CN113226979A - 传感器装置和用于制造传感器装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种传感器装置(1)，所述传感器装置包括至少一个衬底(2)；边缘区域(RB，RS)，所述边缘区域布置在所述衬底(2)上并且在横向上限界所述衬底(2)上方的内部区域(IB)；膜片(7)，所述膜片锚定在所述边缘结构(RS)上并且至少部分地跨越所述内部区域(IB)，其中，所述膜片(7)在所述内部区域(IB)中包括至少一个由于压力(p)而可运动的区域(BB)，所述可运动的区域封闭所述膜片(7)与所述衬底(2)之间的腔(K)；第一中间载体(ZT1)，所述至少一个第一中间载体在所述膜片(7)下方在所述可运动的区域(BB)中延伸，并且与所述膜片(7)连接，并且具有至少一个沟槽(G)。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器装置和一种用于制造传感器装置的方法。
背景技术
在电容传感器的情况下，电容传感器的制造通常借助导电层和牺牲层以及随后暴露(freistellen)的膜片层的沉积来进行。在此，在大多数情况下，牺牲层的厚度限定膜片与对电极之间的间距，其通常选择得相对较大。为了增加这种膜片传感器的敏感度，值得期望的是膜片与对电极之间的更小间距。
在DE10 2013 213 065中描述一种电容式传感器，该电容式传感器可以包括衬底上的对电极，其中，在对电极上可以沉积具有空腔的牺牲层，其中，在牺牲层上可以布置膜片。膜片中的蚀刻入口
可以布置在对电极的侧面，其中，空腔也可能可用作蚀刻通道
。以这种方式，能够实现薄的膜片。
发明内容
本发明提出一种根据权利要求1的传感器装置和一种根据权利要求16的用于制造传感器装置的方法。
优选的扩展方案是从属权利要求的主题。
本发明的优点
本发明所基于的思想在于，说明一种传感器装置及其制造方法，其中，用于制造该传感器装置的方法的特征在于，薄的膜片能够成形为具有到对电极的优选地小的间距，并且因此可以具有增加的敏感度。膜片可以有利地由唯一的材料制成，其中，在可运动的测量区域中可以省去用于暴露该膜片的蚀刻入口通孔
，因为蚀刻可以在横向上从侧面进行。
根据本发明，该传感器装置包括至少一个衬底；边缘区域，该边缘区域布置在衬底上并且在横向上限界衬底上方的内部区域；膜片，该膜片锚定在边缘结构上并且至少部分地跨越内部区域，其中，膜片在内部区域中包括由于压力而可运动的至少一个区域，所述至少一个区域封闭膜片与衬底之间的腔(Kaverne)；第一中间载体，该第一中间载体在可运动的区域中在膜片下方延伸并且与膜片连接并且尤其具有至少一个沟槽。
根据该传感器装置的一个实施例，该传感器装置包括具有封闭部的介质入口，该封闭部与腔连接，并且布置在膜片的可运动的区域以外，并且封闭腔中的和介质入口中的限定的压力。
根据该传感器装置的一个实施例，边缘结构包括与腔连接的至少一个蚀刻入口通道
。
根据该传感器装置的一个实施例，至少一个导电层作为第一电极布置在衬底上和在衬底与中间载体之间并且与衬底电绝缘。
根据该传感器装置的一个实施例，中间载体借助膜片处的接通部位固定在可运动的区域中。
根据该传感器装置的一个实施例，第一中间载体在部分区域中并且在第一方向上并且在该方向上的整个宽度上具有与膜片的完全机械连部。
根据该传感器装置的一个实施例，第一中间载体在第二方向上分段成各个中间载体元件，并且各个元件在不同于第二方向的第一方向上贯通
地实施。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片覆盖由边缘区域围绕的整个区域。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片和/或中间载体具有至少一个多晶硅层。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片和/或中间载体具有至少一种相同层厚度的贯通材料。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片包括至少一个参考区域作为部分区域，其中，第一中间载体包括至少一个支撑部位(Stützstelle)，所述至少一个支撑部位将第一中间载体与衬底机械连接。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片包括相同数量的参考区域和可运动的区域，这些参考区域和可运动的区域彼此互连作为一半的惠斯通电桥或完整的惠斯通电桥。
根据该传感器装置的一个实施例，膜片通过边缘结构电接通。
根据该传感器装置的一个实施例，沟槽中的至少一个在第一或第二方向上具有低于中间载体的高度的宽度。
根据该传感器装置的一个实施例，从边缘区域到最近的接通部位的间距具有膜片的平面型的延伸区域的至少10％，其中，该延伸区域在圆形的膜片的情况下相应于直径，或者在矩形的膜片的情况下相应于较短的侧棱边的长度。
根据本发明，在一种用于制造传感器装置的方法中进行以下：提供衬底；在衬底上布置至少一个第一牺牲层；在至少一个第一牺牲层上布置辅助层并且将辅助层如此结构化，使得在辅助层中引入至少一个沟槽直至至少一个第一牺牲层，其中，沟槽在横向上处于边缘区域内，其中，边缘区域至少部分地表示衬底上的横向外边缘；至少在沟槽中布置第三牺牲层；在辅助层上施加膜片并且在膜片中在边缘区域中引入至少一个蚀刻入口；通过至少一个蚀刻入口通过蚀刻过程，在横向上在边缘区域内至少部分地去除至少一个第一牺牲层和第三牺牲层；借助封闭材料封闭至少一个蚀刻入口并且封闭限定的压力。
一个沟槽或多个沟槽可以在横向上处于边缘区域内，处于该边缘区域本身中并且例如处于中间载体中，即处于内部区域中(在横向上在边缘区域内)。
根据该方法的一个实施例，将第三牺牲层也布置在辅助层上并且将第三牺牲层如此结构化，使得在横向上在边缘区域内引入凹槽直至辅助层，其中，凹槽填充有该膜片的材料。
