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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor bzw. einem Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem eine Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Verformung einer Membran gemessen wird.
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Aus der
DE 197 01 055 A1 und der
DE 199 57 556 A1 sind mikromechanische Halbleiter-Drucksensoren bekannt, die einen Rahmen aus einem Halbleitersubstrat und eine auf dem Rahmen angeordnete Membran aufweisen. Auf der Membran sind dabei verschiedene piezoresistive Messwiderstände angebracht, die bei einer Deformation der Membran bzw. der Widerstände (infolge einer Druckdifferenz zwischen Oberseite und Unterseite der Membran) ihren Widerstandswert ändern. Der Rahmen und die Membran werden dabei aus einem Siliziumssubstrat durch Maskier-Prozesse mit nachfolgender Ätzung ausgebildet. Vorzugsweise wird dabei eine Kaliumhydroxid-Ätze (KOH-Ätze) zur Herstellung einer sich in Richtung auf die Unterseite der Membran verjüngenden pyramidenstumpfförmigen Aussparung mit trapezförmigem Querschnitt verwendet.
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In der
DE 4130 044 C2 ist ein Halbleiterdrucksensor beschrieben, der auf einer Basis aus einem Borsilikat-Glas ein Siliziumsubstrat mit einer Membran enthält. Die Membran wird dabei unter Verwendung einer KOH-Wasserlösung oder dergleichen aus dem Siliziumssubstrat anisotrop geätzt, wobei eine Vertiefung mit typischen Winkelmaßen entsteht. Die Basis weist demgegenüber ein zentrales Druckaufbringungsloch auf, über das die Membran mit der Außenseite kommunizieren kann.
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Aus der nicht veröffentlichten Schrift
DE 103 46 572 A1 , deren Priorität für die nicht vorveröffentlichte Schrift
DE 10 2004 006 197 A1 verwendet worden ist, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors mittels zweier Bauelemente bekannt. Dabei wird wenigstens ein Teil einer Kaverne in einem ersten Bauelement durch eine Öffnung im zweiten Bauelement erzeugt.
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Aus der Schrift
DE 198 51 055 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von monolithisch integrierten Sensoren bekannt. Dabei wird auf der Vorderseite eines Trägersubstrats eine Schichtenfolge abgeschieden, in der ausgehend von einer Öffnung auf der Rückseite des Trägersubstrats eine Ausnehmung eingeätzt wird.
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Aus der Schrift
JP 2001-349798 A ist ein Sensoraufbau eines Sensorchips mit einem Glassockel bekannt, welcher auf einem Metallsockel aufgebracht ist. Zur Führung des Drucks an eine Membran des Sensorchips ist eine Öffnung in dem Glassockel vorgesehen, welche sich einer entsprechenden Öffnung im Metallsockel anschließend. Innerhalb der Öffnung ist eine sowohl im Metallsockel als auch in einem Teil der Öffnung des Glassockels eingebrachte Röhre zur Stabilisierung der Verbindung vorgesehen.
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Aus der Schrift
DD 225 501 A1 ist ein Halbleiterdrucksensor bekannt, bei dem ein Membranträger über ein röhrenförmiges Zwischenstück an dem der Druckzuführung abgewandten Ende eines metallischen Druckanschlußstückes befestigt ist.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors zur Erfassung einer einen Druck repräsentierenden Größe bzw. einen mit diesem Verfahren hergestellten Drucksensor. Bei der Herstellung des Drucksensors ist dabei wenigstens vorgesehen, dass in einem ersten Bauelement eine Kaverne und in einem zweiten Bauelement ein Öffnung erzeugt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Öffnung im zweiten Bauelement auf die Kaverne im ersten Bauelement ausgerichtet wird. In einem weiteren Herstellungsschritt werden das erste und das zweite Bauelement miteinander verbunden. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass in einem weiteren Verfahrensschritt auf wenigstens einen Teil der Öffnungswand im zweiten Bauelement eine Materialschicht aufgebracht wird. Mit dieser Materialschicht kann vorteilhafterweise die Oberfläche der Wand in der Öffnung versiegelt werden. Darüber hinaus kann mit der Materialschicht verhindert werden, dass sich Risse, die bei der Erzeugung der Öffnung im zweiten Bauelement erzeugt werden, ausbreiten können. Somit kann eine Zerstörung des Drucksensors unter hoher Belastung vermieden werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Bauelement ein Halbleitermaterial aufweist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Bauelement aus Silizium besteht. Weiterhin ist vorgesehen, dass das erste Bauelement eine Membran und/oder piezosensitive Widerstände aufweist. Vorteilhafterweise ist dabei in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die piezosensitiven Widerstände auf der Membran aufgebracht werden.
