CN107003277B - 检测气态分析物的气体传感器装置和制造该装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置（100）的方法。所述方法（700）具有以下步骤：提供传感器基体（110），所述半导体基体具有半导体衬底（112）和被布置在所述半导体衬底（112）的第一主表面上的固体电解质层（116），至少一个腔区段（114）成形在所述半导体衬底中。在此所述固体电解质层（116）在所述至少一个腔区段（114）中未被所述半导体衬底（112）覆盖。所述方法还具有以下步骤：在所述传感器基体（110）的半导体衬底侧处生成以干化学方式沉积的信号传导层（120），使得在所述至少一个腔区段（114）中未被所述半导体衬底（112）覆盖的固体电解质层（116）的区域中，至少一个缺口区段在所述信号传导层（120）中成形，在所述缺口区段中移除了或者未沉积所述信号传导层（120）；此外，所述方法具有下述步骤：将至少两个测量电极（130、140）借助于湿化学过程涂覆到所述固体电解质层（116）上，其中第一测量电极（130）布置在所述信号传导层（120）的所述至少一个缺口区段中，并且第二测量电极（140）布置在所述传感器基体（110）的固体电解质层侧上。

Description

检测气态分析物的气体传感器装置和制造该装置的方法

技术领域

本发明涉及用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置的方法，涉及用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置，涉及相应的装置以及涉及相应的计算机程序。

背景技术

小型化的固体电解质-气体传感器例如能够用于尤其是测量在内燃机的废气流中的剩余氧气含量，或者用于所谓的Lambda-测量或者诸如此类的，所述固体电解质-气体传感器能够在使用微观机械方法和过程的情况下制成。

发明内容

在此背景下，利用这里所介绍的方案来介绍用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置的方法、用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置，此外介绍使用该方法的装置，以及最后介绍相应的计算机程序。有利的设计方案从随后的描述得出。

根据本发明的实施方式，能够提供基于固体电解质的微型电化学传感器或者小型化的固体电解质-气体传感器，其中尤其是即使在例如具有深腔的极端的表面形貌结构的情况下，也能够实现湿化学沉积的、功能性传感器电极与用于电传递传感器信号的、干化学沉积的电极的组合。所述方法能够以匹配的方式也在其它应用中被实施，或者被实施用于制造其它装置，以便生成在强烈地形貌结构地成形的表面上的结构化的层，或者生成在形貌结构上高要求的表面上的、湿化学涂覆的金属电极。

根据本发明的实施方式，一方面能够有利地实现的是，即使在形貌结构方面高要求的表面上也局部地并且选择性地使原本封闭的层或者薄膜结构化，或者说有针对性地移除层材料，以便如此例如将湿化学沉积的、功能性的传感器电极和用于电传递所述传感器信号的、干化学沉积的电极相组合。在这种情况下，激光烧蚀尤其能够被用于在深度结构化的表面上将薄膜选择性地去膜。根据本发明的实施方式，另一方面也能够有利地实现的是，在凹陷、诸如在MECS-传感器元件中的腔或者空洞中使用湿化学电极，并且借助于紧凑的、干化学涂覆的薄膜将电极电接触从空洞引出到传感器的背侧。在此尤其能够使用定向的沉积方法，其中可能造成遮蔽效应：例如仅仅将空洞的边缘、而不是将空洞底涂层。

尤其能够实现的是，开辟针对MEMS-技术（MEMS=微型-机电系统）的新的应用领域，诸如用于小型化的固体电解质-气体传感器的或者MECS-传感器元件的、干化学地和湿化学地生成的层的、前面所提到的组合，所述固体电解质-气体传感器或者MECS传感器元件能够在使用微型机械方法和过程的情况下制成。这种传感器元件例如能够用于测量在内燃机的废气中的剩余氧气含量或者用于所谓的Lambda-测量。

用于这种气体传感器的一种可能的传感器方案能够包括使用独立的（freistehend）或者部分裸露的固体电解质薄膜，其中在一种变型方案中的裸露能够通过半导体衬底或者硅-晶片在薄膜区域中的背刻蚀来实现。这样成形的空洞的深度在此能够对应于晶片或者衬底材料的厚度。对独立的薄膜或者固体电解质层的裸露的区段在两侧上利用废气耐受的以及温度稳定的、多孔的电极或者测量电极进行涂层，所述电极诸如能够由铂或其它金属成形。为了例如能够生成功能性的、多孔的、作为测量电极的铂电极，变型方案能够具有来自于液态溶液的、功能化的铂-纳米颗粒的湿化学涂层。通过干化以及烧结起先为液态的涂层材料，能够生成由经烧结的铂-颗粒构成的紧凑的层，所述层尤其是耐受温度载荷以及潮湿侵入。

为了能够阻止在半导体衬底处（例如在传感器背侧上、在空洞内侧上以及在边缘处）的整面的湿化学涂层中发生涂层的剥落以及薄膜裂缝，对于从电解质背侧到晶片背侧的、连贯的、导电的接触而言尤其能够根据本发明的实施方式地省去连贯的或者整面的电极薄膜的、湿化学上的涂覆。因而，能够将干化学涂覆的电极用于信号线路或者用于测量电极的电连接端子，因为对此湿化学涂覆的电极无论如何具有比例如溅射的、相对无孔的金属层小的比传导率，这使得电压信号经过较长距离（诸如从固体电解质层直至传感器-插头接触部或者诸如此类）的传输变得困难。补救措施在此能够借此来实现：通过由干化学沉积方法（诸如在半导体衬底的背离固体电解质层的侧上或者在晶片背侧以及空洞壁上进行溅射或电子束蒸发）和多孔的测量电极层（例如由铂构成）在空洞底部处的电解质表面上的湿化学沉积的组合。对此，对于两种涂层方法的这种组合的实现来说，能够将干化学沉积的、例如溅射的、封闭的以及气密的、由铂或者诸如此类的构成的信号传导层受限地布置在空洞壁以及晶片背侧上。

