-
STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sensor-Einrichtung zum Detektieren einer Strahlung, insbesondere einen Sensor zur Messung einer infraroten Strahlung.
-
Obwohl auf beliebige Strahlungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf eine Sensor-Einrichtung zum Detektieren infraroter Strahlung näher erläutert.
-
Infrarot-Sensoren dienen zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung, nämlich von Infrarot-Strahlung, in beispielsweise ein elektrisches Strom- und/oder Spannungs-Signal. Beispielsweise wird bei heutigen Konzepten in der Sensor-Einrichtung ein Absorber-Material vorgesehen, wobei eine Wechselwirkung der einfallenden Strahlung mit den Gitter-Atomen des Absorber-Materials auftritt und eine indirekt über eine von der eingestrahlten Lichtleistung abhängige Temperatur-Änderung des Absorber-Materials das elektrische Ausgangssignal bewirkt. Dabei wird das Absorber-Material beispielsweise mittels eines Temperaturverfahrens, durch Flüssigkeits-Abscheidungen, durch Gasabscheidungen, durch Sputtern oder dergleichen aufgebracht oder durch fotolithografisch strukturierte Schichten, wie beispielsweise Polymere mit Rußpartikeln, Metalle mit besonderer Oberflächenstruktur oder dergleichen gebildet. Ferner wird die Sensor-Einrichtung im Allgemeinen verkappt, das heißt mittels einer Abdeckung luftdicht abgeschlossen, wobei beispielsweise während des Siebdruckverfahrens ein Bindemittel, beispielsweise ein Sealglas auf die Kappe bzw. Abdeckung aufgedruckt wird.
-
Beispielsweise ist das Absorber-Material in der Lage, eine durch den Einfall infraroter Strahlung verursachte Erhöhung in der Temperatur zu messen, indem eine Änderung in der Stärke des elektrischen Widerstandes des Absorber-Materials gemessen wird und folglich daraus die Menge an Infrarot-Strahlung bestimmbar ist. Für eine thermische Isolierung des Absorber-Materials wird dieses beispielsweise auf einem Überbrückungsteil mittels einer sehr feinen Fabrikationstechnik hergestellt. Speziell enthält die Überbrückungsstruktur einen temperaturempfindlichen Teil des Sensors, beispielsweise schwebend über dem tragenden Substrat zum Zwecke der Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit des Sensors. Aus praktischer Sicht erfordert es der Infrator-Sensor jedoch, dass die darin gebildete feine Brückenstruktur mechanisch und physikalisch geschlitzt ist. Bisher wurde zum Schutz der Überbrückungs-Struktur weitgehend die Praxis angewandt, dass die Infrarot-Sensor-Vorrichtung in einem Behälter, wie beispielsweise einem Kasten bzw. einer Dose gehalten wurde.
-
Infrarotstrahl-Sensoren, die dazu ausgelegt sind, ein Infrarotstrahl-Erfassungselement (Temperatur, Fühl-Element) auf einer Brücke in einem Substrat zu bilden, sind bekannt. Derartige Infrarotstrahl-Sensoren mit verbesserter Empfindlichkeit sind beispielsweise in den
japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 178149/1982 und
277528/1987 enthalten.
-
Somit muss einerseits die Absorber-Fläche bzw. die Fläche des Strahlungserfassungs-Elementes für eine ausreichende Detektierung der einfallenden Strahlung groß ausgelegt werden, wobei der Abschnitt des Sensors, von welchem Wärme entweicht, verringert werden sollte. Herkömmlich ist es deshalb auch schwierig, die Abmessung des Sensor-Elementes insgesamt zu verringern.
-
Um eine Verringerung der Abmessung des Sensor-Elementes zu erzielen, werden die Brücken aus einem Material gebildet, das einen kleineren Wärmeleiter-Koeffizienten als das Substrat-Material aufweist. Wenn die Substrate beispielsweise aus Silizium hergestellt sind, kann als Brücke ein Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid-Film verwendet werden.