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Weiterhin ist als zweites Bauelement ein Glassockel vorgesehen. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnung im Glassockel durch eine Ultraschallbohrung, eine Laserbehandlung, eine Sandstrahlung oder eine Temperaturbehandlung mit Prägung erzeugt wird.
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Vorteilhafterweise weist die Materialschicht, mit der die Wand der Öffnung im zweiten Bauelement bedeckt ist, ein Epoxid-Harz, einen Kunststoff, Polyimide, Teflon, Si-Nitrid, HMDS oder TEOS auf.
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In einer nicht beanspruchten Ausgestaltung wird in die Öffnung im zweiten Bauelement ein Einsatz eingebracht. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Einsatz durch die Materialschicht fest mit dem zweiten Bauelement verbunden wird. Dabei kann der Einsatz sowohl durch ein Röhrchen oder eine Kapilare realisiert werden. Darüber hinaus ist denkbar, den Einsatz aus Glas, Metall, Keramik, Kunststoff oder einem Material herzustellen, welches den gleichen Temperaturkoeffizienten wie das zweite Bauelement aufweist. Vorteilhafterweise wird der Einsatz nach dem Verbinden des ersten und des zweiten Bauelements in die Öffnung eingebracht, wobei durchaus auch ein Einbringen des Einsatzes nach der prozessualen Fertigstellung des Drucksensors vorgesehen sein kann.
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Durch den Einsatz kann verhindert werden, dass vorhandene Mikrorisse auf der Wand der Öffnung hohen Drücken ausgesetzt werden. Das auf diese Weise in der Öffnung versiegelte zweite Bauelement kann dadurch hohen Berstdrücken widerstehen. Vorteilhafterweise ist daher die gesamte Wand der Öffnung mit der Materialschicht und/oder dem Einsatz bedeckt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kaverne und/oder die Membran im ersten Bauelement durch einen mikromechanischen Prozess erst nach der Verbindung des ersten und des zweiten Bauelements erzeugt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch die Öffnung des zweiten Bauelements ein Trenchprozess durchgeführt wird, wobei insbesondere die Öffnung des zweiten Bauelements als Maskierung für den Trenchprozess dient.
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Vorteilhafterweise wird nach dem Aufbringen der Materialschicht auf wenigstens einen Teil der Wand der Öffnung im zweiten Bauelemente ein Temperschritt durchgeführt. Mit diesem Temperschritt kann das Material der Materialschicht ausgehärteten werden. Bei der Verwendung von Kunststoffen als Materialschicht kann durch den Tempervorgang eine Vernetzung der Kunststoffe erfolgen. Wird die Materialschicht als Verbindungsmittel zum Einsatz verwendet, so kann der Temperschritts eine Aushärtung des Verbindungsmittels bewirken. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist allgemein vorgesehen, dass die Materialschicht auf wenigstens einen Teil der Kavernenwände bzw. Membran aufgebracht wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnungen
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In 1 ist ein Drucksensor bestehend aus zwei Bauelementen gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Eine weitere Ausgestaltung eines bekannten Drucksensors zeigt 2. In der nicht beanspruchten 3 ist beispielhaft der Einsatz eines Röhrchens in die Öffnung des Drucksensors dargestellt. 4 zeigt schematisch eine mögliche Herstellung eines in 3 dargestellten Drucksensors.
