DE102021205485A1 - Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems und Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems und Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler Download PDF

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Johannes Baader
Reinhold Roedel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers (20a). Hierbei wird zunächst ein Trägersubstrat (1) mit einer ersten Oberfläche (3) bereitgestellt und folgend eine erste Passivierungsschicht (7) auf die erste Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) aufgebracht. Anschließend wächst eine erste Poly-Siliziumschicht (7) auf die erste Passivierungsschicht (2) und/oder die erste Oberfläche (3) des Trägersubstrats (1) auf und folgend wird eine zweite Passivierungsschicht (5) auf eine zweite Oberfläche (6) der ersten Poly-Siliziumschicht (7) aufgebracht. Anschließend wächst eine zweite Poly-Siliziumschicht (11) auf die erste Poly-Siliziumschicht (7) und/oder die zweite Passivierungsschicht (5) auf. Darauf folgend wird ein Wandlerelement (10) des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems auf eine dritte Oberfläche (8) der zweiten Poly-Siliziumschicht (11) aufgebracht. Zudem wird ein erster Graben (14) vollständig durch das Trägersubstrat (1) und durch die erste Poly-Siliziumschicht (7) hindurch in Richtung des Wandlerelements (10) erzeugt. Der erste Graben (14) erstreckt sich hierbei bis hin zur zweiten Passivierungsschicht (11), sodass an den ersten Graben (14) angrenzend mittels der zweiten Poly-Siliziumschicht (11) eine schwingbare Wandlerplatte (19) des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems erzeugt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Dokument WO 2016 106153 ist ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers (pMUT) bekannt, bei dem eine Passivierungsschicht auf ein Trägersubstrat abgeschieden wird und anschließend mit den gewünschten Plattenabmessungen der später erzeugten Wandlerplatte des pMUT-Sensors strukturiert wird. Auf das Trägersubstrat und/oder die Passivierungsschicht wird folgend eine Poly-Siliziumschicht abgeschieden und dann ein Wandlerelement auf deren Oberfläche angeordnet. Anschließend wird ein Graben vollständig durch das Trägersubstrat bis zum Erreichen der Poly-Siliziumsschicht hin durch Trenchen erzeugt.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren aus dem Stand der Technik weist der erzeugte Graben jedoch in Richtung des Wandlerelements eine Hinterschneidung auf.
  • Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems zu entwickeln, welches eine solche Hinterschneidung verhindert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers, gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Zudem wird ein piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers, wird zunächst ein Trägersubstrat mit einer ersten Oberfläche bereitgestellt. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich insbesondere um ein Siliziumsubstrat. Darauf folgend wird eine erste Passivierungsschicht auf die erste Oberfläche des ersten Trägersubstrats aufgebracht. Anschließend wächst eine erste Poly-Siliziumschicht auf die erste Passivierungsschicht und/oder die erste Oberfläche des Trägersubstrats auf. Insbesondere wächst die erste Poly-Siliziumschicht epitaktisch auf die erste Passivierungsschicht und/oder die erste erste Oberfläche des Trägersustrats auf. Darauf folgend wird eine zweite Passivierungsschicht auf eine zweite Oberfläche der ersten Siliziumschicht aufgebracht. Die zweite Oberfläche ist hierbei insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Trägersubstrats ausgerichtet. Anschließend wächst eine zweite Poly-Siliziumschicht auf die erste Poly-Siliziumschicht und/oder die zweite Passivierungsschicht auf. Insbesondere wächst die zweite Poly-Siliziumschicht epitaktisch auf die erste Poly-Siliziumschicht und/oder die zweite Passivierungsschicht auf. Darauf folgend wird ein Wandlerelement des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere des Piezoelements des piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers, auf eine dritte Oberfläche der zweiten Poly-Siliziumschicht aufgebracht. Die dritte Oberfläche ist insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Trägersubstrats ausgerichtet. Zudem wird ein erster Graben vollständig durch das Trägersubstrat und durch die erste Poly-Siliziumschicht hindurch in Richtung des Wandlerelements erzeugt. Der erste Graben erstreckt sich hierbei bis hin zur zweiten Passivierungsschicht, sodass an den ersten Graben angrenzend mittels der zweiten Poly-Siliziumschicht eine schwingbare Wandlerplatte des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems erzeugt wird. Die Wandlerplatte grenzt hierbei vorzugsweise unmittelbar an ein Ende des ersten Grabens an. Durch die zwei Passivierungsschichten, welche auf unterschiedlichen Poly-Siliziumschichten und somit unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, ermöglicht das Verfahren eine genauere Positionierung und genauere Maße der erzeugten Wandlerplatte. Die erste Passivierungsschicht dient hierbei als eine Art Blendenöffnung, durch die der Trench bis zum Erreichen der zweiten Passivierungsschicht hindurch verläuft.
