CH711584B1

CH711584B1 - Microelectromechanical device and corresponding manufacturing process.

Info

Publication number: CH711584B1
Application number: CH00866/16A
Authority: CH
Inventors: Sebastian Frey Tobias; Mitschke Michaela; Mogor Gyorffy Robert; Zehringer Stefan; Franz Jochen
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2020-09-30
Also published as: DE102015218662A1; CH711584A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikroelektromechanische Vorrichtung (100), mit mindestens zwei auf einem Substrat (101) angeordneten Sensorvorrichtungen (108, 105a), wobei zwischen mindestens zwei Sensorvorrichtungen (108, 105a) mindestens abschnittsweise eine Entkopplungsvorrichtung (104a, b) wie z.B. ein Graben zur Reduzierung eines mechanischen Quereffekts angeordnet ist.The invention relates to a microelectromechanical device (100) with at least two sensor devices (108, 105a) arranged on a substrate (101), with at least sections of a decoupling device (104a, b) between at least two sensor devices (108, 105a) e.g. a trench is arranged to reduce a mechanical transverse effect.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine mikroelektromechanische Vorrichtung. The present invention relates to a microelectromechanical device and a manufacturing method for a microelectromechanical device.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) eröffnen sich Möglichkeiten, mehrere Sensoren gemeinsam auf einem Substrat anzuordnen. Due to the increasing miniaturization of microelectromechanical systems (MEMS) there are opportunities to arrange several sensors together on a substrate.

[0003] Derartige Sensoren umfassen beispielsweise Schall-, insbesondere Körperschallsensoren, Strahlungssensoren, aber auch Feuchtigkeits- und Druckmesssensoren. Such sensors include, for example, sound sensors, in particular structure-borne sound sensors, radiation sensors, but also humidity and pressure measurement sensors.

[0004] Aus der WO 2014/066768 A2 ist eine kombinierte Sensorvorrichtung bekannt, welche sowohl einen Drucksensor als auch einen Feuchtigkeitssensor auf einem gemeinsamen Substrat umfasst. From WO 2014/066768 A2 a combined sensor device is known which comprises both a pressure sensor and a moisture sensor on a common substrate.

[0005] Durch diese zunehmende Miniaturisierung ergeben sich jedoch auch Quereffekte aufgrund einer gegenseitigen Beeinflussung der jeweiligen Sensoren. However, this increasing miniaturization also results in cross effects due to mutual influencing of the respective sensors.

[0006] Beispielsweise beruht eine mögliche Wirkungsweise eines Feuchtigkeitssensors auf der Feuchteaufnahme, die eine Veränderung der relativen Permittivität bewirkt, die mittels eines kapazitiven Verfahrens detektiert werden kann. Als Nebeneffekt tritt durch die Feuchteaufnahme eine Volumenänderung bzw. ein Aufquellen des feuchtesensitiven Materials auf. Diese Volumenänderung wird sich im Allgemeinen auch auf einen benachbarten Sensor, beispielsweise einen Drucksensor, übertragen, wodurch die Präzision des Drucksensors beeinträchtigt wird. For example, one possible mode of operation of a moisture sensor is based on moisture absorption, which causes a change in the relative permittivity that can be detected by means of a capacitive method. As a side effect, the moisture absorption causes a change in volume or a swelling of the moisture-sensitive material. This change in volume is generally also transmitted to an adjacent sensor, for example a pressure sensor, as a result of which the precision of the pressure sensor is impaired.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

[0007] Die vorliegende Erfindung schafft eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. The present invention provides a microelectromechanical device with the features of claim 1 and a manufacturing method for a microelectromechanical device with the features of claim 8.

[0008] Die vorliegende Erfindung schafft demnach gemäß einem ersten Aspekt eine mikroelektromechanische Vorrichtung, mit mindestens zwei auf einem Substrat angeordneten Sensorvorrichtungen, wobei zwischen mindestens zwei Sensorvorrichtungen mindestens abschnittsweise eine Entkopplungsvorrichtung zur Reduzierung eines mechanischen Quereffekts angeordnet ist. The present invention thus creates, according to a first aspect, a microelectromechanical device, with at least two sensor devices arranged on a substrate, with a decoupling device for reducing a mechanical transverse effect being arranged at least in sections between at least two sensor devices.

[0009] Die vorliegende Erfindung schafft demnach gemäß einem zweiten Aspekt ein Herstellungsverfahren für eine mikroelektromechanische Vorrichtung, mit den Schritten: Anordnen einer ersten Sensorvorrichtung, insbesondere eines Drucksensors, auf einem Substrat, Anordnen mindestens einer zweiten Sensorvorrichtung, insbesondere einem Feuchtigkeitssensor, auf dem Substrat, und Ausbilden von mindestens einer Entkopplungsvorrichtung zur Reduzierung eines mechanischen Quereffekts. The present invention accordingly creates, according to a second aspect, a manufacturing method for a microelectromechanical device, comprising the steps of: arranging a first sensor device, in particular a pressure sensor, on a substrate, arranging at least one second sensor device, in particular a moisture sensor, on the substrate, and forming at least one decoupling device to reduce a mechanical transverse effect.