在标准-MEMS-制造中，通常为了满足这样的要求能够使用光刻过程，在所述光刻过程中，能够通过光刻掩膜来局部地使被整面地涂覆的光敏漆结构化，并且随后能够通过刻蚀过程或者剥离过程来进行结构传递，然而，根据本发明的实施方式，尤其是即使在极端的形貌结构的情况下，也能够实现局部的结构化，或者说即使在极端成形的表面形貌结构上也能够实现局部受限的层沉积或者结构定义。因此，即使在极端的表面形貌结构（诸如在存在深的空洞的情况下）上也能够实现干化学以及湿化学生成的层或者薄膜的组合，这例如借助于光刻是更昂贵的，甚至是不可能的或者不满意的。因此，与在光刻中不同，根据本发明的实施方式，尤其是即使在强烈形貌结构地成形的表面处也能够阻止：由于扩散的光散射（由在光刻掩膜和光漆之间的增加的间距引起）而出现在深的部位处的结构损失，和在给晶片表面涂漆时在结构边缘处出现漆裂缝或者诸如此类的。

介绍用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置的方法，其中所述方法具有以下步骤：

提供传感器基体，所述基体具有半导体衬底和被布置在所述半导体衬底的第一主表面处的固体电解质层，在所述衬底中成形至少一个腔区段，其中在所述至少一个腔区段中的固体电解质层由所述半导体衬底留空；

使得在所述至少一个腔区段中未被所述半导体衬底覆盖的固体电解质层的区域中，至少一个缺口区段在所述信号传导层中成形，所述信号传导层在所述缺口区段中留空；以及

将至少两个测量电极借助于湿化学过程涂覆到所述固体电解质层上，其中第一测量电极布置在所述信号传导层的所述至少一个缺口区段中，并且第二测量电极布置在所述传感器基体的固体电解质层侧上。

层的留空的区段当前例如能够理解为在所涉及的层中的开口。在此，开口也能够部分地再次被填充，然而却被所涉及的层的材料完全包住。

所述气体传感器装置能够被构造用于定性地以及附加地或者替代地定量地检测至少一种气态分析物。所述至少一种气态分析物例如能够包括氧气以及附加地或替代地包括氮氧化物。在此，所述气体传感器装置例如能够用于在机动车中的废气传感装置、用于例如在静止的加热设施中的废气传感装置、用于火灾报警系统、用于在移动电子设备（诸如移动电话）中的气体传感装置、用于呼吸气体分析、用于工业过程监视等等。所述气体传感器装置尤其能够例如用在以及构造在机动车中，以便监视或者调节废气再处理系统。所述半导体衬底能够由多种材料中的至少一种制成，所述材料能够借助于出自半导体加工领域中的过程来加工。所述固体电解质层能够具有传导离子的、例如陶瓷的材料，尤其是传导氧离子的陶瓷材料。

根据一种实施方式，能够在所述生成的步骤中干化学沉积所述信号传导层，并且借助于选择性的激光烧蚀在所述至少一个缺口区段中进行移除。在此，信号传导层和固体电解质层能够具有不同的光学特性以及附加地或替代地具有不同的机械特性，诸如光吸收率、强度、热膨胀或者诸如此类的。在实施激光烧蚀时，能够将激光束轮廓自适应地与半导体衬底的以及所述至少一个腔区段的结构高度相适配。这种实施方式提供以下优点：在所述信号传导层中的所述至少一个缺口区段能够以精确的方式成形。此外能够本身跨过强烈的表面形貌结构与结构高度不相关地实现烧蚀或者去层的均匀的程度。

在此，所述选择性的激光烧蚀能够从传感器基体的半导体衬底侧出发来实施。附加地或者替代地，激光烧蚀能够从传感器基体的固体电解质层侧出发穿过固体电解质层来实施。在这种情况下，所述固体电解质层能够对于在激光烧蚀中使用的激光来说是透明的。这种实施方式提供如下优点：能够提高在工艺设计或者方法设计中的灵活性，并且因此必要时使传感器装置的制造变得容易。

根据一种实施方式，在所述生成的步骤中能够在定义的沉积方向上以干化学的方式沉积信号传导层。在此，能够根据沉积方向和所述至少一个腔区段的几何结构来遮蔽所述至少一个缺口区段以免于所述信号传导层的材料。在此，至少在所述半导体衬底的腔区段中裸露的固体电解质层能够根据相对于传感器基体的参考平面的沉积方向或者根据传感器基体关于沉积源的定向被布置在信号传导层的、定向地沉积的材料的流动遮蔽中。这种实施方式提供以下优点：能够借助于特别简单的过程在例如仅仅一个步骤中生成具有至少一个缺口区段中的信号传导层。