-
Bei dem Infrarotstrahl-Sensor mit der vorstehend beschriebenen Struktur kann jedoch in dem Film während des Herstellungsprozesses aufgrund einer Differenz des Wärmeausdehnungs-Koeffizienten zwischen dem Silizium-Substrat und dem Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid-Film oder insbesondere bei einem Aufdrücken des für ein Siebdruckverfahrens verwendeten Siebes auf der Brücke eine Spannung erzeugt werden. Dies kann zu einem Zerbrechen der Brücke führen. Um ein derartiges Zerbrechen verhindern zu können, kann eine Schichtkonfiguration des Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid-Films angewendet werden, die geeignet ist, die Spannung aufzuheben. Eine derartige Schichtkonfiguration ist jedoch kompliziert, kostspielig und wird durch Änderungen der Filmdicke leicht beeinträchtigt, was zu einer Verringerung der Ausbeute bei der Herstellung der Brückenstruktur führt. Außerdem erfordert die Herstellung eines derartigen Films einen sehr mühsamen Prozessablauf.
-
An diesen Ansätzen gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch zusätzlich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass für das Bilden des Absorbers und für das Bilden des luftdichten Verschlusses unterschiedliche Materialen und unterschiedliche Verfahrensschritte verwendet werden. Demnach ist ein derartiges Herstellungsverfahren mit einem hohen Herstellungsaufwand und somit mit hohen Produktionskosten verbunden.
-
Ferner hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren des Absorbers lediglich kreisförmige Absorberflächen gebildet werden können. Für eine optimale Isolierung der Absorberfläche zum Verhindern einer unerwünschten Wärmeleitung mit anschließenden oder benachbarten Bauteilen ist es jedoch oftmals erwünscht, andere Absorberflächen-Ausgestaltungen zu realisieren.
-
Aus der Schrift
US 6,326,621 B1 ist eine Infrarotsensoreinrichtung bekannt, die zwei nebeneinander angeordnete Infrarotdetektoren auf einem Substrat aufweist. Ein erster Infrarotdetektor in Form eines Pyrometers ist dabei auf einem leitfähigen und als untere Elektrode ausgestalteten Membranfilm oberhalb einer ersten Kaverne in dem Substrat angebracht. Die obere Elektrode ist dabei direkt auf dem Pyrometer angebracht. Der zweite Infrarotdetektor in Form eines Bolometers ist auf einem thermisch isulierenden Film oberhalb einer von der ersten Kaverne getrennten zweiten Kaverne ebenfalls in dem Substrat aufgebracht.
-
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegende Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere ein Herstellungsverfahren für eine Sensor-Einrichtung zu schaffen, welches mit weniger Prozess-Schritten auf kostengünstigere Weise eine Herstellung einer geeigneten Sensor-Einrichtung mit einer während des Siebdruckverfahrens mechanisch stabilen Brücke ermöglicht.
-
VORTEILE DER ERFINDUNG
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass das Verfahren zur Herstellung der Sensor-Einrichtung zum Detektieren einer bestimmten Strahlung folgende Schritte aufweist: Bilden einer Träger-Membran auf der Oberfläche eines Substrates; Bilden mindestens einer Ätzzugangsöffnung in der Träger-Membran; Bilden einer Kaverne in dem Substrat unterhalb eines vorbestimmten Bereiches der Träger-Membran durch Zuführen eines geeigneten Substrat-Ätzmittels in die mindestens eine gebildete Ätzzugangsöffnung in der Träger-Membrane; und mittels eines gemeinsamen Siebdruckverfahrens Bilden einer Strahlungs-Erfassungsfläche auf einem vorbestimmten Abschnitt der Träger-Membran über zumindest einem Teilbereich der gebildeten Kaverne für eine Absorption der zu detektierenden Strahlung und gleichzeitig Bilden mindestens einer Verbindungsstelle der Träger-Membran für eine Anbringung einer Abdeckung der Sensor-Einrichtung.
