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DE60313715T2 - Herstellungsverfahren für flexible MEMS-Wandler - Google Patents

Herstellungsverfahren für flexible MEMS-Wandler Download PDF

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DE60313715T2
DE60313715T2 DE60313715T DE60313715T DE60313715T2 DE 60313715 T2 DE60313715 T2 DE 60313715T2 DE 60313715 T DE60313715 T DE 60313715T DE 60313715 T DE60313715 T DE 60313715T DE 60313715 T2 DE60313715 T2 DE 60313715T2
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lower electrode
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DE60313715T
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DE60313715D1 (de
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Yun-woo 807-1403 Yongin-city Nam
Suk-han 517-702 Yongin-city Lee
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Publication of DE60313715T2 publication Critical patent/DE60313715T2/de
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische System-(MEMS)-Struktur. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen MEMS-Wandler, der aus einem flexiblen Substrat ausgebildet ist, ein Herstellungsverfahren desselben, sowie ein flexibles, drahtloses MEMS-Mikrofon, das den MEMS-Wandler enthält.
  • Auf Grund des steigenden Bedarfs an sehr kleinen Vorrichtungen wird Halbleiterverarbeitungstechnologie zum Integrieren von Mikrovorrichtungen eingesetzt. Das Gebiet mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) ist ein Gebiet, auf dem Miniatursensoren und Miniaturauslöser, deren Größe im Bereich von Mikrometern (μm) liegt, sowie elektromechanische Strukturen hergestellt und getestet werden, wobei Mikrobearbeitungstechnologie benutzt wird, die auf die Halbleiterverarbeitung und insbesondere die integrierte Schaltkreistechnologie angewandt wird.
  • Die Mikrobearbeitungstechnologie, die für MEMS eingesetzt wird, ist grob in zwei Kategorien unterteilt. Die erste Mikrobearbeitungskategorie ist die Volumenmikrobearbeitung durch Volumensiliziumätzen. Die zweite Mikrobearbeitungskategorie ist die Oberflächenmikrobearbeitung durch Auftragen einer Schicht aus polykristallinem Silizium, Siliziumnitrid und Siliziumoxid auf Silizium, und durch Ätzen der aufgetragenen Schicht gemäß einem vorbestimmten Muster, um eine Struktur herauszubilden. Beispielsweise wird die Ausbildung eines ultrakleinen Mikrofons, das mittels eines MEMS-Verfahrens hergestellt wird, mit Hilfe eines Membranwandlers erreicht, der anhand der Volumenmikrobearbeitungstechnologie ausgebildet wird.
  • 1 zeigt eine Querschnittansicht eines üblichen MEMS-Wandlers. Wie in 1 gezeigt, weist der übliche MEMS-Wandler eine Membranschicht aus Siliziumnitrid, eine SiO2-Schicht, die mit Hilfe eines chemischen Gasphasenabscheide-(Chemical Vapor Deposition – CVD)-Verfahrens aufgebracht wurde, einen Piezofilm aus Zinkoxid (ZnO), und eine obere Elektrode und eine untere Elektrode auf einem Siliziumwafer (Si) auf. Bei dem CVD-Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Siliziumnitridschicht und einer Siliziumoxidschicht auf dem Wafer handelt es sich um ein Hochtemperaturverfahren, bei dem eine Prozeßtemperatur von etwa 780 °C bis 850 °C benötigt wird. Es ist deshalb unmöglich, ein anderes Material als den Siliziumwafer als das flexible polymerische Material für das Substrat zu benutzen.
  • Im Zuge der Entwicklung der Informationsübertragungsbranche steigt jedoch in gleichem Maße die Nachfrage nach in der Hand oder am Körper tragbaren Informationsendgeräten an. Diese Nachfragesteigerung ergibt sich zum Teil daraus, dass Anwendungen wie z.B. Informationsendgeräte auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden, wie z.B. für medizinische Dienstleistungen, den Unterhaltungsbereich, das Militär und die Informationsübertragung. Damit diese Informationsendgeräte in praktischer Weise verwendbar sind, müssen die Komponenten dieser Endgeräte in Bezug auf Mobilität und Tragbarkeit hervorragende Eigenschaften aufweisen. Insbesondere zum Realisieren eines am Körper tragbaren Systems ist eine flexible Systemstruktur entscheidend. Deshalb wird eine Technologie benötigt, die eine funktionale Struktur und andere elektrische Bauteile gemeinsam auf einem flexiblen Substrat integriert.
