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DE102023211436A1 - Micromechanical component for a sensor, microphone and/or microspeaker device - Google Patents

Micromechanical component for a sensor, microphone and/or microspeaker device Download PDF

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DE102023211436A1
DE102023211436A1 DE102023211436.4A DE102023211436A DE102023211436A1 DE 102023211436 A1 DE102023211436 A1 DE 102023211436A1 DE 102023211436 A DE102023211436 A DE 102023211436A DE 102023211436 A1 DE102023211436 A1 DE 102023211436A1
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micromechanical component
stiffening structures
capping structure
web
semiconductor layer
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DE102023211436.4A
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German (de)
Inventor
Thomas Friedrich
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung mit einer Verkappungsstruktur (12) mit einer zu einer sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils ausgerichteten Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12), welche die sensitive Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise überspannt, und mit mindestens einer durch die Verkappungsstruktur (12) strukturierten Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung (14), welche sich jeweils von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) bis zu einer von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) weg gerichteten Außenseite (12b) der Verkappungsstruktur (12) erstreckt, wobei die Verkappungsstruktur (12) mindestens zwei an der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) hervorstehende stegförmige Versteifungsstrukturen (24) aufweist, welche parallel zueinander ausgerichtet sind mit einem Abstand zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen (24) in einem Bereich zwischen 50 nm und 1500 nm.

Figure DE102023211436A1_0000
The invention relates to a micromechanical component for a sensor, microphone and/or micro loudspeaker device, comprising a capping structure (12) with an inner side (12a) of the capping structure (12) which is aligned with a sensitive surface (10a) of the micromechanical component and at least partially spans the sensitive surface (10a) of the micromechanical component, and with at least one air and/or medium access opening (14) structured by the capping structure (12), which air and/or medium access openings extend from the inner side (12a) of the capping structure (12) to an outer side (12b) of the capping structure (12) directed away from the inner side (12a) of the capping structure (12), wherein the capping structure (12) has at least two web-shaped stiffening structures (24) projecting from the inner side (12a) of the capping structure (12), which are aligned parallel to one another with a Distance between two adjacent stiffening structures (24) in a range between 50 nm and 1500 nm.
Figure DE102023211436A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung.The invention relates to a micromechanical component for a sensor, microphone, and/or microspeaker device. The invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for a sensor, microphone, and/or microspeaker device.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2020 201 576 A1 ist ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung bekannt, welches mindestens eine Statorelektrode, mindestens eine Aktorelektrode und eine die Elektroden überspannende Membran mit einer von den Elektroden weg gerichteten Membranaußenseite aufweist. Außerdem ist an dem mikromechanischen Bauteil eine an der Membranaußenseite hervorstehende Versteifungs- und/oder Schutzstruktur gebildet, welche beispielsweise als Schutzgitter einen Partikelschutz der Membranaußenseite zur Verhinderung einer Verschmutzung der Membran gewährleisten soll.From the DE 10 2020 201 576 A1 A micromechanical component for a sensor device is known, which comprises at least one stator electrode, at least one actuator electrode, and a membrane spanning the electrodes with a membrane outer side facing away from the electrodes. Furthermore, a stiffening and/or protective structure protruding from the membrane outer side is formed on the micromechanical component, which, for example, serves as a protective grid to ensure particle protection of the membrane outer side to prevent contamination of the membrane.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.The invention provides a micromechanical component for a sensor, microphone and/or microspeaker device having the features of claim 1 and a manufacturing method for a micromechanical component for a sensor, microphone and/or microspeaker device having the features of claim 6.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile, welche aufgrund ihrer jeweiligen Verkappungsstruktur mit den stegförmigen Versteifungsstrukturen einen verlässlicheren Schutz der sensitiven Fläche des jeweiligen mikromechanischen Bauteils vor Umwelteinflüssen, vor Verschmutzungen und vor Beschädigungen gewährleisten. Insbesondere gewährleisten die stegförmigen Versteifungsstrukturen eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils eine hohe Robustheit seiner Verkappungsstruktur selbst bei einem Anschlagen der Verkappungsstruktur an einem Objekt. Durch den vergleichsweise kleinen Abstand zwischen den mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen ist diese Robustheit zusätzlich noch gesteigert.The present invention provides micromechanical components which, due to their respective encapsulation structure with the web-shaped stiffening structures, ensure more reliable protection of the sensitive surface of the respective micromechanical component against environmental influences, contamination, and damage. In particular, the web-shaped stiffening structures of a micromechanical component according to the invention ensure a high degree of robustness of its encapsulation structure, even when the encapsulation structure strikes an object. This robustness is further enhanced by the comparatively small distance between the at least two web-shaped stiffening structures.

Bei einem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil ist darum selbst eine relativ empfindliche sensitive Fläche, wie beispielsweise eine als sensitive Fläche eingesetzte Membranoberfläche einer verwölbbaren Membran, kaum einem Beschädigungsrisiko ausgesetzt. Erfindungsgemäße mikromechanische Bauteile können deshalb auch in aggressiven Umgebungen mit hohen Stoßbelastungen verlässlich eingesetzt werden. Die hier beschriebene Erfindung schafft außerdem mikromechanische Bauteile mit einer gegenüber dem Stand der Technik gesteigerten Lebensdauer. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, sind die stegförmigen Versteifungsstrukturen an der Innenseite der Verkappungsstruktur eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils außerdem mittels der vorliegenden Erfindung ohne einen (wesentlichen) Mehraufwand an Arbeit ausbildbar. Selbst die Ausbildung des vergleichsweise kleinen Abstands zwischen den mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen ist durch Nutzung der vorliegenden Erfindung relativ leicht umsetzbar. Eine Nutzung der vorliegenden Erfindung steigert deshalb nicht/kaum die Herstellungskosten für das jeweilige mikromechanische Bauteil.In a micromechanical component according to the invention, even a relatively sensitive surface, such as a membrane surface of a warpable membrane used as a sensitive surface, is therefore hardly exposed to any risk of damage. Micromechanical components according to the invention can therefore also be reliably used in aggressive environments with high shock loads. The invention described here also creates micromechanical components with an increased service life compared to the prior art. As will be explained in more detail below, the web-shaped stiffening structures on the inside of the encapsulation structure of a micromechanical component according to the invention can also be formed by means of the present invention without any (significant) additional labor. Even the formation of the comparatively small distance between the at least two web-shaped stiffening structures is relatively easy to implement by using the present invention. Use of the present invention therefore does not/hardly increases the manufacturing costs for the respective micromechanical component.

Wird herkömmlicherweise als Schutzschicht für eine die Funktion der sensitiven Fläche erfüllende Membranoberfläche einer verwölbbaren Membran ein Silikonhaltiges Gel eingesetzt, so wird eine in Verwölbbewegungen versetzbare Gesamtmasse gesteigert. Die herkömmlicherweise mittels des Silikon-haltigen Gels „geschützte“ Membranoberfläche reagiert darum stärker auf eine Beschleunigung des mit der verwölbbaren Membran ausgebildeten Geräts. Demgegenüber führt bei einem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil die Ausbildung der stegförmigen Versteifungsstrukturen an seiner Verkappungsstruktur nicht zur Steigerung einer in Verwölbbewegungen versetzbaren Gesamtmasse. Eine Beschleunigung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils mit einer als sensitive Fläche genutzten Membranoberfläche einer verwölbbaren Membran trägt deshalb nicht zur Verwölbung der Membran bei. Der bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung gesteigerte Schutz der als sensitive Fläche eingesetzten Membranoberfläche der Membran beeinflusst damit das Detektionsverhalten der Membran nicht.If a silicone-containing gel is conventionally used as a protective layer for a membrane surface of a warpable membrane that fulfills the function of the sensitive surface, the total mass that can be set into warping movements is increased. The membrane surface that is conventionally "protected" by the silicone-containing gel therefore reacts more strongly to an acceleration of the device formed with the warpable membrane. In contrast, in a micromechanical component according to the invention, the formation of the web-shaped stiffening structures on its capping structure does not lead to an increase in the total mass that can be set into warping movements. An acceleration of the micromechanical component according to the invention with a membrane surface of a warpable membrane used as a sensitive surface therefore does not contribute to the warping of the membrane. The increased protection of the membrane surface of the membrane used as a sensitive surface when using the present invention therefore does not influence the detection behavior of the membrane.