-
Somit weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sensor-Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Anzahl der Prozessschritte und somit die Herstellungskosten verringert werden können. Ferner ist eine Verringerung der Toleranzen und eine Ausbildung gewünschter Flächenformen des Absorber-Materials bzw. des Strahlungserfassungs-Materials möglich. Durch das Erzeugen der Absorberfläche und der Verbindungsstellen mittels eines gemeinsamen Siebdruckverfahrens können demnach zwei bisher getrennte Verfahrensschritte zusammengefasst werden, sodass der separate Dispensschritt bzw. Abscheidungsschritt des Absorber-Materials entfällt. Zudem ist, wie oben bereits erwähnt, eine Realisierung von Absorberformen möglich, welche eine bessere Ausnutzung der eingestrahlten zu detektierenden Strahlung ermöglichen. Auch können die aufwendigen und kostenintensiven separaten fotolithografischen Schichten entfallen.
-
Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf dass durch ein gemeinsames Siebdruckverfahren einerseits eine Kaverne unter der Strahlungs-Erfassungsfläche für eine optimale thermische Isolation und gleichzeitig durch dasselbe Siebdruckverfahren Verbindungsstellen auf der Träger-Membran gebildet werden, welche einer späteren Verkappung bzw. Anbringung einer geeigneten Abdeckung der Sensor-Einrichtung dienen.
-
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Kaverne unterhalb der Träger-Membran mittels eines einzigen Substratschrittes vollständig gebildet. Alternativ kann zunächst die Kaverne in einem ersten Substrat-Ätzschritt lediglich teilweise gebildet werden, wobei für eine mechanische Stabilisierung der Träger-Membran Substrat-Stützbereiche in der Kaverne unterhalb der Träger-Membran verbleiben, welche nach dem Siebdruckverfahren in einem zweiten Substrat-Ätzschritt zum vollständigen Bilden der Kaverne entfernt werden. Ferner kann die Kaverne auch zur mechanischen Stabilisierung der Träger-Membran während des Siebdruckverfahrens mit einer geeigneten Flüssigkeit befüllt werden, wobei vorzugsweise das Befüllen der Kaverne aus der Gasphase und mittels einer Kondensation der Stützflüssigkeit durch Kühlen des Substrates erfolgt. Anschließend kann durch Erhitzen des Substrates die Flüssigkeit aus der Kaverne wieder verdampft werden, sodass eine optimale Wärme-Isolation des sich über der Kaverne und auf der Träger-Membran befindlichen Absorber-Materials gewährleistet werden.
-
Vorzugsweise wird ein gasförmiges Substrat-Ätzmittel, beispielsweise Chlorfluorid, Xenonfluorid oder dergleichen verwendet. Dadurch müssen für einen Durchtritt des gasförmigen Substrat-Ätzmittels durch die in der Träger-Membran gebildeten Ätzzugangsöffnungen diese lediglich mit einem kleinen Querschnitt versehen werden, was zusätzlich die Stabilität der Membran erhöht.
-
Vorteilhaft wird die Strahlungs-Erfassungsfläche für eine Absorption der einfallenden Infrarot-Strahlung, beispielsweise aus einem geeigneten Metalloxid, insbesondere einem Kupferoxid ausgebildet. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Materialen für die Strahlungs-Erfassungsfläche möglich. Dabei kann das zum Bilden der Strahlungs-Erfassungsfläche geeignete Material mittels einer Siebdruck-Paste und einer Rakel auf der Träger-Membran aufgebracht werden. Die Rakel weist vorzugsweise einen mit der Siebdruck-Paste in Berührung kommenden Abschnitt aus einem weichen Material, beispielsweise aus Gummi, und einen sich daran anschließenden Abschnitt aus einem härteren Material, beispielsweise aus Stahl, auf.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für das Siebdruckverfahren ein weiches Sieb oder eine steifere Metallschablone zum Aufbringen der Siebdruck-Paste zum gleichzeitigen Bilden der Absorberfläche und der Verbindungsstellen verwendet.
-
Die Verbindungsstelle ist beispielsweise als ein die Kaverne umlaufender Ring ausgebildet, auf welchem ein zusätzliches Substrat für eine Verkappung der Sensor-Einrichtung aufgebracht wird. Somit deckt das zusätzliche Substrat die Absorberfläche über der Kaverne luftdicht ab, wodurch einerseits ein Schutz vor äußeren Störungen und andererseits eine optimale Wärme-Isolation gewährleistet wird. Vorzugsweise wird für die Verkappung ein Strahlerfassungsmaterial verwendet, welches zusätzlich ein Bindemittel, beispielsweise ein Sealglas, enthält, welches zusammen mit dem Strahlungserfassungs-Material in einem gemeinsamen Temperaturschritt ausgehärtet wird und für eine feste Verbindung des zusätzlichen Substrates auf der Verbindungsstelle für eine Verkappung sorgt.