  • Als flexibles Substrat werden dünne metallische Filme oder polymerische Materialien benutzt. Polymerische Materialien sind besser zur Benutzung in einem elektronischen System geeignet. Polymerische Materialien weisen jedoch einen niedrigen Schmelzpunkt im Bereich von 500 °C oder darunter auf. Wenn also polymerische Materialien einem Verfahren zum Ausbilden eines dünnen Films bei hoher Temperatur unterzogen werden, werden die polymerischen Materialien geschädigt. Deshalb sind polymerische Materialien nicht für den Einsatz als Substrate, z.B. als Wafer, in einem Verfahren zum Herstellen von MEMS geeignet, bei dem eine Prozeßtemperatur benötigt wird, die höher ist als der Schmelzpunkt der polymerischen Materialien. In der Praxis werden Silizium-MEMS und Halbleiter, die breiten Einsatz finden und in Bezug auf Leistung und Integrationsgrad ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, allgemein in Verfahren hergestellt, zu denen auch ein Hochtemperaturverfahren bei wenigstens 500 °C zählt. Deshalb kann das Substrat aus hochmolekularem (polymerischem) Material, das für eine flexible Systemstruktur benötigt wird, nicht eingesetzt werden.
  • Insbesondere wird eine übliche MEMS-Struktur ausgebildet, indem durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ein dünner Film auf einem Substrat aufgebracht wird, gefolgt von einem Ätzverfahren. Da jedoch eine sehr hohe Temperatur nötig ist, um einen hoch einsatzfähigen dünnen Film durch CVD auszubilden, kann kein Substrat mit einem niedrigen Schmelzpunkt benutzt werden, wie z.B. Polymer, Glas usw.
  • Um derartige Probleme zu überwinden, erzeugt, wie in 2 gezeigt, ein übliches Verfahren eine flexible Vorrichtung, indem unter Verwendung eines MEMS-Prozesses eine Meßvorrichtung 30 auf einem Siliziumsubstrat 10 erzeugt wird, wobei von einer Rückseite des Siliziumsubstrats 10 aus ein Schnitt zwischen Siliziuminseln vorgenommen wird, und dann ein Polymer 11 aufgebracht wird. Dieses Verfahren weist allerdings Nachteile auf, indem der übliche Silizium-MEMS-Prozeß mit einem Hochtemperaturprozeß angewandt wird, und zusätzlich in einem letzten Schritt ein Polymerprozeß durchgeführt wird, was die Komplexität und die Kosten des gesamten Herstellungsprozesses erhöht.
  • US-Patentschrift 5,789,264 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines dünnfilmgesteuerten Spiegels. Das Verfahren umfaßt, dass aufeinander folgend eine Opferschicht, eine elastische Schicht, eine untere Elektrodenschicht, eine elektrodisplazive Schicht und eine obere Elektrodenschicht auf einem Substrat aufgebracht werden. Die elastische Schicht, die untere Elektrodenschicht, die elektrodisplazive Schicht und die obere Elektrodenschicht werden dann strukturiert, und die Opferschicht wird geätzt, um die Auslöserstruktur auszubilden.
