, um Ressourcen und Kosten zu sparen.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kapazitiven Drucksensorvorrichtung;
Fig. 2 a und b schematische Querschnittsdarstellungen eines mikromechanischen Bauteils für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung in Fig. 1 ;
Fig. 2 c eine schematische Draufsichtsdarstellung des in den Fig. 2 a und b gezeigten mikromechanischen Bauteils;
Fig. 3 a eine schematische Querschnittsdarstellung des in den Fig. 2 a bis c gezeigten mikromechanischen Bauteils, mit eingezeichneten Positionen von hohem mechanischem Stress bei auf dem Bauteil einwirkender mechanischer Belastung (Verformung nicht gezeigt);
Fig. 3 b eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauteils mit lokalen Verstärkungsstrukturen nach einer ersten Ausführungsform;
Fig. 4 a bis c schematische Darstellungen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauteils mit lokalen Verstärkungsstrukturen nach einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 d eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauteils mit lokalen Verstärkungsstrukturen nach einer dritten Ausführungsform;
Fig. 5 a bis e schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für das mikromechanische Bauteil in Fig. 3 b;
Fig. 6 a bis d schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für das mikromechanische Bauteil in Fig. 4 c; und
Fig. 7 a bis f schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für das mikromechanische Bauteil in Fig. 4 d.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer kapazitiven Drucksensorvorrichtung 100. Die kapazitive Drucksensorvorrichtung 100 umfasst ein mikromechanisches Bauteil 200, zum Beispiel ein MEMS Bauteil (MEMS: micro electromechanical system). Weiterhin umfasst die Drucksensorvorrichtung 100 eine elektronische Signalverarbeitungseinheit 400. Die elektronische Signalverarbeitungseinheit 400 kann beispielsweise als ASIC ausgebildet sein
und zum Generieren eines Messsignals über einen auf das mikromechanische Bauteil einwirkenden externen Druck pext vorgesehen sein. Das Messsignal kann dabei zum Beispiel basierend auf einer Auswertung einer anliegenden Spannung oder einer Kapazität zwischen zumindest einer in Fig. 1 nicht dargestellten Elektrode des mikromechanischen Bauteils 200 und zumindest einer beweglichen Gegenelektrode (ebenfalls nicht dargestellt) des mikromechanischen Bauteils 200 erzeugt werden. Insbesondere können die zumindest eine Elektrode des mikromechanischen Bauteils 200 und die bewegliche Gegenelektrode des mikromechanischen Bauteils 200 jeweils Kondensatorplatten eines Kondensators bilden. Deren Abstände können durch eine Bewegung einer druckempfindlichen Membran, aufgrund des auf die Membran einwirkenden externen Drucks pext variieren, wobei die Membran zum Beispiel die zumindest eine bewegliche Gegenelektrode umfassen kann. Damit sind sowohl die Kapazität als auch die Ladung des Kondensators vom externen Druck pext abhängig. Die an den Kondensatorplatten anliegende elektrische Spannung ist druckunabhängig. Damit die elektronische Signalverarbeitungseinheit 400 ein solches Messsignal generieren kann, ist das mikromechanische Bauteil 200 mithilfe zumindest einer elektronischen Verbindung 105 mit der elektronischen Signalverarbeitungseinheit 400 verbunden. Die elektrische Verbindung 105 kann beispielsweise als Bonddraht verwirklicht sein. Zudem sind alternative Ausgestaltungen denkbar.
In der schematischen Darstellung in Fig. 1 sind das mikromechanische Bauteil 200 und die elektronische Signalverarbeitungseinheit 400 zum Beispiel nebeneinander dargestellt. Die kapazitive Drucksensorvorrichtung 100 ist jedoch nicht auf diese Anordnung eingeschränkt, sondern kann die elektronische Signalverarbeitungseinheit 400 und das mikromechanische Bauteil 200 auch in Form einer gestapelten oder geschichteten Anordnung übereinander umfassen. Zudem können weitere Komponenten und/oder elektrische Verbindungen 105 vorgesehen sein, die in der vereinfachten Darstellung in Fig. 1 nicht enthalten sind.