根据该方法的一个实施例，在布置第一牺牲层之前，在衬底上施加导电层，并且在横向上在边缘区域内对所述导电层进行结构化。
根据该方法的一个实施例，蚀刻入口在横向上并且在膜片的下方至少与第一牺牲层和/或第三牺牲层连接。
根据该方法的一个实施例，在进一步的步骤中将第一导电层如此结构化，使得在第一区域中去除第一导电层并且第一区域限界第一导电层的第一部分区域，其中，在第一部分区域中，第一导电层形成第一电极；将第一牺牲层布置在第一导电层上和第一区域中并且将至少一个第一牺牲层如此结构化，使得在第二区域中暴露第一导电层并且第二区域在横向上处于第一部分区域以外，其中，第二区域限界内部区域；将辅助层布置在至少一个第一牺牲层上和第二区域中并且将辅助层如此结构化，使得在辅助层中引入直至至少一个牺牲层的凹槽，所述凹槽处于第一区域上方和第三区域中，其中，第三区域在横向上位于第一部分区域和第二区域以外，其中，第一部分区域中的辅助层形成第一中间载体；在辅助层上在第一区域和第三区域中布置第三牺牲层并且将第三牺牲层如此结构化，使得凹槽在第二区域和第一部分区域上方通过第三牺牲层并直至辅助层地成形；在第三牺牲层上以及第一部分区域和第二区域中的凹槽中布置膜片，并且在第三区域中的膜片中引入蚀刻入口，其中，在第二区域中，辅助层形成边缘区域，在该边缘区域中，膜片锚定，并且膜片在第三牺牲层的第一部分区域中的凹槽中形成膜片与第一中间载体之间的接通部位；以及通过蚀刻入口通过蚀刻过程至少部分地去除至少一个第一牺牲层和第三牺牲层，其中，内部区域中的膜片成形有由于压力而可运动的区域，并且第一电极与第一中间载体间隔开第一间距。
根据该方法的一个实施例，第二牺牲层和/或第四牺牲层布置在第一牺牲层和/或第三牺牲层上，其与第一牺牲层和/或与第三牺牲层在相同的区域中结构化和去除。
根据该方法的一个实施例，在第三区域中和/或在第一区域(B1)中完全去除辅助层。
根据该方法的一个实施例，将第三牺牲层施加在辅助层及在其凹槽中。将第三牺牲层如此结构化，使得将凹槽成形在下一方法步骤中将在其中去除辅助层的区域中，优选地成形在第一区域和/或第三区域中。随后，优选地通过各向同性的蚀刻方法通过第三牺牲层中的凹槽去除辅助层的部分。然后，将第四牺牲层如此沉积在第三牺牲层上及其凹槽中，使得封闭凹槽。此外，第三和第四牺牲层的结构化如此进行，使得凹槽成形至少直至辅助层。
根据该方法的一个实施例，使膜片成形有参考区域，该参考区域表示膜片的部分区域，并且在该参考区域中辅助层成形有至少一个支撑部位，所述至少一个支撑部位将辅助层与和导电层电分离的区域连接并且支撑该区域上的辅助层。
根据一个实施例，在用于制造传感器装置的方法中进行如下：提供衬底并在衬底上构造第一绝缘体层；在第一绝缘体层上布置第一导电层并且将第一导电层如此结构化，使得在第一区域中去除第一导电层并且第一区域限界第一导电层的第一部分区域，其中，在第一部分区域中，第一导电层形成第一电极；将至少一个第一牺牲层布置在第一导电层上和第一区域中并且将至少一个第一牺牲层如此结构化，使得在第二区域中暴露第一导电层并且第二区域在横向上处于第一部分区域以外，其中，第二区域限界内部区域。此外，将辅助层布置在至少一个第一牺牲层上和第二区域中并且将辅助层如此结构化，使得在辅助层中引入凹槽直至至少一个牺牲层，所述凹槽处于第一区域上方和第三区域中，其中，第三区域在横向上位于第一部分区域和第二区域以外，其中，第一部分区域中的辅助层形成第一中间载体；在第一区域和第三区域中的辅助层上布置第三牺牲层并且将第三牺牲层如此结构化，使得凹槽在第二区域和第一部分区域上方通过第三牺牲层并且直至辅助层地成形，并且封闭限定的压力。
膜片可以有利地涉及膜片层或层序列。
传感器装置可以有利地实施为微机械构件(MEMS)，有利地实施为传感器。
此外，在第三牺牲层上以及第一部分区域和第二区域中的凹槽中布置膜片，并且在第三区域中的膜片中引入蚀刻入口，其中，在第二区域中，辅助层形成边缘结构，在该边缘区域中膜片锚定，并且膜片在第三牺牲层的第一部分区域中的凹槽中形成膜片与第一中间载体之间的接通部位。此外，通过蚀刻入口通过蚀刻过程至少部分地去除至少一个第一牺牲层和第三牺牲层，其中，内部区域中的膜片成形有由于压力而可运动的区域，并且第一电极与第一中间载体间隔开第一间距；以及借助封闭材料来封闭蚀刻入口。膜片也可以有利地成形为至少一个膜片层。第三区域可以形成进行限界的Si框架(Si-Umrahmung)作为蚀刻停止部。
根据该方法的一个优选实施方式，将第二牺牲层布置在第一牺牲层和/或第三牺牲层上，该第二牺牲层与第一牺牲层和/或第三牺牲层在相同的区域中进行结构化和去除。
在这种情况下，可以将第二牺牲层施加在(至少)第一牺牲层上，并且在随后的、例如辅助层的结构化中将其局部地直至第二牺牲层地去除。两个牺牲层可以包括相同的材料。
根据该方法的一个优选实施方式，辅助层在布置时具有大于膜片的厚度的50％的厚度。
根据该方法的一个优选实施方式，在第一区域和/或第三区域中结构化辅助层时，将多个垂直的沟槽引入到辅助层中，所述沟槽比辅助层的厚度更窄，从而在将第二绝缘体层布置在沟槽中时，在第三牺牲层中产生至少一个空腔。
根据该方法的一个优选实施方式，在第一区域中和/或在第二区域中和/或在第三区域中和/或在第一部分区域中结构化辅助层时，将多个垂直沟槽引入到辅助层中，这些沟槽比辅助层的厚度更窄，从而在将第二绝缘体层布置在沟槽中时，在第三牺牲层中产生至少一个空腔。
根据该方法的一个优选的实施方式，在第一区域中完全去除辅助层。
可选地，也可以在第三区域以外的区域中部分或完全去除辅助层。
辅助层的去除有利地通过第三牺牲层中的窄的开口、优选地通过气相蚀刻方法进行。在通过这些开口分离出辅助层之后，第三牺牲层中的窄的开口可以通过随后施加的第四牺牲层进行封闭。第三牺牲层中的缝隙可以成形得比第四牺牲层(密封层)的厚度的一半更窄。