  • US-Patentschrift 6,289,564 offenbart einen piezoelektrischen Mikroauslöser für ein Plattenlaufwerk. Der Mikroauslöser umfaßt mehrere Schichten, die eine Brücke über einen Schieber und einen Kopf bilden, welche durch eine Lücke getrennt sind. Die obere Schicht ist eine Verkapselungsschicht. Die Verkapselungsschicht deckt nur die unmittelbar darunter liegende Schicht ab, bei der es sich um eine Elektrodenschicht handelt.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen MEMS-Wandlers bereitgestellt, umfassend: Ausbilden einer Opferschicht auf einem flexiblen Substrat; aufeinander folgendes Aufbringen einer Membranschicht und einer unteren Elektrodenschicht durch plasmagestützte chemische Abscheidung, einer aktiven Schicht durch Rotationsbeschichtung oder Aufdampfen, und einer oberen Elektrodenschicht durch plasmagestützte chemische Abscheidung auf der Opferschicht; aufeinander folgendes Strukturieren der oberen Elektrodenschicht, der aktiven Schicht, und der unteren Elektrodenschicht; Aufbringen einer oberen Schutzschicht, um die obere Elektrodenschicht, die untere Elektrodenschicht und die aktive Schicht abzudecken; Strukturieren der oberen Schutzschicht, um die untere Elektrodenschicht und die obere Elektrodenschicht freizulegen, und anschließend Aufbringen einer Verbindungspolsterschicht und Strukturieren der Verbindungspolsterschicht, um ein erstes Verbindungspolster auszubilden, das mit der unteren Elektrodenschicht zu verbinden ist, und ein zweites Verbindungspolster, das mit der oberen Elektrodenschicht zu verbinden ist; und Strukturieren der Membranschicht, um die Opferschicht freizulegen, und Entfernen der Opferschicht, wobei die aktive Schicht während des Entfernens der Opferschicht von der oberen Schutzschicht geschützt wird.
  • Sodann kann ein Mikrofon hergestellt werden, das die Eigenschaften Weichheit, Flexibilität und Faltbarkeit aufweist, indem unter Verwendung eines plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidungs-(plasma enhanced chemical vapor deposition – PECVD)-Prozesses eine MEMS-Wandlerstruktur auf einem flexiblen Polymersubstrat ausgebildet wird.
  • Es wird bevorzugt, dass das Substrat aus einem flexiblen, hochmolekularen Material wie z.B. Polyimid ausgebildet wird, oder aus Polymer oder dünnem metallischem Film ausgebildet wird.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren zum Herstellen eines flexiblen MEMS-Wandlers ferner das Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen von entweder Siliziumnitrid oder Siliziumoxid auf dem flexiblen Substrat auf, bevor die Opferschicht auf dem flexiblen Substrat aufgebracht wird.
  • Vorzugsweise wird das Ausbilden der Opferschicht durchgeführt, indem eine Polyimidschicht auf dem Substrat aufgebracht wird, und die aufgebrachte Polyimidschicht gemäß einer Konfigurierung der Membranschicht entweder durch Naßätzen oder Trockenätzen strukturiert wird.
  • Vorzugsweise wird die Membranschicht ausgebildet, indem Siliziumnitrid in einer Dicke von weniger als etwa 5 μm pro PECVD aufgebracht wird.
  • Vorzugsweise werden die obere Elektrodenschicht und die untere Elektrodenschicht aus einem Material ausgebildet, das aus der Gruppe ausgebildet wird, die aus Metallen und elektrisch leitfähigen Polymeren besteht, und das eine Dicke zwischen etwa 0,01 μm und 5 μm aufweist. Vorzugsweise werden das erste Verbindungspad und das zweite Verbindungspad aus einem Material ausgebildet, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallen und elektrisch leitfähigen Polymeren besteht.
  • Vorzugsweise wird die aktive Schicht ausgebildet, indem ein Piezopolymer wie z.B. PVDF, PVDF-TrEF, TrEF, Polyurea, Polyimid oder Nylon aufgebracht wird. Hier wird die aktive Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm ausgebildet, weist eine Länge zwischen etwa 50 μm und 1.000 μm auf, und weist eine Resonanzfrequenz von zwischen etwa 1 Hz und 100 kHz auf.
  • Vorzugsweise wird das Strukturieren der Membranschicht durch Trockenätzen durchgeführt, und das Strukturieren der aktiven Schicht wird entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen durchgeführt.