[0010] Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche [0010] Preferred developments are the subject of the respective dependent claims

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

[0011] Die erfindungsgemäße mikroelektromechanische Vorrichtung hat den Vorteil, dass verschiedene Sensoren, beispielsweise sowohl ein Drucksensor als auch ein Feuchtigkeitssensor auf kleinem Raum nebeneinander auf einem Substrat angeordnet werden können. Ein unerwünschter mechanischer Quereffekt, beispielsweise ein Einfluss auf den Drucksensor durch einen Stresseintrag in das Substrat aufgrund der Wirkungsweise des Feuchtigkeitssensors wird reduziert, da der Drucksensor von den Feuchtigkeitssensoren durch eine Entkopplungsvorrichtung, beispielsweise einen Trenchgraben, zumindest teilweise abgetrennt ist. Sowohl der Drucksensor als auch der Feuchtigkeitssensor können daher präzise Messergebnisse liefern. Gleichzeitig kann die mikroelektromechanische Vorrichtung miniaturisiert werden, wodurch Platzbedarf und Materialkosten reduziert werden. The microelectromechanical device according to the invention has the advantage that different sensors, for example both a pressure sensor and a moisture sensor, can be arranged next to one another in a small space on a substrate. An undesirable mechanical transverse effect, for example an influence on the pressure sensor due to the introduction of stress into the substrate due to the mode of operation of the moisture sensor, is reduced because the pressure sensor is at least partially separated from the moisture sensors by a decoupling device, for example a trench. Both the pressure sensor and the humidity sensor can therefore provide precise measurement results. At the same time, the microelectromechanical device can be miniaturized, whereby space requirements and material costs are reduced.

[0012] Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine mikroelektromechanische Vorrichtung, mit einem auf einem Substrat angeordneten Drucksensor, mindestens einem auf dem Substrat angeordneten Feuchtigkeitssensor, wobei zwischen dem Feuchtigkeitssensor und dem Drucksensor zumindest abschnittsweise mindestens ein Trenchgraben zum Reduzieren einer mechanischen Belastung ausgebildet ist. According to one embodiment, the present invention creates a microelectromechanical device with a pressure sensor arranged on a substrate, at least one humidity sensor arranged on the substrate, at least one trench to reduce mechanical stress being formed at least in sections between the humidity sensor and the pressure sensor.

[0013] Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Entkopplungsvorrichtung mindestens einen Graben. According to one development, the decoupling device comprises at least one trench.

[0014] Gemäß einer Weiterbildung umfassen die Sensorvorrichtungen einen Drucksensor zur kapazitiven und/oder piezoresistiven Druckmessung und mindestens einen Feuchtigkeitssensor. According to a development, the sensor devices comprise a pressure sensor for capacitive and / or piezoresistive pressure measurement and at least one humidity sensor.

[0015] Gemäß einer Weiterbildung weist der Feuchtigkeitssensor mindestens einen Plattenkondensator, worunter ein Stapel bestehend aus Metall, einer feuchtesensitiven Schicht und einer weiteren Metallschicht verstanden wird, auf. According to one development, the moisture sensor has at least one plate capacitor, which is understood to mean a stack consisting of metal, a moisture-sensitive layer and a further metal layer.

[0016] Gemäß einer Weiterbildung weist der Drucksensor eine Membran und piezoresistive Widerstände auf. According to one development, the pressure sensor has a membrane and piezoresistive resistors.

[0017] Gemäß einer Weiterbildung weist der Feuchtigkeitssensor kammförmige Elektroden und eine feuchtesensitive Struktur, insbesondere eine Polyimidschicht, auf. According to a further development, the moisture sensor has comb-shaped electrodes and a moisture-sensitive structure, in particular a polyimide layer.

[0018] Gemäß einer Weiterbildung ist der Drucksensor rechteckig ausgebildet und die kammförmigen Elektroden sind derart ausgerichtet, dass Zähne der kammförmigen Elektroden je einen nicht verschwindenden Winkel mit Seitenflächen des Drucksensors einschließen. According to a development, the pressure sensor is rectangular and the comb-shaped electrodes are aligned such that teeth of the comb-shaped electrodes each enclose a non-vanishing angle with side surfaces of the pressure sensor.

[0019] Gemäß einer Weiterbildung ist der Drucksensor quadratisch ausgebildet und die Feuchtigkeitssensoren sind spiegelsymmetrisch bezüglich mindestens einer der vier Symmetrieachsen des Drucksensors um den Drucksensor herum angeordnet. Durch die erhöhte Symmetrie wird eine gleichmäßigere Einkopplung der verbleibenden, noch nicht von den Graben eliminierten mechanischen Belastung, bzw. der Spannung von den Feuchtigkeitssensoren auf den Drucksensor erzielt. Ein Drucksensorfehler kann dadurch zusätzlich reduziert werden. According to a further development, the pressure sensor is square and the moisture sensors are arranged mirror-symmetrically with respect to at least one of the four axes of symmetry of the pressure sensor around the pressure sensor. As a result of the increased symmetry, a more uniform coupling of the remaining mechanical load that has not yet been eliminated by the trenches or the voltage from the moisture sensors to the pressure sensor is achieved. A pressure sensor error can thereby be additionally reduced.

[0020] Gemäß einer Weiterbildung des Herstellungsverfahrens umfasst die Entkopplungsvorrichtung einen Graben, welcher mittels Trenchätzen oder KOH-Ätzen ausgebildet wird. According to a further development of the manufacturing method, the decoupling device comprises a trench which is formed by means of trench etching or KOH etching.