根据该方法的一个优选实施方式，在蚀刻过程之后，在随后的封闭中，在膜片与第一导电层之间产生确定的内部压力。
根据该方法的一个优选实施方式，该膜片成形有参考区域，该参考区域表示该膜片的部分区域，并且在该参考区域中辅助层成形有至少一个支撑部位，该至少一个支撑部位将辅助层与和导电层电分离的区域连接，并且支撑该区域上的辅助层。参考区域也可以有利地成形在分开的(单独的)膜片区域中。在参考区域下方可以有利地布置有单独的参考电极。
根据一个实施例，该传感器装置包括：衬底；边缘结构，该边缘结构布置在衬底上并且限界衬底上方的内部区域；膜片，该膜片锚定在边缘结构处并且至少部分地跨越内部区域，其中，该膜片在内部区域中包括由于压力而可运动的至少一个区域；第一中间载体，该第一中间载体在膜片下方在可运动的区域中延伸并且通过接通部位与膜片连接；以及衬底上的第一电极，该第一电极在第一中间载体下方延伸，其中，第一中间载体与第一电极之间的第一间距能够通过可运动的区域上的压力而变化，其中，限定的压力封闭在第一中间载体与衬底之间。
作为蚀刻入口的至少一个开口也可以布置(在横向上)在边缘区域以外。
传感器装置也可以有利地通过结合该方法已经提及的特征及其优点来区分，反之亦然。
传感器装置可以有利地涉及电容式的传感器装置，因为具有中间载体和第一电极的膜片可以相应于电容器。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片包括至少一个参考区域作为膜片的部分区域，其中，第一中间载体包括至少一个支撑部位，该至少一个支撑部位将第一中间载体与和第一电极电分离的区域连接并且支撑分离区域上的第一中间载体。
参考区域也可以由另一附加的膜片形成。可以实现的是，一个膜片或多个膜片可以形成四个膜片区域，所述膜片区域分别具有两个可运动的膜片和两个不可运动的、固定的膜片(区域)。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片包括相同数量的参考区域和可运动的区域，这些参考区域和可运动的区域彼此互连作为惠斯通电桥。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片通过边缘结构电接通。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，第一中间载体在第一方向上分段成各个中间载体元件，并且各个元件在不同于第一方向的第二方向上贯通地实施。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，两个相邻中间载体元件之间的平均间距低于第一中间载体的厚度。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，中间载体元件完全彼此分离。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片覆盖由边缘结构包围的整个区域。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片由至少一个多晶硅层组成。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片由相同层厚的至少一种贯通材料组成。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，中间载体元件在超过中间载体元件的70％的长度上彼此分离。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，每个中间载体元件在第二方向上完全或至少70％与膜片连接。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，膜片由至少一种没有凹槽的贯通材料组成。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，在边缘结构中至少在一个区域中设有空腔。
根据该传感器装置的一个优选实施方式，空腔构造在辅助层的高度上。
该传感器装置可以如此成形，使得在边缘结构与第一中间载体之间的区域中至少一个空腔从边缘结构延伸到中间载体。此外，空腔可以构造在辅助层的高度上，例如作为介质入口。
由边缘结构包围的空腔可以通过通道延伸到边缘结构以外的区域中并且以密封的方式与周围环境封闭。膜片层可以延伸超出边缘结构并且在那里具有凹槽。在蚀刻牺牲层之后，可以在中间载体下方和其侧面成形腔，这可以相当于得到封闭的参考压力。
借助根据本发明的传感器装置可以有利地实现压力传感器。然而，替代地，可以借助所描述的传感器布置以及尤其是所制造的膜片传感器来实现任何其他类型的传感器，在该传感器中，可运动的膜片布置在腔上方。如此，可以设想在转速传感器或加速度传感器的范畴内使用该传感器装置。在此，膜片的或与其连接的电极的运动可以用作旋转速率或加速度的量度。还可以将该结构与其他的物理传感器参量和/或化学传感器参量的检测相结合。如此，可以设想将另外的传感器元件(例如压电元件、温度元件或由于预给定的化合物的吸收或存在而改变其导电能力的层)引入到膜片中。在此，例如可以设想空气流量传感器(Luftmassensensor)、气体传感器或湿度传感器。
本发明的实施例的其他特征和优点从参考附图的以下描述中得出。
附图说明
以下基于在附图的示意图中所说明的实施例进一步阐述本发明。
附图示出：
图1示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的一个方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图；
图2示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图；
图3示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图；