Ebenso trägt die Ausbildung eines mikromechanischen Bauteils mit der durch ihre stegförmigen Versteifungsstrukturen robuster ausgebildeten Verkappungsstruktur zum besseren Schutz des teilweise hergestellten mikromechanischen Bauteils während seiner Fertigung bei. Entsprechend ist eine Beschädigung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils während seines Transports aufgrund seiner Verkappungsstruktur mit den an der Innenseite hervorstehenden stegförmigen Versteifungsstrukturen verlässlich verhindert.Likewise, the design of a micromechanical component with a more robust encapsulation structure due to its web-shaped stiffening structures contributes to better protection of the partially manufactured micromechanical component during its production. Accordingly, damage to the micromechanical component according to the invention during transport is reliably prevented due to its encapsulation structure with the web-shaped stiffening structures protruding on the inside.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils liegt der Abstand zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen in einem Bereich zwischen 100 nm (Nanometer) und 1000 nm (Nanometer). Die hier beschriebene Beabstandung der Versteifungsstrukturen voneinander trägt vorteilhaft zur Steigerung der Robustheit der jeweils damit ausgebildeten Verkappungsstruktur bei.In an advantageous embodiment of the micromechanical component, the distance between two adjacent stiffening structures is in a range between 100 nm (nanometers) and 1000 nm (nanometers). The spacing of the stiffening structures described here advantageously contributes to increasing the robustness of the resulting capping structure.

Alternativ oder ergänzend kann auch für jede der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen ihre senkrecht zu ihrer jeweiligen maximalen Länge ausgerichtete Breite definierbar sein und eine Höhe, um welche die Versteifungsstrukturen an der Innenseite der Verkappungsstruktur hervorstehen, kann größer als eine Hälfte des arithmetischen Mittelwerts der Breiten der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen sein. Auch dies trägt zur Steigerung der Robustheit der jeweiligen Verkappungsstruktur bei, sodass selbst bei einem Anschlagen eines Objekts an der Verkappungsstruktur eine Beschädigung der Verkappungsstruktur oder der damit geschützten sensitiven Fläche des mikromechanischen Bauteils nicht/kaum zu befürchten ist.Alternatively or additionally, for each of the at least two web-shaped stiffening structures, its width, oriented perpendicular to its respective maximum length, can be defined, and the height by which the stiffening structures protrude from the inside of the encapsulation structure can be greater than half the arithmetic mean of the widths of the at least two web-shaped stiffening structures. This also contributes to increasing the robustness of the respective encapsulation structure, so that even if an object strikes the encapsulation structure, there is little or no risk of damage to the encapsulation structure or the sensitive surface of the micromechanical component protected thereby.

Vorteilhafterweise kann die sensitive Fläche des mikromechanischen Bauteils eine Membranoberfläche einer verwölbbaren Membran sein. Die hier beschriebene Erfindung trägt somit auch vorteilhaft zum Schutz einer sonst vergleichsweise empfindlichen sensitiven Fläche vor Verschmutzungen und vor einer Beschädigung bei.Advantageously, the sensitive surface of the micromechanical component can be a membrane surface of a warpable membrane. The invention described here thus also advantageously contributes to protecting an otherwise comparatively sensitive sensitive surface from contamination and damage.

Beispielsweise können die verwölbbare Membran aus einer ersten Halbleiterschicht, die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen aus einer zweiten Halbleiterschicht und zumindest ein Verankerungsbereich der Verkappungsstruktur, an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen verankert sind, aus einer dritten Halbleiterschicht geformt sein. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, ist die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar.For example, the warpable membrane can be formed from a first semiconductor layer, the at least two web-shaped stiffening structures from a second semiconductor layer, and at least one anchoring region of the encapsulation structure, to which the at least two web-shaped stiffening structures are anchored, can be formed from a third semiconductor layer. As will become clear from the following description, the embodiment of the micromechanical component described here can be manufactured comparatively easily and cost-effectively.

Auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung schafft die oben erläuterten Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann.Implementing a corresponding manufacturing method for a sensor, microphone, and/or microspeaker device also provides the advantages explained above. It is expressly noted that the manufacturing method can be further developed according to the embodiments of the micromechanical component explained above.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden zum Anordnen der Verkappungsstruktur benachbart zu der sensitiven Fläche des mikromechanischen Bauteils und zum Ausbilden der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen die folgenden Teilschritte ausgeführt: Abdecken der sensitiven Fläche des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise mit zumindest einer ersten Opferschicht, Abscheiden einer Halbleiterschicht auf der zumindest einen ersten Opferschicht, Herausstrukturieren zumindest der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen aus der Halbleiterschicht zumindest durch Strukturieren von mindestens einem zwischen zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen liegenden Graben durch die Halbleiterschicht mit einer parallel zu der sensitiven Fläche ausgerichteten Grabenweite, welche dem jeweiligen Abstand zwischen den zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen entspricht, Abscheiden einer zweiten Opferschicht auf der Halbleiterschicht, wodurch der mindestens eine Graben zumindest teilweise mit dem Opferschichtmaterial der zweiten Opferschicht gefüllt wird und Bilden zumindest eines Verankerungsbereichs der Verkappungsstruktur, an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen verankert werden, durch Freilegen zumindest je einer Teiloberfläche jeder der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen von der zweiten Opferschicht und Abscheiden einer weiteren Halbleiterschicht auf der zweiten Opferschicht. Die hier beschriebenen Teilschritte sind auf kostengünstige Weise mittels standardgemäßer Halbleiterprozesse ausführbar.In an advantageous embodiment of the manufacturing method, the following substeps are carried out for arranging the encapsulation structure adjacent to the sensitive area of the micromechanical component and for forming the at least two web-shaped stiffening structures: covering the sensitive area of the micromechanical component at least partially with at least one first sacrificial layer, depositing a semiconductor layer on the at least one first sacrificial layer, structuring at least the at least two web-shaped stiffening structures from the semiconductor layer at least by structuring at least one trench lying between two later adjacent stiffening structures through the semiconductor layer with a trench width aligned parallel to the sensitive area, which corresponds to the respective distance between the two later adjacent stiffening structures, depositing a second sacrificial layer on the semiconductor layer, whereby the at least one trench is at least partially filled with the sacrificial layer material of the second sacrificial layer, and forming at least one anchoring region of the encapsulation structure, to which the at least two web-shaped stiffening structures are anchored, by exposing at least one partial surface each each of the at least two web-shaped stiffening structures from the second sacrificial layer and depositing a further semiconductor layer on the second sacrificial layer. The substeps described here can be carried out cost-effectively using standard semiconductor processes.