-
Vorteilhaft werden mehrere Ätzzugangsöffnungen mit Durchmessern von einigen Mikrometern in der Träger-Membran für ein geeignetes Einführen eines gasförmigen Substratätzmittels gebildet. Aufgrund dieser geringen Abmessungen der Ätzzugangsöffnungen kann, wie oben bereits erwähnt, die mechanische Stabilisierung der Träger-Membran weiter verbessert werden.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Träger-Membran aus einem Siliziumoxid, vorzugsweise einem Siliziumdioxid, einem Siliziumnitrid oder dergleichen ausgebildet.
-
ZEICHNUNGEN
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
In den Figuren zeigen:
-
1a–1c Querschnittsansichten einer Sensor-Einrichtung in verschiedenen Verfahrenszuständen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2a–2e Querschnittsansichten einer Sensor-Einrichtung in verschiedenen Verfahrenszuständen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
3a–3d Querschnittsansichten einer Sensor-Einrichtung in verschiedenen Verfahrenszuständen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
-
4 Eine Querschnittsansicht einer Sensor-Einrichtung in einem bestimmen Verfahrenszustand gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
-
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1a bis 1c, welche Querschnittsansichten einer Sensor-Einrichtung in verschiedenen Verfahrenszuständen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustrieren, die einzelnen Verfahrensschritte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel näher erläutert.
-
Wie in 1a ersichtlich ist, wird zunächst auf einem Substrat 1, beispielsweise einem Silizium-Substrat, eine Träger-Membran 2 gebildet. Die Träger-Membran 2 kann vorteilhaft als Siliziumoxid-Film, insbesondere als Siliziumdioxid-Film, als Siliziumnitrid-Film, oder dergleichen ausgebildet werden. Dabei können entweder bei der Bildung kleine Ätzzugangsöffnungen 3 in einem bestimmten Bereich der Träger-Membran 2 vorgesehen werden, wobei die Ätzzugangsöffnungen 3 vorzugsweise eine Abmessung von ein paar Mikrometern aufweisen. Die Ätzzugangsöffnungen 3 können jedoch auch nach einem Bilden der Träger-Membran 2 auf dem Substrat 1 in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines geeigneten Strukturierungsverfahrens; gebildet werden.
-
Anschließend wird durch Zuführen eines gasförmigen Substrat-Ätzmittels, beispielsweise Chlorfluorid, Xenonfluorid oder dergleichen, durch die Ätzzugangsöffnungen 3 der Träger-Membran 2 eine Cavity bzw. eine Kaverne 6 unterhalb eines vorbestimmten Bereiches der Träger-Membran 2 gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Kaverne 6 in dem vorgesehenen Substrat-Ätzschritt, beispielsweise mittels eines gasförmigen Ätzmittels, beispielsweise Chlorfluorid, Xenonfluorid oder dergleichen, vollständig gebildet, wie in 1a dargestellt ist.
-
Wie in 1b illustriert ist, wird die Siebdruckpaste 9, d. h. das Strahlungserfassungs-Material bzw. das Absorber-Material 9 sowie das Verbindungsstellenmaterial, bestehend aus vorzugsweise einem Metalloxid wie beispielsweise Kupferoxid, mittels eines geeigneten Siebs 8 auf der Träger-Membran 2 aufgebracht. Alternativ können auch andere Verfahren einschließlich Sputtern, Ionenstrahl-Sputtern, CVD-Verfahren oder dergleichen verwendet werden, um die Absorber- und Verbindungsstellenflächen zu bilden.
-
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in den Figuren durchgehend zusätzliche Verbindungsleitungen für einen Abgriff der Temperatur bzw. von elektrischen Größen des Absorber-Materials aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Derartige Leitungen können beispielsweise aus Titan, Molypdän, Aluminium, Chrom, Kupfer, Nickel, Tantal, Wolfram oder Polysilizium gebildet werden.
