DE-102024210663-A1 - Mikroelektromechanisches Bauteil und Verfahren zum Fertigen eines Mikroelektromechanischen Bauteils

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroelektromechanisches MEMS-Bauteil (100) zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks und/oder eines Schalldrucks, mit einer parallelen Kapazitäts-Platten-Struktur (101), wobei die Kapazitäts-Platten-Struktur (101) eine statische Elektrode (103) und eine relativ zur statischen Elektrode (103) entlang einer Auslenkrichtung (D) auslenkbar gelagerte bewegliche Elektrode (105) umfasst, wobei die statische Elektrode (103) eine erste statische Elektrodenplatte (107) und eine zweite statische Elektrodenplatte (109) umfasst, wobei die bewegliche Elektrode (105) eine erste bewegliche Elektrodenplatte (111) und eine mit der erste beweglichen Elektrodenplatte (111) verbundene zweite bewegliche Elektrodenplatte (113) umfasst, wobei die erste statische Elektrodenplatte (107) und die zweite statische Elektrodenplatte (109) entlang der Auslenkrichtung (D) zueinander beabstandet sind, wobei durch die erste statische Elektrodenplatte (107) eine erste Funktionsschicht (F1) und durch die zweite statische Elektrodenplatte (109) eine zweite Funktionsschicht (F2) des MEMS-Bauteils (100) definiert sind, wobei die erste bewegliche Elektrodenplatte (111) in der zweiten Funktionsschicht (F2) angeordnet und der ersten statischen Elektrodenplatte (107) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite bewegliche Elektrodenplatte (113) in der ersten Funktionsschicht (F1) angeordnet und der zweiten statischen Elektrodenplatte (109) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei durch eine Auslenkung der bewegliche Elektrode (105) die ersten und zweiten beweglichen Elektrodenplatten (111, 113) gemeinsam aus den ersten und zweiten Funktionsschichten (F1, F2) auslenkbar sind.

Inventors

• Thomas Friedrich
• Hitesh Gowda Bettaswamy Gowda

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (16)

1. Mikroelektromechanisches MEMS-Bauteil (100) zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks und/oder eines Schalldrucks, mit einer parallelen Kapazitäts-Platten-Struktur (101), wobei die Kapazitäts-Platten-Struktur (101) eine statische Elektrode (103) und eine relativ zur statischen Elektrode (103) entlang einer Auslenkrichtung (D) auslenkbar gelagerte bewegliche Elektrode (105) umfasst, wobei die statische Elektrode (103) eine erste statische Elektrodenplatte (107) und eine zweite statische Elektrodenplatte (109) umfasst, wobei die bewegliche Elektrode (105) eine erste bewegliche Elektrodenplatte (111) und eine mit der erste beweglichen Elektrodenplatte (111) verbundene zweite bewegliche Elektrodenplatte (113) umfasst, wobei die erste statische Elektrodenplatte (107) und die zweite statische Elektrodenplatte (109) entlang der Auslenkrichtung (D) zueinander beabstandet sind, wobei durch die erste statische Elektrodenplatte (107) eine erste Funktionsschicht (F1) und durch die zweite statische Elektrodenplatte (109) eine zweite Funktionsschicht (F2) des MEMS-Bauteils (100) definiert sind, wobei die erste bewegliche Elektrodenplatte (111) in der zweiten Funktionsschicht (F2) angeordnet und der ersten statischen Elektrodenplatte (107) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite bewegliche Elektrodenplatte (113) in der ersten Funktionsschicht (F1) angeordnet und der zweiten statischen Elektrodenplatte (109) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei durch eine Auslenkung der bewegliche Elektrode (105) die ersten und zweiten beweglichen Elektrodenplatten (111, 113) gemeinsam aus den ersten und zweiten Funktionsschichten (F1, F2) auslenkbar sind.
2. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 1 , wobei das MEMS-Bauteil (100) für ein differentielles kapazitives Messverfahren eingerichtet ist.
3. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei bei einer Auslenkung der beweglichen Elektrode (105) relativ zur statischen Elektrode (103) ein erster Abstand (A1) zwischen der ersten statischen Elektrodenplatte (107) und der ersten beweglichen Elektrodenplatte (111) vergrößert oder verkleinert wird und ein zweiter Abstand (A2) zwischen der zweiten statischen Elektrodenplatte (109) und der zweiten beweglichen Elektrodenplatte (113) entgegengesetzt zum ersten Abstand (A1) verkleinert oder vergrößert wird.
4. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die bewegliche Elektrode (105) über eine Federstruktur (115) an der statischen Elektrode (103) auslenkbar gelagert ist.
5. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 4 , wobei das MEMS-Bauteil (100) eine Rahmenstruktur (117) aufweist, wobei die bewegliche Elektrode (105) über die Federstruktur (115) mit der Rahmenstruktur (117) verbunden ist.
6. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 4 oder 5 , wobei die zweite bewegliche Elektrodenplatte (113) über ein erstes Federelement (119) mit der ersten statischen Elektrodenplatte (107) verbunden ist, und wobei die erste bewegliche Elektrodenplatte (111) über ein zweites Federelement (121) mit der zweiten statischen Elektrodenplatte (109) verbunden ist.
7. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 4 bis 6 , wobei die Federstruktur (115) als eine erste Feder-Siliziumschicht (123) und eine zweite Feder-Siliziumschicht (125) ausgebildet ist, und wobei die erste Feder-Siliziumschicht (123) auf der ersten statischen Elektrodenplatte (107) und der zweiten beweglichen Elektrodenplatte (113) ausgebildet ist, und wobei die zweite Feder-Siliziumschicht (125) auf der zweiten statischen Elektrodenplatte (109) und der ersten beweglichen Elektrodenplatte (111) ausgebildet ist.
8. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 7 , wobei durch die ersten und zweiten Feder-Siliziumschichten (123, 125) ein Zwischenraum (127) zwischen der statischen Elektrode (103) und der beweglichen Elektrode (105) fluidtechnisch abgeschlossen ist.
9. MEMS-Bauteil (100) nach Anspruch 8 , wobei der Zwischenraum (127) zwischen der statischen Elektrode (103) und der beweglichen Elektrode (105) evakuiert ist.
10. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste statische Elektrodenplatte (107) und/oder die zweite statische Elektrodenplatte (109) Durchlassöffnungen (129) aufweisen.
11. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite statische Elektrodenplatte (109) über wenigstens ein Stegelement (131) statisch mit der Rahmenstruktur (117) des MEMS-Bauteils (100) verbunden.
12. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die statische Elektrode (103) eine Mehrzahl von ersten statischen Elektrodenplatten (107) und/oder zweiten statischen Elektrodenplatten (109) aufweist, wobei die ersten statischen Elektrodenplatten (107) jeweils in der ersten Funktionsschicht (F1) und die zweiten statischen Elektrodenplatten (109) in der zweiten Funktionsschicht (F2) angeordnet sind, wobei die bewegliche Elektrode (105) eine Mehrzahl von ersten beweglichen Elektrodenplatten (111) und/oder zweiten beweglichen Elektrodenplatten (113) aufweist, wobei die ersten beweglichen Elektrodenplatten (111) jeweils in der zweiten Funktionsschicht (F2) und die zweiten beweglichen Elektrodenplatten (113) in der ersten Funktionsschicht (F1) angeordnet sind.
13. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in der ersten Funktionsschicht (F1) entlang einer zur Auslenkrichtung (D) senkrechten Richtung (D1) abwechselnd erste statische Elektrodenplatten (107) und zweite bewegliche Elektrodenplatten (113) angeordnet sind, und wobei in der zweiten Funktionsschicht (F2) entlang der zur Auslenkrichtung (D) senkrechten Richtung (D2) abwechselnd zweite statische Elektrodenplatten (109) und erste bewegliche Elektrodenplatten (111) angeordnet sind.
14. MEMS-Bauteil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das MEMS-Bauteil (100) als ein kapazitiver Drucksensor oder ein kapazitives Mikrofon ausgebildet ist.