在所述提供的步骤中也能够提供传感器基体，在所述传感器基体的半导体衬底中，所述至少一个腔区段以多于100微米或者多余200微米的深度来成形。

此外，所述方法能够具有利用钝化层来给半导体衬底涂层的步骤。在此，所述涂层的步骤能够在生成所述信号传导层的步骤之前被执行。因此，所述信号传导层能够至少部分面积地在所述钝化层上被生成。这种实施方式提供以下优点：在传感器装置的运行的情况下、尤其在用在内燃机的废气中的情况下，所述半导体衬底的表面的退化能够被避免。

此外，信号传导层能够在所述生成的步骤中以干化学方式沉积，并且利用掩模层来覆盖。在这种情况下，所述掩模层能够借助于选择性的激光烧蚀局部地在至少一个缺口区段中脱离，并且所述信号传导层在该缺口区段或者如果需要的话在所生成的缺口区段中的多个缺口区段中被移除。掩模层也能够被去除。因此，所述生成的步骤能够具有沉积的子步骤、覆盖的子步骤、脱离的子步骤和移除的子步骤以及可选的去除的子步骤。在此，子步骤能够以之前所提到的顺序来实施。这种实施方式提供以下优点：即使在以下情况下也能够生成具有所述至少一个缺口区段的信号传导层，即直接烧蚀或者擦除所述信号传导层是困难的或者不可能的。

此外介绍用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置，其中所述气体传感器装置具有以下特征：

传感器基体，所述半导体基体具有半导体衬底和被布置在所述半导体衬底的第一主表面上的固体电解质层，至少一个腔区段成形在所述半导体衬底中，其中所述固体电解质层在所述至少一个腔区段中由所述半导体衬底留空；

信号传导层，所述信号传导层以干化学的方式被沉积在所述传感器基体的半导体衬底侧处，其中在所述至少一个腔区段中未被所述半导体衬底覆盖的固体电解质层的区域中，至少一个缺口区段在所述信号传导层中成形，所述信号传导层在所述缺口区段中被留空；以及

至少两个测量电极，所述测量电极借助于湿化学过程被涂覆到所述固体电解质层上，其中第一测量电极被布置在所述信号传导层的所述至少一个缺口区段中，并且第二测量电极被布置在所述传感器基体的固体电解质层侧上。

所述气体传感器装置能够通过实施之前所提到的方法的一种实施方式来制成或制造。

此外，这里所介绍的方案创造如下装置，所述装置被构造用于在相应的设备中执行、操控或者实现这里所介绍的方法的变型方案的步骤。通过本发明以装置为形式的这种实施变型方案，也能够快速以及有效地解决本发明所基于的任务。

装置当前能够理解为电气设备，所述电气设备处理传感器信号并且据此来输出控制和/或数据信号。所述装置能够具有接口，所述接口能够按照硬件和/或按照软件来构造。在按照硬件的构造方案中，所述接口例如能够是所谓的、包含所述装置的各种各样的功能的系统-ASIC的一部分。然而也可能的是，所述接口是独立的集成电路或者至少部分地由离散的器件构成。在按照软件的构造方案中，所述接口能够是软件模块，所述软件模块例如在微控制器上与其它软件模块并存。

具有如下程序代码的计算机程序产品或者计算机程序也是有利的，尤其在所述程序产品或程序被实施在计算机或者装置上时，所述程序代码能够被存储在机器能够读取的载体或者存储介质上、如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器，并且被用于执行、实现和/或操控根据之前所描述的实施方式中的一种实施方式的方法的步骤。

根据本发明的实施方式，之前所提到的气体传感器装置的实施方式能够被用在作为平台或者基本模块的微系统技术中，以便在唯一的芯片上集成以及组合式地评估另外的传感器功能、诸如压力检测、颗粒检测、Lambda-传感、碳水化合物检测等等。

附图说明

随后根据附图来示例性地进一步解释这里所介绍的方案。附图示出：

图1 根据本发明的一种实施例的气体传感器装置的示意性截面图；

图2A至6B 根据本发明的实施例的气体传感器装置在不同制造状态中的示意性截面图；以及

图7 根据本发明的一种实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在对本发明的有益的实施例的随后的描述中，将相同的或相似的附图标记用于在不同的附图中示出的、并且起相似作用的元件，其中省去对这些元件的重复描述。

图1示出根据本发明的一种实施例的气体传感器装置100的示意性截面图。所述气体传感器装置100被构造用于检测至少一种气态分析物。其中，所述至少一种气态分析物例如是氧气。所述气体传感器装置100被实施为微电化学的传感器或者气体传感器、尤其是被实施为氧传感器。在此，气体传感器装置100例如能够用于在机动车、静止的加热设施、火灾报警系统、移动电子设备（诸如移动电话、呼吸气体分析设备）中的气体传感装置或者废气传感装置，用于工业过程监视等等。

所述气体传感器装置100具有传感器基体110。所述传感器基体110包括半导体衬底112。所述半导体衬底112例如具有作为衬底材料的硅。所述半导体衬底112也具有第一主表面和对置的第二主表面。在所述半导体衬底112中，根据本发明在图1中示出的实施例，示例性地仅成形腔区段114或者说凹口区段。在这种情况下，所述腔区段114作为穿过所述半导体衬底112的贯穿开口从所述半导体衬底112的第二主表面延伸直至第一主表面。所述腔区段114例如具有梯形的截面轮廓。在此，所述腔区段114的截面轮廓从所述半导体衬底112的第二主表面到第一主表面逐渐变细。此外，传感器基体110包括固体电解质层116。固体电解质层116被布置在半导体衬底112的第一主表面上。在腔区段114中，固体电解质层116未被半导体衬底112覆盖。因此，所述传感器基体110包括具有腔区段114的半导体衬底112和固体电解质层116。因此，传感器基体110具有固体电解质层侧和半导体衬底侧。