-
Das Sieb 8 ist vorzugsweise aus einem weichen Material oder als steifere Metallschablone mit einer derartigen Maschengröße ausgebildet, dass die Siebdruckpaste 9 durch die Oberflächenspannung nicht durch das Sieb 8 in die Kaverne 6 hindurchtritt, sondern in den Maschenbereichen des Siebs 8 beim Aufbringen verbleibt. Ein weiches Sieb 8 kann beispielsweise aus einem Gewebe-Material hergestellt sein, welches während des Siebdruck-Verfahrens eine relativ große Durchbiegung in Richtung der Träger-Membran 2 erleidet. Ein steiferes Sieb bzw. eine steifere Metallschablone kann man beispielsweise aus einem galvanisch abgeschiedenen Metall wie Stahl oder Nickel herstellen Dieses nimmt die durch die Rakel ausgeübte Kraft besser auf und schützt somit die Träger-Membran 2 vor einem Bruch während des Siebdruck-Verfahrens. Somit kann durch die Rakel mit einer größeren Kraft über dem Sieb 8 geführt werden, sodass ein schnellerer Verfahrensablauf ohne einen Bruch der Träger-Membran 2 möglich ist.
-
Bei gleichbleibenden Bedingungen, beispielsweise Maschenweite des Siebes 8, Anpresskraft und Vorschubgeschwindigkeit der verwendeten Rakel 14, können die Höhe und Randgestalt der Strahlungs-Erfassungsfläche bzw. der Absorberfläche 11 sowie der Verbindungsstellen 10 reproduzierbar eingestellt werden. Das Sieb 8 weist demnach eine Ausnehmung 80 zum Aufbringen der Siebdruckpaste 9 auf die Träger-Membran 2 zum Bilden der Absorberfläche 11 und zusätzlich mindestens eine Ausnehmung 81 zum Aufbringen der Siebdruckpaste 9 auf die Träger-Membran 2 zum Bilden von Verbindungsstellen 10 auf. Die Ausnehmung 81 ist beispielsweise als die Kaverne 6 umlaufender Ring ausgebildet, sodass bei einem Aufbringen der Siebdruckpaste 9 auf dem Sieb 8 neben der Strahlungserfassungs-Fläche 11 eine kreisförmige, die Kaverne 6 umlaufende Ringverbindungsstelle 10 gebildet wird. Somit können durch einen einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig die Strahlungserfassungs-Flächen 11 als auch die Verbindungsstellen 10 für eine Verkappung der Sensor-Einrichtung auf einfache und kostengünstige Weise bewerkstelligt werden.
-
Anschließend erfolgt eine Aushärtung der aufgebrachten Siebdruckpaste, beispielsweise mittels eines Temperaturschritts bei in etwa 400°C.
-
Somit wird die in 1c dargestellte Struktur erhalten, bei welcher die Strahlungserfassungs-Fläche 11 derart auf der Träger-Membran 2 über der Kaverne 6 angeordnet ist, dass sich die Strahlungserfassungs-Fläche 11 nicht Fiber den gesamten Bereich der gebildeten Kaverne 6 erstreckt. Somit ist für eine thermische Isolierung ein Freibereich zwischen der Überbrückung und dem Substrat 1 gewährleistet.
-
Ferner ist gleichzeitig eine Verbindungsstelle 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als die Kaverne 6 umlaufender Ring, für eine anschließende Verkappung bzw. Abdichtung der Sensor-Einrichtung gebildet. Eine derartige Verkappung kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass eine weiteres Substrat zum Bilden eines Hohlbereiches bzw. eines luftdichten Vakuum-Bereiches oberhalb der Kaverne 6 und der Strahlungserfassungs-Fläche 11 geschaffen wird. Das zusätzliche Substrat (nicht dargestellt) wird beispielsweise mittels eines Bindemittels, vorzugsweise eines Sealglas, formschlüssig auf der Verbindungsstelle 10 befestigt. Das zusätzliche Substrat besteht vorzugsweise gleichfalls aus einem Silizium-Halbleiter-Material, welches für die zur detektierende Infrarot-Strahlung durchlässig ist. Somit wird durch die Verkappung eine thermische Isolierung, ein Schutz vor äußeren Störeinflüssen und ein Sichtfenster für die zu detektierende Strahlung geschaffen.