15. Verfahren zum Fertigen eines MEMS-Bauteils nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 14 , umfassend: Bereitstellen eines Substrats (133) mit einer Oxydschicht (135) und einer auf der Oxydschicht (135) ausgebildeten ersten Elektroden-Siliziumschicht (137); Ausführen von Siliziumätzen und Erzeugen wenigstens einer Lücke (139) in der ersten Elektroden-Siliziumschicht (137), wobei durch die Lücke (139) in der ersten Elektroden-Siliziumschicht (137) ein erstes Schichtelement (141) und ein zweites Schichtelement (143) generiert sind; Aufbringen einer ersten Feder-Siliziumschicht (123) auf die erste Elektroden-Siliziumschicht (137), wobei die erste Feder-Siliziumschicht (123) eine geringere Schichtdicke aufweist als die erste Elektroden-Siliziumschicht (137), und wobei die ersten und zweiten Schichtelemente (141, 143) der ersten Elektroden-Siliziumschicht (137) über die erste Feder-Siliziumschicht (123) miteinander verbunden sind; Aufbringen einer weiteren Oxydschicht (145) auf die erste Feder-Siliziumschicht (123); Ausführen von Oxydätzen und Erzeugen wenigstens einer Lücke (147) in der weiteren Oxydschicht (145); Aufbringen einer zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149) auf die weitere Oxydschicht (145), wobei durch die Lücke (147) in der weiteren Oxydschicht (145) eine Verbindung zwischen der zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149) und der das zweite Schichtelement (143) der ersten Elektroden-Siliziumschicht (137) bedeckenden ersten Feder-Siliziumschicht (123); Ausführen von Siliziumätzen der zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149) und Erzeugen von wenigstens zwei Lücken (151) in der zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149), wobei durch die Lücken (151) in der zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149) ein drittes Schichtelement (153), ein viertes Schichtelement (155) und ein fünftes Schichtelement (157) erzeugt werden; Aufbringen einer zweiten Feder-Siliziumschicht (125) auf die zweite Elektroden-Siliziumschicht (149), wobei die zweite Feder-Siliziumschicht (125) eine geringere Schichtdicke aufweist als die zweite Elektroden Siliziumschicht (149), und wobei die dritten bis fünften Schichtelemente (153, 155, 157) der zweiten Elektroden-Siliziumschicht (149) über die zweite Feder-Siliziumschicht (125) miteinander verbunden sind; und Entfernen des Substrats (133) und der Oxydschichten (135, 145) durch Oxydätzen und Backside-Trenching, wobei durch das erste Schichtelement (141) die erste statische Elektrodenplatte (107) und durch das zweite Schichtelement (143) die zweite bewegliche Elektrodenplatte (109) gebildet sind, wobei durch das dritte Schichtelement (153) ein Wandelement (159) der Rahmenstruktur (117) des MEMS-Bauteils (100), durch das vierte Schichtelement (155) die erste bewegliche Elektrodenplatte (111) und durch das fünfte Schichtelement (157) die zweite statische Elektrodenplatte (109) gebildet sind, und wobei durch die ersten und zweiten Feder-Siliziumschichten (123, 125) die Federstruktur (115) zum auslenkbaren Lagern der beweglichen Elektrode (105) gebildet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15 , wobei die Siliziumschichten als Polysiliziumschichten ausgebildet und über Abscheideprozesse gebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroelektromechanisches Bauteil und ein Verfahren zum Fertigen eines Mikroelektromechanischen Bauteils. Stand der Technik Aus dem Stand der Technik Mikroelektromechanisches Bauteile, insbesondere MEMS kapazitive Drucksensoren und MEMS kapazitive Mikrofone und entsprechende Fertigungsverfahren bekannt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Mikroelektromechanisches Bauteil und ein entsprechendes Verfahren zum Fertigen eines Mikroelektromechanischen Bauteils bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch das MEMS-Bauteil und das Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Nach einem Aspekt wird ein Mikroelektromechanisches MEMS-Bauteil zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks und/oder eines Schalldrucks bereitgestellt, mit