气体传感器装置100还具有信号传导层120。信号传导层120借助于干化学沉积被涂覆在传感器基体110的半导体衬底侧处。信号传导层120由导电材料制成。根据本发明在图1中示出的实施例，在传感器基体110的半导体衬底侧上的信号传导层120覆盖半导体衬底112的表面以及在腔区段114中的固体电解质层116的部分区段。换言之，在此，信号传导层120覆盖半导体衬底112的第二主表面、腔区段114的边缘以及在腔区段114中的固体电解质层116的部分区段。信号传导层120在腔区段114中未被半导体衬底112覆盖的固体电解质116的区域中具有缺口区段，在所述缺口区段中信号传导层120被移除或者未被沉积（即被留空）。

此外，根据本发明在图1中示出的实施例，气体传感器装置100示例性地仅具有两个测量电极130和140。测量电极130和140被涂覆在固体电解质层116处。在此，测量电极130和140借助于湿化学过程被涂覆到固体电解质层116上。第一测量电极130被布置在信号传导层120的缺口区段中。第二测量140被布置在传感器基体110的固体电解质层侧上。测量电极130和140构造用于与所述至少一种气态分析物的电化学交互作用。在缺口区段中，信号传导层120被第一测量电极130中断，第一测量电极130借助于信号传导层120导电地接触。在图1的截面图中，第一测量电极130在这种情况下与信号传导层120具有两个界面。

根据一种实施例，信号传导层120能够覆盖半导体衬底112的较小的部分，和/或覆盖在腔区段114中的固体电解质层116的较小的部分，以及可选地具有与第一测量电极130比在图1中示出的实施例中更小的界面。

图2A至2G示出根据本发明的实施例的、就制造方法的一种变型方案的实施而言、在不同制造状态中的气体传感器装置的至少部分区段的示意性截面图。所述气体传感器装置例如是图1中的气体传感器装置。

在此，图2A示出气体传感器装置的传感器基体110的示意性截面图。在此，示出在制造方法的传感器基体110的提供的步骤之后的传感器基体100。所述传感器基体110具有带有腔区段114的半导体衬底112和固体电解质层116。所述固体电解质层116例如被实施为部分裸露的或者独立的、钇-稳定的的氧化锆电解质薄膜或者YSZ电解质薄膜。

图2B示出图2A中的、具有沉积的信号传导层120的传感器基体的示意性截面图。因此，在此示出制造状态中的传感器基体，在所述传感器基体中，信号传导层120借助于干化学沉积、尤其借助于干化学铂-涂层在传感器基体的半导体衬底侧上生成。在这种情况下，信号传导层120整面地被沉积在传感器基体的半导体衬底侧上。

图2C示出图2B中的、在所述制造方法的框架内进行激光烧蚀时的、具有信号传导层120的传感器基体的示意性截面图。借助于激光L，通过激光烧蚀来将在腔区段114中的信号传导层120的、毗邻固体电解质层11的部分区段移除。在这种情况下，激光L被布置在腔区段114侧上。因此，在腔区段114中或者在空洞底部处进行局部的激光烧蚀。在图2C中符号化地通过箭头来阐明激光L的运动方向。

图2D示出具有在图2C中的、在激光烧蚀之后的信号传导层120的传感器基体的示意性截面图。在此，通过激光烧蚀来移除在腔区段114中的信号传导层120的、毗邻固体电解质层116的部分区段。因此，在信号传导层120中生成在图1中提及的缺口区段222。在缺口区段222中移除信号传导层120的材料。换言之，信号传导层120在缺口区段222中被中断。因此在图2D中的气体传感器装置在部分完成的状态中被示出。

在借助于激光L进行在YSZ上的铂的这种选择性的烧蚀时，信号传导层120的在缺口区段222中的铂例如通过各个激光脉冲局部地进行移除。尤其是通过直接并排以一定的重叠布置的激光脉冲，能够实现面状的烧蚀。为了在烧蚀期间使激光焦点能够适配于改变的结构高度，要么高度信息能够存储在能够在激光装置中编程的激光烧蚀程序中，要么能够使用自适应的聚焦系统，所述自适应聚焦系统在发出激光脉冲之前通过自动聚焦系统使激光焦点适配于实际的结构高度。同样能够借助于锥镜实现射束成形，其中不仅能够实现用于稳固的过程的高的深度清晰度，而且实现了对于小的结构尺寸的制造的高的深度清晰度。

图2E示出图2D中的、具有所涂覆的用于测量电极的电极材料230的、部分完成的气体传感器装置的示意性截面图。在此，在缺口区段中的电极材料230被涂覆到固体电解质层116上。准确地说，在信号传导层120的缺口区段中的电极材料230以湿化学的方式被涂覆到固体电解质层116上。电极材料230例如是含铂的材料、尤其是铂-纳米颗粒溶液。电极材料230的湿化学涂覆在此例如通过借助于涂覆工具235的分配来实现。