图4示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图；
图5示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图；
图5a示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性俯视图；
图6示出根据本发明的一个实施例的传感器装置的一个示意性侧视图；
图7示出根据本发明的一个实施例的传感器装置的另一示意性侧视图；
图8示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的方法步骤的示意图；
图9示出根据本发明的另一实施例的传感器装置的一个示意性侧视图；
图10示出根据本发明的另一实施例的传感器装置的一个示意性俯视图。
在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能相同的元件。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的一个方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图。
图1示出衬底2，在该衬底上构造有第一绝缘体层3。随后将第一导电层4布置在第一绝缘体层3上，并且第一导电层4的结构化如此进行，使得在第一区域B1中第一绝缘体层3暴露，其中，第一区域B1限界第一导电层4的第一部分区域T1，其中，在第一部分区域T1中第一导电层4形成第一电极E1并且有利地还可以形成印制导线。第一导电层4可以包括掺杂的多晶硅层。此外，将第一牺牲层O1布置在第一导电层4上和第一区域B1中并且将第一牺牲层O1如此结构化，使得在第二区域B2中去除第一牺牲层O1并且第二区域B2在横向上处于第一部分区域T1以外，其中，第二区域B2限界内部区域IB。在横向的外部区域B22(该外部区域可以在横向上位于第二区域B2以外)处，可以去除第一牺牲层O1，或者如果存在，还去除其上的第二牺牲层O2。在此，在图1中另外还示出，附加的绝缘体层(有利地是非导电层3b，该非导电层也可以包括多个单层)可以处于第一绝缘体层3与第一导电层4之间。附加的绝缘体层3b可以在进一步方法中用作蚀刻停止层，该蚀刻停止层可以包括富含硅的氮化物层。可以在沉积第一导电层之前或之后进行结构化附加的绝缘体层3b。第一绝缘体层3以及在存在的情况下还有附加的绝缘体层3b也可以进行结构化并且配备有凹槽，以便能够制造衬底接触。此外，可以将第二牺牲层O2布置在第一牺牲层O1上，该第二牺牲层可以与第一牺牲层O1在相同的区域中进行结构化和去除。例如，第一和/或第二牺牲层O1、O2可以包括氧化物层(氧化硅)。通过两个牺牲层，第一电极E1与随后的元件(例如来自图3的辅助层5)之间的间距可以设置成两个阶段(Stufe)，也就是说，例如可以在不同的区域中产生不同的间距。辅助层5可以构造为半导体材料层。
在第一导电层4下方，可以有利地在衬底2上使绝缘体层3b成形作为用于蚀刻过程的停止层，以便在牺牲层蚀刻时不侵蚀第一绝缘体层3，并且因此防止第一导电层4的底蚀刻
。所应用的材料可以是SiRiN、SiC或其他材料，因为这些材料比SiO2蚀刻得更慢。
传感器装置可以成形为压力传感器装置。
图2示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图。
在完成例如在图1中所示出的方法步骤之后，随后可以根据图2将辅助层5布置在第一牺牲层O1上和第二区域B2中并且将辅助层5如此结构化，使得在辅助层5中引入凹槽，有利地直至第一牺牲层O1，或者如果第二牺牲层O2施加在第一牺牲层O1上，则直至第二牺牲层O2，这些凹槽处于第一区域B1的上方以及第三区域B3中，其中，第三区域B3在横向上位于第一部分区域T1和第二区域B2以外，其中，辅助层5在第一部分区域T1中形成第一中间载体ZT1。在辅助层5在第一区域B1中和/或在第三区域B3中的结构化中，可以将多个垂直沟槽G引入到辅助层5中，这些沟槽比辅助层5的厚度更窄。
可以沉积多晶硅层作为辅助层5。优选地，可以选择大于根据图5形成的膜片层厚度的50％的层厚度，以便能够在各个区域中实现良好的加固。优选地，沉积至少一个500nm厚的层，以便能够在辅助层的横向边缘区域中实现高稳定性。优选地，可以使用蚀刻方法，通过该蚀刻方法能够在辅助层中产生垂直的沟槽或凹槽，以便结构化辅助层。优选地，在此可以使用沟渠方法(Trenchverfahren)。
通过沟槽G和由此产生的蚀刻入口，可以将辅助层与第一导电层之间的牺牲层O1和O2实施得任意薄。这种构型的优点在于，在沉积第三牺牲层6或O3之后，在沟槽G中形成横向空腔H，通过这些横向空腔，蚀刻介质可以非常迅速地扩散并且因此能够在第三区域B3中尤其是借助辅助层5在侧向上在还待形成的膜片旁边实现蚀刻入口(为此参见图3)。
图3示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图。
在完成例如如在图2中所示出的方法步骤之后，随后可以根据图3在第一区域B1和第三区域B3中将第三牺牲层6、O3布置在辅助层5上。在引入第三牺牲层6、O3时，在侧向延伸部的尺寸足够窄的情况下，在沟槽G中可以使空腔H成形。
此外，可以在第三牺牲层6、O3中产生窄的凹槽A1，第三牺牲层本身也可以成形为牺牲层，例如成形为氧化物层(氧化硅)。
图4示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图。
在图3中成形的、第三牺牲层6、O3中的凹槽A1可以用于借助例如各向同性的蚀刻来去除第三牺牲层6、O3下方的辅助层5的部分，这随后可以产生根据图4的空腔H1。