Die Fig. 2 a und b zeigen schematische Querschnittsdarstellungen des mikromechanischen Bauteils 200 für die kapazitive Drucksensorvorrichtung 100 in Fig. 1. Das mikromechanische Bauteil 200 umfasst ein Substrat 205. Dieses
kann beispielsweise aus einem Wafer aus monokristallinem Silizium hergestellt sein. Auf das Substrat 205 kann eine Zwischenschicht 210 aufgebracht sein, wobei die Zwischenschicht 210 einer einzelnen Schicht entsprechen kann und/oder weitere Teilschichten umfassen kann. Die Zwischenschicht 210 umfasst auf einer Oberfläche der Zwischenschicht 220 zumindest eine Elektrode 215.
Das mikromechanische Bauteil 200 umfasst ferner eine Rahmenstruktur 240, die in den Fig. 2 a und b beispielsweise die Zwischenschicht 210 umrahmt. Des Weiteren kann die Rahmenstruktur 240 auch eine Teiloberfläche des Substrats 242 umrahmen. Auf der Rahmenstruktur 240 kann eine druckempfindliche Membran 225 angebracht sein, auf die der externe Druck pext einwirkt. Die druckempfindliche Membran 225 kann insbesondere in einem freitragenden Bereich 244 dickenstrukturiert sein, um eine gezielte vorteilhafter Verformung der Membran 225 zu erhalten. Der freitragende Bereich 244 der Membran 225 überspannt die umrahmte Teiloberfläche des Substrats 242 bzw. die umrahmte Zwischenschicht 210. Durch das Einwirken des externen Drucks pext auf die Membran 225 verformt sich die Membran 225 vorwiegend in dem Bereich mit dünnerer Dicke, dem freitragenden Bereich 244, und hierbei auf einer Außenseite des freitragenden Bereichs 255. Die Membran 225 weist zudem zumindest eine bewegliche Gegenelektrode 230 auf, wobei an der beweglichen Gegenelektrode 230 und der zumindest einen Elektrode 215 die oben beschriebene Spannung anliegt. Die beiden Elektroden sind zueinander orientiert.
Das mikromechanische Bauteil 200 weist ferner einen abgedichteten Hohlraum 235 mit einem Referenzdruck po auf. Der Referenzdruck po kann beispielsweise näherungsweise den Druck im Vakuum angeben. Der Hohlraum 235 wird von der Membran 225 und der Rahmenstruktur 240 umschlossen sowie von der Zwischenschicht 210. Die Drucksensorvorrichtung 100 in Fig. 1 ist in der Regel für einen Arbeitsbereich bis zu 1.25 bar ausgelegt, das heißt es wirken externe Drücke pext bis zu 1.25 bar auf sie ein. Es sind jedoch auch Szenarien denkbar, in denen die Drucksensorvorrichtung 100 wesentlich höheren Drücken (zum Beispiel bis hin zu 20 bar) stand zu halten hat, ohne dabei Schäden zu tragen (Kräfte im Bereich von etwa 0.1 N können bereits ausreichen, die Membran 225 zu beschädigen), beispielsweise kann dies im Fertigungsprozess der Drucksensorvorrichtung 100 der Fall sein oder beispielsweise sofern die
Drucksensorvorrichtung 100 in einer Uhr bei einem Tauchvorgang eingesetzt wird. Fig. 2 a zeigt zum Beispiel einen solchen Überdruckfall mit Drücken bis hin zu 20 bar, der im Fertigungsprozess der Drucksensorvorrichtung 100 auftreten kann, und bei dem der freitragende Bereich 244 der Membran 225 nach unten hin gedrückt wird, also in Richtung der Teiloberfläche 242 bzw. der Zwischenschicht 210. Fig. 2 b zeigt einen anderes Szenario bei der Herstellung des mikromechanischen Bauteils 200, zum Beispiel einen Entfernvorgang oder Entklebevorgang des mikromechanischen Bauteils 200, der dazu führt, dass der freitragende Bereich 244 der Membran 225 nach oben gezogen wird, also weg von der Zwischenschicht 210. Die Fig. 2 c zeigt überdies eine schematische Draufsichtsdarstellung des in den Fig. 2 a und b gezeigten mikromechanischen Bauteils 200 mit der zumindest einen Gegenelektrode 230 und der Membran 225, wobei die zumindest eine Gegenelektrode 230 den freitragenden Bereich 244 verstärkt.