图2F示出图2E中的、具有烧结的电极材料或者被制造的第一测量电极130的、部分完成的气体传感器装置的示意性截面图。因此，在图2F中示出在如下状态中的、部分完成的气体传感器装置，在所述状态中通过烧结来固化出自图2E的电极材料，并且因此生成第一测量电极130。第一测量电极130被布置在信号传导层120的缺口区段中，在固体电解质层116上。

图2G示出具有所生成的或者所涂覆的第二测量电极140或者说前侧电极的气体传感器装置100的示意性截面图。因此在图2G中的气体传感器装置100示出在如下状态中，所述状态对应于在图1中的状态。气体传感器装置100的、在图2G中所示出的状态例如是制造的或者制成的状态。

图2A至2G示出气体传感器装置100的或者MECS-传感器元件的、在使用激光烧蚀的情况下的制造方法的流程中的制造状态，以便能够实现使用用于固体电解质层116或者说电解质薄膜的背侧接触的、功能性的、湿化学涂覆的电极。换言之，图2A至2G示出激光烧蚀的使用，所述激光烧蚀用于气体传感器装置100的、利用组合的湿化学以及干化学的沉积的制造方法。在此，进行在缺口区段222中的信号传导层120（例如溅射的铂层）的选择性的激光烧蚀，所述缺口区段是在腔区段114中毗邻固体电解质层116的缺口区段，所述腔区段尤其是具有超过200微米深的腔。

图3示出气体传感器装置在制造方法的框架中进行激光烧蚀时的传感器基体的示意性截面图。传感器基体例如是如下传感器基体，所述传感器基体如同出自图2C中的传感器基体，或者说在图3中的视图与在图2C中的视图一致，除了固体电解质层116对于激光L透明地成形之外。因此，在图3中也借助于激光L将在腔区段114中的信号传导层120的、毗邻固体电解质层116的部分区段通过激光烧蚀来移除。然而在这种情况下，激光L被布置在固体电解质层116侧上。在腔区段114中或者在空洞底部处进行了局部的激光烧蚀。在图3中以符号的方式通过箭头阐明激光L的运动方向。在这种情况下，穿过透明地实施的固体电解质层116在信号传导层120的待移除的部分区段上进行激光烧蚀。

在此，信号传导层120作为待烧蚀的层被沉积到被实施为光学透明薄膜的固体电解质层116上。因此，从固体电解质层116侧出发的或者说晶片前侧的激光影响是可能的，以便利用激光L将被沉积在薄膜背侧上的信号传导层120移除。在此情况下，在固体电解质层116和信号传导层120之间的界面处实现了激光L的最大能量输入，其中首先蒸发直接毗邻固体电解质层116的原子层。因此，实现了固体电解质层-信号传导层-界面的更整洁的层剥离。由此能够降低激光L的所需的脉冲能量，使得不仅能够实现快速的处理时间而且能够实现低损害的烧蚀。在此能够使用脉冲的放射源以生成激光L，尤其是具有在几皮秒以及更短时间的范围中的脉冲长度，或者说具有短波长，例如两倍频率的或者三倍频率的YAG-固体激光（YAG=钇铝石榴石）。

图4A至4F示出根据本发明的一种实施例的、在制造方法的变型方案的实施时在各种制造状态中的气体传感器装置的至少部分区段的示意性截面图。气体传感器装置例如是图1中的气体传感器装置。

图4A示出具有沉积的信号传导层120的气体传感器装置的传感器基体的示意性截面图。因此，在此示出在下述制造状态中的传感器基体，在所述制造状态中，信号传导层120借助于干化学沉积、尤其是借助于干化学铂-涂层在传感器基体的半导体衬底侧处生成。在此，信号传导层120在传感器基体的半导体衬底侧处整面地被沉积。

图4B示出出自图4A的、具有沉积的信号传导层120的气体传感器装置的传感器基体的示意性截面图，所述信号传导层附加地具有被涂覆的掩模层425。在此，掩模层425涂覆在沉积的信号传导层120上。

图4C示出具有沉积的信号传导层120和出自图4B的被涂覆的掩模层425的、在进行激光烧蚀时的气体传感器装置的传感器基体的示意性截面图。借助于激光L，通过激光烧蚀来将在腔区段114中的掩模层425的、毗邻待在信号传导层120中成形的缺口区段的部分区段移除。在此，激光L被布置在腔区段114侧上。在图4C中以符号的方式通过箭头来阐明激光L的运动方向。

图4D示出具有信号传导层120和出自图4C的、在激光烧蚀之后的掩模层425的传感器基体的示意性截面图。在此，通过激光烧蚀来移除在腔区段114中的、对于125的掩模层毗邻缺口区段的部分区段。因此，信号传导层的部分区段裸露，在所述部分区段中应当成形缺口区段。换言之，图4D示出出自图4C的、在选择性激光烧蚀所述掩模层425的部分区段之后的传感器基体。

图4E示出如下传感器基体的示意性截面图，所述传感器基体具有出自图4D的、在部分地移除在缺口区段222中的信号传导层120之后的、通过激光烧蚀来部分地移除的掩模层425。在此，在缺口区段222中，例如通过反应式离子蚀刻或者离子束蚀刻来移除在腔区段114中的信号传导层120的、毗邻固体电解质层116的部分区段。由此，在信号传导层120中生成在图1中提及的缺口区段222。在缺口区段222中移除了信号传导层120的材料。换言之，信号传导层120在缺口区段222中被中断。因此在图4E中示出了在部分完成的状态中的、在淹没层425结构传递到信号传导层120上之后的气体传感器装置。