[0021] Gemäß einer Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird eine Form der Feuchtigkeitssensoren, insbesondere ein Verhältnis von Breite zu Höhe des Feuchtigkeitssensors, derart eingestellt, dass der Absolutbetrag eines Druckmessfehlers des Drucksensors im Vergleich zu einer Referenzmessung minimiert wird. Die spezifische Wahl der Geometrie der Feuchtigkeitssensoren beeinflusst einen Wert des Druckfehlers. Durch Optimieren der geometrischen Form der Feuchtigkeitssensoren kann daher der Fehler minimiert werden. According to a development of the manufacturing method, a shape of the moisture sensors, in particular a ratio of width to height of the moisture sensor, is set such that the absolute amount of a pressure measurement error of the pressure sensor is minimized compared to a reference measurement. The specific choice of geometry of the moisture sensors affects a value of the printing error. The error can therefore be minimized by optimizing the geometric shape of the moisture sensors.

[0022] Gemäß einer Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird der Feuchtigkeitssensor mit kammförmigen Elektroden und einer Polyimidschicht ausgebildet, wobei die kammförmigen Elektroden derart ausgerichtet sind, dass Zähne der kammförmigen Elektroden je einen nicht verschwindenden Winkel mit den Seitenflächen des Drucksensors einschließen, und wobei die Winkel derart gewählt sind, dass der Absolutbetrag eines Druckmessfehlers des Drucksensors im Vergleich zu einer Referenzmessung minimiert wird. Durch Wählen von geeigneten nichtverschwindenden Winkeln kann ein verbleibender Quereinfluss minimiert werden. Die Winkel beeinflussen dabei eine Einkopplungsrichtung der mechanischen Belastung. According to a development of the manufacturing process, the moisture sensor is formed with comb-shaped electrodes and a polyimide layer, the comb-shaped electrodes are aligned such that teeth of the comb-shaped electrodes each enclose a non-vanishing angle with the side surfaces of the pressure sensor, and the angles are selected in this way are that the absolute amount of a pressure measurement error of the pressure sensor is minimized in comparison to a reference measurement. A remaining cross influence can be minimized by choosing suitable non-vanishing angles. The angles influence a coupling direction of the mechanical load.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0023] Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Draufsicht auf eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Querschnittsansicht der mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß Figur 1; <tb>Fig. 3<SEP>eine schematische Draufsicht auf einen Feuchtigkeitssensor; <tb>Fig. 4, 5, 6, 8<SEP>schematische Draufsichten auf mikroelektromechanische Vorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 7<SEP>ein Diagramm zur Illustration des Zusammenhangs zwischen Druckfehler und Form der Feuchtigkeitssensoren; <tb>Fig. 9<SEP>ein Diagramm zur Illustration des Zusammenhangs zwischen einem Druckmessfehler und einem Abstand von Drucksensor und Feuchtigkeitssensor; und <tb>Fig. 10<SEP>ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.[0023] They show: <tb> Fig. 1 <SEP> is a schematic plan view of a microelectromechanical device according to an embodiment of the present invention; <tb> Fig. 2 <SEP> a schematic cross-sectional view of the microelectromechanical device according to FIG. 1; <tb> Fig. 3 <SEP> is a schematic plan view of a humidity sensor; <tb> Fig. 4, 5, 6, 8 <SEP> schematic plan views of microelectromechanical devices according to further embodiments of the present invention; <tb> Fig. 7 <SEP> is a diagram illustrating the relationship between the printing error and the shape of the moisture sensors; <tb> Fig. 9 <SEP> is a diagram to illustrate the relationship between a pressure measurement error and a distance between the pressure sensor and the humidity sensor; and <tb> Fig. 10 <SEP> is a flowchart for explaining a manufacturing method for a microelectromechanical device according to an embodiment of the present invention.

[0024] In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. In all figures, the same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference symbols - unless otherwise specified. The numbering of process steps is for the sake of clarity and, in particular, should not imply a specific chronological order unless otherwise specified. In particular, several method steps can also be carried out simultaneously.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

[0025] Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine mikroelektromechanische Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf einem Substrat 101, insbesondere einem Siliziumsubstrat, ist ein Drucksensor 108 angeordnet. Der Drucksensor weist eine quadratische Membran 102 auf, welche in dem Substrat eingebettet ist, wie in Figur 2 illustriert, wobei Figur 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Achse 107 darstellt. Eine erste Symmetrieachse 401 der quadratischen Membran 102, welche durch eine erste Seitenfläche 108a und eine gegenüber liegende zweite Seitenfläche 108b der Membran verläuft, sowie eine zweite Symmetrieachse 402 der quadratischen Membran 102, welche durch eine dritte Seitenfläche 108c und eine vierte Seitenfläche 108d der Membran verläuft, sind in Figur 1 eingezeichnet. FIG. 1 shows a schematic top view of a microelectromechanical device 100 according to an embodiment of the present invention. A pressure sensor 108 is arranged on a substrate 101, in particular a silicon substrate. The pressure sensor has a square membrane 102 which is embedded in the substrate, as illustrated in FIG. 2, FIG. 2 depicting a cross-sectional view along an axis 107. A first axis of symmetry 401 of the square membrane 102, which runs through a first side surface 108a and an opposing second side surface 108b of the membrane, and a second axis of symmetry 402 of the square membrane 102, which runs through a third side surface 108c and a fourth side surface 108d of the membrane , are shown in FIG.