Mithilfe einer FEM (FEM: Finite Elemente Methode) Simulation kann beispielsweise die mechanische Belastungsverteilung bzw. die Spannungsverteilung auf das mikromechanische Bauteil 200 dargestellt werden. Aus dieser Simulation ergibt sich, dass auf den freitragenden Bereich 244 sowie auf Randbereichen der Membran 225 die Spannungsverteilung bzw. Belastungsverteilung nicht überall gleich ist, sondern lokal auf wenige bestimmte Regionen des freitragenden Bereichs 245 beschränkt ist. Dies ist in Fig. 3 a dargestellt. Die bestimmten Regionen des freitragenden Bereichs 245, an denen die mechanische Belastung erhöht ist, also einen Belastungspeak oder Spannungspeak ergibt, sind demnach genau die Regionen, an denen sich eine Membrandicke des freitragenden Bereichs 270 verändert. Beispielsweise ist die mechanische Belastung an den bestimmten Regionen 245 in Fig. 3 a um den Faktor 3 höher als in anderen Bereichen der Membran 225. Die Membrandicke des freitragenden Bereichs 270 ist also direkt mit der auf den freitragenden Bereich 244 resultierenden mechanischen Belastung verknüpft. Dies ist in Fig. 3 a mit Kreuzen auf einer Außenseite des freitragenden Bereichs 255 der Membran 225 sowie auf einer Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 angedeutet. Die Membrandicke des freitragenden Bereichs 270 ändert sich insbesondere in den Randbereichen des freitragenden Bereichs 244
sowie im Bereich der beweglichen Gegenelektrode 230, da der freitragende Bereich 244 der Membran 225 dort zum Beispiel verstärkt ist.
Fig. 3 b zeigt eine schematische Darstellung des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauteils 200 mit lokalen Verstärkungsstrukturen 250 nach einer ersten Ausführungsform. Das mikromechanische Bauteil 200 kann dabei gemäß der oben stehenden Erläuterung ausgebildet sein und die entsprechenden Komponenten aufweisen, daher wird auf oben stehende Beschreibung des mikromechanischen Bauteils 200 verwiesen. Die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 sind in der ersten Ausführungsform auf der Außenseite des freitragenden Bereichs 255 angebracht und zwar genau an den bestimmten Stellen 245, an denen ein Spannungspeak bzw. Belastungspeak in Fig. 3 a aufgetreten ist. Beispielsweise sind die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 in Fig. 3 b näherungsweise mit rechteckförmigem Querschnitt 265 ausgebildet. Sie können jedoch auch abgerundet sein und/oder in alternativer Form ausgebildet sein, bedingt durch die jeweiligen Randbedingungen und technischen Möglichkeiten im Fertigungsprozess.
Die Lage und Geometrie der lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 265 auf der Außenseite des freitragenden Bereichs 255 der Membran 225 kann zum Beispiel mithilfe eines ersten Parameters t und eines zweiten Parameters o beschrieben werden. Der erste Parameter t gibt hierbei eine Dicke der Verstärkungsstruktur 250, 265 an, also wie viel zusätzliches Material auf die Außenseite des freitragenden Bereichs 255 aufgebracht wird, und der zweite Parameter o beschreibt einen Überlapp der Verstärkungsstruktur 285. Dabei ist zum Beispiel ein Überlapp der lokalen Verstärkungsstruktur 250, 265 in Richtung der Rahmenstruktur 240 für den zweiten Parameter o nicht relevant, denn die Membran 225 weist in diesem Bereich eine ausreichende Dicke auf und muss nicht zusätzlich verstärkt werden. Ein solcher Überlapp ist daher weder schädlich noch hilfreich. Insbesondere ist die mechanische Belastung auf die Membran 225 in dem Bereich des nicht relevanten Überlapps nicht so hoch, wie in den bestimmten Regionen des freitragenden Bereichs 245 in Fig. 3 a. Demnach erstreckt sich der Überlapp der Verstärkungsstruktur 285 in dem zweiten Parameter o ausgehend von der bestimmten Region des freitragenden Bereichs 245, also dem Kreuz in Fig. 3 a, in Richtung verkleinerte Membrandicke des
freitragenden Bereichs 244 und wird in dieser Form für die Simulation genutzt. Die Präzision in der Herstellung des mikromechanischen Bauteils 200 und der lokalen Verstärkungsstruktur 250, 265 kann jedoch limitiert sein und demnach kann die Platzierung der lokalen Verstärkungsstruktur 250, 265 leicht variieren, sollte jedoch für ein optimales Ergebnis, also eine verbesserte Robustheit des Bauteils 200 gegen mechanische Belastungen, einen ausreichend großen Überlapp hin zur verkleinerten Membrandicke des freitragenden Bereichs 244 aufweisen. Zusätzlich kann auch ein Überlapp hin zur Randstruktur 240 bestehen, der wie oben genannt, in der Regel aber nicht relevant ist.