如此，可以在第三区域B3中和/或在第一区域B1中完全去除辅助层5。成形为缝隙的凹槽A1然后可以借助进一步的氧化物沉积(氧化硅)、例如牺牲层的材料、例如第二牺牲层O2或第四牺牲层O4进行封闭，并且形成大的空腔H1，可能连同先前产生的空腔H。因此，在稍后将膜片布置在各个区域中时(图5)，能够以非常低的电容产生在膜片与第一电极E1之间的非常大的间距。在稍后去除第三牺牲层6、O3以及牺牲层O1、O2和O4时，空腔H、H1可以作为加速元件用于更好地扩散蚀刻介质。在哪些区域处使这些空腔成形的选择可以用于影响蚀刻效果(空间延伸)并且可以局部不同地选择。
此外，第三牺牲层6、O3的结构化如此进行，使得凹槽在第二区域B2(以及可选地还有B22，如在图1和图5中所示出的那样)和第一部分区域T1的上方通过第三牺牲层6且直至辅助层5地成形。在此，也可以将第二牺牲层O2或第四牺牲层O4构造在第三牺牲层6、O3上，其可以在与第三牺牲层6、O3相同的区域中结构化。
图5示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性侧视图。
在完成例如如在图4中所示出的方法步骤之后，可以随后根据图5将膜片(层)7布置在第三牺牲层O3和/或第四牺牲层O4上以及第一部分区域T1和第二区域B2(以及可选的B22)中的凹槽中，并且在第三区域B3中的膜片(层)7中引入蚀刻入口A或A‘，其中，在第二区域B2中并且有利地从第一区域B1出发看横向地在外部，辅助层5可以形成膜片7可以锚定于其中的边缘结构RS，并且在第三牺牲层6、O3和/或第四牺牲层O4的第一部分区域T1中的凹槽中，膜片7有利地可以在膜片(层)7与第一中间载体ZT1之间形成多个接通部位KS，有利地包括膜片7的材料。膜片7例如可以包括多晶硅层。因此，边缘结构RS可以有利地在横向上处于膜片7的由于外部压力而可能可运动的那些区域以外。边缘结构RS可以有利地在多个区域处横向围绕膜片7。在边缘结构中，辅助层5可以作为第二中间载体ZT2保留，该第二中间载体可以局部地与导电层4和膜片层7连接并且可以将其电接通。如此产生的、有利地在横向外部区域B22中的环绕的框架可以用作区域B2的膜片悬挂装置以外的蚀刻停止部。
图5示出一个截面，其中，在横向上在其后面在另一截面(未示出)中，例如如在图5a中所示出的那样，沟槽G‘可以在中间载体中、在该中间载体的部段之间从左向右延伸，并且也可以延伸直至边缘结构RS中，和/或也可以延伸穿过边缘结构RS。在此，在一个实施例中，沟槽G‘处于各个中间载体ZT1之间，在一定程度上以便将这些中间载体彼此分开。在图5的截面图中，它们是不可见的，因为它们平行于所示出的截面布置(为此参见图5a)。因此，每个单个的中间载体ZT1连同中间载体ZT1与之连接的膜片区域表示一个Boss膜片。通过沟槽G‘(这些沟槽以机械的方式将中间载体彼此分离)可以实现膜片的更灵活的运动，其方式为：在施加外部压力时，可以实现膜片的更小规模的运动。在此可以设置，至少两个中间载体ZT1彼此并排地布置并且在此之间设有沟槽G‘，该沟槽将两个中间载体在空间上分离(参见图5a)。由于沟槽G‘在中间载体ZT1之间产生足够大的间距，因此在膜片弯曲的情况下，彼此并排布置的中间载体ZT1不相互接触。可选地，也可以设置如下：将沟槽G‘直接引入到辅助层5中，以便将由该辅助层5产生的第一中间载体ZT1划分为多个彼此间隔开的部段。
在一种替代的构型中，也可以设置，沟槽在中间载体ZT1内沿着根据图5的点划线延伸。在此可以实现，产生蚀刻通道，通过该蚀刻通道能够均匀且完全地蚀刻牺牲层以暴露中间载体。
图5a示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的另一方法步骤之后的传感器装置的示意性俯视图。
通过在横向上在一个或多个可运动的区域以外的蚀刻入口A或A‘(参见图5作为蚀刻入口A的侧向变型方案)，可以实现与膜片分开的侧向蚀刻入口A，并且由中间载体(ZT1)的部段之间的和边缘结构RS内的细长沟槽G‘支持，牺牲层的蚀刻可以有利地从侧面且以加速的方式进行。中间载体ZT1可以包括多个可运动的区域BB作为部段，其可以在一个方向上以与膜片MS(MS相应于来自图6的膜片7)完全连接的方式延伸并且可以在另一个方向上由沟槽G分开。
图6示出根据本发明的一个实施例的传感器装置的示意性侧视图。
在完成例如如在图5中所示出的方法步骤之后，可以随后根据图6通过蚀刻过程通过蚀刻入口A至少部分地去除第一牺牲层O1和第三牺牲层6、O3以及有利地第二牺牲层O2和/或第四牺牲层O4，其中，将膜片层7成形在内部区域IB中，该内部区域具有能够通过压力p运动的区域BB，并且使第一电极E1与第一中间载体ZT1间隔开第一间距d12。蚀刻过程可以通过先前施加的蚀刻通道或空腔H和H1从边缘结构RS横向扩散到内部区域IB中，其中，取决于蚀刻持续时间，第一牺牲层和/或第二牺牲层和/或第三牺牲层6、O3和/或第四牺牲层O4的部分区域也可以保持存在，例如在内部区域IB以外在边缘结构RS中。此外，蚀刻入口A可以借助封闭材料V进行封闭，例如以便在膜片(层)7下方在传感器装置的内部封闭有利地限定的内部气压或真空。封闭材料V可以有利地成形为封闭塞(Verschlussstopf)V，其可以涂覆有保护材料V1。封闭塞V可以在侧向在可运动的膜片以外形成封闭部，并且形成穿插有蚀刻通道(在蚀刻后封闭)的边缘结构RS。
封闭材料V可以借助LPCVD或PECVD沉积方法来施加或构造。在此可以沉积富含硅的氮化物层。此外，可以在膜片(层)和/或封闭材料V上沉积另外的功能层或保护层，例如作为接通区域、印制导线或作为扩散保护或腐蚀保护。保护材料V1还可以在两个封闭塞V之间形成连接层。HF气相蚀刻方法(氟化氢)可以用作蚀刻方法。在内部区域中，辅助层下方的牺牲层可以优选地完全去除，同样地，在这些区域中，牺牲层O1、O2和第三牺牲层O3和/或第四牺牲层O4可以完全去除。