图4F示出出自图2E的、在移除掩模层之后的、部分完成的气体传感器装置的示意性截面图。因此，在气体传感器装置的图4F中，在此示出具有腔区段114的半导体衬底112、固体电解质层116和具有缺口区段222的信号传导层120。在此，掩模层尤其以干化学或者湿化学的方式被移除。

换言之，在图4A至4F中示出在使用掩模层420的情况下的烧蚀。在此，在相应的制造方法中，掩模层425首先被涂覆到待结构化的信号传导层120上，如从图4A和图4B的对比性观察中可见的那样，掩模层425随后被部分地烧蚀，如从图4C和图4D中可见的那样，并且随后掩模层425的结构被传递至信号传导层120，如从图4D和图4E的对比性观察性中可见的那样。如有必要，掩模层424随后被移除，如从图4E和图4F的对比性观察中可见的那样。

如果对信号传导层120的直接的烧蚀应当不可行，则因此存在如下可能性：通过干化学沉积首先将掩模层425直接涂覆到信号传导层120上，并且随后对这个掩模层425进行烧蚀。紧接着进行到信号传导层120上的结构传递，并且随后必要时移除所述掩模层425。在这种情况下，掩模层425和信号传导层120关于掩模层420的选择性烧蚀在材料参数上具有合适的差异。

图5A至5F示出根据本发明的一种实施例的、在制造方法的变型方案的实施中在不同的制造状态中的、气体传感器装置的至少部分区段的示意性截面图。气体传感器装置例如是出自图1的气体传感器装置。在使用图5A至5F的情况下阐明的制造方法类似于在使用图2A至2G的情况下阐明的制造方法。

在此，图5A示出气体传感器装置的传感器基体110的示意性截面图。在此示出了在制造方法的传感器基体110的提供的步骤之后的传感器基体100。传感器基体110具有带有腔区段114的半导体衬底112和固体电解质层116。固体电解质层116例如被实施为部分裸露的或者独立的、钇-稳定的氧化锆-电解质薄膜或者说YSZ-电解质薄膜。

图5B示出出自图5A的、在进行信号传导层120的沉积时的传感器基体的示意性截面图。在此，传感器基体邻近信号传导层120的材料的材料源550（例如所谓的目标）地布置。在此，固体电解质层116或者传感器基体的主延伸方向横向于材料源550的、信号传导层120的材料的沉积的沉积方向555或者沉淀方向地布置。换言之，准确地说在图5B中示出了具有信号传导层120的传感器基体的、定向的、干化学的铂-涂层。在此，信号传导层120被沉积在半导体衬底112的部分区段处。在此，固体电解质层116的、在腔区段114中裸露的区段被遮蔽或者在几何上屏蔽免受信号传导层120的、在沉积方向555上沉积的材料。这种几何屏蔽产生于由所述传感器基体关于材料源550、沉积方向555以及腔区段114的几何特征的定向。

图5C示出出自图5B的、具有沉积的信号传导层120的传感器基体的示意性截面图。因此，在此示出了如下制造状态中的传感器基体，在所述制造状态中，借助于在半导体衬底112的部分区段中的干化学沉积、尤其是借助于干化学铂-涂层，信号传导层120大多在传感器基体的半导体衬底侧处被生成。在这种情况下，信号传导层120在半导体衬底112的如下部分区段中沉积，所述部分区段大多被布置在传感器基体的半导体衬底侧处。准确地说，在这种情况下如此沉积所述信号传导层120，使得固体电解质层116的、在腔区段114中裸露的区段没有信号传导层120。尤其是在这种情况下在截面图中，利用信号传导层120示例性地仅仅覆盖腔区段114的边缘。因此在信号传导层120中生成了缺口区段222，信号传导层120在所述缺口区段中被中断、留空或者说未被沉积。缺口区段222延伸跨过固体电解质层116在腔区段114中裸露的部分，并且示例性地延伸跨过腔区段114的、未被信号传导层120的材料覆盖的边缘。因此，腔区段114被实施为具有侧壁-铂-薄膜的空洞。换言之，在图5C中示出在部分完成的状态中的气体传感器装置。

图5D示出出自图5C的、具有用于测量电极的被涂覆的电极材料230的、部分完成的气体传感器装置的示意性截面图。在此，在缺口区段中的电极材料230被涂覆到固体电解质层116上。更准确地说，在信号传导层120的缺口区段中的电极材料230以湿化学的方式涂覆到固体电解质层116上。电极材料230例如是含铂的材料、尤其是铂-纳米颗粒溶液。在这种情况下，电极材料230的湿化学涂覆例如通过借助于涂覆工具235进行分配来实现。

图5E示出出自图5D的、具有烧结的电极材料或者说被制造的第一测量电极130的、部分完成的气体传感器装置的示意性截面图。因此，在图5E中示出在如下状态中的、部分完成的气体传感器装置，在所述状态中，出自图5D的电极材料通过烧结来固化，并且因此生成了第一测量电极130。第一测量电极130被布置在信号传导层120的缺口区段中在固体电解质层116上。