Der erste Parameter t und der zweite Parameter o haben beide einen Effekt auf den tatsächlichen Wert der mechanischen Belastungen auf die Außenseite des freitragenden Bereichs 255 der Membran 225 und sind zusätzlich limitiert durch die technischen Möglichkeiten in der Fertigung. Die Simulationen können helfen optimale Werte für den ersten Parameter t und den zweiten Parameter o zu erhalten, wobei die optimalen Werte für den ersten Parameter t und den zweiten Parameter o auch unabhängig voneinander bestimmt werden können. Der erste Parameter t korreliert demnach mit der Membrandicke T des freitragenden Bereichs 270 und der zweite Parameter o korreliert mit einer verformbaren Membranlänge L des freitragenden Bereichs 280. Die verformbare Membranlänge L des freitragenden Bereichs 280 ist beispielsweise der Bereich des freitragenden Bereichs 244 der Membran 225, der leicht verformbar ist, da die Membrandicke T des freitragenden Bereichs 280 dort geringer ist, als im Bereich des freitragenden Bereichs 244, in dem die bewegliche Gegenelektrode 230 angebracht ist.
Der erste Parameter t liegt in einem Bereich von t=0 bis t=0.5 T und der zweite Parameter liegt in einem Bereich von o=0 bis o=0.2L. Das heißt die lokale Verstärkungsstruktur 250, 265 sollte maximal die halbe Membrandicke T des freitragenden Bereichs 270 aufweisen, damit der freitragende Bereich 244 der Membran 225 weiterhin elastisch und drucksensitiv bleibt. Auch sollte der Überlapp der Verstärkungsstruktur 285 maximal 20 Prozent der verformbaren Membranlänge des freitragenden Bereichs 280 entsprechen. Die tatsächlichen optimalen Werte für den ersten Parameter t innerhalb des angegebenen Intervalls hängen natürlich von dem zweiten Parameter o ab und den jeweiligen
technischen Randbedingungen in der Fertigung der lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 265. Beispielsweise können mit der verwendeten Technologie und mithilfe der Simulation ein optimaler Wert für den ersten Parameter t=0.2T und ein optimaler Wert für den zweiten Parameter o=0.036L ermittelt werden, wobei die verwendete Technologie im Folgenden anhand der Fig. 5 a bis e, Fig. 6 a bis d und Fig. 7 a bis f erläutert wird.
Die Fig. 4 a bis c zeigen lokale Verstärkungsstrukturen 250, die auf einer Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 angeordnet sind. Dabei ist die Innenseite des freitragenden Bereichs 295 hin zur Teiloberfläche 242 bzw. hin zur Zwischenschicht 210 orientiert. An der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 treten die Belastungspeaks bzw. Spannungspeaks gemäß Fig. 3 a in den Regionen 245 auf, in denen an der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 Kanten 305 ausgebildet sind. Dort ist die mechanische Belastung maximal. Die Kanten 305 sind zur Vereinfachung in den Fig. 4 a bis d rechtwinklig dargestellt, können jedoch in Wirklichkeit abgerundet sein, bedingt durch den jeweiligen Herstellungsprozess. Die Kanten 305 bilden aus mechanischer Sicht bzw. nach der linearen Elastizitätstheorie, die nicht auf die Herstellung mikromechanischer Bauteile 200 eingeschränkt ist, sondern generell bei der Herstellung mechanischer Strukturen eingesetzt wird, Singularitäten. Das heißt sie bilden Stellen, an denen die Spannung bzw. Belastung gegen unendlich strebt, und stellen daher kritische Stellen dar, die vermieden werden sollten, um Materialschäden bzw. Materialbruch an den Stellen vorzubeugen.