  • Bevorzugt wird folgend auf den Schritt des Aufwachsens der ersten Poly-Siliziumschicht auf die erste Passivierungsschicht und/oder die erste Oberfläche des Trägersubstrats ein umlaufender zweiter Graben, insbesondere Trenchgraben, durch die erste Poly-Siliziumschicht hindurch erzeugt. Eine von dem umlaufenden zweiten Graben eingeschlossene Fläche der zweite Oberfläche weist hierbei eine definierte Form und eine Größe auf. Bei der definierten Form und der definierten Größe handelt es sich bevorzugt um eine Form und eine Größe, insbesondere einer Länge, der zu erzeugenden Wandlerplatte in einer Draufsicht. Vorzugsweise wird der zweite umlaufende Graben beim Schritt des Aufbringens der zweiten Passivierungsschicht auf die zweite Oberfläche der ersten Poly-Siliziumschicht mit der zweiten Passivierungsschicht zumindest teilweise befüllt und von der zweiten Passivierungsschicht, insbesondere an einem oberen Ende des zweiten Grabens, verschlossen. Durch den zumindest teilweise mit der zweiten Passivierungsschicht befüllten zweiten Graben ermöglicht das Verfahren eine genaue Definition der Länge der zu erzeugenden Wandlerplatte. Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Graben bis hin zu der ersten Passivierungsschicht. Somit wird eine Art geschlossene Form für den zweiten Kanal innerhalb der ersten Poly-Siliziumschicht erzeugt.
  • Vorzugsweise wird folgend auf das Aufbringen der zweiten Passivierungsschicht auf die zweite Oberfläche der ersten Poly-Siliziumschicht die zweite Passivierungsschicht mittels einer ersten Ätzmaske derart teilweise entfernt, dass die zweite Passivierungsschicht nur in einem zusammenhängenden ersten Teilbereich der zweiten Passivierungsschicht verbleibt. Der erste Teilbereich weist hierbei, insbesondere in einer Draufsicht, eine Form und eine Fläche auf, welche der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte entspricht. Der erste Graben erstreckt sich hierbei vorzugsweise bis zum ersten Teilbereich der zweiten Passivierungsschicht. Die von dem umlaufenden zweiten Graben eingeschlossene Fläche der zweiten Oberfläche und der zusammenhängende erste Teilbereich der zweiten Passivierungsschicht stimmen vorzugsweise überein. Mit anderen Worten ist die Öffnung des zweiten Grabens an einem äußeren Randbereich des ersten Teilbereichs der zweiten Passivierungsschicht angeordnet.
  • Vorzugsweise wird folgend auf den Schritt des Aufbringens der ersten Passivierungsschicht auf die erste Oberfläche des ersten Trägersubstrats die erste Passivierungsschicht mittels einer zweiten Ätzmaske in einem zweiten Teilbereich der ersten Passivierungsschicht entfernt. Der hierbei entfernte zweite Teilbereich der ersten Passivierungsschicht weist, insbesondere in einer Draufsicht, eine Form und eine Fläche auf, welche der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte entspricht. Somit wird ein unmittelbares Aufwachsen der ersten Poly-Siliziumschicht auf der ersten Oberfläche des Trägersubstrats ermöglicht.