图5F示出具有所生成的或者所涂覆的第二测量电极140或者说前侧电极的气体传感器装置100的示意性截面图。因此在图5F中示出在如下状态中的气体传感器装置100，所述状态对应于在图1中所示出的状态，其中所述气体传感器装置100与出自图1的那个气体传感器装置相似。气体传感器装置100在图5F中所示出的状态例如是制造的或者制成的状态。

换言之，图5A至5F示出用于气体传感器装置100或者MECS-传感器元件的制造方法的、定向的沉积方法的使用，以便能够实现功能性的、以湿化学的方式涂覆的、用于背侧接触固体电解质层116或者说电解质薄膜的电极。因此能够使用组合式沉积，所述组合式沉积由定向的干化学沉积以及随后的湿化学沉积构成。在此，例如进行紧凑的金属薄膜的、定向的真空沉积，其中待涂层的传感器基体110与沉积方向555如此相互对准，使得基本上仅仅在腔区段114的边缘上以及在半导体衬底112的背侧上进行沉积。对于定向的沉积来说，除其他外优选考虑电子束蒸发，在有限制的情况下也考虑溅射、支持离子束的溅射或者相似的方法。在传感器基体110的主延伸平面与沉积方向555之间的角度或者说这两者彼此如何对准，在此除其他外取决于腔区段114的深度和/或直径。在此，在腔区段114中裸露的固体电解质层116或者空洞底部很大程度上保持不被涂层，以便例如不由于信号传导层120或者紧凑的铂-层而阻挡具有所述至少一种气态分析物的测量气体到达对于微型电化学传感器来说重要的三相边界（所述三相边界被布置在测量气体、测量电极130和140以及固体电解质层116之间）。在信号传导层120沉积在半导体衬底112的部分区段或者说空洞壁上之后，进行第一测量电极130在空洞底部处的湿化学沉积，其中如此选择电极薄膜的层厚度，使得在空洞壁处制造与信号传导层120的接触。

图6A和6B示出根据本发明的一种实施例的气体传感器装置的传感器基体110的示意性截面图。在此，在图6A中示出的传感器基体110对应于出自图2A和图5A的传感器基体。在图6B中，在传感器基体的半导体衬底侧上以，利用钝化层660为半导体衬底112进行涂层。出自图1、图2A至2G、图3、图4A至4F和图5A至5F的气体传感器装置中的一个气体传感器装置的任意一个传感器基体110尤其能够以钝化层660进行涂层。

换言之，图6A和6B示出在半导体衬底112的裸露的表面上提供或者说布置钝化层660，以保护所述半导体衬底免于在气体传感器例如在废气中的运行期间的衬底退化。在利用钝化层660进行涂层之后，或者说在钝化之后，例如进行与在图5A至5F中阐明的制造方法相似或者相对应的处理，即定向的金属沉积，所述金属沉积用于生成信号传导层并且用于湿化学涂覆测量电极。因为腔区段114的或者空洞壁的边缘的一部分保持不被信号传导层涂层，所以可能需要的是，使该未被涂层的区域配备以钝化层660，以便避免半导体衬底112的硅表面在传感器运行期间、尤其是在内燃机的废气中使用时的退化。对于钝化层660来说，例如考虑氧化层和氮化层，诸如二氧化硅（SiO₂）、氮化硅（SiN）、氧化铝（AlO）、氮化铝（AlN）、氧化钛（TiO）、氮化钛（TiN）或者诸如此类的。钝化层660能够通过在半导体技术中常见的技术来提供、如溅射沉积、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积、电子束蒸发或者脉冲激光沉积（PLD）。用于仅在半导体衬底112的未受保护的硅-边缘上提供钝化层660的简单的方法是：在结构化之后或者在成形腔区段114之后，在裸露的硅表面进行热氧化。

图7示出根据本发明的一种实施例的方法700的流程图。方法700是用于制造气体传感器装置的方法。在此，所述气体传感器装置被构造用于检测至少一种气态分析物。因此，方法700能够被实施用于制造如同图1至6B之一中的气体传感器装置那样的气体传感器装置。换言之，如同图1至6B之一中的气体传感器装置那样的气体传感器装置能够通过实施所述方法700来进行制造。

方法700具有提供传感器基体的步骤710。在此，传感器基体具有半导体衬底和被布置在所述半导体衬底的第一主表面处的固体电解质层，在所述半导体衬底中成形至少一个腔区段。在此，所述固体电解质层在所述至少一个腔区段中未被半导体衬底覆盖或者说被半导体衬底留空。

在方法700中随后能够实施的生成的步骤720中，在传感器基体的半导体衬底侧处，生成以干化学方式沉积的信号传导层，使得在所述至少一个腔区段中未被半导体衬底覆盖的固体电解质的区域中成形了在信号传导层中的至少一个缺口区段，在所述缺口区段中移除或者不沉积（或者留空）信号传导层。

在跟随所述生成步骤720的涂覆步骤730中，借助于湿化学过程将至少两个测量电极涂覆到固体电解质层上。在此，在涂覆的步骤730中将第一测量电极布置在信号传导层的所述至少一个缺口区段中。此外，在此在所述涂覆的步骤730中，将第二测量电极布置在传感器基体的固体电解质层侧上。