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Ausführungsbeispiel
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Ein in 1 dargestellter Sensoraufbau stellt den Stand der Technik dar. Dabei ist ein Sensorchip 1 auf einer Glaszwischenschicht bzw. einem Glassockel 2 aus natriumhaltigem Glas anodisch gebondet. Der Glassockel 2 ist auf der Rückseite metallisiert und auf einem Metallsockel 4 (bspw. einen TO8-Sockel) mit Lot 3 befestigt. Der Sensorchip 1 aus dem Stand der Technik kann dabei aus einer reinen Widerstandsbrücke mit piezoresistiven Widerständen 6 oder einer Kombination mit einer Auswerteschaltung 7 bestehen, die zusammen mit den Piezowiderständen 6 in einem Halbleiterprozess integriert werden. Die piezoresistiven Widerstände 6 und/oder die Auswerteschaltung 7 werden über eine entsprechende Kontaktierung 8 zu mindestens einem Anschluss 5 weitergeführt, der eine Weiterleitung der Messsignale zu Steuer- und Regeleinrichtungen ermöglicht. Vorteilhafterweise ist der Anschlussstift 5 mittels einer Einglasung 20 vom Metallsockel 4 isoliert.
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Mit einem derart hergestellten Sensor kann der Druck eines Mediums erfasst werden, indem durch den Druckanschluss 21 und die Öffnung 23 im Glassockel 2 das Medium in die Kaverne 9 geleitet wird. Besteht nun ein Druckunterschied zwischen dem Medium in der Kaverne und der Umgebung des Sensor, so verformt sich die Membran 26 und mit ihr die piezoresistiven bzw. piezoelektrischen Widerstände 6, die ihrerseits eine Druckgröße liefern, die den Druckunterschied repräsentieren. Diese Druckgröße kann durch eine entsprechende Auswerteschaltung im Sensor oder außerhalb des Sensors für verschiedenste Zwecke genutzt werden. Gängige Anwendungsgebiete für Drucksensoren befinden sich beispielsweise in der Fahrzeugtechnik als Airbag-Drucksensoren oder Reifenluftdrucksensoren.
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Die Membran wird bei dem in 1 dargestellten Drucksensor nach dem Stand der Technik durch anisotropes Ätzen z. B. mit KOH oder TMAH hergestellt. Bei einer Anwendung des Drucksensors im Bereich hoher Drücke kann es bei dem geschilderten Sensoraufbau jedoch zu einer verkürzten Lebensdauer kommen, da diese Bauweise lediglich für niedrige bis mittlere Druckbereiche ausgelegt ist. Charakteristisch sind dabei beispielsweise kleine Übergangsradien zwischen Kavernenflanke und Membran. Diese Übergangsradien sind vor allem bei zeitgeätzten Membranen besonders klein. Durch diese kleinen Übergangsradien ergeben sich am Übergang hohe mechanische Spannungen, die die Berstfestigkeit herabsetzen. Weiterhin ergibt sich durch das anisotrope Ätzen beispielsweise mit KOH eine typische Kaverne 9 mit flachen Kavernenwände, die Steigungen von 54° aufweisen. Diese flachen Kavernenwände bieten dem angelegten Druck eine sehr große Angriffsfläche, auf die das unter Druck stehende Medium Kraft auf den Siliziumchip 1 auswirken kann. Gleichzeitig wird, wie in 1 dargestellt, bei dem Ätzprozess mit den flachen Kavernenwänden im Siliziumchip 1 auch die Bondfläche (Verbindungsfläche Silizium-Glas) kleiner, wodurch die Flächenbelastung noch erhöht wird. Beide Punkte (große Fläche der Kavernenwände und kleine Bondfläche) führen zu einer geringeren Berstfestigkeit. Die bei diesem Übergang Silizium-Glas entstandene Stufe (Bereich 13 in 1) führt bei Druckbelastungen zu hohen mechanische Spannungen im Glas, welches ebenfalls die Berstfestigkeit vermindert. Zur Verminderung von weiteren negativen Einflüssen werden für den Glassockel 2 meistens Gläser verwendet, die einen an das Silizium angepassten Temperaturkoeffizienten zeigen. Somit kann erreicht werden, dass eine geringere Langzeitdrift, eine geringere Temperaturabhängigkeit bzw. Temperaturhysterese im Sensorausgangssignal erzeugt wird.
