DE102013113171A1 - Piezoresistive silicon differential pressure cell and method for its production - Google Patents
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Abstract
Eine Halbleiterdifferenzdruckmesszelle (1) umfasst eine Messmembran (10); einen ersten und zweiten Gegenkörper (20, 30); wobei die Messmembran (10) zwischen den Gegenkörpern (20, 30) angeordnet und mit beiden druckdicht verbunden ist, wobei zwischen der Messmembran und den Gegenkörpern (20, 30) jeweils eine Druckkammer (23, 33) ausgebildet ist, die über eine Öffnungen (24, 34) in den Gegenkörpern druckbeaufschlagbar sind, wobei die Gegenkörper hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften bezogen auf eine durch die Messmembran definierte Spiegelebene symmetrisch ist, wobei die Messmembran einen ersten piezoresistiven Wandler (12) zum Wandeln einer Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal aufweist, wobei die Messmembran einen zweiten Wandler (13) zum Wandeln eines Zustands der Messmembran in ein elektrisches Signal aufweist, wobei die Wandler auf gegenüberliegenden Seiten der Messmembran angeordnet sind.A semiconductor differential pressure measuring cell (1) comprises a measuring diaphragm (10); a first and second mating body (20, 30); wherein the measuring diaphragm (10) between the counter-bodies (20, 30) is arranged and connected to both pressure-tight, between the measuring diaphragm and the counter-bodies (20, 30) each having a pressure chamber (23, 33) is formed, which via an openings ( 24, 34) can be pressurized in the counter-bodies, the counter-bodies being symmetrical with respect to their mechanical properties relative to a mirror plane defined by the measuring diaphragm, the measuring diaphragm having a first piezoresistive transducer (12) for converting a deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal, wherein the measuring diaphragm has a second transducer (13) for converting a state of the measuring diaphragm into an electrical signal, the transducers being arranged on opposite sides of the measuring diaphragm.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoresistive Differenzdruckmesszelle, ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The present invention relates to a piezoresistive differential pressure measuring cell, a method for their preparation.
Gattungsgemäße Differenzdruckmesszellen umfassen implantierte piezoresistive Widerstände, die an einer ersten Oberfläche einer einkristallinen Silizium Messmembran gewöhnlich in einer Wheatstone-Brückenschaltung präpariert sind, wobei die Messmembran in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Oberflächen druckabhängig ausgelenkt wird, was zu einer vom Differenzdruck abhängigen Verstimmung der Wheatstone-Brücke führt, die gewöhnlich als Diagonalspannung der Brücke detektiert wird.Generic differential pressure measuring cells comprise implanted piezoresistive resistors, which are usually prepared in a Wheatstone bridge circuit on a first surface of a monocrystalline silicon measuring diaphragm, the measuring diaphragm being deflected in dependence on a pressure difference between its two surfaces depending on the pressure difference. Bridge, which is usually detected as a diagonal voltage of the bridge.
Die Messmembran wird gewöhnlich durch einseitiges anisotropes Ätzen in einem Si-Wafer von einer der ersten Oberfläche abgewandten Seite des Wafers präpariert. Diese Präparation führt zu einer asymmetrischen Struktur, die beispielsweise eine Querempfindlichkeit zum statischen Druck bewirken kann.The measuring membrane is usually prepared by unilateral anisotropic etching in a Si wafer from a side of the wafer facing away from the first surface. This preparation leads to an asymmetric structure, which can cause, for example, a cross-sensitivity to static pressure.
Die Offenlegungsschrift
Ein asymmetrischer Aufbau der Messzelle kann jedoch auch zu solchen Querempfindlichkeiten führen, die mit einem Kompensationsmodell nicht oder nicht vollständig beherrschbar sind. Die implantierten Widerstandselemente sowie metallische Leiterbahnen zum Kontaktieren der Widerstandselemente werden in der Regel mit einer Schutzschicht bedeckt. Dieser Schichtaufbau ist nicht symmetrisch bezüglich der Messmembran. Diese Asymmetrie kann z.B. Verspannungen in der Membran führen, die sich über Zeit und speziell durch Temperaturänderungen irreversibel verändern. Diese Änderungen können von einem Kompensationsmodell kaum automatisch korrigiert werden.However, an asymmetrical structure of the measuring cell can also lead to such cross-sensitivities that are not or not completely controllable with a compensation model. The implanted resistive elements and metallic interconnects for contacting the resistive elements are usually covered with a protective layer. This layer structure is not symmetrical with respect to the measuring membrane. This asymmetry can be e.g. Tension in the membrane lead, which irreversibly change over time and especially due to temperature changes. These changes can hardly be automatically corrected by a compensation model.