[0026] In einem jeweils mittleren Bereich nahe der vier Seitenflächen des quadratischen Drucksensors 108 befinden sich oberhalb der Membran 102 entlang der ersten Symmetrieachse 401 ein erster piezoresistiver Widerstand 103a und ein gegenüberliegender zweiter piezoresistiver Widerstand 103b. Entlang der zweiten Symmetrieachse 402 befinden sich ein dritter piezoresistiver Widerstand 103c und ein diesem gegenüberliegender vierter piezoresistiver Widerstand 103d, wobei die piezoresistiven Widerstände 103a bis 103d spiegelsymmetrisch zur ersten Symmetrieachse 401 bzw. zur zweiten Symmetrieachse 402 angeordnet sind. A first piezoresistive resistor 103a and an opposing, second piezoresistive resistor 103b are located above the diaphragm 102 along the first axis of symmetry 401 in a central area near the four side surfaces of the square pressure sensor 108. A third piezoresistive resistor 103c and an opposing fourth piezoresistive resistor 103d are located along the second symmetry axis 402, the piezoresistive resistors 103a to 103d being arranged mirror-symmetrically to the first symmetry axis 401 and to the second symmetry axis 402.

[0027] Der erste und zweite piezoresistive Widerstand 103a und 103b sowie der dritte und vierte piezoresistive Widerstand 103c und 103d sind über ein Spannungsmessgerät miteinander verbunden. Durch Messen der Spannungsänderung kann damit ein Druck auf die Membran 102 bestimmt werden. The first and second piezoresistive resistors 103a and 103b and the third and fourth piezoresistive resistors 103c and 103d are connected to one another via a voltage measuring device. By measuring the change in voltage, a pressure on the membrane 102 can thus be determined.

[0028] Auf dem Substrat befinden sich weiter Bondpads 106. Die mikroelektromechanische Vorrichtung kann insbesondere weitere Bauelemente, wie beispielsweise Dioden, umfassen. Auf einer den Bondpads 106 gegenüberliegenden Seite des Drucksensors 108 befinden sich ein erster Feuchtigkeitssensor 105a und ein zweiter Feuchtigkeitssensor 105b. Die Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b sind rechteckig und weisen eine Breite d1parallel zur zweiten Symmetrieachse 402 und eine Höhe d2parallel zur ersten Symmetrieachse 401 auf und sind zueinander spiegelsymmetrisch zur zweiten Symmetrieachse 402 angeordnet. Die Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b weisen einen parallel zur zweiten Symmetrieachse 402 gemessenen Abstand d3auf. There are also bond pads 106 on the substrate. The microelectromechanical device can, in particular, include further components, such as diodes. A first moisture sensor 105a and a second moisture sensor 105b are located on a side of the pressure sensor 108 opposite the bond pads 106. The moisture sensors 105a and 105b are rectangular and have a width d1 parallel to the second axis of symmetry 402 and a height d2 parallel to the first axis of symmetry 401 and are arranged mirror-symmetrically to one another to the second axis of symmetry 402. The moisture sensors 105a and 105b have a distance d3 measured parallel to the second axis of symmetry 402.

[0029] Die Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b umfassen, wie in Figur 2 illustriert, eine Polyimidschicht 201, welche auf einer kammförmigen ersten Elektrode 301 und einer kammförmigen zweiten Elektrode 302 angeordnet ist. Die erste Elektrode 301 weist Zähne 202a auf, welche mit Zähnen 202b der zweiten Elektrode 302 verzahnt sind. Die Zähne 202, bestehend aus Zähnen 202a der ersten Elektrode 301 und Zähnen 202b der zweiten Elektrode, verlaufen hierbei parallel zur ersten Symmetrieachse 401. Befindet sich die elektromechanische Vorrichtung 100 in einer feuchten Umgebung, so nimmt die Polyimidschicht 201 Feuchtigkeit auf, wodurch sich die relative Permittivität der feuchtesensitiven Schicht ändert. Diese Änderung kann mittels eines kapazitiven Messprinzips ermittelt werden und so auf die Feuchte zurückgeschlossen werden. Als Nebeneffekt tritt eine Volumenänderung der Polyimidschicht 201 auf, die zu einem Stresseintrag in den Chip führt, der die Genauigkeit des Drucksensors verschlechtert. As illustrated in FIG. 2, the humidity sensors 105a and 105b comprise a polyimide layer 201 which is arranged on a comb-shaped first electrode 301 and a comb-shaped second electrode 302. The first electrode 301 has teeth 202a which are toothed with teeth 202b of the second electrode 302. The teeth 202, consisting of teeth 202a of the first electrode 301 and teeth 202b of the second electrode, run parallel to the first axis of symmetry 401. If the electromechanical device 100 is in a humid environment, the polyimide layer 201 absorbs moisture, whereby the relative The permittivity of the moisture-sensitive layer changes. This change can be determined using a capacitive measuring principle and conclusions can be drawn about the humidity. As a side effect, there is a change in volume of the polyimide layer 201, which leads to stress being introduced into the chip, which deteriorates the accuracy of the pressure sensor.