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Üblicherweise werden die Kavernen vor dem anodischen Bonden hergestellt (siehe in 1 den Stand der Technik). Die Öffnung 23 im Glassockel 2, durch die das Medium mit dem zu messenden Druck auf die Membran geleitet wird, wird dabei in einem Justagevorgang möglichst gut mit dem Sensorchip 1 zur Deckung gebracht. Bei anisotrop geätzten Membranen sind die Kavernen bzw. Öffnungen im Silizium grundsätzlich sehr groß. Werden die Membranen jedoch getrencht, so kann auch eine kleine Kaverne bzw. Öffnung im Silizium hergestellt werden, die so groß wie die Durchgangsöffnung 23 im Glassockel 2 sein kann. Bei der Justage der Öffnung im Glassockel auf den Sensorchips kommt es dabei im Rahmen der Justagetoleranzen von einigen Mikrometern zwangsläufig dazu, das Stufen im Übergang Silizium-Glas entstehen, egal wie die Membran hergestellt wird. Solche Stufen (Bereich 13 in 1 und Bereich 60 in 3) sind jedoch kritisch, da an der Übergangsstelle hohe mechanische Spannungen entstehen, wenn der Sensor durch das Anlegen des Druckes belastet wird. An der Übergangsstelle treten Tangentialkräfte auf, die an der Innenseite der Druckzuführung maximal werden (siehe dazu 1, Bereich 13 und 3, Bereich 60). Da die Bruchfestigkeit von Glas geringer ist als die von Silizium, können im Glas Risse entstehen, die bei einem bestimmten Druck zum Bruch des Glases und damit des gesamten Sensors führen können. Dieser Berstdruck kann jedoch stark vergrößert werden, wenn diese Stufen vermieden werden.
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Zu diesem Zweck bietet es sich an, die Kaverne und/oder die Membran im Sensorchip
1 erst nach der Verbindung mit dem Glassockel
2 zu erzeugen. Eine Ausgestaltung eines Drucksensors, wie er nach diesem Prinzip hergestellt werden kann, ist in
2 abgebildet. Eine ausführliche Beschreibung des Herstellungsverfahrens einer getrenchten bzw. doppelt getrenchten Membran ist in der nicht vorveröffentlichten Schrift
DE 103 46 572 A1 dargelegt, weswegen auf eine Wiederholung der Beschreibung des Herstellungsverfahrens an dieser Stelle verzichtet wird.
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Eine weitere Möglichkeit, die Berstfestigkeit des Glases bzw. eines Glaswafers mit Öffnungen zu erhöhen besteht darin, den Glaswafer nach der Bohrung der Öffnungen mit einem speziellen Temperschritt zu behandeln. Zur Herstellung eines Glaswafers mit einem oder mehreren Öffnungen wird zunächst die Glasoberfläche eines Glaswafers geschliffen bzw. geläppt. Anschließend können durch verschiedene Verfahren die Öffnungen bzw. Durchgangslöcher in den Glaswafer gebohrt werden. Typischerweise werden dabei Verfahren wie das Ulltraschallbohren, das Laserschneiden bzw. -bohren oder das Sandstrahlen eingesetzt. Um die Öffnungen entsprechend auf dem Glaswafer zu positionieren, werden bei dem Bohrvorgang mittels Sandstrahlen Maskierungen beispielsweise durch eine „Schattenmaske” verwendet. Im Glasmaterial des Glaswafers können sich kleinere (Mikro-) oder größere (Makro-)Risse ausgebildet haben, beispielsweise bereits bei der Herstellung des Glaswafers oder durch die vorgenommene Bohrung. Da diese Risse maßgeblich die Berstfestigkeit des Glaswafers beeinflussen, ist in einem speziellen Ausführungsbeispiel vorgesehen, nach der Bohrung der Öffnungen (Durchgangslöcher) den Glaswafer einer thermischen Behandlung (Temperung) auszusetzen. Wird bei einer derartigen Temperung eine Temperatur erreicht, die in der Nähe der Transformationstemperatur (i. d. R. zw. 500°C und 800°C je nach Glassorte) des verwendeten Glasmaterials liegt, so verschmelzen kleinere Risse derart, dass eine rissfreie, glattere Oberfläche entsteht. Größere Risse bzw. Kratzer oder Kerben in der Oberfläche werden abgerundet. Insgesamt kann mit dieser thermischen Behandlung eine größere mechanische Belastbarkeit bzw. Berstfestigkeit des Glases erreicht werden. Abschließend erfolgt ein Feinschleifen/Läppen bzw. Polieren der Glasoberflächen auf die Zieldicke des Glaswafers. Das Polieren auf der Unterseite ist optional. Soll die Rückseite metallisiert werden, ist eine raue Oberfläche vorzuziehen, die besser durch Lappen erzeugt werden kann. Durch die damit erreichte Oberflächenvergrößerung haftet die Rückseitenmetallisierung besser.