  • Vorzugsweise wird die obere Schutzschicht ausgebildet, indem mittels PECVD entweder Siliziumnitrid oder Siliziumoxid mit einer Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm aufgebracht werden. Vorzugsweise wird das Strukturieren der oberen Schutzschicht entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen durchgeführt.
  • Die genannten sowie weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird dem Fachmann deutlicher, indem bevorzugte Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben werden, wobei:
  • 1 eine Querschnittansicht eines üblichen MEMS-Wandlers zeigt;
  • 2 eine Querschnittansicht eines üblichen flexiblen MEMS-Sensors zeigt;
  • 3 eine Querschnittansicht eines Wandlers des Membrantyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 eine Querschnittansicht eines Wandlers des Auslegertyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 5A bis 5J Querschnittansichten von Stufen eines Herstellungsprozesses des Auslegerwandlers aus 4 zeigen.
  • Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, vollständiger beschrieben werden. Die Erfindung kann allerdings in unter schiedlicher Form verkörpert sein, und ist nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu verstehen. Vielmehr dienen diese Ausführungsformen der Gründlichkeit und Vollständigkeit der Offenbarung und vermitteln dem Fachmann den Umfang der Erfindung in höherem Maße. In den Figuren wurde die Dicke von Schichten und Regionen auf Grund der Anschaulichkeit übertrieben. Man wird auch verstehen, dass, wenn eine Schicht als „auf" einer anderen Schicht oder einem Substrat beschrieben wird, sie sich direkt auf der anderen Schicht oder dem Substrat befinden kann, oder auch andere, dazwischen liegende Schichten vorliegen können. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Elemente.
  • 3 zeigt eine Querschnittansicht eines flexiblen Wandlers des Membrantyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines flexiblen Wandlers des Auslegertyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 und 4 gezeigt, weist ein Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein flexibles Substrat 100 auf, auf dem durch plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheiden (PECVD) oder durch Zerstäuben entweder von Siliziumnitrid oder von Siliziumoxid eine untere Schutzschicht 110 ausgebildet wurde, sowie eine Wandlerstruktur mit einer Membranschicht 220, die durch PECVD ausgebildet wurde, welches bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wurde, einer unteren Elektrodenschicht 230, einer aktiven Schicht 240, die vorzugsweise eine aktive Piezopolymerschicht ist, einer oberen Elektrodenschicht 250 und Verbindungspads 271 und 272. Im Fall eines Wandlers des Membrantyps oder des Auslegertyps wird auf dem Substrat 100 eine Opferschicht ausgebildet, die Membranschicht 220 wird auf der Opferschicht aufgebracht, und dann wird die Opferschicht durch ein Ätzmittel entfernt, um auf der Membranschicht 220 einen erhöhten Teil auszubilden. Insbesondere wird im Fall eines Wandlers des Auslegertyps das Entfernen der Opferschicht durchgeführt, indem die Opferschicht von einer offenen Seite aus entfernt wird, und im Fall eines Wandlers des Membrantyps wird das Entfernen durchgeführt, indem an dem erhöhten Teil der Membranschicht 220 durch Ätzen vorbestimmte Durchgangsbohrungen ausgebildet werden, und durch die Durchgangsbohrungen ein Ätzmittel injiziert wird.
  • 5A bis 5J zeigen in Folge die Stufen eines Prozesses zum Herstellen des Wandlers des Auslegertyps gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der beispielhafte Wandler aus den Figuren ist vom Ausle gertyp, und ein beispielhafter Prozeß zum Herstellen eines Auslegerwandlers soll nun unter Bezugnahme auf 5A bis 5J erläutert werden.