[0030] Zwischen dem Drucksensor 108 und dem ersten Feuchtigkeitssensor 105a ist ein erster Graben 104a ausgebildet und zwischen dem Drucksensor 108 und dem zweiten Feuchtigkeitssensor 105b ist ein zweiter Graben 104b ausgebildet, wobei die Gräben 104a und 104b parallel zur ersten Symmetrieachse 401 und spiegelsymmetrisch zueinander bezüglich der zweiten Symmetrieachse 402 ausgebildet sind. Die Gräben 104a und 104b können insbesondere Trenchgräben sein, welche durch Trenchätzen ausgebildet sind. Die Gräben können jedoch auch durch KOH-Ätzen ausgebildet sein. Ein Abstand der Gräben 104a und 104b von der zweiten Symmetrieachse 402 ist hierbei gleich groß wie ein Abstand der Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b von der zweiten Symmetrieachse 402, so dass die Gräben 104a und 104b zumindest abschnittsweise zwischen den entsprechenden Feuchtigkeitssensoren 105a bzw. 105b und dem Drucksensor 108 liegen. A first trench 104a is formed between the pressure sensor 108 and the first humidity sensor 105a and a second trench 104b is formed between the pressure sensor 108 and the second humidity sensor 105b, the trenches 104a and 104b parallel to the first axis of symmetry 401 and mirror-symmetrical with respect to one another the second axis of symmetry 402 are formed. The trenches 104a and 104b can in particular be trench trenches which are formed by trench etching. However, the trenches can also be formed by KOH etching. A distance between the trenches 104a and 104b from the second axis of symmetry 402 is the same as a distance between the humidity sensors 105a and 105b from the second axis of symmetry 402, so that the trenches 104a and 104b at least in sections between the corresponding humidity sensors 105a and 105b and the pressure sensor 108 lie.

[0031] Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. So kann auch ein einzelner Graben zwischen dem Drucksensor 108 und den Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b ausgebildet sein. The invention is not limited to this. A single trench can thus also be formed between the pressure sensor 108 and the moisture sensors 105a and 105b.

[0032] Die Erfindung ist nicht auf Druck- und Feuchtigkeitssensoren beschränkt, sondern kann sich auch auf beliebige Kombinationen einer beliebigen Anzahl von Gassensoren, Schallsensoren, Körperschallsensoren, Strahlungssensoren, Feuchtigkeitssensoren, Inertialsensoren und Druckmesssensoren beziehen. Die Feuchtigkeitssensoren können beispielsweise auch als Plattenkondensatoren ausgebildet sein. The invention is not limited to pressure and humidity sensors, but can also relate to any combination of any number of gas sensors, sound sensors, structure-borne sound sensors, radiation sensors, humidity sensors, inertial sensors and pressure measurement sensors. The moisture sensors can, for example, also be designed as plate capacitors.

[0033] In Figur 4 wird eine Draufsicht auf eine mikroelektromechanische Vorrichtung 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 100 umfasst hierbei weiter einen dritten Feuchtigkeitssensor 105c und einen vierten Feuchtigkeitssensor 105d, wobei einer dritter Graben 104c und ein vierter Graben 104d zwischen dem Drucksensor 108 und dem dritten Feuchtigkeitssensor 105c bzw. vierten Feuchtigkeitssensor 105d angeordnet sind. FIG. 4 shows a plan view of a microelectromechanical device 400 according to a further embodiment of the present invention. The microelectromechanical device 100 further comprises a third humidity sensor 105c and a fourth humidity sensor 105d, a third trench 104c and a fourth trench 104d being arranged between the pressure sensor 108 and the third humidity sensor 105c and fourth humidity sensor 105d, respectively.

[0034] Die Anordnung der Feuchtigkeitssensoren ist hierbei symmetrisch bezüglich der ersten Symmetrieachse 401 und der zweiten Symmetrieachse 402 des Drucksensors 108. Das heißt, der erste Feuchtigkeitssensor 105a und der dritte Feuchtigkeitssensor 105c sind bezüglich der zweiten Symmetrieachse 402 zu dem zweiten Feuchtigkeitssensor 105b bzw. dem vierten Feuchtigkeitssensor 105d spiegelsymmetrisch angeordnet. Weiter sind der erste Feuchtigkeitssensor 105a und der zweite Feuchtigkeitssensor 105b bezüglich der ersten Symmetrieachse 401 zu dem dritten Feuchtigkeitssensor 105c bzw. dem vierten Feuchtigkeitssensor 105d spiegelsymmetrisch angeordnet. The arrangement of the humidity sensors is here symmetrical with respect to the first axis of symmetry 401 and the second axis of symmetry 402 of the pressure sensor 108. That is, the first humidity sensor 105a and the third humidity sensor 105c are with respect to the second axis of symmetry 402 to the second humidity sensor 105b and the fourth moisture sensor 105d arranged mirror-symmetrically. Furthermore, the first humidity sensor 105a and the second humidity sensor 105b are arranged mirror-symmetrically with respect to the first axis of symmetry 401 to the third humidity sensor 105c and the fourth humidity sensor 105d, respectively.

[0035] In Figur 5 ist eine Draufsicht auf eine mikroelektromechanische Vorrichtung 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Erste bis vierte Feuchtigkeitssensoren 505a bis 505d sind hierbei jeweils L-förmig ausgebildet, wobei sich ebenfalls L-förmig ausgebildete Graben 506a bis 506d zwischen dem Drucksensor 108 und den jeweiligen Feuchtigkeitssensoren 505a bis 505d befinden. Die Feuchtigkeitssensoren 505a bis 505d und die Graben 506a bis 506d sind hierbei jeweils in einem Eckbereich der quadratförmigen Membran 102 des Drucksensors 108 derart angeordnet, dass die Feuchtigkeitssensoren 505a bis 505d und die Graben 506a bis 506d spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten Symmetrieachse 401, der zweiten Symmetrieachse 402 sowie einer dritten und vierten Symmetrieachse 403 und 404 sind, wobei die dritte Symmetrieachse 403 und die vierte Symmetrieachse 404 entlang der Diagonalen der quadratförmigen Membran 102 verlaufen. FIG. 5 illustrates a top view of a microelectromechanical device 500 according to a further embodiment of the present invention. First to fourth moisture sensors 505a to 505d are each L-shaped, with L-shaped trenches 506a to 506d between the pressure sensor 108 and the respective moisture sensors 505a to 505d. The moisture sensors 505a to 505d and the trenches 506a to 506d are each arranged in a corner area of the square-shaped membrane 102 of the pressure sensor 108 in such a way that the moisture sensors 505a to 505d and the trenches 506a to 506d are mirror-symmetrical with respect to the first axis of symmetry 401, the second axis of symmetry 402 and a third and fourth axis of symmetry 403 and 404, the third axis of symmetry 403 and the fourth axis of symmetry 404 running along the diagonal of the square-shaped membrane 102.