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Neben der thermischen Behandlung der Bohrungsoberfläche im Glassockel können jedoch auch andere Verfahren genutzt werden, um den Berstdruck zu erhöhen. So kann beispielsweise auf die Oberfläche der Bohrung 23 eine Beschichtung 30 aufgebracht werden, die eine Rissausbreitung im Glas unter Drucklast verhindert. Dabei haben sich als vorteilhafte Beschichtungen Epoxid-Harze oder andere Kunststoffe wie Polyimide erwiesen. Günstigerweise werden diese Materialien im flüssigen Zustand beispielsweise mittels einer Kanüle auf die entsprechenden Flächen im Innenbereich des Sensors aufgebracht. Besonders vorteilhaft erweisen sich bei einer derartigen Beschichtung Materialien (z. B. TTnr. 4 497 020 003), die eine hohe Kapillarkraft bzw. eine hohe Oberflächenadhäsion aufweisen. Dies führt zu einer gleichmäßigen Benetzung der Oberfläche. Um die Harze bzw. die Kunststoffe zu vernetzen und/oder auszuhärten ist ein Ausheizvorgang vorgesehen, der beispielsweise mit einem anderen Tempervorgang bei der Herstellung des Drucksensors oder der Montage kombiniert werden kann. Neben der Auftragung von flüssigen Materialien ist darüber hinaus auch die Abscheidung von Beschichtungen aus der Gasphase (z. B. Si-Nitrid, Teflon, HMDS, TEOS) denkbar.
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Bei der Verwendung von temperaturbeständigen Materialien kann die Beschichtung des Sensorchip-Glaspakets vor dem Löten auf den Metallsockel 4 durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Prozess auf Waferebene stattfinden kann. Daneben ist jedoch durchaus denkbar, dass die Beschichtung durch den Druckanschluss 21 nach dem Auflöten des Sensors auf den Metallsockel 4 hindurch erfolgt.
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Da mit einem derartigen Verfahren eine zielgerichtete Beschichtung auf die Oberfläche der Bohrung nur sehr schwer erreicht werden kann, kann nicht ausgeschlossen werden, dass neben der Oberfläche der Bohrung auch die Kaverne oder die Membran mit der Beschichtung bedeckt wird. Dies dürfte zwar zu einer geringen Verminderung der Empfindlichkeit des Sensors führen, jedoch sollte diese Verminderung nur zu einem marginalen Effekt führen. Der Abgleich der Sensoren ist dagegen wie gewöhnlich durchführbar.
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Durch eine Optimierung der Geometrie, wie sie im Bereich 12 des Drucksensors in 2 im Vergleich zum Bereich 13 der 1 durchgeführt wird, kann eine Erhöhung des mittleren Berstdruck um ein Vielfaches erreicht werden. Bei einer weiteren Erhöhung des Berstdrucks ist zu beobachten, dass ein Bruch weitestgehend an der Grenzfläche zwischen Sensorchip 1 und Glassockel 2 entsteht, wobei der Riss fast vollständig im Glas des Glassockels 2 entsteht. Um einen derartigen Bruch des Sensors zu vermeiden ist vorgesehen, die Beschichtung 30 derart aufzubringen, dass sie sowohl die Oberfläche der Öffnung im Glassockel als auch die Grenze zwischen dem Glassockel 2 und dem Sensorchip 1, wie sie beispielsweise im Bereich 12 gezeigt wird, abdeckt. Mit einer derartigen Beschichtung wird eine Rissausbreitung im Glas verhindert.