  • Bevorzugt erfolgt bei dem Schritt des Erzeugens des ersten Grabens zunächst ein Trenchschritt, bei dem eine vierte Öffnung einer zugehörigen vierten Trenchmaske eine Öffnungsgröße aufweist, die kleiner, insbesondere signifikant kleiner, ist als eine Größe einer Fläche der Wandlerplatte. In einem folgenden isotropen Siliziumätzschritt wird der erste Graben, insbesondere bis zum Erreichen der zweiten Passivierungsschicht, vergrößert. Durch dieses Verfahren werden im Bereich der ersten Poly-Siliziumschicht Hinterschnitte oder Stufen des ersten Grabens vermieden.
  • Vorzugsweise dienen die erste und/oder zweite Passivierungsschicht als Ätzstoppschicht. Die erste und/oder zweite Passivierungsschicht sind bevorzugt als Siliziumoxidschichten ausgebildet sind.
  • Bevorzugt wird folgend auf das Erzeugen des ersten Grabens die erste und zweite Passivierungsschicht zumindest teilweise entfernt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler, der vorzugsweise mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt wird. Der piezoelektrische mikrogefertigte Ultraschallwandler weist hierbei ein Trägersubstrat, eine erste Poly-Siliziumschicht, eine zweite Poly-Siliziumschicht, eine erste Passivierungsschicht, ein Wandlerelement und eine schwingbare Wandlerplatte auf. Das Trägersubstrat ist insbesondere aus Silizium ausgebildet. Das Trägersubstrat weist eine erste Oberfläche auf, auf der die erste Poly-Siliziumschicht zumindest teilweise angeordnet ist. Die erste Oberfläche des Trägersubstrats und die erste Poly-Siliziumschicht sind durch die erste Passivierungsschicht zumindest teilweise voneinander getrennt. Die erste Poly-Siliziumschicht weist wiederum eine zweite Oberfläche auf, welche insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Trägersubstrats ausgerichtet ist. Die zweite Poly-Siliziumschicht ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet und das Wandlerelement, insbesondere das Piezoelement, des piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers ist auf einer dritten Oberfläche der zweiten Poly-Siliziumschicht angeordnet. Die dritte Oberfläche ist insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Trägersubstrats ausgerichtet. Ein erster Graben, insbesondere Trenchgraben, erstreckt sich vollständig durch das Trägersubstrat und die erste Poly-Siliziumschicht hindurch in Richtung des Wandlerelements bis zur zweiten Poly-Siliziumschicht hin. Durch den Graben wird an den ersten Graben unmittelbar angrenzend die schwingbare Wandlerplatte ausgebildet. Die schwingbare Platte ist aus der zweiten Poly-Siliziumschicht ausgebildet.
  • Bevorzugt weist der erste Graben eine Haupterstreckungsrichtung auf, welche im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche des ersten Trägersubstrats ausgerichtet ist.
  • Vorzugsweise ist der erste Graben in einem Bereich der ersten Poly-Siliziumschicht schmaler ausgebildet, als in einem Bereich des Trägersubstrats. Insbesondere weist der erste Graben in dem Bereich der ersten Poly-Siliziumschicht einen kleineren Durchmesser auf, als in dem Bereich des Trägersubstrats. Entsprechend weist der erste Graben eine Querschnittsveränderung, insbesondere Querschnittsverringerung, auf. Somit weist der erste Graben keine Hinterschneidungen auf.
  • Bevorzugt weist die erste Poly-Siliziumschicht eine erste Dicke in einem Bereich von 10µm bis 80µm und die zweite Poly-Siliziumschicht eine zweite Dicke in einem Bereich von 2µm bis 80µm auf. Die aus der zweiten Poly-Siliziumschicht erzeugte Wandlerplatte weist somit eine durch den zweiten Graben bzw. durch die erste Passivierungsschicht geometrisch bestimmte Form auf. Die erste Poly-Siliziumschicht erhöht die Materialdicke umlaufend um die Wandlerplatte und stellt die mechanische Lagerung der Platte dar.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems.
    • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems.
    • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems.
    • 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems.
    • 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems. In diesem Fall handelt es sich bei dem mikro-mechanischen-Schwingungssystem um einen piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandler. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 30 ein Trägersubstrat 1 bereitgestellt und folgend eine erste Passivierungsschicht 2 auf die erste Oberfläche 3 des ersten Trägersubstrats 1 aufgebracht. Darauf folgend wird in diesem ersten Ausführungsbeispiel die erste Passivierungsschicht 2 mittels einer hier nicht dargestellten zweiten Ätzmaske in einem zweiten Teilbereich 18 der ersten Passivierungsschicht 2 entfernt. Der zweite Teilbereich 18 der ersten Passivierungsschicht 2 weist hierbei eine Form und eine Fläche auf, welche der später zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte 19 entspricht. Darauf folgend wächst eine erste Poly-Siliziumschicht 7 auf die erste Passivierungsschicht 2 und die erste Oberfläche des Trägersubstrats 1 auf. Weiterhin wird auf den Schritt des Aufwachsens der ersten Poly-Siliziumschicht 7 folgend ein umlaufender zweiter Graben 4a und 4b durch die erste Poly-Siliziumschicht 7 hindurch erzeugt. Bei dem umlaufenden zweiten Graben 4a und 4b handelt es sich um einen Trenchgraben. Eine von dem umlaufenden zweiten Graben 4a und 4b eingeschlossene Fläche der zweiten Oberfläche 6 weist hierbei eine Form und eine Größe der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte 19 in einer Draufsicht auf. Der zweite Graben 4a reicht bis zur ersten Passivierungsschicht 2. Weiterhin wird eine zweite Passivierungsschicht 5 auf eine zweite Oberfläche 6 der ersten Siliziumschicht 7 aufgebracht. Die die zweite Oberfläche 6 ist hierbei im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche 3 des ersten Trägersubstrats 1 ausgerichtet. Der zweite umlaufende Graben 4a und 4b wird beim Schritt des Aufbringens der zweiten Passivierungsschicht 5 auf die zweite Oberfläche 6 der ersten Poly-Siliziumschicht 7 mit der zweiten Passivierungsschicht 5 zumindest teilweise befüllt und von der zweiten Passivierungsschicht 5 an einem oberen Ende, insbesondere einer Öffnung, des zweiten Grabens 4a und 4b verschlossen. Drauf folgend wird die zweite Passivierungsschicht 5 mittels einer hier nicht dargestellten ersten Ätzmaske derart teilweise entfernt, dass die zweite Passivierungsschicht 5 nur in einem zusammenhängenden ersten Teilbereich 21 der zweiten Passivierungsschicht 5 verbleibt. Der erste Teilbereich weist hierbei eine Form und eine Größe, insbesondere Länge, auf, welche der später zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte 19 entspricht.
  • In einem folgenden Verfahrensschritt 31 wächst eine zweite Poly-Siliziumschicht 11 auf die zweite Oberfläche 6 der ersten Poly-Siliziumschicht 7 und die zweite Passivierungsschicht 5 auf. Zudem wird ein Wandlerelement 10 des piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers auf eine dritte Oberfläche 8 der zweiten Poly-Siliziumschicht 11 aufgebracht. Die dritte Oberfläche 8 ist hierbei im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche 3 des ersten Trägersubstrats 1 ausgerichtet. Bei dem Wandlerelement 10 handelt es sich in diesem Fall um ein Piezoelement, welches zusätzlich mittels elektrischer Kontaktelemente 9 elektrisch verbunden wird.