[0036] Aufgrund der symmetrischen Anordnung erfolgt eine verbliebene Einkopplung einer mechanischen Belastung von den Feuchtigkeitssensoren 105a bis 105d, welche noch nicht vollständig durch die Gräben 506a bis 506d verhindert wird, somit gleichmäßiger, wodurch eine Genauigkeit des Drucksensors 108 erhöht wird. Due to the symmetrical arrangement, a remaining coupling of a mechanical load from the moisture sensors 105a to 105d, which is not yet completely prevented by the trenches 506a to 506d, is thus more uniform, whereby the accuracy of the pressure sensor 108 is increased.

[0037] Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine mikroelektromechanische Vorrichtung 600 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Erste und zweite Feuchtigkeitssensoren 605a und 605b gemäß dieser Ausführungsform weisen im Vergleich zur in Figur 1 gezeigten Ausführungsform eine geringere Breite d1und eine größere Höhe d2als die in Figur 1 gezeigten ersten und zweiten Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b auf. Die Form der Feuchtigkeitssensoren 605a und 605b hat einen Einfluss auf einen Druckmessfehler Δp des Drucksensors 108. In Figur 7 wird der Druckmessfehler Δp des Drucksensors 108 als Funktion eines Verhältnisses x von Breite d1zu Höhe d2der Feuchtigkeitssensoren 105a bis 105d dargestellt. Die in Figur 1 gezeigten ersten und zweiten Feuchtigkeitssensoren 105a und 105b führen bei einem vorgegebenen Feuchtigkeitswert zu einem positiven Druckmessfehler 701, das heißt der von dem Drucksensor 108 gemessene Druck P ist höher als ein Druck, welcher bei einer Referenzmessung gemessen wird, wobei die Referenzmessung mit einem Drucksensor ausgeführt wird, bei welchem sich keine benachbarten Feuchtigkeitssensoren befinden, so dass ein Einfluss der Feuchtigkeit auf den Drucksensor ausgeschlossen werden kann. Bei den in Figur 6 gezeigten schmaleren und höheren Feuchtigkeitssensoren 605a und 605b wird ein negativer Druckmessfehler 702, wie in Figur 7 gezeigt, gemessen. FIG. 6 shows a top view of a microelectromechanical device 600 according to a further embodiment of the present invention. First and second moisture sensors 605a and 605b according to this embodiment have a smaller width d1 and a greater height d2 than the first and second moisture sensors 105a and 105b shown in FIG. 1 compared to the embodiment shown in FIG. The shape of the humidity sensors 605a and 605b has an influence on a pressure measurement error Δp of the pressure sensor 108. In FIG. 7 the pressure measurement error Δp of the pressure sensor 108 is shown as a function of a ratio x of the width d1 to the height d2 of the humidity sensors 105a to 105d. The first and second humidity sensors 105a and 105b shown in FIG. 1 lead to a positive pressure measurement error 701 at a predetermined humidity value, that is, the pressure P measured by the pressure sensor 108 is higher than a pressure which is measured in a reference measurement, the reference measurement being included a pressure sensor is carried out in which there are no adjacent humidity sensors, so that an influence of the humidity on the pressure sensor can be excluded. In the case of the narrower and taller moisture sensors 605a and 605b shown in FIG. 6, a negative pressure measurement error 702, as shown in FIG. 7, is measured.

[0038] Vorzugsweise wird daher eine Form der Feuchtigkeitssensoren, insbesondere eine Höhe d2und eine Breite d1derart eingestellt, dass der Absolutbetrag des Druckmessfehlers Δp des Drucksensors minimiert wird, das heißt, dass der Druckmessfehler Δp beispielsweise gleich Null ist, welches dem Punkt 703 entspricht. A shape of the moisture sensors, in particular a height d2 and a width d1, is therefore preferably set in such a way that the absolute amount of the pressure measurement error Δp of the pressure sensor is minimized, that is, the pressure measurement error Δp is, for example, equal to zero, which corresponds to point 703.

[0039] Die entsprechende ideale Form kann vom zu messenden Druckbereich abhängen. Üblicherweise kann die Form jedoch derart gewählt werden, dass ein Druckmessfehler Δp des Drucksensors 108 in einem breiten Messbereich bei einem niedrigen Wert, beispielsweise in einem Werteintervall -0,01 ≤ Δp / hPa ≤ 0,01, liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Form auch für einen bestimmten vorgegebenen Feuchtigkeitswert derart eingestellt werden, dass der Druckmessfehler Δp verschwindet. The corresponding ideal shape can depend on the pressure area to be measured. Usually, however, the shape can be selected such that a pressure measurement error Δp of the pressure sensor 108 is in a wide measurement range at a low value, for example in a value interval -0.01 Δp / hPa 0.01. According to a further embodiment, the shape can also be set for a specific predetermined humidity value in such a way that the pressure measurement error Δp disappears.