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Wie bereits dargelegt, stellt der Glassockel
2 bei hohen Drücken eine Schwachstelle dar, da beim Einbringen der Bohrung im Glas Mikrorisse auf der rauen Glasoberfläche entstehen. Eine weitere Möglichkeit, die Druckfestigkeit des Glassockels
2 bzw. des gesamten Sensors zu erhöhen, besteht deshalb darin, in die Bohrung des Glassockels
2 einen Einsatz
50 einzukleben. Als weiteres Herstellungsverfahren zur Erhöhung des Berstdrucks eines Drucksensors wird analog zum Herstellungsverfahren der
DE 103 46 572 A1 gemäß der
4a–c ein Drucksensor erzeugt, welcher aus einem den Sensorchip bildenden Wafer
100 und einem Glaswafer
110 besteht. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Halbleiterwafer
100 aus Silizium verwendet, in dem Kavernen erzeugt werden, beispielsweise durch einen Trenchätzprozess, wobei auch andere mikromechanische Ätzprozesse denkbar sind. Der Trenchätzschritt erzeugt dabei bspw. mittels einer Maske aus vorzugsweise Fotolack oder einer strukturierten Hardmaske (z. B. Siliziumoxid) eine dünne Membran in dem Halbleiterwafer
100. Optional können vor dem ersten Trenchätzschritt auf der Siliziumvorderseite durch geeignete Herstellungsprozesse Piezowiderstände
6 und/oder Teile der Halbleiterschaltung
7 zur Auswertung der Sensorsignale aufgebracht werden. Wie bereits beschrieben, können in der Glasplatte
110 durch Verfahren wie das Ultraschallbohren, dem Laserschneiden oder dem Sandstrahlen mittels einer „Schattenmaske” Bohröffnungen
150 erzeugt werden. Bei der Herstellung dieser Bohrungen
150 werden die Oberflächen der Bohrungen rau und weisen Mikrorisse auf. Diese Risse führen unter Belastung z. B. bei Überdruckbelastung des Sensors zu einem Risswachstum, das zu einer geringen Druckbelastung bzw. zu einem kleinen Berstdruck führt.
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Nach der Herstellung der gebohrten Glasplatte 120 mit den Bohrungen 150 werden in einem nächsten Herstellungsschritt der Glasplatte 120 und der mit Kavernen versehene Halbleiterwafer 100 anodisch gebondet (siehe 4b), wobei die Bohrungen 150 in der Glasplatte 120 auf Justagemarken im Halbleiterwafer 100 justiert werden. Die Justagemarken im Halbleiterwafer 100 können dabei mit dem Trenchätzschritt zusammen mit den Kavernen eingebracht werden.
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Optional kann die gebohrte Glasplatte 120 vor oder nach dem anodischen Bonden auf der Rückseite (dem Wafer abgewandten Seite) metallisiert werden (Schicht 130 in den 4b–c). Das hat beim Trenchen den Vorteil, dass die Glasoberfläche nicht angeätzt und damit nicht rau werden kann. Falls der Sensorchip in ein Gehäuse gelötet wird, muss ohnehin metallisiert werden, vorzugsweise mit CrNiVAg oder CrNiVAu (statt Chrom kann auch Titan verwendet werden). Die Metallisierung bedeutet dabei keinen zusätzlich erforderlichen Herstellungsschritt, sondern stellt lediglich eine Vorverlegung eines notwendigen Prozessschritts dar. Um eine Kontamination der Trenchanlage mit z. B. Gold und Silber (oberste Schicht) zu vermeiden, kann die Metallisierung vor oder nach dem anodischen Bonden nur teilweise erfolgen, zum Beispiel kann mit Chrom metallisiert werden und erst nach dem zweiten Trenchätzschritt die restliche Metallisierung mit z. B. NiVAu aufgebracht werden. Alternativ kann die Glasrückseite auch z. B. mit Fotolack zum Schutz von Anätzungen beschichtet werden. Nach dem Trenchen muss der Lack jedoch wieder entfernt werden.