根据一种实施例，在所述生成的步骤720中，信号传导层以干化学的方式来沉积，并且借助于在所述至少一个缺口区段中的选择性的激光烧蚀来移除。替代地，在所述生成的步骤720中，信号传导层在定义的沉积方向上以干化学的方式沉积。在此，根据沉积方向和至少一个腔区段的几何结构来遮蔽所述至少一个缺口区段免受信号传导层的材料。可选地，在所述生成的步骤720中，信号传导层以干化学的方式沉积，并且利用掩模层进行覆盖，然后掩模层借助于在所述至少一个缺口区段中的、选择性的激光烧蚀来脱离，并且随后在所述至少一个缺口区段中移除信号传导层。

根据一种实施例，方法700具有利用钝化层来为半导体衬底进行涂层的步骤740。在此，在生成信号传导层的步骤720之前执行所述涂层的步骤740。

仅仅示例性地选择了描述的以及在附图中示出的实施例。不同的实施例能够完整地或者关于各个特征地相互组合。一种实施例也能够由另一实施例的特征进行补充。

此外，在此所介绍的方法步骤能够被重复，或者以不同于所描述的顺序进行实施。

如果一种实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”关联，则这应理解为：所述实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征，并且根据另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。

Claims (10)

1.用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置（100）的方法（700），其中所述方法（700）具有以下步骤：

提供（710）传感器基体（110），所述传感器基体具有半导体衬底（112）和被布置在所述半导体衬底（112）的第一主表面上的固体电解质层（116），至少一个腔区段（114）成形在所述半导体衬底中，其中所述固体电解质层（116）在所述至少一个腔区段（114）中由所述半导体衬底（112）留空；

在所述传感器基体（110）的半导体衬底侧处，生成（720）以干化学方式沉积的信号传导层（120），使得在所述至少一个腔区段（114）中未被所述半导体衬底（112）覆盖的固体电解质层（116）的区域中，至少一个缺口区段（222）在所述信号传导层（120）中成形，所述信号传导层（120）在所述缺口区段中留空；以及

将至少两个测量电极（130、140）借助于湿化学过程涂覆（730）到所述固体电解质层（116）上，其中第一测量电极（130）布置在所述信号传导层（120）的所述至少一个缺口区段（222）中并且第二测量电极（140）布置在所述传感器基体（110）的固体电解质层侧上。

2.根据权利要求1所述的方法（700），其特征在于，在所述生成的步骤（720）中，所述信号传导层（120）以干化学的方式沉积，并且借助于选择性的激光烧蚀在所述至少一个缺口区段（222）中进行移除。

3.根据权利要求2所述的方法（700），其特征在于，所述选择性的激光烧蚀从所述传感器基体（110）的半导体衬底侧出发来实施，和/或从所述传感器基体（110）的固体电解质层侧出发穿过所述固体电解质层（116）来实施，其中所述固体电解质层（116）对于在所述激光烧蚀中所使用的激光来说是透明的。

4.根据权利要求1所述的方法（700），其特征在于，在所述生成的步骤（720）中，在定义的沉积方向（555）上以干化学的方式沉积所述信号传导层（120），其中根据所述沉积方向（555）和所述至少一个腔区段（114）的几何结构来遮蔽所述至少一个缺口区段（222）以免受所述信号传导层（120）的材料。

5.根据权利要求1所述的方法（700），其特征在于，在所述提供的步骤（710）中提供传感器基体（110），在所述传感器基体的半导体衬底（112）中成形有所述至少一个腔区段（114），所述腔区段具有多余100微米或者多余200微米的深度。

6.根据权利要求1所述的方法（700），其特征在于以钝化层（660）来为所述半导体衬底（112）进行涂层的步骤（740），其中在生成所述信号传导层（120）的步骤（720）之前执行所述涂层的步骤（740）。

7.根据权利要求1所述的方法（700），其特征在于，在所述生成的步骤（720）中，所述信号传导层（120）以干化学的方式来沉积，并且以掩模层（425）来覆盖，其中所述掩模层（425）在所述至少一个缺口区段（222）中借助于选择性的激光烧蚀来脱离，其中移除在所述至少一个缺口区段（222）中的信号传导层（120）。

8.用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置（100），其中所述气体传感器装置具有以下特征：

传感器基体（110），所述传感器基体具有半导体衬底（112）和被布置在所述半导体衬底（112）的第一主表面上的固体电解质层（116），至少一个腔区段（114）在所述半导体衬底中成形，其中所述固体电解质层（116）在所述至少一个腔区段（114）中由所述半导体衬底（112）留空；

信号传导层（120），所述信号传导层以干化学的方式被沉积在所述传感器基体（110）的半导体衬底侧处，其中在所述至少一个腔区段（114）中未被所述半导体衬底（112）覆盖的固体电解质层（116）的区域中，至少一个缺口区段（222）在所述信号传导层（120）中成形，所述信号传导层（120）在所述缺口区段中被留空；以及

至少两个测量电极（130、140），所述测量电极借助于湿化学过程被涂覆到所述固体电解质层（116）上，其中第一测量电极（130）被布置在所述信号传导层（120）的所述至少一个缺口区段（222）中，并且第二测量电极（140）被布置在所述传感器基体（110）的固体电解质层侧上。

9.一种用于制造用于检测至少一种气态分析物的气体传感器装置的装置，所述装置被构造用于执行根据前述权利要求1-7中任一项所述的方法（700）的所有步骤。

10.一种机器能够读取的存储介质，其具有存储有计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行根据前述权利要求1-7中任一项所述的方法（700）的所有步骤。