  • In einem folgenden Verfahrensschritt 32 wird ein erster Graben 14 vollständig durch das Trägersubstrat 1 und durch die erste Poly-Siliziumschicht 7 hindurch in Richtung des Wandlerelements 10 mittels Trenchen erzeugt. Eine Haupterstreckungsrichtung 16 des ersten Grabens 14 verläuft hierbei im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche 3 des ersten Trägersubstrats 1. Der erste Graben 14 erstreckt sich bis zur zweiten Passivierungsschicht 5, sodass an den ersten Graben 14 angrenzend mittels der zweiten Poly-Siliziumschicht 11 eine schwingbare Wandlerplatte 19 des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems erzeugt wird. Die erste 3 und die zweite Passivierungsschicht 5 dienen als Ätzstoppschicht und sind als Siliziumoxidschichten ausgebildet. In einem folgenden Verfahrensschritt 33 wird die zweite Passivierungsschicht 5 innerhalb des Kanals 14 vollständig entfernt.
  • Der erste Graben 14 des hergestellten piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers 20a weitet sich bis zum Erreichen der ersten Poly-Siliziumschicht 7 trichterförmig auf.
  • 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems in Form eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers 20b. Im Unterschied zu der Ausführungsform auf 1 erfolgt hierbei bei einem auf den Verfahrensschritt 31 folgenden Verfahrensschritt 36 zur Erzeugung des ersten Grabens 43 zunächst ein Trenchschritt mit einer hier nicht dargestellten vierten Trenchmaske. Die Trenchmaske weist eine vierte Öffnung mit einer Größe, insbesondere einem Durchmesser, auf, die signifikant kleiner ist, als eine Größe einer Länge der zu erzeugenden Wandlerplatte 19. Der Trenchschritt erstreckt sich in die erste Poly-Siliziumschicht 7 hinein, erreicht jedoch nicht die zweite Passivierungsschicht 5. In einem folgenden Verfahrensschritt 37 wird in einem isotropen Siliziumätzschritt der erste Graben 43 bis zum Erreichen der zweiten Passivierungsschicht 5 hin vergrößert. Anschließend wird die zweite Passivierungsschicht 5 entfernt.
  • 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems in Form eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers 20c. Im Unterschied zu den zuvor gezeigten Ausführungsformen wird hierbei in einem ersten Verfahrensschritt 38 die zweite Passivierungsschicht vollflächig stehen gelassen. Diese Ausführung ist vorteilhaft für eine elektrische Trennung zwischen Wandlerplatte 19 und Trägersubstrat 1.
  • 4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems in Form eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers 20d. Hierbei wird im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen in Verfahrensschritt 42 der zweite umlaufende Graben weggelassen. Somit ergibt sich lediglich die erste Passivierungsschicht 2 auf der ersten Oberfläche und die zweite Passivierungsschicht 5 auf der zweiten Oberfläche. In einem auf den Verfahrensschritt 31 folgenden Verfahrensschritt 44 dient die erste Passivierungsschicht 2 beim Trenchen des ersten Grabens 61 als eine Art Blende, durch die der Trench dann bis zum Erreichen der zweiten Passivierungsschicht 5 hindurch verläuft. Da sich der erste Kanal 61 bzw. die Wandung 60 des ersten Kanals 61 nun im Bereich der ersten Poly-Siliziumschicht 7 stärker aufweitet als bei den vorherigen Ausführungen, ist in diesem Fall auch der erste Teilbereich 23 der zweiten Passivierungsschicht 5 breiter ausgeführt als bei den vorherigen Ausführungen. In einem auf den Verfahrensschritt 44 folgenden Verfahrensschritt 45 wird die zweite Passivierungsschicht 5 innerhalb des Kanals 61 vollständig entfernt. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Umsetzung, wobei die Genauigkeit der Maße der zu erzeugenden Wanderplatte 29 immer noch hoch ist.