Vorzugsweise wird beim Abscheiden der zweiten Opferschicht jeweils ein Hohlraum (66) in dem mindestens einen Graben eingeschlossen. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, erleichtert und beschleunigt die Ausbildung der Hohlräume in den Gräben ein späteres Entfernen zumindest des Opferschichtmaterials der zweiten Opferschicht mittels eines Ätzprozesses. Dies gewährleistet eine verlässliche Entfernung des Opferschichtmaterials auch in Zwischenbereichen zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen trotz des vergleichsweise kleinen Abstands zwischen den zwei benachbarten Versteifungsstrukturen.Preferably, during the deposition of the second sacrificial layer, a cavity (66) is enclosed in the at least one trench. As will become clear from the following description, the formation of the cavities in the trenches facilitates and accelerates subsequent removal of at least the sacrificial layer material of the second sacrificial layer by means of an etching process. This ensures reliable removal of the sacrificial layer material even in intermediate regions between two adjacent stiffening structures, despite the comparatively small distance between the two adjacent stiffening structures.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Verkappungsstruktur an einer weiteren Halbleiterschicht, aus welcher eine verwölbbare Membran mit der sensitiven Fläche des mikromechanischen Bauteils als Membranoberfläche geformt ist, verankert, indem vor dem Abscheiden der Halbleiterschicht mindestens eine Teiloberfläche der weiteren Halbleiterschicht von zumindest der ersten Opferschicht freigelegt wird. Mittels der auf diesem Weise realisierten Verankerung der Verkappungsstruktur an der weiteren Halbleiterschicht kann ein verwölbbarer Bereich der verwölbbaren Membran vorteilhaft festgelegt/eingegrenzt werden, indem verhindert wird, dass bei einer Verwölbung der Membran um die Membran herumliegende Umgebungsbereiche der weiteren Halbleiterschicht mitverwölbt werden.In a further advantageous embodiment of the manufacturing method, the encapsulation structure is anchored to a further semiconductor layer, from which a warpable membrane is formed with the sensitive area of the micromechanical component as the membrane surface, by exposing at least a partial surface of the further semiconductor layer from at least the first sacrificial layer prior to deposition of the semiconductor layer. By anchoring the encapsulation structure to the further semiconductor layer in this way, a warpable region of the warpable membrane can be advantageously defined/delimited by preventing the surrounding regions of the further semiconductor layer from also warping when the membrane warps.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
  • 3A bis 3F schematische Darstellungen von Querschnitten durch Zwischenprodukte zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. They show:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of the micromechanical component;
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of the micromechanical component; and
  • 3A to 3F schematic representations of cross sections through intermediate products to explain an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the micromechanical component.

Das in 1 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil kann als (zumindest Teil einer) Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung verwendet werden. Lediglich beispielhaft ist das mikromechanische Bauteil der 1 als Drucksensor einsetzbar, wobei eine Membranoberfläche 10a einer verwölbbaren Membran 10 des mikromechanischen Bauteils als sensitive Fläche 10a dazu genutzt wird, um eine Druckdifferenz zwischen einem in einer äußeren Umgebung des mikromechanischen Bauteils vorliegenden Druck p und einem vorgegebenen Referenzdruck p0 zu messen. Es wird hier jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des im Weiteren erläuterten mikromechanischen Bauteils, speziell seiner Verkappungsstruktur 12, nicht auf einen bestimmten Sensortyp beschränkt ist.The 1 The schematically illustrated micromechanical component can be used as (at least part of) a sensor, microphone and/or microspeaker device. The micromechanical component of the 1 can be used as a pressure sensor, wherein a membrane surface 10a of a warpable membrane 10 of the micromechanical component is used as a sensitive surface 10a to measure a pressure difference between a pressure p present in an external environment of the micromechanical component and a predetermined reference pressure p 0. However, it is pointed out here that the formability of the micromechanical component explained below, especially its encapsulation structure 12, is not limited to a specific sensor type.

Die Verkappungsstruktur 12 dient zum Schutz der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils und weist eine zu der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils ausgerichtete Innenseite 12a auf, welche die sensitive Fläche 10a zumindest teilweise überspannt. Demgegenüber ist eine Außenseite 12b der Verkappungsstruktur 12 von der Innenseite 12a und von der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils weg gerichtet. Zusätzlich ist die Verkappungsstruktur 12 mit mindestens einer durch die Verkappungsstruktur strukturierten Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 ausgebildet, wobei sich die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 jeweils von der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 bis zu der Außenseite 12b der Verkappungsstruktur 12 erstreckt. Lediglich beispielhaft weist das mikromechanische Bauteil der 1 nur eine einzige Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 auf, welche sich mittig durch die Verkappungsstruktur 12 erstreckt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 skizzierte Ausbildung der Verkappungsstruktur 12 mit nur einer Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 nur beispielhaft zu interpretieren ist.The encapsulation structure 12 serves to protect the sensitive surface 10a of the micromechanical component and has an inner side 12a aligned with the sensitive surface 10a of the micromechanical component, which at least partially spans the sensitive surface 10a. In contrast, an outer side 12b of the encapsulation structure 12 is directed away from the inner side 12a and from the sensitive surface 10a of the micromechanical component. In addition, the encapsulation structure 12 is formed with at least one air and/or medium access opening 14 structured by the encapsulation structure, wherein the at least one air and/or medium access opening 14 extends from the inner side 12a of the encapsulation structure 12 to the outer side 12b of the encapsulation structure 12. By way of example only, the micromechanical component of the 1 only a single air and/or medium access opening 14, which extends centrally through the capping structure 12. However, it is pointed out that the 1 The outlined design of the capping structure 12 with only one air and/or medium access opening 14 is to be interpreted only as an example.

Über die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 ist beispielsweise gewährleistet, dass der in der äußeren Umgebung des mikromechanischen Bauteils vorliegende Druck p auch in einem zwischen der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils und der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 ausgebildeten Messvolumen 16 des mikromechanischen Bauteils vorliegt. Der Referenzdruck p0 ist in einem Referenzvolumen 18 eingeschlossen, welches von einer von der sensitiven Fläche 10a weg gerichteten Membraninnenseite 10b der Membran 10 begrenzt ist. An der Membraninnenseite 10b der Membran 10 ist außerdem mindestens eine Aktor- bzw. Sensierelektrode 20 aufgehängt, welche mittels einer durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck p und dem Referenzdruck p0 ausgelösten Verwölbung der Membran 10 in Bezug zu mindestens einer fest angeordneten Statorelektrode 22 verstellbar ist/verstellt wird. Anhand einer Auswertung einer zwischen der mindestens einen Aktor- bzw. Sensierelektrode 20 und der mindestens einen Statorelektrode 22 anliegenden Spannung oder Kapazität kann deshalb die Druckdifferenz zwischen dem Druck p und dem Referenzdruck p0 bestimmt werden.The at least one air and/or medium access opening 14 ensures, for example, that the pressure p present in the external environment of the micromechanical component is also present in a measuring volume 16 of the micromechanical component formed between the sensitive surface 10a of the micromechanical component and the inner side 12a of the encapsulation structure 12. The reference pressure p 0 is enclosed in a reference volume 18, which is delimited by a membrane inner side 10b of the membrane 10 directed away from the sensitive surface 10a. Furthermore, at least one actuator or sensing electrode 20 is suspended from the membrane inner side 10b of the membrane 10, which is adjustable relative to at least one fixed stator electrode 22 by means of a warping of the membrane 10 triggered by the pressure difference between the pressure p and the reference pressure p 0 . Based on an evaluation of a voltage or capacitance present between the at least one actuator or sensing electrode 20 and the at least one stator electrode 22, the pressure difference between the pressure p and the reference pressure p 0 can therefore be determined.

Wie in 1 erkennbar ist, weist die Verkappungsstruktur 12 mindestens zwei an der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 hervorstehende stegförmige Versteifungsstrukturen 24 auf. Die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 der Verkappungsstruktur 12 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen 24 in einem Bereich zwischen 50 nm (Nanometer) und 1500 nm (Nanometer) liegt. Damit weist jede der Versteifungsstrukturen 24 ihre maximale Länge in einer gemeinsamen Raumrichtung auf, welche bei dem mikromechanischen Bauteil der 1 in der Bildebene liegt. Evtl. kann sich die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 auch durch mindestens eine der Versteifungsstrukturen 24 erstrecken.As in 1 As can be seen, the encapsulation structure 12 has at least two web-shaped stiffening structures 24 protruding from the inner side 12a of the encapsulation structure 12. The at least two web-shaped stiffening structures 24 of the encapsulation structure 12 are aligned parallel to one another, wherein a distance between two adjacent stiffening structures 24 lies in a range between 50 nm (nanometers) and 1500 nm (nanometers). Thus, each of the stiffening structures 24 has its maximum length in a common spatial direction, which in the micromechanical component of the 1 lies in the image plane. The at least one air and/or medium access opening 14 may also extend through at least one of the stiffening structures 24.