[0040] Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Druckmesssensor 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein erster, oberhalb der ersten Symmetrieachse 401 liegender Feuchtigkeitssensor 805a ist hierbei derart angeordnet, dass die Zähne 202 der kammförmigen Elektroden 301 und 302 einen ersten Winkel α1mit einer durch ein Zentrum des ersten Feuchtigkeitssensors 805a verlaufenden ersten Achse 801, welche parallel zur ersten Symmetrieachse 401 des Drucksensors 108 angeordnet ist, einschließt. Weiter schließen die Zähne 202 der kammförmigen Elektroden 301 und 302 des ersten Feuchtigkeitssensors 805a einen zweiten Winkel α2mit einer zweiten durch ein Zentrum des ersten Feuchtigkeitssensors 805a verlaufenden Achse 802 ein, welche parallel zur zweiten Symmetrieachse 402 des Drucksensors 108 angeordnet ist, einschließt. Hierbei sind der erste Winkel α1und der zweite Winkel α2größer als 0° und kleiner als 90°, vorzugsweise größer als 10° und kleiner als 80°, das heißt die Zähne 202 der kammförmigen Elektroden 301, 302 des ersten Feuchtigkeitssensors 805a schließen einen jeweils nicht verschwindenden Winkel α1und α2mit den Seitenflächen 108a bis 108d des Drucksensors ein. FIG. 8 shows a top view of a pressure measuring sensor 800 according to a further embodiment of the present invention. A first humidity sensor 805a lying above the first axis of symmetry 401 is arranged in such a way that the teeth 202 of the comb-shaped electrodes 301 and 302 form a first angle α1 with a first axis 801 which runs through a center of the first humidity sensor 805a and which is parallel to the first axis of symmetry 401 of the Pressure sensor 108 is arranged, includes. The teeth 202 of the comb-shaped electrodes 301 and 302 of the first humidity sensor 805a also enclose a second angle α2 with a second axis 802 which runs through a center of the first humidity sensor 805a and which is arranged parallel to the second axis of symmetry 402 of the pressure sensor 108. The first angle α1 and the second angle α2 are larger than 0 ° and smaller than 90 °, preferably larger than 10 ° and smaller than 80 °, that is, the teeth 202 of the comb-shaped electrodes 301, 302 of the first moisture sensor 805a close a non-vanishing one Angle α1 and α2 with the side surfaces 108a to 108d of the pressure sensor.

[0041] Die Winkel α1und α2sind vorzugsweise derart gewählt, dass der Absolutbetrag eines Druckmessfehlers Δp des Drucksensors Im Vergleich zu einer Referenzmessung minimiert wird. Vorzugsweise wird der Druckmessfehler Δp des Drucksensors 108 gleich Null. Wie oben beschrieben, wird der Druckmessfehler durch Vergleich mit einer Referenzmessung gemessen, wobei die Referenzmessung mit einem Drucksensor ausgeführt wird, bei welchem sich keine benachbarten Feuchtigkeitssensoren befinden. The angles α1 and α2 are preferably selected such that the absolute amount of a pressure measurement error Δp of the pressure sensor is minimized in comparison to a reference measurement. The pressure measurement error Δp of the pressure sensor 108 is preferably equal to zero. As described above, the pressure measurement error is measured by comparison with a reference measurement, the reference measurement being carried out with a pressure sensor in which there are no adjacent humidity sensors.

[0042] Figur 9 illustriert die Abhängigkeit des Druckmessfehlers Δp von dem Abstand d3der Feuchtigkeitssensoren 105a bis 105d von dem Drucksensor 108. In Figur 9 ist der Druckmessfehler Δp hierbei in Relation zu einem Druckmessfehler ΔpDfür einen vorgegebenen Abstand D illustriert. Es ist ersichtlich, dass der Druckmessfehler Δp mit zunehmendem Abstand d3der Feuchtigkeitssensoren von dem Drucksensor 108 abnimmt. Vorzugsweise wird daher der Abstand d3groß genug gewählt. FIG. 9 illustrates the dependence of the pressure measurement error Δp on the distance d3 of the moisture sensors 105a to 105d from the pressure sensor 108. In FIG. 9, the pressure measurement error Δp is illustrated in relation to a pressure measurement error ΔpD for a predetermined distance D. It can be seen that the pressure measurement error Δp decreases as the distance d3 between the humidity sensors and the pressure sensor 108 increases. The distance d3 is therefore preferably chosen to be large enough.

[0043] Figur 10 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine mikroelektromechanische Vorrichtung 100. Das Herstellungsverfahren umfasst einen ersten Schritt S1 des Anordnens eines ersten Sensors 108, beispielsweise eines Drucksensors 108, auf einem Substrat 101. Der Drucksensor 108 ist hierbei vorzugsweise ein in Figur 1 gezeigter und oben beschriebener Drucksensor mit piezoresistiven Widerständen 103a bis 103d und einer vorzugsweise quadratischen Membran 102. FIG. 10 shows a flowchart to explain a manufacturing method for a microelectromechanical device 100. The manufacturing method comprises a first step S1 of arranging a first sensor 108, for example a pressure sensor 108, on a substrate 101. The pressure sensor 108 is preferably an in Figure 1 shown and described above pressure sensor with piezoresistive resistors 103a to 103d and a preferably square membrane 102.

[0044] In einem zweiten Schritt S2 wird mindestens ein zweiter Sensor, beispielsweise ein Feuchtigkeitssensor auf dem Substrat 101 angeordnet. In a second step S2, at least one second sensor, for example a moisture sensor, is arranged on the substrate 101.