由于朝向边缘结构RS可以去除第一中间载体ZT1，因此可以有利地非常强烈地降低朝向边缘的电容性基本信号，其在该区域中对信号变化的贡献很小。例如，接通部位KS也可以分别在更大的面式区域上延伸，例如连接多个接通部位。通过连接膜片(层)7和第一中间载体ZT1，可以实现膜片的加固，其中，通过膜片的加固在该区域中可以提高电容性信号，因为整个区域大致经历相同的偏转，而不是如在普通膜片中的那样仅在中间可以实现最大偏转。此外，中间载体ZT1还可以在可运动的区域中延伸到其边缘处，其中，该膜片只能稍微弯曲，可以用于信号产生，并且可以构建大信号下总体非常小的芯片。
图7示出根据本发明的一个实施例的传感器装置的另一示意性侧视图。
传感器装置1还可以包括至少一个参考区域RfB作为膜片7的部分区域，其中，第一中间载体ZT1包括至少一个支撑部位8，该支撑部位将第一中间载体ZT1与和第一电极E1电分离的区域EB连接，并且可以将第一中间载体ZT1支撑在分离的区域EB上。参考区域RfB的几何形状可以有利地与例如来自图6的可运动的区域的几何形状仅略微不同，从而参考区域RfB和可运动的区域可以有利地包括相同的或非常相似的容量，有利地关于第一中间载体ZT1与第一电极E1之间的相应的间距。参考区域RfB同样可以成形在内部区域IB中。
此外，参考区域RfB可以对所有环境和系统影响敏感，类似于可运动的区域，除了对支配膜片的运动的压力敏感以外。由此可以非常好地补偿其他影响。同样可能的是，相比于在可运动的区域中，可以将参考区域RfB中第一中间载体ZT1与第一电极E1之间的第一间距d12尤其如此选择得更低，使得在从外部施加平均或目标或工作压力的情况下，该间距可以相应于大约在可运动的区域中的第一间距中。由此可以实现，可以通过有利地对称且简单的分析处理电路良好且准确地确定施加到膜片上的压力。参考区域中第一间距的设置和成形可以通过第一电极与辅助层之间的一个或多个牺牲层的厚度——或第一牺牲层和第二牺牲层的合适的结构化和组合——进行控制。在制造时，可以在参考区域中在第一电极E1中进行结构化，以便在参考区域内的第一导电层4中产生凹槽，有利地直至其下方的绝缘体层3或3b，以便制造电分离的区域EP，其中，然后(在第一电极的结构化之后)可以将支撑部位8构造在绝缘体材料上(未示出)。替代地，分离区域EP本身也还可以包括第一电极E1的材料，然而有利地通过在第一电极E1中可引入的沟槽在横向上与第一电极E1的剩余部分绝缘，并且至少位于与参考区域RfB中的第一中间载体ZT1相同的电位上(根据图7)。
例如，参考区域RfB可以类似于可运动的区域并且与其同时制造。如此，第一区域B1可以围绕第一部分区域T1。然而，在施加第一牺牲层O1之后，其也可以在进行结构化时在整个参考区域上被去除。如果然后施加第二牺牲层O2，则其因此可以直接施加到参考区域RfB中的第一导电层上并且因此可以调节参考区域RfB中的第一间距的厚度。随后，第二牺牲层O2也可以在分离区域EP上结构化，并且辅助层可以与分离区域EP连接，并且布置在该区域中的凹槽中。参考区域RfB可以在横向上处于可运动的区域旁，其中，第一中间载体ZT1然后可以在可运动的区域与参考区域之间中断。在图7中，可运动的区域可以布置在参考区域的后面，例如通过边缘结构RS分开。
通过由封闭材料V制成的封闭塞V，也如在图6中所示出的那样，可以在参考区域RfB中和在可运动的区域中在膜片7与第一电极E1之间的腔中封闭内部气压或真空(如在图6中所示)。因为封闭塞V可以有利地处于可运动的区域BB以外，因此可以有利地降低其上的应力，好像这些封闭塞布置在可运动的区域BB中一样，因为膜片的较低的弯曲力可以作用在参考区域RfB中。因此可以有利地省去膜片7和封闭塞V上的强化层
这些强化层可以实现膜片上的双金属效应并且实现增大其惯性。封闭塞V可以通过封闭罩V1固定在膜片(层)7上，其中，封闭罩V1可以是导电的。
总体而言，通过本实施方案能够实现第一电极E1与膜片、尤其是第一中间载体ZT1之间的小的间距，并且通过第一中间载体ZT1的加固效应可以将膜片7本身实施得特别地薄。此外，可以将蚀刻入口(图5中的A)实现在可运动的膜片(层)旁边，这可以避免膜片区域中的附加的封闭材料。因此，膜片7可以由仅一种材料组成并且均匀地成形(例如，该膜片可以在可运动的区域中没有蚀刻入口的情况下成形)。因此能够实现相对较小的传感器，并且可以通过其尺寸而具有相对于例如来自操控的基本信号而言高的电容性信号变化。
图8示出根据本发明的一个实施例的用于制造传感器装置的方法的方法步骤的示意图。
在该用于制造传感器装置的方法中，提供S1衬底；在衬底上布置S2至少一个第一牺牲层；在至少一个第一牺牲层上布置S3辅助层并且将辅助层如此结构化，使得在辅助层中引入至少一个沟槽直至至少一个第一牺牲层，其中，沟槽在横向上处于边缘区域内，其中，边缘区域至少部分地表示衬底上的横向外边缘(Umrandung)；至少在沟槽中布置S4第三牺牲层；将膜片施加S5在辅助层上，并且在膜片中在边缘区域中引入至少一个蚀刻入口；通过至少一个蚀刻入口通过蚀刻过程在横向上在边缘区域内至少部分地去除S6至少一个第一牺牲层和第三牺牲层，并且借助封闭材料封闭S7至少一个蚀刻入口并封闭限定的压力。
图9示出根据本发明的另一实施例的传感器装置的示意性侧视图。
在图9中示出传感器装置的简单基本型式，其中，该传感器装置包括至少一个衬底2；布置在衬底2上的边缘区域RB、RS以及衬底2上方的内部区域IB，并且在横向上限界该内部区域。膜片7，其锚定在边缘结构RS上并且至少部分地跨越内部区域IB，其中，膜片7在内部区域IB中包括至少一个由于压力p而可运动的区域BB，该区域封闭膜片7与衬底2之间的腔K；以及第一中间载体ZT1，其在膜片7下方的可运动的区域BB中延伸并且与膜片7连接并且具有至少一个沟槽G。