Die hier beschriebene Ausbildung der Verkappungsstruktur 12 mit ihren mindestens zwei an der Innenseite 12a hervorstehenden stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 in dem vergleichsweise geringen Abstand zwischen 50 nm (Nanometer) und 1500 nm (Nanometer) zueinander steigert eine Robustheit der Verkappungsstruktur 12 vorteilhaft. Die mit den Versteifungsstrukturen 24 ausgebildete Verkappungsstruktur 12 kann deshalb ihre Aufgabe als Schutzstruktur oder Schutzschicht zum Beschützen der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils vor Umwelteinflüssen, vor Verschmutzungen und vor Beschädigungen besser erfüllen. Auch eine herkömmlicherweise relativ empfindliche sensitive Fläche 10a, wie die in 1 skizzierte Membranoberfläche 10a der verwölbbaren Membran 10, kann deshalb ihre Funktion verlässlicher ausführen. Selbst ein Anstoßen eines Objekts an der Außenseite 12b der Verkappungsstruktur 12 führt in der Regel nicht zu Fehlmessungen beim Bestimmen der Druckdifferenz zwischen dem Druck p und dem Referenzdruck p0 oder zu einer Beschädigung der sensitiven Fläche 10a. Des Weiteren schützt die Verkappungsstruktur 12 die sensitive Fläche 10a auch vor einem Vorliegen von Fremdpartikeln in dem Messvolumen 16 und vor einer Benetzung der sensitiven Fläche 10a mit einer Flüssigkeit. Wie anhand der 1 auch erkennbar ist, beeinträchtig die vorteilhafte Ausbildung der Verkappungsstruktur 12 mit den mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 an ihrer Innenseite 12a ein Detektionsverhalten der Membran 10 nicht/kaum.The design of the capping structure 12 described here with its at least two web-shaped stiffening structures 24 protruding on the inner side 12a at a comparatively small distance of between 50 nm (nanometers) and 1500 nm (nanometers) from one another advantageously increases the robustness of the capping structure 12. The capping structure 12 formed with the stiffening structures 24 can therefore fulfill its function as a protective structure or protective layer for protecting zen of the sensitive surface 10a of the micromechanical component against environmental influences, contamination and damage. Even a conventionally relatively sensitive sensitive surface 10a, such as the one in 1 The membrane surface 10a of the deflectable membrane 10, as shown in the drawing, can therefore perform its function more reliably. Even if an object hits the outer side 12b of the capping structure 12, this generally does not lead to incorrect measurements when determining the pressure difference between the pressure p and the reference pressure p 0 or to damage to the sensitive surface 10a. Furthermore, the capping structure 12 also protects the sensitive surface 10a from the presence of foreign particles in the measuring volume 16 and from wetting of the sensitive surface 10a with a liquid. As can be seen from the 1 As can also be seen, the advantageous design of the capping structure 12 with the at least two web-shaped stiffening structures 24 on its inner side 12a does not/hardly affect the detection behavior of the membrane 10.

Für jede der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 ist außerdem ihre senkrecht zu ihrer maximalen Länge ausgerichtete Breite (senkrecht zu der Bildebene der 1) definierbar. Vorzugsweise ist ein arithmetischer Mittelwert der Breiten der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 zumindest um einen Faktor 3, insbesondere zumindest um einen Faktor 5, speziell zumindest um einen Faktor 8, größer als der Abstand zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen 24. Alternativ oder ergänzend kann eine Höhe, um welche die Versteifungsstrukturen 24 an der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 hervorstehen, größer als eine Hälfte des arithmetischen Mittelwerts der Breiten der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 sein. Die hier beschriebene Beabstandungen und Formen der Versteifungsstrukturen 24 gewährleisten eine vorteilhafte Robustheit der jeweils damit ausgebildeten Verkappungsstruktur 12.For each of the at least two web-shaped stiffening structures 24, its width oriented perpendicular to its maximum length (perpendicular to the image plane of the 1 ). Preferably, an arithmetic mean of the widths of the at least two web-shaped stiffening structures 24 is at least a factor of 3, in particular at least a factor of 5, especially at least a factor of 8, greater than the distance between two adjacent stiffening structures 24. Alternatively or additionally, a height by which the stiffening structures 24 protrude on the inner side 12a of the capping structure 12 can be greater than half the arithmetic mean of the widths of the at least two web-shaped stiffening structures 24. The spacings and shapes of the stiffening structures 24 described here ensure advantageous robustness of the capping structure 12 formed therewith.

Während die verwölbbare Membran 10 aus einer ersten Halbleiterschicht 26a, beispielsweise einer Polysiliziumschicht 26a, geformt sein kann, können die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 aus einer zweiten Halbleiterschicht 26b, insbesondere einer Polysiliziumschicht 26b, geformt sein. Vorzugsweise ist gegebenenfalls zumindest ein Verankerungsbereich 28 der Verkappungsstruktur 12, an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 verankert sind, aus einer dritten Halbleiterschicht 26c, speziell einer Polysiliziumschicht 26c, geformt. An der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 kann außerdem mindestens ein (aus der zweiten Halbleiterschicht 26b geformter) Verankerungsbereich 30 hervorstehen, welcher die erste Halbleiterschicht 26a derart mechanisch kontaktiert, dass die Verkappungsstruktur 12 über ihren mindestens einen Verankerungsbereich 30 an der ersten Halbleiterschicht 26a verankert ist. Mittels der Ausbildung des mindestens einen Verankerungsbereichs 30 der Verkappungsstruktur 12 können die Membran 10 umgebende Umgebungsbereiche der ersten Halbleiterschicht 26a derart „fixiert“ sein, dass bei einer Verwölbung der Membran 10 unerwünschte Mitverwölbbewegungen der Umgebungsbereiche aufgrund ihrer Fixierung mittels des mindestens einen Verankerungsbereichs 30 unterbunden sind. Ein Verwölbungsverhalten der Membran 10 kann damit mittels einer entsprechenden Positionierung des mindestens einen Verankerungsbereichs 30 optimiert werden.While the warpable membrane 10 can be formed from a first semiconductor layer 26a, for example, a polysilicon layer 26a, the at least two web-shaped stiffening structures 24 can be formed from a second semiconductor layer 26b, in particular a polysilicon layer 26b. Preferably, at least one anchoring region 28 of the encapsulation structure 12, to which the at least two web-shaped stiffening structures 24 are anchored, is optionally formed from a third semiconductor layer 26c, specifically a polysilicon layer 26c. Furthermore, at least one anchoring region 30 (formed from the second semiconductor layer 26b) can protrude from the inner side 12a of the encapsulation structure 12, which anchoring region 30 mechanically contacts the first semiconductor layer 26a such that the encapsulation structure 12 is anchored to the first semiconductor layer 26a via its at least one anchoring region 30. By forming the at least one anchoring region 30 of the capping structure 12, the surrounding regions of the first semiconductor layer 26a surrounding the membrane 10 can be "fixed" in such a way that, in the event of a warping of the membrane 10, undesirable concomitant warping movements of the surrounding regions are prevented due to their fixation by the at least one anchoring region 30. Warping behavior of the membrane 10 can thus be optimized by appropriate positioning of the at least one anchoring region 30.