Die vorgeschlagenen lokalen Verstärkungsstrukturen 250 auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 dienen also zur Abrundung der Kanten 305. Da die Singularitäten sich lokal auf die Kanten an der Innenseite des freitragenden Bereichs 305 beschränken, und die mechanische Belastung bei Entfernung von den Singularitäten rasch abnimmt, können die vorgeschlagenen lokalen Verstärkungsstrukturen 250 effektiv zur Reduzierung der mechanischen Belastung und Verbesserung der Robustheit der kapazitiven Drucksensorvorrichtung 100 beitragen. Es versteht sich, dass die Anzahl der Kanten 305 von der konkreten Ausgestaltung des mikromechanischen Bauteils 200 abhängig ist und ihre Anzahl sowie die Anzahl der lokalen
Verstärkungsstrukturen 250 demnach variieren kann. Folglich sind die in den Fig. 4 a bis d dargestellten Kanten 305 und lokalen Verstärkungsstrukturen 250 (sowie die lokalen Verstärkungsstrukturen in Fig. 3 b) sowie die Ausgestaltung des mikromechanischen Bauteils 200 nur exemplarisch gewählt worden, um das vorgeschlagene Prinzip einfach erläutern zu können.
Die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 werden auf der Grundlage eines dritten Parameters Ch und eines vierten Parameters cv definiert, das heißt ihre Größe und Dimension darüber beschrieben. Beispielsweise gibt der dritte Parameter Ch eine erste Ausdehnung der lokalen Verstärkungsstruktur entlang einer ersten Richtung einer Kante des freitragenden Bereichs 310 an und der vierte Parameter cv beschreibt eine zweite Ausdehnung der lokalen Verstärkungsstruktur entlang einer zweiten Richtung der Kante des freitragenden Bereichs 315. Die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 in Fig. 4 a sind beispielsweise mit näherungsweise dreieckförmigem Querschnitt 320 ausgebildet, wobei der dritte Parameter Ch eine erste Seite des Dreiecks und der vierte Parameter cv eine zweite Seite des Dreiecks beschreibt und wobei die beiden Seiten des Dreiecks zum Beispiel näherungsweise einen rechten Winkel miteinander einschließen. Der dritte Parameter Ch und der vierte Parameter cv korrelieren jeweils mit der Membrandicke T, 270 des freitragenden Bereichs 244 der druckempfindlichen Membran 225. Beispielsweise liegen die Werte für den dritten Parameter Ch und den vierten Parameter cv jeweils in einem Bereich von Ch=O bis Ch=0.5T und Cv=0 bis Cv=0.5T, entsprechen also jeweils maximal der halben Membrandicke T, 270 des freitragenden Bereichs 244 der Membran 225.
Die angegebenen Bereiche des dritten und vierten Parameters Ch, cv sind insbesondere in einer Weise definiert worden, die aus mechanischer Sicht vorteilhaft ist. Nicht berücksichtigt dabei ist, was im Rahmen des möglich Herstellbaren liegen würde. Insbesondere kann mit der zugrunde liegenden Technologie und der oben beschriebenen Simulation für den dritten Parameter ein Wert von Ch=0.2T und für den vierten Parameter ein Wert von Cv=0.2T ermittelt werden, bei dem die mechanische Belastung bestmöglich reduziert und gleichermaßen eine näherungsweise gleichbleibende Elastizität und Verformbarkeit des freitragenden Bereichs 244 der Membran 225 trotz
verwendeter lokaler Verstärkungsstruktur 250, 320 erzielt werden. Es ist zudem denkbar, dass bei anderweitig verwendeter Technologie andere Werte für den dritten Parameter Ch und den vierten Parameter cv erzielt werden. Auch ist denkbar, dass sich die beiden Parameter in ihren Werten voneinander unterscheiden, sodass die lokale Verstärkungsstrukturen 250, 320 jeweils eine leicht asymmetrische Form im Querschnitt aufweisen.