-
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2a bis 2e ein Herstellungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Infrarot-Sensor-Einrichtung näher erläutert.
-
Hinsichtlich 2a und der Aufbringung der Träger-Membran 2 auf dem Substrat 1 sowie die Herstellung von Ätzzugangsöffnungen 3 zur Bildung der vollständig geätzten Kaverne 6 kann auf die Ausführungen bezüglich 1a verwiesen werden. Ferner gelten alle bezüglich dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführten Modifikationen, Auswahl der Materialien etc. als auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele analog anwendbar.
-
Wie in 2a ersichtlich ist, wird zunächst auf einem Substrat 1, beispielsweise einem Silizium-Substrat, eine Träger-Membran 2 gebildet. Die Träger-Membran 2 kann vorteilhaft als Siliziumoxid-Film, insbesondere als Siliziumdioxid-Film, als Siliziumnitrid-Film, oder dergleichen ausgebildet werden. Dabei können kleine Ätzzugangsöffnungen 3 in einem bestimmten Bereich der Träger-Membran 2 vorgesehen werden, wobei die Ätzzugangsöffnungen 3 vorzugsweise eine Abmessung von ein paar Mikrometern aufweisen. Die Ätzzugangsöffnungen 3 können jedoch auch nach einem Bilden der Träger-Membran 2 auf dem Substrat 1 in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines geeigneten Strukturierungsverfahrens; gebildet werden.
-
Anschließend wird durch Zuführen eines gasförmigen Substrat-Ätzmittels, beispielsweise Chlorfluorid, Xenonfluorid oder dergleichen, durch die Ätzzugangsöffnungen 3 der Träger-Membran 2 eine Cavity bzw. eine Kaverne 6 unterhalb eines vorbestimmten Bereiches der Träger-Membran 2 gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Kaverne 6 in dem vorgesehenen Substrat-Ätzschritt, beispielsweise mittels eines gasförmigen Ätzmittels, beispielsweise Chlorfluorid, Xenonfluorid oder dergleichen, vollständig gebildet, wie in 2a dargestellt ist.
-
Im Folgenden wird Bezug genommen auf 2b. Wie in 2b ersichtlich ist, wird die zuvor vollständig geätzte Kaverne 6 mit einer Flüssigkeit 12 für ein mechanisches Stützen der Träger-Membran 2 über der Kaverne 6 während eines Siebdruck-Verfahrens befüllt. Die Stützflüssigkeit 12 wird vorzugsweise aus der Gasphase in den Bereich der Kaverne 6 gebracht, wobei mittels beispielsweise einer Kühlung des Substrates 1 eine Kondensation des Gases 13 erfolgt. Dadurch bildet sich die Stützflüssigkeit 12 in der Kaverne 6 in geeigneter Weise aus. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Unterseite des Substrates 1 auf eine geeignete Temperatur gekühlt, bis die Kaverne 6 vollständig mit der Stützflüssigkeit 12 gefüllt ist. Das Befüllen der Kaverne 6 erfolgt vorzugsweise mit Flüssigkeiten, die einen Siedepunkt größer als 50°C und kleiner als 300°C aufweisen. Bevorzugte Beispiele für derartige Stützflüssigkeiten 12 sind zum einen das in der Siebdruck-Paste bzw. Absorber-Paste enthaltene Lösungsmittel, zum Beispiel Terpineol, Buthylcarbitolacetat, Dietylene glycol monobutylether, Dodecyl Benzene, Trimethyl Pentanediol Monoisobutyrate, oder zum anderen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Isopropanol, Isobutanol, Octanol oder dergleichen. Stützflüssigkeiten, deren Bestandteile sich bereits in der Absorber-Paste enthalten, sind vorteilhaft, da sie die Eigenschaften der Absorber-Fläche nicht nachteilig verändern.