  • Wie in 5A gezeigt, beginnt der Herstellungsprozeß des flexiblen Wandlers mit dem Auftragen einer unteren Schutzschicht 110 auf ein flexibles Substrat 100. Als Material für das Substrat 100 wird ein flexibles Material benutzt. Das flexible Material kann ein hochmolekulares (polymerisches) Material sein, wie z.B. Polymer oder Polyimid, oder ein dünner metallischer Film. Ein hochmolekulares Material ist bei der Benutzung in einem elektronischen System wie z.B. einem Mikrofon das bevorzugte Material. Die untere Schutzschicht 110 wird ausgebildet, indem Siliziumnitrid oder Siliziumoxid durch PECVD oder Zerstäuben aufgebracht wird. Vorzugsweise weist die untere Schutzschicht 110 eine Dicke von weniger als etwa 10 μm auf. Durch Benutzen von PECVD oder dem Zerstäubungsprozeß ist es möglich, den Prozeß bei einer niedrigen Temperatur von etwa 400 °C oder weniger durchzuführen. Die untere Schutzschicht 110 dient dazu, das Substrat 100 zu schützen, und das Anhaften der Schichten zu unterstützen, die anschließend aufgebracht werden.
  • Wie in 5B gezeigt, wird auf dem flexiblen Substrat 100, auf dem die untere Schutzschicht 110 aufgebracht ist, eine Opferschicht 210 aufgebracht, die benutzt wird, um eine Membranschicht auszubilden, die mit einem erhöhten Teil versehen ist. Die Opferschicht 210 wird ausgebildet, indem ein Polyimid mit einer Dicke von weniger als etwa 10 μm aufgebracht wird, und dann das Polyimid gemäß einer gewünschten Konfigurierung der Membranschicht gemustert wird.
  • Bezug nehmend auf 5C wird auf der strukturierten Opferschicht 210 eine Membranschicht 220 aufgebracht. Die Membranschicht 220 wird ausgebildet, indem durch PECVD in einem Niedrigtemperaturprozeß Siliziumnitrid aufgebracht wird. Vorzugsweise weist die Membranschicht 220 eine Dicke von weniger als etwa 5 μm auf. Dann wird eine untere Elektrodenschicht 230 auf der Membranschicht 220 aufgebracht. Eine aktive Schicht 240 wird dann auf der Elektrodenschicht 230 aufgebracht. Die aktive Schicht 240 wird ausgebildet, indem ein Piezopolymer, wie z.B. PVDF, PVDF-TrEF, TrEF, Polyurea, Polyimid, Nylon oder Ähnliches durch Rotationsbeschichtung oder Aufdampfen aufgebracht wird. Vorzugsweise weist die aktive Schicht 240 eine Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm auf, und eine Länge zwischen etwa 50 μm und 1.000 μm. Vorzugsweise weist die aktive Schicht 240 eine Resonanzfrequenz von etwa 1 Hz bis 100 kHz auf. Sodann wird eine obere Elektrodenschicht 250 auf der aktiven Piezopolymerschicht 240 aufgebracht. Die untere Elektrodenschicht 230 und die obere Elektrodenschicht 250 werden ausgebildet, indem ein Metall, z.B. Aluminium, oder ein elektrisch leitfähiges Polymer aufgebracht wird. Vorzugsweise weisen die untere Elektrodenschicht 230 und die obere Elektrodenschicht 250 jeweils eine Dicke zwischen 0,01 μm und 5 μm auf.
  • In 5D werden die obere Elektrodenschicht 250 und die aktive Schicht 240 entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen strukturiert. In 5E wird die untere Elektrodenschicht 230 durch Naßätzen oder Trockenätzen strukturiert.
  • Als nächstes wird in 5F eine obere Schutzschicht 260 ausgebildet, so dass die aktive Piezopolymerschicht 240 während des Entfernens der Opferschicht 210 durch Ätzen geschützt ist. Die obere Schutzschicht 260 wird ausgebildet, indem Siliziumnitrid oder Siliziumoxid mit einer Dicke von etwa 1 μm bis 10 μm durch PECVD aufgebracht werden, um die untere und obere Elektrodenschicht 230 und 250 und die aktive Schicht 240 abzudecken. In 5G wird die obere Schutzschicht 260 entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen strukturiert.