Beispielhaft weist das mikromechanische Bauteil der 1 ein Substrat 32 auf, bei welchem eine Substratoberfläche 32a zumindest teilweise mit mindestens einer Isolierschicht 34a und 34b abgedeckt ist. Das Substrat 32 kann insbesondere ein Siliziumsubstrat 32 sein. Die mindestens eine Isolierschicht 34a und 34b kann beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht 34a und/oder eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht 34b sein. Auf der mindestens einen Isolierschicht 34a und 34b ist eine erste Elektrodenschicht 36, wie z.B. eine Polysiliziumschicht 36, abgeschieden, aus welcher zumindest die mindestens eine Statorelektrode 22 herausstrukturiert ist. Optionaler Weise kann auch mindestens eine Referenz-Gegenelektrode 38 und/oder mindestens eine Leiterbahn aus der ersten Elektrodenschicht 36 herausstrukturiert sein. Auf eine die strukturierte erste Elektrodenschicht 36 zumindest teilweise abdeckende erste Opferschicht 40, speziell eine Siliziumdioxidschicht 40, kann eine zweite Elektrodenschicht 42 abgeschieden sein, aus welcher die mindestens eine Aktor- bzw. Sensierelektrode 20 und evtl. auch mindestens eine Referenzelektrode 44 herausstrukturiert sind. Auch die zweite Elektrodenschicht 42 kann eine Polysiliziumschicht 42 sein. Über eine die zweite Elektrodenschicht 42 zumindest teilweise abdeckende zweite Opferschicht 46, z.B. eine Siliziumdioxidschicht 46, kann die erste Halbleiterschicht 26a, abgeschieden sein. Zwischen der ersten Halbleiterschicht 26a und der zweiten Halbleiterschicht 26b und/oder zwischen der zweiten Halbleiterschicht 26b und der dritten Halbleiterschicht 26c kann zumindest eine weitere Opferschicht 48, speziell zumindest eine weitere Siliziumdioxidschicht 48, gebildet sein. (Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist nur die eine Opferschicht 48 in 1 eingezeichnet.) Nach einem zumindest bereichsweisen Entfernen der Opferschichten 40, 46 und 48 zum Freilegen des Messvolumens 16 und des Referenzvolumens 18 ist die Membran 10 als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck p und dem Referenzdruck p0 so verwölbbar, dass die gewünschten Druckmessungen mittels des mikromechanischen Bauteils ausgeführt werden können.For example, the micromechanical component of the 1 a substrate 32 in which a substrate surface 32a is at least partially covered with at least one insulating layer 34a and 34b. The substrate 32 can in particular be a silicon substrate 32. The at least one insulating layer 34a and 34b can be, for example, a silicon dioxide layer 34a and/or a silicon-rich silicon nitride layer 34b. A first electrode layer 36, such as a polysilicon layer 36, is deposited on the at least one insulating layer 34a and 34b, from which at least the at least one stator electrode 22 is structured. Optionally, at least one reference counter electrode 38 and/or at least one conductor track can also be structured from the first electrode layer 36. A second electrode layer 42 can be deposited on a first sacrificial layer 40, specifically a silicon dioxide layer 40, which at least partially covers the structured first electrode layer 36, from which second electrode layer 42 the at least one actuator or sensing electrode 20 and possibly also at least one reference electrode 44 are structured. The second electrode layer 42 can also be a polysilicon layer 42. The first semiconductor layer 26a can be deposited over a second sacrificial layer 46, e.g., a silicon dioxide layer 46, which at least partially covers the second electrode layer 42. At least one further sacrificial layer 48, specifically at least one further silicon dioxide layer 48, can be formed between the first semiconductor layer 26a and the second semiconductor layer 26b and/or between the second semiconductor layer 26b and the third semiconductor layer 26c. (For the sake of clarity, only one sacrificial layer 48 is shown in 1 After at least partial removal of the sacrificial layers 40, 46 and 48 to expose the measuring volume 16 and the reference volume 18, the membrane 10 can be warped in response to the pressure difference between the pressure p and the reference pressure p 0 so that that the desired pressure measurements can be carried out using the micromechanical component.

Wie in 1 erkennbar ist, kann die dritte Halbleiterschicht 26c auch zum Abscheiden weiterer Schichten, wie z.B. mindestens einer isolierenden Schicht 50 und/oder mindestens einer passivierenden Schicht 52a und 52b und/oder zum Fixieren mindestens einer leitfähigen Schicht 54 genutzt sein.As in 1 As can be seen, the third semiconductor layer 26c can also be used to deposit further layers, such as at least one insulating layer 50 and/or at least one passivating layer 52a and 52b and/or to fix at least one conductive layer 54.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the micromechanical component.

Das in 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil unterscheidet sich von der zuvor erläuterten Ausführungsform lediglich in der Positionierung seiner mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14. Wie in 2 erkennbar ist, können auch mehrere Luft- und/oder Mediumzugangsöffnungen 14 durch die Verkappungsstruktur 12 strukturiert werden. Beispielhaft liegen die Luft- und/oder Mediumzugangsöffnungen 14 bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 an einem Randbereich der Verkappungsstruktur 12, welcher von den stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 freigehalten ist, jedoch von dem mindestens einen Verankerungsbereich 30 umgeben ist. Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 2 und ihrer Vorteile wird auf die oben erläuterte Ausführungsform verwiesen.The 2 The schematically illustrated micromechanical component differs from the previously explained embodiment only in the positioning of its at least one air and/or medium access opening 14. As in 2 As can be seen, several air and/or medium access openings 14 can also be structured by the capping structure 12. For example, the air and/or medium access openings 14 are located in the micromechanical component of the 2 at an edge region of the capping structure 12, which is kept free from the web-shaped stiffening structures 24, but is surrounded by the at least one anchoring region 30. Regarding further features and properties of the micromechanical component of the 2 and its advantages, reference is made to the embodiment explained above.

Bei allen oben erläuterten mikromechanischen Bauteilen kann der Abstand zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen 24 insbesondere in einem Bereich zwischen 100 nm und 1000 nm liegen. Auch dies trägt zur Steigerung einer Robustheit des jeweiligen mikromechanischen Bauteils bei.In all of the micromechanical components explained above, the distance between two adjacent stiffening structures 24 can, in particular, be in a range between 100 nm and 1000 nm. This also contributes to increasing the robustness of the respective micromechanical component.

3A bis 3F zeigen schematische Darstellungen von Querschnitten durch Zwischenprodukte zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 3A to 3F show schematic representations of cross sections through intermediate products to explain an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.

Das im Weiteren beschriebene Herstellungsverfahren kann zum Produzieren einer Vielzahl verschiedener Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung verwendet werden. Beispielsweise können, wie in den 3A bis 3F bildlich wiedergegeben, die im Weiteren erläuterten Verfahrensschritte ausgeführt werden, um die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile herzustellen (wobei die Bildebene der 3A bis 3F senkrecht zur Bildebene der 1 und 2 liegt). Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens nicht auf das Produzieren eines der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile beschränkt ist.The manufacturing method described below can be used to produce a variety of different sensor, microphone and/or microspeaker devices. For example, as shown in the 3A to 3F illustrated, the process steps explained below are carried out to produce the micromechanical components described above (where the image plane of the 3A to 3F perpendicular to the image plane of the 1 and 2 However, it should be noted that the feasibility of the manufacturing process is not limited to the production of one of the micromechanical components explained above.

Mittels der im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte wird eine Verkappungsstruktur 12 derart benachbart zu einer sensitiven Fläche 10a des späteren mikromechanischen Bauteils angeordnet, dass eine Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12, welche zu der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils ausgerichtet wird, die sensitive Fläche 10a zumindest teilweise überspannt. Außerdem wird die Verkappungsstruktur 12 mit mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 ausgebildet, welche an der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 hervorstehen und parallel zueinander ausgerichtet werden. Vorteilhafterweise werden die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 mittels des hier beschriebenen Verfahrens auch mit einem Abstand d24 zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen 24 in einem Bereich zwischen 50 nm (Nanometer) und 1500 nm (Nanometer) ausgebildet.By means of the method steps described below, a capping structure 12 is arranged adjacent to a sensitive surface 10a of the subsequent micromechanical component such that an inner side 12a of the capping structure 12, which is aligned with the sensitive surface 10a of the micromechanical component, at least partially spans the sensitive surface 10a. Furthermore, the capping structure 12 is formed with at least two web-shaped stiffening structures 24, which protrude from the inner side 12a of the capping structure 12 and are aligned parallel to one another. Advantageously, the at least two web-shaped stiffening structures 24 are also formed by means of the method described here with a distance d 24 between two adjacent stiffening structures 24 in a range between 50 nm (nanometers) and 1500 nm (nanometers).