-
Anschließend wird gemäß 2c analog zum ersten Ausführungsbeispiel die Siebdruckpaste 9 mittels der Rakel 14 über dem Sieb 8 auf der Träger-Membran 2 aufgebracht. Bezüglich der Rakel 14 sowie den Ausnehmungen 80 und 81 des Siebs 8 zur Herstellung der Strahlungserfassungs-Fläche 11 und der Verbindungsstellen 10 wird wiederum auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
-
In einem anschließenden Verfahrensschritt gemäß 2d wird nach der Bildung der Strahlungserfassungs-Fläche 11 sowie der Verbindungsstellen 10 bzw. des Verbindungsrings 10 auf der Träger-Membran 2 vorzugsweise die Unterseite des Substrates 1 derart erwärmt, dass die in der Kaverne 6 befindliche Stützflüssigkeit 12 aus der Kaverne 6 verdampft. Ein Austritt erfolgt dabei durch die vorab erzeugten Ätzzugangsöffnungen 3. Vorzugsweise erfolgt mittels eines geeigneten Temperaturverfahrens gleichzeitig ein Verdampfen der Stützflüssigkeit 12 aus der Kaverne 6 sowie eine Aushärtung der auf der Träger-Membran 2 aufgebrachten Strahlungserfassungs-Fläche 11 und des Verbindungsrings 12. Beispielsweise wird ein mehrstufiges Temperatur-Profil durchfahren, um die verschiedenen Komponenten auszutreiben. Beispielsweise wird zunächst das Substrat 1 auf eine Temperatur von beispielsweise 250°C erwärmt, wodurch die Stützflüssigkeit 12 aus der Kaverne 6 verdampft wird. Anschließend wir die Temperatur des Substrates 1 beispielsweise auf 400°C erhöht, wodurch die Siebdruckpaste 9, das heißt die gebildeten Strahlungserfassungsfläche 11 sowie die Verbindungsstellen 10 ausgehärtet werden.
-
Schließlich wird wiederum die in 2e dargestellte Struktur erhalten, bei welcher die Strahlungserfassungsfläche 11 oberhalb der Kaverne 6 auf der Träger-Membran 2 und der Verbindungsring 10 die Kaverne 6 umlaufend auf der Träger-Membran 2 ausgebildet sind.
-
Anschließend erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel wiederum eine Verkappung der Sensor-Einrichtung mittels beispielsweise eines zusätzlichen Substrates unter Zuhilfenahme geeigneter Bindemittel. Diesbezüglich wird wiederum auf die Ausführungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
-
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3a bis 3d ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Sensor-Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
-
Wie in 3a ersichtlich ist, wird zunächst analog zum ersten Ausführungsbeispiel eine geeignete Träger-Membran 2 auf einem Substrat 1 aufgebracht, wobei diesbezüglich wiederum auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele verwiesen wird. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird für eine Stabilisierung der Träger-Membran 2 für die mechanische Beanspruchung beim nachfolgenden Siebdruckverfahren lediglich zunächst eine teilweise unterätzte Kaverne 4 über die gebildeten Ätzzugangsöffnungen 3 geschaffen, wobei Stützsäulen 5 zwischen der Bodenfläche. der teilweise unterätzten Kaverne 4 und der Träger-Membran 2 verbleiben. Diese erste Substrat-Teilätzung erfolgt vorzugsweise derart, dass sich eine Verbindung zwischen allen Ätz-Strukturen ergibt. Das heißt, es wird vorzugsweise ein durchgehendes Kanalsystem durch die zurückgebliebenen Stützsäulen 5 gebildet. Dadurch wird ein unverzögertes Weiterätzen durch einen allseitigen Angriff des verwendeten Ätzgases über das Kanalsystem bei einem nachfolgenden zweiten Ätzschritt realisiert. Die Gesamt-Ätzzeit bleibt dadurch vorteilhaft durch die beiden Teil-Ätzungen unverändert.
-
Wie in 3b ersichtlich ist, wird anschließend analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine Siebdruckpaste 9 mittels eines geeigneten Siebs 8 auf der Träger-Membran 2 aufgebracht. Bezüglich des Siebs 8 und den Ausnehmungen 80 und 81 zum Bilden der Strahlungserfassungs-Fläche 11 sowie des Verbindungsrings 10 kann wiederum auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen werden.