  • 5 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems in Form eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers 20e. Hierbei wird im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen in Verfahrensschritt 46 die erste Passivierungsschicht 3 im Bereich des zweiten Teilbereichs 18 mit einer Perforation bzw. Gitter ausgebildet. In einem auf den Verfahrensschritt 31 folgenden Verfahrensschritt 48 verläuft der Trench zur Erzeugung des ersten Kanals 72 zunächst vollständig durch das Trägersubstrat 1 und durch die Perforation bzw. das Gitter der ersten Passivierungsschicht 3 hindurch Im Verlauf des Verfahrensschrittes 48 ist das Erreichen des perforierten zweiten Teilbereiches 18 erkennbar und wird genutzt um den Trench zu beenden. Innerhalb der ersten Poly-Siliziumschicht 2 entstehen schmale Stege 71. In einem folgenden Verfahrensschritt 49 wird dann der erste Kanal mit der Wandung 74 vollständig mittels Silizium-Opferschichtätzung erzeugt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die erste Passivierungsschicht sehr dünn ausgebildet werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2016106153 [0001]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere eines piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen eines Trägersubstrats (1) mit einer ersten Oberfläche (3), und - Aufbringen einer ersten Passivierungsschicht (2) auf die erste Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1), und - Aufwachsen, insbesondere epitaktisches Aufwachsen, einer ersten Poly-Siliziumschicht (7) auf die erste Passivierungsschicht (2)und/oder die erste Oberfläche (3) des Trägersubstrats (1), und - Aufbringen einer zweiten Passivierungsschicht (5) auf eine zweite Oberfläche (6) der ersten Poly-Siliziumschicht (7), wobei die zweite Oberfläche (6) insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) ausgerichtet ist, und - Aufwachsen, insbesondere epitaktisches Aufwachsen, einer zweiten Poly-Siliziumschicht (11) auf die zweite Oberfläche (6) der ersten Poly-Siliziumschicht (7) und/oder die zweite Passivierungsschicht (5), und - Anordnen eines Wandlerelements (10) des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems, insbesondere des Piezoelements des piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), auf einer dritten Oberfläche (8) der zweiten Poly-Siliziumschicht (11), wobei die dritte Oberfläche (8) insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) ausgerichtet ist, und - Erzeugen eines ersten Grabens (14, 43, 61) vollständig durch das Trägersubstrat (1) und durch die erste Poly-Siliziumschicht (7) hindurch in Richtung des Wandlerelements (10), wobei sich der erste Graben (14, 43, 51) bis zur zweiten Passivierungsschicht (5) hin erstreckt, sodass an den ersten Graben (14, 43, 61) angrenzend mittels der zweiten Poly-Siliziumschicht (11) eine schwingbare Wandlerplatte (19, 29) des mikro-elektronisch-mechanischen Schwingungssystems erzeugt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Schritt des Aufwachsens der ersten Poly-Siliziumschicht (7) auf die erste Passivierungsschicht (3) und/oder die erste Oberfläche (2) des Trägersubstrats (1) ein umlaufender zweiter Graben (4a, 4b), insbesondere Trenchgraben, durch die erste Poly-Siliziumschicht (7) hindurch folgend erzeugt wird, wobei eine von dem umlaufenden zweiten Graben (4a, 4b) eingeschlossene Fläche der zweiten Oberfläche (6) eine definierte Form und eine Größe, insbesondere der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte (19, 29) in einer Draufsicht, aufweist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite umlaufende Graben (4a, 4b) beim Schritt des Aufbringens der zweiten Passivierungsschicht (5) auf die zweite Oberfläche (6) der ersten Poly-Siliziumschicht (7) mit der zweiten Passivierungsschicht (5) zumindest teilweise befüllt wird und von der zweiten Passivierungsschicht (5), insbesondere an einem oberen Ende des zweiten Grabens (4a, 4b), verschlossen wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Graben (4a, 4b) bis zu der ersten Passivierungsschicht (2) hin erstreckt.