Lediglich beispielhaft wird die mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens gebildete Verkappungsstruktur 12 an einer ersten Halbleiterschicht 26a angeordnet, aus welcher eine verwölbbare Membran 10 mit der sensitiven Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils als Membranoberfläche 10a geformt ist. Die erste Halbleiterschicht 26a kann beispielsweise eine Polysiliziumschicht 26a sein. Die Ausführbarkeit der im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte ist jedoch nicht auf eine als Membranoberfläche 10a einer verwölbbaren Membran 10 ausgebildete sensitive Fläche 10 limitiert.For example only, the encapsulation structure 12 formed by the manufacturing method described here is arranged on a first semiconductor layer 26a, from which a warpable membrane 10 is formed with the sensitive area 10a of the micromechanical component as the membrane surface 10a. The first semiconductor layer 26a can, for example, be a polysilicon layer 26a. However, the feasibility of the method steps described below is not limited to a sensitive area 10 formed as the membrane surface 10a of a warpable membrane 10.

Zum Anordnen der Verkappungsstruktur 12 benachbart zu der sensitiven Fläche 10a wird die sensitive Fläche 10a des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise mit zumindest einer ersten Opferschicht 48, vorzugsweise einer Siliziumdioxidschicht 48, abgedeckt. Zum späteren Verankern der Verkappungsstruktur 12 an der ersten Halbleiterschicht 26a wird vor einem Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht 26b, aus welcher zumindest die mindestens zwei an der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 hervorstehenden stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 geformt werden, mindestens eine Teiloberfläche 30a der ersten Halbleiterschicht 26a von zumindest der ersten Opferschicht 48 freigelegt. Die mindestens eine Teiloberfläche 30a kann an einer jeweiligen Position mindestens eines späteren Verankerungsbereichs 30 der Verkappungsstruktur 12 liegen. 3A zeigt das Zwischenprodukt.To arrange the encapsulation structure 12 adjacent to the sensitive area 10a, the sensitive area 10a of the micromechanical component is at least partially covered with at least one first sacrificial layer 48, preferably a silicon dioxide layer 48. For later anchoring the encapsulation structure 12 to the first semiconductor layer 26a, at least one partial surface 30a of the first semiconductor layer 26a is exposed from at least the first sacrificial layer 48 before deposition of a second semiconductor layer 26b, from which at least the at least two web-shaped stiffening structures 24 protruding on the inner side 12a of the encapsulation structure 12 are formed. The at least one partial surface 30a can be located at a respective position of at least one later anchoring region 30 of the encapsulation structure 12. 3A shows the intermediate product.

Danach wird die zweite Halbleiterschicht 26b auf der zumindest einen ersten Opferschicht 48 abgeschieden. Die zweite Halbleiterschicht 26b ist vorzugsweise eine Polysiliziumschicht 26b. Anschließend werden zumindest die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 aus der zweiten Halbleiterschicht 26b herausstrukturiert. Dies geschieht zumindest durch Strukturieren von mindestens einem zwischen zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen 24 liegenden Graben 60 durch die zweite Halbleiterschicht 26b. Zum Strukturieren des mindestens einen Grabens 60 kann ein anisotroper Ätzschritts unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Ätzmaske ausgeführt werden. Der mindestens eine Graben 60 wird mit einer parallel zu der sensitiven Fläche 10a ausgerichteten Grabenweite d60 ausgebildet, welche dem jeweiligen Abstand d24 zwischen den zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen 24 entspricht. Insbesondere kann die Grabenweite d60 des mindestens einen Grabens 60 so gewählt werden, dass die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 mit dem Abstand d24 zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen 24 in einem Bereich zwischen 100 nm (Nanometer) und 1000 nm (Nanometer) ausgebildet werden. Das Zwischenprodukt ist in 3B wiedergegeben.Thereafter, the second semiconductor layer 26b is deposited on the at least one first sacrificial layer 48. The second semiconductor layer 26b is preferably a polysilicon layer 26b. Subsequently, at least the at least two web-shaped stiffening structures 24 are structured out of the second semiconductor layer 26b. This occurs at least by structuring at least one trench 60 located between two later adjacent stiffening structures 24 through the second semiconductor layer 26b. To structure the at least one trench 60, an anisotropic etching step can be carried out using an etching mask (not shown). The at least one trench 60 is formed with a trench width d 60 aligned parallel to the sensitive area 10a, which corresponds to the respective distance d 24 between the two later adjacent stiffening structures 24. In particular, the trench width d 60 of the at least one trench 60 can be selected such that the at least two web-shaped stiffening structures 24 are formed with the distance d 24 between two adjacent stiffening structures 24 in a range between 100 nm (nanometers) and 1000 nm (nanometers). The intermediate product is in 3B reproduced.

Wie in 3Ca und 3Cb erkennbar ist, wird nach dem Strukturieren des mindestens einen Grabens 60 durch die zweite Halbleiterschicht 26b eine zweite Opferschicht 62, vorzugsweise eine Siliziumdioxidschicht 62, auf der zweiten Halbleiterschicht 26b abgeschieden, wodurch der mindestens eine Graben 60 zumindest teilweise mit dem Opferschichtmaterial der zweiten Opferschicht 62 gefüllt wird. Mittels eines vergrößerten Teilbereichs 64 der 3Ca ist in 3Cb gezeigt, dass beim Abscheiden der zweiten Opferschicht 62 jeweils ein Hohlraum 66 in dem mindestens einen Graben 60 eingeschlossen wird. Auf die Vorteile des mindestens einen eingeschlossenen Hohlraums 66 wird unten noch eingegangen.As in 3Ca and 3Cb As can be seen, after structuring the at least one trench 60 through the second semiconductor layer 26b, a second sacrificial layer 62, preferably a silicon dioxide layer 62, is deposited on the second semiconductor layer 26b, whereby the at least one trench 60 is at least partially filled with the sacrificial layer material of the second sacrificial layer 62. By means of an enlarged partial region 64 of the 3Ca is in 3Cb It is shown that during the deposition of the second sacrificial layer 62, a cavity 66 is enclosed in the at least one trench 60. The advantages of the at least one enclosed cavity 66 will be discussed below.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird auch ein Verankerungsbereichs 28 der Verkappungsstruktur 12, an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 verankert werden, gebildet. Dazu wird zuerst zumindest je eine Teiloberfläche 68 jeder der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24 von der zweiten Opferschicht 62 freigelegt. Das auf diese Weise gebildete Zwischenprodukt ist in 3D gezeigt.In the embodiment described here, an anchoring region 28 of the capping structure 12, to which the at least two web-shaped stiffening structures 24 are anchored, is also formed. For this purpose, at least one partial surface 68 of each of the at least two web-shaped stiffening structures 24 is first exposed from the second sacrificial layer 62. The intermediate product formed in this way is 3D shown.

3E zeigt das Zwischenprodukt nach einem Abscheiden einer dritten Halbleiterschicht 26c auf der zweiten Opferschicht 62 (und entsprechend auf den freigelegten Teiloberflächen 68 der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen 24) und einem Strukturieren mindestens einer Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 durch zumindest die dritte Halbleiterschicht 26c. Auch die dritte Halbleiterschicht 26c kann eine Polysiliziumschicht 26c sein. Zumindest der Verankerungsbereichs 28 der Verkappungsstruktur 12 wird auf diese Weise aus zumindest einem Teil der dritten Halbleiterschicht 26c gebildet. 3E shows the intermediate product after deposition of a third semiconductor layer 26c on the second sacrificial layer 62 (and correspondingly on the exposed partial surfaces 68 of the at least two web-shaped stiffening structures 24) and structuring of at least one air and/or medium access opening 14 through at least the third semiconductor layer 26c. The third semiconductor layer 26c can also be a polysilicon layer 26c. At least the anchoring region 28 of the encapsulation structure 12 is formed in this way from at least a portion of the third semiconductor layer 26c.