-
Durch die zurückgebliebenen Stützsäulen 5 ist eine verbesserte mechanische Stabilität der Träger-Membran 2 über der teilweise unterätzten Kaverne 4 geschaffen worden, sodass das Sieb 8 ohne einem Risiko eines Bruches der Träger-Membran 2 fest auf dieser angepresst werden kann und die Siebdruckpaste 9 anschließend mittels einer Rakel 14 durch Ausübung einer größeren Kraft schnell und prozesssicher aufgetragen bzw. abgestrichen werden kann. Bezüglich dieser Verfahrensschritte wird auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen, sodass auf weitere Ausführungen verzichtet werden kann.
-
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt gemäß 3d wird mittels eines zweiten Ätzschrittes, beispielsweise wiederum mittels eines über das zuvor gebildete Kanalsystem zugeführten Ätzgases, das Substrat 1 zum Bilden einer vollständig unterätzten Kaverne 6 geätzt. Somit entsteht wiederum die zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen analoge Struktur gemäß 3d, bei welcher sich die Strahlungserfassungs-Fläche 11 auf der Membran 2 oberhalb der vollständig unterätzten Kaverne 6 befindet und der Verbindungsring 10 die Kaverne 6 umlaufend auf der Träger-Membran 2 ausgebildet ist. Bezüglich einer anschließenden Verkappung wird wiederum auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen.
-
4 illustriert eine Querschnittsansicht eines Herstellungsschrittes einer Sensor-Einrichtung, bei welcher eine verbesserte Rakel 14 zum Aufbringen der Siebdruckpaste 9 auf der Träger-Membran 2 zum Bilden einer Strahlungserfassungs-Fläche 11 sowie geeigneter Verbindungsstellen 10 verwendet wird. Die Rakel 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist vorzugsweise einen mit der Absorber-Paste 9 in Berührung kommenden Abschnitt 140 auf, welcher aus einem weichen Material, wie beispielsweise Gummi hergestellt ist. Dieser vordere weiche Abschnitt 140 schließt sich an einen härteren Abschnitt 141 der Rakel 14 an, welcher beispielsweise aus Stahl oder dergleichen hergestellt ist. Eine derartige Konstruktion verhindert bei einem Rakel-Vorgang bzw. einem Abstreichen der Absorber-Paste 9 und der dabei auf das Sieb 8 bzw. die Träger-Membran 2 ausgeübten Kraft, dass sich die Träger-Membran 2 lokal nach unten deformiert und gegebenenfalls bricht oder andere Schäden erleidet.
-
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Infrarot-Sensoreinrichtung zum Detektieren infraroter Strahlung, bei welchem eine verbesserte Stabilisierung der Träger-Membran beim Siebdruck-Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise erreicht wird und bei welchem durch einen gemeinsamen Verfahrensschritt sowohl die Strahlungserfassungs-Flächen 11 als auch die zur Verkappung notwendigen Verbindungsstellen 10 gleichzeitig gebildet werden. Damit ist ein schnellerer und kostengünstigerer Verfahrensablauf vorteilhaft möglich.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
-
Beispielsweise werden auf einem gemeinsamen Wafer mittels gemeinsamer Verfahrensschritte eine Vielzahl an Sensor-Einrichtungen gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gemeinsam hergestellt, wobei anschließend die einzelnen Sensor-Einrichtungen von dem Wafer abgetrennt werden. BEZUGSZEICHENLISTE:
| 1 | Substrat |
| 2 | Träger-Membran |
| 3 | Einspritzlöcher |
| 4 | Kaverne (teilweise zurückgeätzt) |
| 5 | Stützsäulen |
| 6 | Kaverne (vollständig zurückgeätzt) |
| 8 | Sieb |
| 9 | Absorber-Paste bzw. Siebdruck-Paste |
| 10 | Verbindungsstelle |
| 11 | Strahlungs-Erfassungsfläche |
| 12 | Stützflüssigkeit |
| 13 | Gas |
| 14 | Rakel |
| 80 | Ausnehmung für Strahlungserfassungs-Fläche |
| 81 | Ausnehmung für Verbindungsstelle |
| 140 | weicher Rakel-Abschnitt |
| 141 | harter Rakel-Abschnitt |