  • Nach dem Ausbilden der oberen Schutzschicht 260 werden in 5H Verbindungspads 271 und 272 derart ausgebildet, dass sie jeweils mit der oberen Elektrodenschicht 250 bzw. der unteren Elektrodenschicht 230 elektrisch verbunden sind. Die Verbindungspads 271 und 272 werden ausgebildet, indem die obere Schutzschicht 260 an den Abschnitten, die mit der oberen bzw. unteren Elektrodenschicht 250 und 230 verbunden werden sollen, entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen strukturiert wird, und indem ein Metall, z.B. Aluminium, oder ein elektrisch leitfähiges Polymer darauf aufgebracht wird.
  • Schließlich wird, wie in 5I und 5J gezeigt, nach dem Strukturieren der Membranschicht 220 zwecks Freilegung der Opferschicht 210, die Opferschicht 210 mittels Trockenätzen entfernt, indem ein Ätzmittel injiziert wird, womit die Ausbildung des flexiblen MEMS-Wandlers des Auslegertyps abgeschlossen ist.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, unter Verwendung eines Niedrigtemperaturprozesses wie z.B. PECVD eine Wandlerstruktur 200 auf einem flexiblen Substrat 100, wie z.B. einem Polymer, auszubil den. Auf diese Weise wird bei der Wandlerstruktur 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Aufbringung dünner Schichten mit Hilfe von PECVD oder Zerstäuben anstelle von CVD durchgeführt, wofür ein Prozeß mit höheren Temperaturen von etwa 780 °C bis 850 °C nötig wäre. Der Grund für diesen Unterschied der benötigten Temperatur hängt mit der Energiequelle zusammen, die bei dem jeweiligen Prozeß benutzt wird. Genauer ausgedrückt, benutzt der PECVD-Prozeß Plasma als eine Energiequelle, die für eine Reaktion benötigt wird, während der übliche CVD-Prozeß Wärmeenergie benutzt. Bei PECVD kann deshalb die Wärmeenergie gesenkt werden, und die dünnen Schichten können bei einer niedrigen Temperatur ausgebildet werden. Insbesondere ist es möglich, dünne Schichten, welche die Wandlerstruktur 200 ausmachen, bei einer niedrigen Temperatur aufzubringen, und so die Benutzung eines flexiblen polymerischen Substrats 100 zu ermöglichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann also ein flexibles Mikrofon aus einem weichen Material hergestellt werden.
  • Da das Substrat 100, auf dem der flexible MEMS-Wandler ausgebildet ist, papierartige Eigenschaften aufweist, kann es gemäß einer gewünschten dreidimensionalen Struktur des Mikrofons geschnitten und gefaltet werden, um zum Einbauen in die gewünschte dreidimensionale Struktur eingebaut und montiert zu werden. Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung ein hoch flexibles Mikrofon bereit.
  • Insbesondere ist eine Mikrofonstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grund der Benutzung eines flexiblen polymerischen Substrats flexibel und faltbar. Deshalb ist es möglich, das Mikrofon in eine gewünschte dreidimensionale Struktur einzubauen, indem das Substrat, das mit anderen Elementen beschichtet ist, gemäß der gewünschten dreidimensionalen Struktur schneidet und faltet, und es in einem dreidimensionalen Mikrofon montiert.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein flexibles Polymer benutzt werden, da eine Wandlerstruktur mit Hilfe eines Niedrigtemperaturprozesses hergestellt werden kann. Es ist also möglich, ein flexibles Mikrofonsystem mit herausragenden Eigenschaften in Bezug auf den Integrationsgrad, die Mobilität, die Weichheit, die Flexibilität, die Faltbarkeit und die Tragbarkeit mit Hilfe eines einfachen Prozesses bei einer niedrigen Temperatur und zu reduzierten Kosten herzustellen.
  • Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Begriffe benutzt wurden, wurden diese in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn verwendet, und nicht zum Zweck der Beschränkung, und sind deshalb auch in diesem Sinne zu interpretieren.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Herstellen eines flexiblen MEMS-Wandlers, umfassend: Ausbilden einer Opferschicht (210) auf einem flexiblen Substrat (100); aufeinander folgendes Aufbringen einer Membranschicht (220) und einer unteren Elektrodenschicht (230) durch plasmagestützte chemische Abscheidung, einer aktiven Schicht (240) durch Rotationsbeschichtung oder Aufdampfen, und einer oberen Elektrodenschicht (250) durch plasmagestützte chemische Abscheidung auf der Opferschicht (210); aufeinander folgendes Strukturieren der oberen Elektrodenschicht (250), der aktiven Schicht (240) und der unteren Elektrodenschicht (230); Aufbringen einer oberen Schutzschicht (260), um die obere Elektrodenschicht (250), die untere Elektrodenschicht (230) und die aktive Schicht (240) abzudecken; Strukturieren der oberen Schutzschicht (260), um die untere Elektrodenschicht (230) und die obere Elektrodenschicht (250) freizulegen, und anschließend Aufbringen einer Verbindungspadschicht und Strukturieren der Verbindungspadschicht, um ein erstes Verbindungspad (272) auszubilden, das mit der unteren Elektrodenschicht (230) zu verbinden ist, und ein zweites Verbindungspad (271), das mit der oberen Elektrodenschicht (250) zu verbinden ist; und Strukturieren der Membranschicht (220), um die Opferschicht (210) freizulegen, und Entfernen der Opferschicht (210), wobei die aktive Schicht (240) während des Entfernens der Opferschicht (210) von der oberen Schutzschicht (260) geschützt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (100) aus einem flexiblen, hochmolekularen Material ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (100) aus einem Material ausgebildet wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polymer, Polyimid und dünnem metallischem Film besteht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: Ausbilden einer unteren Schutzschicht (110) durch Aufbringen von entweder Siliziumnitrid oder Siliziumoxid auf dem flexiblen Substrat (100), bevor die Opferschicht (210) auf dem flexiblen Substrat (100) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die untere Schutzschicht (110) entweder durch plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheiden oder durch Zerstäuben aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die untere Schutzschicht (110) bei einer Temperatur von weniger als 400 °C ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die untere Schutzschicht (110) eine Dicke von weniger als etwa 10 μm aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden der Opferschicht (210) durchgeführt wird, indem eine Polyimidschicht auf dem Substrat (100) aufgebracht wird, und die aufgebrachte Polyimidschicht entsprechend einer Konfigurierung der Membranschicht (220) entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen strukturiert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Opferschicht (210) mit einer Dicke von weniger als etwa 10 μm ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Membranschicht (220) aus Siliziumnitrid ausgebildet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Membranschicht (220) eine Dicke von weniger als 5 μm aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren der Membranschicht (220) durch Trockenätzen durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Elektrodenschicht (250) und die untere Elektrodenschicht (230) aus einem Material ausgebildet werden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallen und elektrisch leitfähigen Polymeren besteht.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Verbindungspad (272) und der zweite Verbindungspad (271) aus einem Material ausgebildet werden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallen und elektrisch leitfähigen Polymeren besteht.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die untere Elektrodenschicht (230) eine Dicke zwischen etwa 0,01 μm und 5 μm aufweist.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Elektrodenschicht (250) eine Dicke zwischen etwa 0,01 μm und 5 μm aufweist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (240) ausgebildet wird, indem ein Piezopolymer auf der unteren Elektrodenschicht (230) aufgebracht wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Piezopolymer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus PVDF, PVDF-TrEF, TrEF, Polyurea, Polyimid und Nylon besteht.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (240) in einer Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm ausgebildet wird.
  20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (240) eine Resonanzfrequenz zwischen etwa 1 Hz und 100 kHz aufweist.
  21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (240) eine Länge zwischen etwa 50 μm und 1.000 μm aufweist.
  22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren der aktiven Schicht (240) entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen durchgeführt wird.
  23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Schutzschicht (260) entweder aus Siliziumnitrid oder aus Siliziumoxid ausgebildet wird.
  24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Schutzschicht (260) eine Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm aufweist.
  25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Schutzschicht (260) durch plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung aufgebracht wird.
  26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren der oberen Schutzschicht (260) entweder durch Naßätzen oder durch Trockenätzen durchgeführt wird.
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