einer parallelen Kapazitäts-Platten Struktur, wobei die Kapazitäts-Platten-Struktur eine statische Elektrode und eine relativ zur statischen Elektrode entlang einer Auslenkrichtung auslenkbar gelagerte bewegliche Elektrode umfasst, wobei die statische Elektrode eine erste statische Elektrodenplatte und eine zweite statische Elektrodenplatte umfasst, wobei die bewegliche Elektrode eine erste bewegliche Elektrodenplatte und eine mit der erste beweglichen Elektrodenplatte verbundene zweite bewegliche Elektrodenplatte umfasst, wobei die erste statische Elektrodenplatte und die zweite statische Elektrodenplatte entlang der Auslenkrichtung zueinander beabstandet sind, wobei durch die erste statische Elektrodenplatte eine erste Funktionsschicht und durch die zweite statische Elektrodenplatte eine zweite Funktionsschicht des mikroelektromechanischen Bauteils definiert sind, wobei die erste bewegliche Elektrodenplatte in der zweiten Funktionsschicht angeordnet und der ersten statischen Elektrodenplatte gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite bewegliche Elektrodenplatte in der ersten Funktionsschicht angeordnet und der zweiten statischen Elektrodenplatte gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei durch eine Auslenkung der bewegliche Elektrode die ersten und zweiten beweglichen Elektrodenplatten gemeinsam aus den ersten und zweiten Funktionsschichten auslenkbar sind. Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Mikroelektromechanisches Bauteil bereitgestellt werden kann. Das Mikroelektromechanisches Bauteil, im weiteren MEMS-Bauteil genannt, umfasst hierzu eine Kapazitätsplattenstruktur mit einer statischen Elektrode und einer beweglichen Elektrode. Die statische Elektrode umfasst wenigstens zwei statische Elektrodenplatten und die bewegliche Elektrode umfasst analog zwei bewegliche Elektrodenplatten. Durch Bewegen der beweglichen Elektrodenplatten relativ zu den statischen Elektrodenplatten können Kapazitätsänderungen zwischen den Elektroden ermittelt werden. Durch die statischen Elektrodenplatten, die in einer Auslenkrichtung der beweglichen Elektrode relativ zueinander beabstandet angeordnet ist, werden zwei Funktionsschichten des MEMS-Bauteils definiert. Die beweglichen Elektrodenplatten sind jedenfalls entlang der Auslenkrichtung relativ zueinander beabstandet und in den beiden Funktionsschichten angeordnet. Durch Auslenkung der beweglichen Elektrode sind die beweglichen Elektrodenplatten aus den ersten und zweiten Funktionsschichten heraus auslenkbar, wodurch Abstände zwischen den beweglichen Elektrodenplatten und den statischen Elektrodenplatten veränderbar sind, wodurch Kapazitätsänderungen zwischen den Elektroden bewirkt werden. Das erfinderische MEMS-Bauteil kommt hierbei mit lediglich zwei Funktionsschichten aus, wodurch eine Vereinfachung der Struktur des MEMS-Bauteils erreicht werden kann. Nach einer Ausführungsform ist das MEMS-Bauteil für ein differentielles kapazitives Messverfahren eingerichtet. Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch das differentielle kapazitive Messverfahren eine präzise Ermittlung des Umgebungsdrucks bzw. des Schalldrucks durch das MEMS-Bauteil ermöglicht ist. Nach einer Ausführungsform wird bei einer Auslenkung der beweglichen Elektrode relativ zur statischen Elektrode ein erster Abstand zwischen der ersten statischen Elektrodenplatte und der ersten beweglichen Elektrodenplatte vergrößert oder verkleinert und ein zweiter Abstand zwischen der zweiten statischen Elektrodenplatte und der zweiten beweglichen Elektrodenplatte wird entgegengesetzt zum ersten Abstand verkleinert oder vergrößert. Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die entsprechende Auslenkung der ersten und zweiten beweglichen Elektrodenplatten der beweglichen Elektrode relativ zu den ersten und zweiten statischen Elektrodenplatten der statischen Elektrode das differentielle kapazitive Messverfahren ermöglicht ist. Bei Auslenkung der beweglichen Elektrode relativ zur statischen Elektrode wird hierbei ein erster Abstand zwischen der ersten statischen Elektrodenplatte und der ersten