Die genaue Form der lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 320 kann innerhalb ihrer Dimension variieren. Beispiele für alternative Formen der lokalen Verstärkungsstrukturen 250 auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 sind in den Fig. 4 b und c dargestellt. Die in den Fig. 4 b und c dargestellten lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 325 haben zum Beispiel eine ähnliche Dimension wie die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 320 in Fig. 4 a, das heißt sie können ebenfalls mithilfe des dritten Parameters Ch und des vierten Parameters cv beschrieben werden und ihre Werte innerhalb der oben genannten Bereiche liegen. Im Unterschied zur Darstellung in Fig. 4 a, weisen die lokalen Verstärkungsstrukturen in Fig. 4 b und c im Querschnitt eine näherungsweise gewölbte Form auf, wobei die Wölbung in Fig. 4 b hin zur Kante 305 gerichtet ist und die Wölbung in Fig. 4 c weg von der Kante 305 gerichtet ist. Fig. 4 d zeigt das mikromechanische Bauteil 200 mit lokalen Verstärkungsstrukturen 250 nach einer dritten Ausführungsform. Im Unterschied zu den vorangehenden Figuren, weist das mikromechanische Bauteil 200 in Fig. 4 d die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 sowohl auf der Außenseite des freitragenden Bereichs 255 der Membran 225 als auch auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 auf. Insbesondere umfasst das mikromechanische Bauteil 200 in Fig. 4 d die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 325 auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran, deren Wölbung weg von der Kante 305 gerichtet ist. In einer alternativen Ausgestaltung des mikromechanischen Bauteils 200 kann die Form der lokalen Verstärkungsstrukturen 250 von der Darstellung in Fig. 4 d abweichen und beispielsweise der in den Fig. 4 a oder b dargestellten Form entsprechen.
Fig. 5 a bis e zeigen schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens 500 für das vorgeschlagene mikromechanische Bauteil 200 mit lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 265 auf der Außenseite des freitragenden Bereichs
255 der Membran 225. In einem ersten Verfahrensschritt 505 in Fig. 5 a werden das Substrat 205, die Zwischenschicht 210, die Rahmenstruktur 240 auf dem Substrat 205, die die auf dem Substrat 205 aufgebrachte Zwischenschicht 210 umrahmt, zumindest eine Elektrode 215 und ein im weiteren Prozessverlauf aus zumindest einer Isolierungsschicht 203, 204 auszubildender Hohlraum 235 bereitgestellt. Das Substrat 205 kann beispielsweise aus monokristallinem Siliziummaterial hergestellt sein. Die Zwischenschicht 210 kann weitere Teilschichten umfassen, zum Beispiel wie dargestellt, eine erste Isolierungsschicht 201 sowie eine zweite Isolierungsschicht 202. Die erste Isolierungsschicht 201 kann zum Beispiel aus Siliziumoxid (SiO: silicon oxide) bestehen und die zweite Isolierungsschicht 202 aus siliziumreichem Nitrid (SiRiN: silicon rich nitride). In alternativen Ausgestaltungen kann die Zwischenschicht 210 weitere Teilschichten, bestehend aus anderen Materialien, umfassen oder nur eine einzelne Schicht bilden. Auf die Zwischenschicht 210 kann eine erste elektrisch leitfähige Schicht 300 aufgebracht worden sein, welche einem Strukturierungsprozesses 340 unterzogen worden sein kann, um aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 300 die zumindest eine Elektrode 215 auszubilden. Dabei kann der Strukturierungsprozess 340 einem Ätzprozess entsprechen. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 300 kann beispielsweise aus polykristallinem Siliziummaterial bestehen.