通过可以具有第三牺牲层O3的材料的一部分的沟槽，蚀刻可以通过介质入口A和随后的封闭部V跨越腔K来加速。蚀刻只能一直进行，直到在边缘区域RS中残留第一牺牲层O1的剩余部分并且可以形成腔的边缘结构RS、RB。可选地，也可以将第三牺牲层施加到辅助层5的上侧上并且随后借助蚀刻去除(如在图1至7中的那样)或部分地剩余。在图9所示的示例中，在施加膜片7之前，第三牺牲层可以在沟槽上方背面减薄(rückgedünnt)(平坦化(planarisiert))。
图10示出根据本发明的另一示例性实施例的传感器装置的示意性俯视图。图10示出来自图9的传感器装置1的俯视图。沟槽G可以在边缘区域RS内(即例如在可运动的区域BB中)横向地形成正方形结构，并且蚀刻入口A可以在横向上处于该区域以外。蚀刻可以从入口A经由内部区域IB借助沟槽加速。
尽管以上已经基于优选的实施例全面地描述本发明，但是本发明不限于此，而是能够以各种方式和方法修改。
Claims (26)
1.一种传感器装置(1)，所述传感器装置包括：
至少一个衬底(2)；
边缘区域(RB，RS)，所述边缘区域布置在所述衬底(2)上并且在横向上限界所述衬底(2)上方的内部区域(IB)；
膜片(7)，所述膜片锚定在所述边缘结构(RS)处并且至少部分地跨越所述内部区域(IB)，其中，所述膜片(7)在所述内部区域(IB)中包括由于压力(p)而可运动的至少一个区域(BB)，所述至少一个区域封闭所述膜片(7)与所述衬底(2)之间的腔(K)；
至少一个第一中间载体(ZT1)，所述至少一个第一中间载体在所述可运动的区域(BB)中在所述膜片(7)下方延伸，并且与所述膜片(7)连接，并且尤其具有至少一个沟槽。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，所述传感器装置包括介质入口(A)，所述介质入口具有如下的封闭部(V)：所述封闭部与所述腔(K)连接，并且布置在所述膜片(7)的可运动的区域(BB)以外，并且封闭所述腔(K)中的和所述介质入口中的限定的压力(p1)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述边缘结构(RS)包括如下的至少一个蚀刻入口通道：所述至少一个蚀刻入口通道与所述腔(K)连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，至少一个导电层布置在所述衬底(2)上并且作为第一电极(E1)布置在所述衬底(2)与所述中间载体(ZT1)之间，并且所述至少一个导电层与所述衬底(2)是电绝缘的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述中间载体(ZT1)借助所述膜片(7)处的接通部位(KS)固定在所述可运动的区域(BB)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述第一中间载体(ZT1)在部分区域中并且在第一方向上并且在所述方向上的整个宽度上具有与所述膜片(7)的完全机械连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述第一中间载体(ZT1)在第二方向上分段成各个中间载体元件(ZT1a；...；ZT1n)，并且各个元件在不同于所述第二方向的第一方向上贯通地实施。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)覆盖由所述边缘区域(RB，RS)围绕的整个区域。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)和/或所述中间载体(ZT1)具有至少一个多晶硅层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)和/或所述中间载体(ZT1)具有至少一种相同层厚的贯通材料。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)包括至少一个参考区域(RfB)作为部分区域，在所述部分区域中所述第一中间载体(ZT1)包括至少一个支撑部位(8)，所述至少一个支撑部位将所述第一中间载体(ZT1)与所述衬底(2)机械连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)包括相同数量的参考区域(RfB)和可运动的区域(BB)，所述参考区域和所述可运动的区域彼此互连作为一半的惠斯通电桥或完整的惠斯通电桥。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，所述膜片(7)通过所述边缘结构(RS)电接通。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，相比于所述中间载体(ZT1)的高度，所述沟槽(G)中的至少一个沟槽在所述第一方向中或在所述第二方向中具有更小的宽度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的传感器装置(1)，在所述传感器装置中，从所述边缘区域(RB)到最近的接通部位(KS)的间距具有所述膜片(7)的平面型的延伸区域的至少10％，其中，所述延伸区域在圆形的膜片(7)的情况下相应于直径，或者在矩形的膜片的情况下相应于较短的侧棱边的长度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，至少两个第一中间载体(ZT1)在所述可运动的区域(BB)中在所述膜片(7)下方延伸并且与所述膜片(7)连接，其中，设置如下：所述至少两个第一中间载体(ZTG1)通过沟槽(G‘)分离。
17.一种用于制造传感器装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供(S1)衬底(2)；
在所述衬底上布置(S2)至少一个第一牺牲层(O1)；