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Das Einbringen des Einsatzes 140 in die Bohrung 150 der Glasplatte 120 ist in 4c dargestellt. Dabei wird zunächst eine Materialschicht auf die Wände der Bohrungen 130 aufgebracht, die dazu dient, den Einsatz 140 mit der Glasplatte 120 zu verbinden. Die Kombination von (klebender) Materialschicht und Einsatz 140 versiegelt Risse auf der Oberfläche der Bohrung 150 und reduziert den Durchmesser der Bohrung 150 auf den Innendurchmesser des Einsatzes 140. Beide Maßnahmen erhöhen den Berstdruck. Die Lochdurchmesserverringerung ist jedoch nur bis zu gewissen Grenzen möglich. Es muss ein Mindestdurchmesser eingehalten werden, damit das Loch im Einsatz 140 nicht durch Partikel im zu messenden Medium verstopft wird. Weist die Kaverne im Vergleich zur Bohrung 150 einen kleineren Durchmesser auf, wie es in 4b bzw. 4c dargestellt ist, so kann die Stufe als Anschlag für den Einsatz 140 verwendet werden. Der Vorteil dabei ist, dass die Membran im Halbleiterwafer 100 durch das Einsetzten nicht gefährdet wird. Ebenfalls denkbar ist jedoch, einen zweiten Trenchätzschritt durch die Bohrung 150 hindurch durchzuführen, bei dem der Übergang der verschiedenen Durchmesser in den Halbleiterwafer 100 verlagert wird. Dies erhöht wie bereits erwähnt die Berstfestigkeit zusätzlich.
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Der Einsatz kann als Röhrchen oder Kapillare aus verschiedenen Materialien gestaltet sein, wobei als Material für den Einsatz vorzugsweise Metall, Keramik, Kunststoffe oder Glas verwendet wird. Besonders letzteres wirkt sich vorteilhaft aus, da mit einem Glaseinsatz ein Material gewählt werden kann, welches idealerweise den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie die gebohrte Glasplatte 120 aufweisen kann.
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Nach dem Einkleben des Einsatzes 140 in die Bohrung 150 können die einzelnen Sensoreinheiten in einem weiteren Herstellungsschritt beispielsweise durch Auseinandersägen der hergestellten Glas-Halbleiterwafer Verbindungen vereinzelt werden. Die so vereinzelten Druckssensoren können anschließend mit Standardprozessen in entsprechende Gehäuse montiert werden. Die Befestigung des Drucksensors an der Halterung und die Kontaktierung an die Auswerteschaltungen entsprechen dabei denen eines auf konventionelle Art hergestellten Drucksensors (1). Eine gängige Methode dabei ist, den Chip auf Glas zu kleben oder auf eine entsprechende Sensorhalterung zu löten.
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Alternativ zum Einkleben des Einsatzes 140 unmittelbar nach dem anodischen Verbinden kann auch vorgesehen sein, den Einsatz 140 erst nach dem Vereinzeln der Drucksensoreinheiten in die Bohrung 150 einzukleben.
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Darüber hinaus ist ebenfalls möglich, den Halbleiterwafer 100 zunächst ohne Kavernen mit der gebohrten Glasplatte 120 zu verbinden und die gebohrte Glasplatte 120 in einem weiteren Schritt als Maske für einen Trenchätzschritt zu verwenden, durch den die Kavernen erst erzeugt werden. Durch ein derartiges Herstellungsverfahren der Kavernen lassen sich Stufen vermeiden und somit senkrechte Übergänge von der Bohrung 130 zur Kaverne erzeugen. Somit ist eine Einpassung des Einsatzes 140 über die Grenzfläche Wafer-Glasplatte hinweg möglich.
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Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass eine Beschichtung oder die Einbringung eines Einsatzes in die Öffnung, wie sie vorstehend beschrieben wird, nicht auf Drucksensoren beschränkt ist, wie sie in 1 bis 3 dargestellt sind. Vielmehr kann jede Art von Sensor mit einem Sensorkanal durch eine Beschichtung oder einen Einsatz gegenüber der Einwirkung des zu erfassenden Mediums geschützt werden. Denkbar ist dabei, dass die Beschichtung eine chemische Reaktion des Mediums mit dem Material eines Sockels oder eines Sensorchips verhindert. Weiterhin ist das Verfahren nicht auf runde Membrangeometrien bzw. runde Öffnungen im Glassockel beschränkt. So ist durchaus denkbar, durch einfach Maskierungen eckige oder ovale Membranen zu nutzen.