Die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 wird derart durch die spätere Verkappungsstruktur 12 strukturiert, dass sich die mindestens eine strukturierte Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 jeweils von der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 bis zu einer von der Innenseite 12a der Verkappungsstruktur 12 weg gerichteten Außenseite 12b der Verkappungsstruktur 12 erstreckt. Vorzugsweise wird mittels der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 ein Teil des Opferschichtmaterials der zweiten Opferschicht 62 freigelegt. Evtl. kann noch mindestens eine (zusätzlicher) Ätzzugang 70 zusammen mit der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 gebildet werden. Zum Strukturieren zumindest der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 kann ein weiterer anisotroper Ätzschritts unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Ätzmaske ausgeführt werden. Das Strukturieren zumindest der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 der Verkappungsstruktur 12 kann erst relativ spät im Herstellungsprozess des mikromechanischen Bauteils erfolgen, wenn alle Prozessschritte, bei welchen Partikel freigesetzt werden und/oder eine Flüssigkeit verspritzt wird, bereits abgeschlossen sind. Somit ist nicht zu befürchten, dass Partikel und/oder eine Flüssigkeit in die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 und evtl. später über die mindestens eine Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 in das nachfolgend gebildete Messvolumen 16 eindringen.The at least one air and/or medium access opening 14 is structured by the subsequent encapsulation structure 12 such that the at least one structured air and/or medium access opening 14 extends from the inner side 12a of the encapsulation structure 12 to an outer side 12b of the encapsulation structure 12 directed away from the inner side 12a of the encapsulation structure 12. Preferably, a portion of the sacrificial layer material of the second sacrificial layer 62 is exposed by means of the at least one air and/or medium access opening 14. Possibly, at least one (additional) etching access 70 can be formed together with the at least one air and/or medium access opening 14. To structure at least the at least one air and/or medium access opening 14, a further anisotropic etching step can be performed using an etching mask (not shown). The structuring of at least one air and/or medium access opening 14 of the encapsulation structure 12 can only take place relatively late in the manufacturing process of the micromechanical component, when all process steps in which particles are released and/or a liquid is sprayed have already been completed. Thus, there is no risk of particles and/or a liquid penetrating the at least one air and/or medium access opening 14 and possibly later penetrating the subsequently formed measurement volume 16 via the at least one air and/or medium access opening 14.

Nach dem Strukturieren der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 kann zum Entfernen zumindest eines Teils des Opferschichtmaterials der Opferschichten 48 und 62 aus dem Messvolumen 16 (und evtl. auch aus dem nicht skizzierten Referenzvolumen 18) ein Gasphasenätzprozess ausgeführt werden. Wie in 3F erkennbar ist, erleichtern und beschleunigen die Hohlräume 66 das zumindest teilweise Entfernen des Opferschichtmaterials der zumindest einen Opferschicht 48 und 62 aus dem Messvolumen 16. Damit sind unerwünschte Rückstände des Opferschichtmaterials in dem Messvolumen 16 verlässlich verhindert.After structuring the at least one air and/or medium access opening 14, a gas phase etching process can be carried out to remove at least a portion of the sacrificial layer material of the sacrificial layers 48 and 62 from the measurement volume 16 (and possibly also from the reference volume 18 not shown). As in 3F As can be seen, the cavities 66 facilitate and accelerate the at least partial removal of the sacrificial layer material of the at least one sacrificial layer 48 and 62 from the measuring volume 16. This reliably prevents undesired residues of the sacrificial layer material in the measuring volume 16.

In einem, in 3F nicht bildlich wiedergegebenen, Verfahrensschritt kann optionaler Weise noch mindestens ein hydrophobes Material, wie beispielsweise Fluorpolymer, an der mindestens einen Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 abgeschieden werden, wodurch ein unerwünschtes Eindringen von Flüssigkeiten in das Messvolumen 16 über die mindestens eine mit dem hydrophoben Material beschichtete Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung 14 zusätzlich verhindert werden kann. Sofern in dem Gasphasenätzprozess auch die (nicht dargestellte) Referenzkaverne 18 freigelegt wird, kann anschließend ein gewünschter Druckwert für den Referenzdruck p0 in der Referenzkaverne 18 eingestellt werden, bevor die Referenzkaverne 18 luft- und gasdicht abgedichtet wird.In one, in 3F In a method step not shown in the drawing, optionally at least one hydrophobic material, such as fluoropolymer, can be deposited on the at least one air and/or medium access opening 14, whereby an undesired penetration of liquids into the measuring volume 16 via the at least one opening provided with the hydrophobic material coated air and/or medium access opening 14 can be additionally prevented. If the reference cavity 18 (not shown) is also exposed in the gas phase etching process, a desired pressure value for the reference pressure p 0 can then be set in the reference cavity 18 before the reference cavity 18 is sealed airtight and gas-tight.

Obwohl die vorliegende Erfindung oben anhand von Drucksensoren erläutert ist, ist ihre Anwendbarkeit nicht auf diesen Sensortyp beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch für einen chemischen Nachweissensor genutzt werden, dessen sensitive Fläche 10a auf das Absorbieren eines Nachweisstoffes an der sensitiven Fläche 10a mit einer abfragbaren Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften reagiert.Although the present invention is explained above with reference to pressure sensors, its applicability is not limited to this type of sensor. For example, the present invention can also be used for a chemical detection sensor whose sensitive surface 10a reacts to the absorption of a detection substance at the sensitive surface 10a with a detectable change in its electrical properties.

Die vorliegende Erfindung kann für Smartphones, Tablets, Wearables, Hearables, Drohnen, Roboter, Spiele, Spielzeuge, Kalorienzählvorrichtungen, Bewegungskontrollvorrichtungen, Vorrichtungen zur Detektion eines freien Falles, Bewegungsnachweisvorrichtungen, Vorrichtungen zur Detektion in Ohren, Vorrichtungen zum Nachweis von Kopfbewegungen, Vorrichtungen zum Nachweis einer Luftqualität, Vorrichtungen zur Klimakontrolle, Vorrichtungen zur Detektion einer Bodenhöhe, Vorrichtungen zur Detektion einer Wasserhöhe, Vorrichtungen zur Versorgung von Senioren, zur Innenraumnavigation, Positionsverfolgung, Flugkontrolle und/oder zur Höhenstabilisierung eingesetzt werden.The present invention can be used for smartphones, tablets, wearables, hearables, drones, robots, games, toys, calorie counting devices, motion control devices, free fall detection devices, motion detection devices, ear detection devices, head movement detection devices, air quality detection devices, climate control devices, floor height detection devices, water level detection devices, senior care devices, indoor navigation, position tracking, flight control and/or altitude stabilization devices.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2020 201 576 A1 [0002]DE 10 2020 201 576 A1 [0002]

Claims (10)

Mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung mit: einer Verkappungsstruktur (12) mit einer zu einer sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils ausgerichteten Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12), welche die sensitive Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise überspannt, und mit mindestens einer durch die Verkappungsstruktur (12) strukturierten Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung (14), welche sich jeweils von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) bis zu einer von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) weg gerichteten Außenseite (12b) der Verkappungsstruktur (12) erstreckt; gekennzeichnet durch mindestens zwei an der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) hervorstehende stegförmige Versteifungsstrukturen (24), welche parallel zueinander ausgerichtet sind mit einem Abstand (d24) zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen (24) in einem Bereich zwischen 50 nm und 1500 nm.A micromechanical component for a sensor, microphone, and/or microspeaker device, comprising: a capping structure (12) with an inner side (12a) of the capping structure (12) aligned with a sensitive surface (10a) of the micromechanical component, which inner side (12a) at least partially spans the sensitive surface (10a) of the micromechanical component, and with at least one air and/or medium access opening (14) structured by the capping structure (12), which openings each extend from the inner side (12a) of the capping structure (12) to an outer side (12b) of the capping structure (12) directed away from the inner side (12a) of the capping structure (12); characterized by at least two web-shaped stiffening structures (24) projecting from the inner side (12a) of the capping structure (12), which are aligned parallel to one another with a distance (d 24 ) between two adjacent stiffening structures (24) in a range between 50 nm and 1500 nm. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei der Abstand (d24) zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen (24) in einem Bereich zwischen 100 nm und 1000 nm liegt.Micromechanical component according to Claim 1 , wherein the distance (d 24 ) between two adjacent stiffening structures (24) is in a range between 100 nm and 1000 nm. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jede der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) ihre senkrecht zu ihrer jeweiligen maximalen Länge ausgerichtete Breite definierbar ist und eine Höhe, um welche die Versteifungsstrukturen (24) an der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) hervorstehen, größer als eine Hälfte des arithmetischen Mittelwerts der Breiten der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) ist.Micromechanical component according to Claim 1 or 2 , wherein for each of the at least two web-shaped stiffening structures (24) its width oriented perpendicular to its respective maximum length is definable and a height by which the stiffening structures (24) protrude on the inner side (12a) of the capping structure (12) is greater than one half of the arithmetic mean of the widths of the at least two web-shaped stiffening structures (24). Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die sensitive Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils eine Membranoberfläche (10a) einer verwölbbaren Membran (10) ist.Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the sensitive surface (10a) of the micromechanical component is a membrane surface (10a) of a warpable membrane (10). Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 4, wobei die verwölbbare Membran (10) aus einer ersten Halbleiterschicht (26a) geformt ist, die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) aus einer zweiten Halbleiterschicht (26b) geformt sind und zumindest ein Verankerungsbereich (28) der Verkappungsstruktur (12), an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) verankert sind, aus einer dritten Halbleiterschicht (26c) geformt ist.Micromechanical component according to Claim 4 , wherein the warpable membrane (10) is formed from a first semiconductor layer (26a), the at least two web-shaped stiffening structures (24) are formed from a second semiconductor layer (26b) and at least one anchoring region (28) of the encapsulation structure (12), to which the at least two web-shaped stiffening structures (24) are anchored, is formed from a third semiconductor layer (26c). Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor-, Mikrofon- und/oder Mikrolautsprechervorrichtung mit den Schritten: Anordnen einer Verkappungsstruktur (12) derart benachbart zu einer sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils, dass eine Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12), welche zu der sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils ausgerichtet wird, die sensitive Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise überspannt; und Strukturieren mindestens einer Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung (14) derart durch die Verkappungsstruktur (12), dass sich die mindestens eine strukturierte Luft- und/oder Mediumzugangsöffnung (14) jeweils von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) bis zu einer von der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) weg gerichteten Außenseite (12b) der Verkappungsstruktur (12) erstreckt; gekennzeichnet durch den Schritt: Ausbilden mindestens zweier stegförmiger Versteifungsstrukturen (24), welche an der Innenseite (12a) der Verkappungsstruktur (12) hervorstehen und parallel zueinander ausgerichtet werden mit einem Abstand (d24) zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen (24) in einem Bereich zwischen 50 nm und 1500 nm.Manufacturing method for a micromechanical component for a sensor, microphone, and/or microspeaker device, comprising the steps of: arranging a capping structure (12) adjacent to a sensitive surface (10a) of the micromechanical component such that an inner side (12a) of the capping structure (12), which is aligned with the sensitive surface (10a) of the micromechanical component, at least partially spans the sensitive surface (10a) of the micromechanical component; and structuring at least one air and/or medium access opening (14) through the capping structure (12) such that the at least one structured air and/or medium access opening (14) extends from the inner side (12a) of the capping structure (12) to an outer side (12b) of the capping structure (12) directed away from the inner side (12a) of the capping structure (12); characterized by the step: forming at least two web-shaped stiffening structures (24) which protrude on the inner side (12a) of the capping structure (12) and are aligned parallel to one another with a distance (d 24 ) between two adjacent stiffening structures (24) in a range between 50 nm and 1500 nm. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) mit dem Abstand (d24) zwischen zwei benachbarten Versteifungsstrukturen (24) in einem Bereich zwischen 100 nm und 1000 nm ausgebildet werden.Manufacturing process according to Claim 6 , wherein the at least two web-shaped stiffening structures (24) are formed with the distance (d 24 ) between two adjacent stiffening structures (24) in a range between 100 nm and 1000 nm. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei zum Anordnen der Verkappungsstruktur (12) benachbart zu der sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils und zum Ausbilden der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: Abdecken der sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils zumindest teilweise mit zumindest einer ersten Opferschicht (48); Abscheiden einer Halbleiterschicht (26b) auf der zumindest einen ersten Opferschicht (48); Herausstrukturieren zumindest der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) aus der Halbleiterschicht (26b) zumindest durch Strukturieren von mindestens einem zwischen zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen (24) liegenden Graben (60) durch die Halbleiterschicht (26b) mit einer parallel zu der sensitiven Fläche (10a) ausgerichteten Grabenweite (d60), welche dem jeweiligen Abstand (d24) zwischen den zwei späteren benachbarten Versteifungsstrukturen (24) entspricht; Abscheiden einer zweiten Opferschicht (62) auf der Halbleiterschicht (26b), wodurch der mindestens eine Graben (60) zumindest teilweise mit dem Opferschichtmaterial der zweiten Opferschicht (62) gefüllt wird; und Bilden zumindest eines Verankerungsbereichs (28) der Verkappungsstruktur (12), an welchem die mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) verankert werden, durch Freilegen zumindest je einer Teiloberfläche jeder der mindestens zwei stegförmigen Versteifungsstrukturen (24) von der zweiten Opferschicht (62) und Abscheiden einer weiteren Halbleiterschicht (26c) auf der zweiten Opferschicht (62).Manufacturing process according to Claim 6 or 7 , wherein the following substeps are carried out to arrange the encapsulation structure (12) adjacent to the sensitive area (10a) of the micromechanical component and to form the at least two web-shaped stiffening structures (24): covering the sensitive area (10a) of the micromechanical component at least partially with at least one first sacrificial layer (48); depositing a semiconductor layer (26b) on the at least one first sacrificial layer (48); structuring at least the at least two web-shaped stiffening structures (24) out of the semiconductor layer (26b) at least by structuring at least one trench (60) lying between two later adjacent stiffening structures (24) through the semiconductor layer (26b) with a trench width (d 60 ) aligned parallel to the sensitive area (10a), which corresponds to the respective distance (d 24 ) between the two later adjacent stiffening structures (24); Depositing a second sacrificial layer (62) on the semiconductor layer (26b), whereby the at least a trench (60) is at least partially filled with the sacrificial layer material of the second sacrificial layer (62); and forming at least one anchoring region (28) of the encapsulation structure (12), to which the at least two web-shaped stiffening structures (24) are anchored, by exposing at least one partial surface of each of the at least two web-shaped stiffening structures (24) from the second sacrificial layer (62) and depositing a further semiconductor layer (26c) on the second sacrificial layer (62). Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei beim Abscheiden der zweiten Opferschicht (62) jeweils ein Hohlraum (66) in dem mindestens einen Graben (60) eingeschlossen wird.Manufacturing process according to Claim 8 , wherein during the deposition of the second sacrificial layer (62) a cavity (66) is enclosed in the at least one trench (60). Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verkappungsstruktur (12) an einer weiteren Halbleiterschicht (26a), aus welcher eine verwölbbare Membran (10) mit der sensitiven Fläche (10a) des mikromechanischen Bauteils als Membranoberfläche (10a) geformt ist, verankert wird, indem vor dem Abscheiden der Halbleiterschicht (26b) mindestens eine Teiloberfläche (30a) der weiteren Halbleiterschicht (26a) von zumindest der ersten Opferschicht (48) freigelegt wird.Manufacturing process according to Claim 8 or 9 , wherein the capping structure (12) is anchored to a further semiconductor layer (26a), from which a warpable membrane (10) with the sensitive area (10a) of the micromechanical component as the membrane surface (10a) is formed, by exposing at least a partial surface (30a) of the further semiconductor layer (26a) from at least the first sacrificial layer (48) before the deposition of the semiconductor layer (26b).
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