在所述至少一个第一牺牲层(O1)上布置(S3)辅助层(5)并且将所述辅助层(5)如此结构化，使得在所述辅助层(5)中引入至少一个沟槽(G)直至所述至少一个第一牺牲层(O1)，其中，所述沟槽(G)在横向上处于所述边缘区域(RB)内，其中，所述边缘区域(RB)至少部分地表示在所述衬底(2)上的横向的外边缘；
至少在所述沟槽(G)中布置(S4)第三牺牲层(O3)；
在所述辅助层(5)上施加(S5)膜片(7)并且在所述膜片中在所述边缘区域(RB)中引入至少一个蚀刻入口(A)；
通过所述至少一个蚀刻入口(A)通过蚀刻过程在横向上在所述边缘区域内至少部分地去除(S6)所述至少一个第一牺牲层(O1)和所述第三牺牲层(O3)；
借助封闭材料(V)封闭(S7)所述至少一个蚀刻入口(A)并且封闭限定的压力(p1)。
18.根据权利要求17的方法，在所述方法中，在所述辅助层(5)上也布置所述第三牺牲层(O3)并且将所述第三牺牲层(O3)如此结构化，使得在横向上在所述边缘区域(RB)内引入凹槽(KS)直至所述辅助层(5)，其中，所述凹槽(KS)填充有所述膜片(7)的材料。
19.根据权利要求17或18所述的方法，在所述方法中，在布置所述第一牺牲层(O1)之前，在所述衬底(2)上施加导电层(4)并且在横向上在所述边缘区域(RB)内对所述导电层进行结构化。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，在所述方法中，所述蚀刻入口(A)在横向上且在所述膜片(7)下方至少与所述第一牺牲层(O1)和/或第三牺牲层(O3)连接。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，在所述方法中进行进一步的步骤，所述进一步的步骤包括：
将所述第一导电层(4)如此结构化，使得在第一区域(B1)中去除所述第一导电层(4)，并且所述第一区域(B1)限界所述第一导电层(4)的第一部分区域(T1)，其中，在所述第一部分区域(T1)中，所述第一导电层(4)形成第一电极(E1)；
在所述第一导电层(4)上和在所述第一区域(B1)中布置所述第一牺牲层(O1)并且将所述至少一个第一牺牲层(O1)如此结构化，使得在第二区域(B2)中暴露所述第一导电层(4)并且所述第二区域(B2)在横向上处于所述第一部分区域(T1)以外，其中，所述第二区域(B2)限界内部区域(IB)；
在所述至少一个第一牺牲层(O1)上和在所述第二区域(B2)中布置所述辅助层(5)并且将所述辅助层(5)如此结构化，使得在所述辅助层(5)中引入凹槽直至所述至少一个第一牺牲层(O1)，所述凹槽处于所述第一区域(B1)上方和在第三区域(B3)中，其中，所述第三区域(B3)在横向上位于所述第一部分区域(T1)和所述第二区域(B2)以外，其中，所述第一部分区域(T1)中的所述辅助层(5)形成所述第一中间载体(ZT1)；
在所述辅助层(5)上在所述第一区域(B1)和所述第三区域(B3)中布置所述第三牺牲层(O3)并且将所述第三牺牲层(O3)如此结构化，使得所述凹槽(KS)在所述第二区域(B2)上方和在所述第一部分区域(T1)上方穿过所述第三牺牲层(O3)并直至所述辅助层(5)地成形；
在所述第三牺牲层(O3)上以及在所述第一部分区域(T1)和所述第二区域(B2)中的凹槽(KS)中布置膜片(7)，并且在所述第三区域(B3)中的膜片(7)中引入所述蚀刻入口(A)，其中，在所述第二区域(B2)中，所述辅助层(5)形成所述边缘区域(RB)，所述膜片(7)锚定在所述边缘区域中，并且所述膜片(7)在所述第三牺牲层(O3)的第一部分区域(T1)中的所述凹槽中形成所述膜片(7)与所述第一中间载体(ZT1)之间的接通部位(KS)；
通过所述蚀刻入口(A)通过蚀刻过程至少部分地去除所述至少一个第一牺牲层(O1)和所述第三牺牲层(O3)，其中，所述内部区域(IB)中的所述膜片(7)成形有由于压力(p)而可运动的区域(BB)，并且所述第一电极(E1)与所述第一中间载体(ZT1)间隔开第一间距(d12)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，在所述方法中，在所述第一牺牲层(O1)上和/或在所述第三牺牲层(O3，6)上布置第二牺牲层(O2，6a)或第四牺牲层(O4)，将所述第二牺牲层或所述第四牺牲层与所述第一牺牲层(O1)和/或与所述第三牺牲层(6，O3)在相同的区域中进行结构化和去除。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，在所述方法中，在所述第三区域(B3)中和/或在所述第一区域(B1)中完全去除所述辅助层(5)。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，在所述方法中，所述膜片(7)成形有如下的参考区域(RfB)：所述参考区域表示所述膜片(7)的部分区域，并且在所述参考区域中所述辅助层(5)成形有至少一个支撑部位(8)，所述至少一个支撑部位将所述辅助层(5)与和所述导电层(4)电分离的区域(EB)连接并且支撑所述区域上的所述辅助层(5)。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其特征在于，在所述辅助层(5)中或在所产生的中间载体(ZT1)中至少在所述第一部分区域(T1)中产生如下的沟槽(G‘)：借助所述沟槽实现分离成与所述膜片连接的至少两个第一中间载体(ZT1)。
26.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其特征在于，在所述辅助层(5)中或在所产生的中间载体(ZT1)中至少在所述第一部分区域(T1)中产生如下的沟槽(G‘)：借助所述沟槽使所述第一中间载体(ZT1)中的一个第一中间载体分成多个部段，其中，尤其设置如下：所述部段彼此间不具有任何直接的机械连接。
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