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass folgend auf das Aufbringen der zweiten Passivierungsschicht (5) auf die zweite Oberfläche (6) der ersten Poly-Siliziumschicht (7) die zweite Passivierungsschicht (5) mittels einer ersten Ätzmaske derart teilweise entfernt wird, dass die zweite Passivierungsschicht (5) nur in einem zusammenhängenden ersten Teilbereich (21) der zweiten Passivierungsschicht (5) verbleibt, wobei der erste Teilbereich (21), insbesondere in einer Draufsicht, eine Form und eine Größe, insbesondere Länge, aufweist, welche der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte (19, 29) entspricht.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Aufbringen der ersten Passivierungsschicht (2) auf die erste Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) folgend die erste Passivierungsschicht (2) mittels einer zweiten Ätzmaske in einem zweiten Teilbereich (18) der ersten Passivierungsschicht (2) entfernt wird, wobei der zweite Teilbereich (18) der ersten Passivierungsschicht (2) eine Form und eine Fläche aufweist, welche der zu erzeugenden schwingbaren Wandlerplatte (19, 29) entspricht.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schritt des Erzeugens des ersten Grabens (14, 43, 61) zunächst ein Trenchschritt erfolgt, bei dem eine vierte Öffnung einer vierten Trenchmaske eine Größe, insbesondere einen Durchmesser, aufweist, die kleiner, insbesondere signifikant kleiner, ist als eine Größe einer Fläche der Wandlerplatte (19, 29), wobei in einem folgenden isotropen Siliziumätzschritt der erste Graben (14, 43, 61), insbesondere bis zum Erreichen der zweiten Passivierungsschicht (5), vergrößert wird.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite Passivierungsschicht (5) als Ätzstoppschicht dient.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite Passivierungsschicht (5) als Siliziumoxidschicht ausgebildet sind.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Erzeugen des ersten Grabens (14, 43, 61) die erste (2) und zweite Passivierungsschicht (5) zumindest teilweise entfernt werden.
  11. Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), insbesondere hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend wenigstens - ein Trägersubstrat (1), insbesondere aus Silizium, - eine erste Poly-Siliziumschicht (7), - eine zweite Poly-Siliziumschicht (11), - eine erste Passivierungsschicht (2), - ein Wandlerelement (10), und - eine schwingbare Wandlerplatte (19, 29), wobei das Trägersubstrat (1) eine erste Oberfläche (3) aufweist, auf der die erste Poly-Siliziumschicht (7) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche (3) des Trägersubstrats und die erste Poly-Siliziumschicht (7) durch die erste Passivierungsschicht (2) zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei die erste Poly-Siliziumschicht (7) eine zweite Oberfläche (6) aufweist, wobei die zweite Oberfläche (6) insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) ausgerichtet ist, wobei die zweite Poly-Siliziumschicht (11) auf der zweiten Oberfläche (6) angeordnet ist, wobei das Wandlerelement (10), insbesondere das Piezoelement, des piezoelektrischen mikrogefertigten Ultraschallwandlers (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), auf einer dritten Oberfläche (8) der zweiten Poly-Siliziumschicht (11) angeordnet ist, wobei die dritte Oberfläche (8) insbesondere im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) ausgerichtet ist, wobei sich ein erster Graben (14, 43, 61) vollständig durch das Trägersubstrat (1) und die erste Poly-Siliziumschicht (7) hindurch in Richtung des Wandlerelements (10) bis zur zweiten Poly-Siliziumschicht (11) hin derart erstreckt, dass sich die schwingbare Wandlerplatte (19, 29), insbesondere an den ersten Graben (14, 43, 61) unmittelbar (14, 43, 61) angrenzend, ausbildet.
  12. Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Graben (14, 43, 61) eine Haupterstreckungsrichtung (16) aufweist, welche im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche (3) des ersten Trägersubstrats (1) ausgerichtet ist.
  13. Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Graben (14, 43, 61) in einem Bereich der ersten Poly-Siliziumschicht (7) schmaler ausgebildet ist, insbesondere einen kleineren Durchmesser aufweist, als in einem Bereich des Trägersubstrats (1).
  14. Piezoelektrischer mikrogefertigter Ultraschallwandler (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Poly-Siliziumschicht (7) eine erste Dicke (12a) in einem Bereich von 10µm bis 80µm aufweist, und die zweite Poly-Siliziumschicht (11) eine zweite Dicke (12a) in einem Bereich von 2µm bis 80µm aufweist.
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