Auf die strukturierte erste elektrisch leitfähige Schicht 300 kann eine dritte Isolierungsschicht 203 aufgebracht worden sein, die entstandene Lücken bei der Strukturierung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 300 ausfüllen kann. Die dritte Isolierungsschicht 203 wird wiederum einem Strukturierungsprozess 340 unterzogen, um im Folgenden zum Beispiel die Rahmenstruktur 240 auf der Zwischenschicht 210 bilden zu können. Auf die strukturierte dritte Isolierungsschicht 203 wird eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 301 aufgebracht. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht 301 wird einem Strukturierungsprozess 340 unterzogen, um im Folgenden die Gegenelektrode 230 auszubilden sowie die Rahmenstruktur 240. Der Strukturierungsprozess 340 kann wie oben stehen ausgeführt ist, einem Ätzprozess entsprechen, wobei in nachstehender Erläuterung nicht mehr darauf hingewiesen wird. Auch die zweite elektrisch leitfähige Schicht 301 kann aus polykristallinem Siliziummaterial bestehen. Auf die strukturierte zweite elektrisch leitfähige Schicht 301 wird eine
vierte Isolierungsschicht 204 aufgetragen. Die dritte und die vierte Isolierungsschicht 203, 204 dienen demnach zum Ausbilden des Hohlraums 235 und können ebenfalls aus Siliziumoxid (SiO: silicon oxide bzw. TEOS) bestehen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 510 in Fig. 5 b wird abermals ein Strukturierungsprozess 340 durchgeführt, um die vierte Isolierungsschicht 204 zu strukturieren. Auf die strukturierte vierte Isolierungsschicht 204 wird in einem dritten Verfahrensschritt 515 in Fig. 5 c eine dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 aufgetragen, die gleichermaßen wie die erste und zweite elektrisch leitfähige Schicht 300, 301 aus polykristallinem Siliziummaterial bestehen kann. Dabei kann die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 einer Topographie folgen, die durch den Strukturierungsprozess 340 der vierten Isolierungsschicht 204 erzeugt worden ist. Beispielsweise kann die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 dünner ausgebildet sein als die erste oder zweite elektrisch leitfähige Schicht 300, 301 . In einem vierten Verfahrensschritt 520 in Fig. 5 d wird die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 mittels Strukturierungsprozess 340 strukturiert, um die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 265 ausbilden zu können. Die Strukturierung erfolgt dabei beispielsweise derart, dass an den Stellen, an denen die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 265 ausgebildet werden sollen, das Material der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 302 nicht entfernt wird.
In einem fünften Verfahrensschritt 525 in Fig. 5 e wird eine vierte elektrisch leitfähige Schicht 303 auf die strukturierte dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 aufgetragen, wobei die vierte elektrisch leitfähige Schicht 303 einer Topographie folgt, die durch die vorangehenden Strukturierungsprozesse 340 gebildet worden ist. Die vierte elektrisch leitfähige Schicht 303 kann gleichermaßen aus polykristallinem Siliziummaterial bestehen und zum Beispiel dicker ausgebildet sein als die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302. Schließlich wird in einem sechsten Verfahrensschritt 530 in Fig. 5 e die druckempfindliche Membran 225 aus der vierten elektrisch leitfähigen Schicht 303 derart gebildet, dass der freitragende Bereich 244 der druckempfindlichen Membran 225 die umrahmte Teiloberfläche 242 und/oder die umrahmte Zwischenschicht 210 überspannt, indem die Isolierungsschichten 203, 204 durch einen geeigneten Prozessschritt entfernt werden, sodass das Einwirken des externen Drucks pext eine Verformung der druckempfindlichen Membran 225 auf der Außenseite des freitragenden
Bereichs 255 bewirkt, wobei die Außenseite 255 weg von der Teiloberfläche 242 und/oder der Zwischenschicht 210 gerichtet ist, und wobei der freitragende Bereich 244 der druckempfindlichen Membran 225 zur umrahmten Teiloberfläche 242 und/oder zur umrahmten Zwischenschicht 210 hin gerichtet zumindest die bewegliche Gegenelektrode 230 aufweist. Zum Beispiel sind die derart hergestellten lokalen Verstärkungsstrukturen 250 auf einer Oberfläche 317 der vierten elektrisch leitfähigen Schicht 303 mit näherungsweise rechteckförmigem Querschnitt 265 ausgebildet.