[0045] In einem dritten Schritt S3 wird mindestens ein Graben beispielsweise durch Trenchätzen, KOH-Ätzen oder Laserätzen ausgebildet, wobei zwischen Sensoren, beispielsweise zwischen den Feuchtigkeitssensoren und dem Drucksensor 108, zumindest abschnittsweise ein Graben ausgebildet wird. In a third step S3, at least one trench is formed, for example by trench etching, KOH etching or laser etching, a trench being formed at least in sections between sensors, for example between the moisture sensors and the pressure sensor 108.

[0046] Vorzugsweise entsprechen eine Anzahl der Feuchtigkeitssensoren und eine Anordnung der Feuchtigkeitssensoren einer der in den obigen Ausführungsformen beschriebenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen. Vorzugsweise wird insbesondere eine Form der Feuchtigkeitssensoren, insbesondere ein Verhältnis von Breite b1zu Höhe d2der Feuchtigkeitssensoren derart eingestellt, dass der Absolutbetrag eines Druckmessfehlers Δp des Drucksensors 108 im Vergleich zu einer Referenzmessung minimiert wird. Preferably, a number of the humidity sensors and an arrangement of the humidity sensors correspond to one of the microelectromechanical devices described in the above embodiments. In particular, a shape of the moisture sensors, in particular a ratio of width b1 to height d2 of the moisture sensors, is preferably set such that the absolute amount of a pressure measurement error Δp of pressure sensor 108 is minimized in comparison to a reference measurement.

[0047] Vorzugsweise umfasst der Feuchtigkeitssensor kammförmige Elektroden 301 und 302 und eine feuchtesensitive Schicht, beispielsweise eine Polyimidschicht 201, wie in Figuren 2 und 3 illustriert. Ein Winkel α1und α2, wie in Figur 8 illustriert, wird hierbei derart eingestellt, dass der Absolutbetrag des Druckmessfehlers Δp des Drucksensors 108 im Vergleich zu einer Referenzmessung minimiert wird. Die Referenzmessung findet hierbei, wie oben beschrieben, mittels eines Drucksensors statt, welcher nicht von Feuchtigkeitssensoren umgeben ist. The moisture sensor preferably comprises comb-shaped electrodes 301 and 302 and a moisture-sensitive layer, for example a polyimide layer 201, as illustrated in FIGS. 2 and 3. An angle α1 and α2, as illustrated in FIG. 8, is set in such a way that the absolute amount of the pressure measurement error Δp of the pressure sensor 108 is minimized in comparison with a reference measurement. The reference measurement takes place, as described above, by means of a pressure sensor which is not surrounded by moisture sensors.

Claims

1. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800), with at least two sensor devices (108, 105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) arranged on a substrate (101), wherein between at least two sensor devices (108, 105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) at least in sections a decoupling device (104a to d; 506a to 506d) for reducing a mechanical transverse effect is arranged.

2. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to claim 1, wherein the decoupling device (104a to d; 506a to 506d) comprises at least one trench in the substrate (101).

3. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to one of claims 1 or 2, wherein the sensor devices (108, 105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) include a pressure sensor (108) for capacitive and / or piezoresistive pressure measurement and at least one moisture sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b).

4. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to claim 3, wherein the humidity sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) has at least one plate capacitor.

5. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to claim 3, wherein the humidity sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) comb-shaped electrodes (301, 302) and a humidity-sensitive polyimide layer (201).

6. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to claim 5, wherein the pressure sensor (108) and the comb-shaped electrodes (301, 302) are aligned such that the teeth (202) of the comb-shaped electrodes (301, 302) enclose a non-vanishing angle (α1, α2) with one side surface (108a to d) of the pressure sensor (108).

7. Microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800) according to one of claims 3 to 6, wherein at least two moisture sensors (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) mirror-symmetrically with respect to at least one of the four Axes of symmetry (501 to 504) of the pressure sensor (108) are arranged around the pressure sensor (108).

8. Manufacturing method for a microelectromechanical device (100; 400; 500; 600; 800), with the steps: Arranging (S1) a first sensor device (108), in particular a pressure sensor (108), on a substrate (101), Arranging (S2) of at least one second sensor device (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b), in particular at least one moisture sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) the substrate (101), Forming (S3) at least one decoupling device (104a to d; 506a to 506d) for reducing a mechanical transverse effect, at least in sections between the first sensor and the second sensor.

9. The manufacturing method according to claim 8, wherein the decoupling device (104a to d; 506a to 506d) comprises a trench in the substrate (101) which is formed by means of trench etching or KOH etching.

10. Manufacturing method according to claim 8 or 9, wherein the at least one moisture sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) as a second sensor device (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b ) is generated with a ratio (x) of width (d1) to height (d2), so that the absolute amount of a pressure measurement error (Δp) of the pressure sensor (108) is minimized in comparison to a reference measurement with the pressure sensor (108).

11. Manufacturing method according to claim 8 to 10, wherein the at least one moisture sensor (105a to d; 505a to 505d; 605a, 605b; 805a, 805b) is formed with comb-shaped electrodes (301, 302) and a moisture-sensitive polyimide layer (201), wherein the comb-shaped electrodes (301, 302) are aligned in such a way that the teeth (202) of the comb-shaped electrodes (301, 302) each form a non-vanishing angle (α1, α2) with a side surface (108a to d) of the pressure sensor (108) include, and wherein the angles (α1, α2) are selected such that the absolute amount of a pressure measurement error (Δp) of the pressure sensor (108) is minimized compared to a reference measurement with the pressure sensor (108).