Die Fig. 6 a bis d zeigen schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens 600 für das vorgeschlagene mikromechanische Bauteil 200 mit lokalen Verstärkungsstrukturen 250 nach einer zweiten Ausführungsform. Hierbei werden die lokalen Verstärkungsstrukturen 250 im Unterschied zu den Fig. 5 a bis e auf der Innenseite des freitragenden Bereichs 295 der Membran 225 ausgebildet. Ein erster Verfahrensschritt 605 in Fig. 6 a ist zum Beispiel analog zum ersten Verfahrensschritt 505in Fig. 5 a ausgebildet, daher wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Inhalte des genannten Verfahrensschritts verwiesen. Im Unterschied zu dem Herstellungsverfahren 500 in den Fig. 5 a bis e umfasst ein zweiter Verfahrensschritt 610 des Herstellungsverfahrens 600 in Fig. 6 b das Durchführen eines Strukturierungsprozesses 340 der vierten Isolierungsschicht 204 zum Ausbilden von lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 325, wobei der Strukturierungsprozess 340 hierbei vorzugsweise als isotroper Strukturierungsprozess 311 , das heißt als isotroper Ätzprozess, ausgebildet ist. Zusätzlich kann zu dem isotropen Ätzprozess bei Bedarf der Strukturierung noch ein weiterer Strukturierungsprozess 340 in Form eines anisotropen Ätzprozesses durchgeführt werden.
In einem dritten Verfahrensschritt 615 in Fig. 6 c wird die vierte Isolierungsschicht 204 einem weiteren Strukturierungsprozess 340 unterzogen, um die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 325 mit näherungsweise gewölbtem Querschnitt, wie sie anhand der Fig. 4 c erläutert worden sind, zu erzeugen. In einem vierten Verfahrensschritt 620 in Fig. 6 d wird die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 aufgetragen, wobei die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 einer Topographie folgt, die durch die vorangehenden Strukturierungsprozesse 340, 311 erzeugt
worden ist, sodass die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 Lücken der strukturierten vierten Isolierungsschicht 204 ausfüllt, die durch die genannten Strukturierungsprozesse 311 , 340 zum Erzeugen der lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 325 gebildet worden sind. Die Lücken in der strukturierten vierten Isolierungsschicht 204 entsprechen den Stellen, an denen die dritte elektrisch leitfähige Schicht 302 die lokalen Verstärkungsstrukturen 250, 320 ausbildet. Ein fünfter Verfahrensschritt 625 kann wieder analog zu dem sechsten Verfahrensschritt 530 in Fig. 5 e ausgebildet sein, also das Ausbilden der druckempfindlichen Membran 225, daher wird an dieser Stelle auf die obige Erläuterung verwiesen.
Die Fig. 7 a bis f zeigen ein weiteres Herstellungsverfahren 700 für ein mikromechanisches Bauteil 200 mit lokalen ersten Verstärkungsstrukturen 250, 325 auf einer Innenseite 295 und lokalen zweiten Verstärkungsstrukturen 250, 265 auf einer Außenseite 255 des freitragenden Bereichs 244 der Membran 225. Das in den Fig. 7 a bis f dargestellte Herstellungsverfahren 700 bildet eine Kombination aus den Herstellungsverfahren 500, 600 in den Fig. 5 a bis e und 6 a bis d. Ein erster bis vierter Verfahrensschritt 705, 710, 715 720 in den Fig. 7 a bis d entspricht dabei beispielsweise den ersten bis vierten Verfahrensschritten 605, 610, 615, 620 des Herstellungsverfahrens in den Fig. 6 a bis d. Ein fünfter Verfahrensschritt 725 in Fig. 7 e entspricht dem vierten Verfahrensschritt 520 des Herstellungsverfahrens 500 in Fig. 5 d, also dem Durchführen eines Strukturierungsprozesses 340 zum Ausbilden der lokalen zweiten Verstärkungsstrukturen 250, 265. Ein sechster und siebter Verfahrensschritt 730, 735 in Fig. 7 f entsprechen demnach dem fünften und sechsten Verfahrensschritt 525, 530 in Fig. 5 e, also dem Aufträgen der vierten elektrisch leitfähigen Schicht 303 und dem Ausbilden der Membran 225 aus der vierten elektrisch leitfähigen Schicht 303. Die Herstellungsverfahren 500, 600 und 700 können alternativ beispielsweise zumindest teilweise mittels Stereolithographie umgesetzt werden.
Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus
abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.