Die Nachteile eines asymmetrischen Sensors wurden in der Vergangenheit bereits durch symmetrische kapazitive Differenzdruckmesszellen aus Silizium gelindert, wie in der Patentanmeldung
Differenzdruckmesszellen sind gewöhnlich darauf optimiert, geringe Druckdifferenzen p1 – p2 bei großen statischen Drucken p1, p2 zu messen. Hierbei ist es wichtig, die richtige Balance zwischen Empfindlichkeit und Überlastfestigkeit zu finden. So kann beispielsweise für den Messbereich der Druckdifferenz |p1 – p2| gelten |p1 – p2|/p1 < 1%. Wenn in einer Prozessanlage einer der Drücke p1, p2 entfällt, wird die Messzelle mit dem 100-fachen des Messbereichs belastet. Es sind Differenzdruckmessaufnehmer bekannt, die solchen Überlasten standhalten. Ein bewährter Schutz der empfindlichen Differenzdruckmesszellen beruht darauf, eine Überlastmembran zur Messzelle hydraulisch parallel zu schalten, wobei die Messzelle und die Überlastmembran über hydraulische Pfade mit den beiden Drücken p1, p2 zu beaufschlagen, und wobei die Drücke durch Trennmembranen in die hydraulischen Pfade eingeleitet werden. Eine Überlastmembran weist eine hinreichend große hydraulische Kapazität auf, um im Falle einer einseitigen Überlast das Volumen einer Übertragungsflüssigkeit in einem hydraulischen Pfad so weit aufzunehmen, dass die Trennmembran dieses hydraulischen Pfads an einem Membranbett zur Anlage kommt, so dass ein weiterer Anstieg des auf die Differenzdruckmesszelle wirkenden Differenzdrucks zuverlässig verhindert ist. Beispiele für Differenzdruckmessaufnehmer mit Überlastmembranen sind in
Der Einsatz von Überlastmembranen führt jedoch zwingend zu größeren Volumenhüben der Übertragungsflüssigkeit und damit – bei gleicher Leistungsfähigkeit – zu größeren Trennmembranflächen, was größere Geräteabmessungen, und höhere Kosten zur Konsequenz hat. Außerdem wird die Messwerksdynamik durch die Überlastmembran und das größere Volumen der Übertragungsflüssigkeit negativ beeinflusst. Es sind daher insbesondere für kapazitive Differenzdrucksensoren Bemühungen bekannt, den Überlastschutz für die Messmembran durch Membranbetten zu realisieren. Hierbei soll sich die Messmembran bei Überschreiten eines Grenzwerts für einen einseitigen Überdruck zumindest in dem Maße an dem Membranbett abstützen, dass die Berstspannung der Messmembran auch bei einem weiteren Druckanstieg nicht erreicht wird.However, the use of overload membranes inevitably leads to larger volume strokes of the transfer fluid and thus - with the same performance - to larger separation membrane surfaces, which has larger device dimensions, and higher costs to the consequence. In addition, the dynamics of the measuring mechanism are adversely affected by the overload membrane and the larger volume of the transfer fluid. Therefore, efforts are particularly known for capacitive differential pressure sensors to realize the overload protection for the measuring membrane by membrane beds. In this case, the measuring membrane should be supported on exceeding a limit value for a one-sided overpressure at least to the extent to the membrane bed, that the bursting voltage of the measuring membrane is not reached even with a further increase in pressure.
Dafür sind insbesondere asphärische Membranbetten geeignet, welche die Biegelinie der Messmembran bei dem Grenzwert für den Überdruck approximieren. In particular aspherical membrane beds are suitable for this, which approximate the bending line of the measuring diaphragm at the limit value for the overpressure.
Die Patentschrift
Die Offenlegungsschrift
Die Patentschrift
Die Offenlegungsschrift
Die Patentschrift
Neben der einseitigen Überlast, kann auch eine symmetrische statische Druckbeaufschlagung eine Differenzdruckmesszelle beschädigen bzw. zerstören, insbesondere wenn die Berstfestigkeit einer Fügestelle zwischen Messmembran und Messzellenkörper überschritten wird. Um dem entgegenzuwirken, sind hydraulische Lagerungen der Messzelle bekannt, welche die Außenseite der Messzelle mit einem hinreichend hohen statischen Druck beaufschlagt wird, der den in die Messzelle eingeleiteten statischen Drücken entgegenwirkt. Einzelheiten hierzu sind beispielsweise in der Veröffentlichung
Die Offenlegungsschrift
Dennoch besteht Bedarf daran, mikromechanische Differenzdrucksensoren weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Validität der von ihnen bereitgestellten Messwerte.Nevertheless, there is a need to further improve micromechanical differential pressure sensors, particularly with regard to the validity of the measurements they provide.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte piezoresistiven Differenzdruckmesszelle und einen Differenzdrucksensor mit einer solchen Differenzdruckmesszelle bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Differenzdruckmesszelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10.It is therefore the object of the present invention to provide an improved piezoresistive differential pressure measuring cell and a differential pressure sensor with such a differential pressure measuring cell. The object is achieved by the differential pressure measuring cell according to the
Die erfindungsgemäße Halbleiterdifferenzdruckmesszelle, umfasst eine Messmembran; einen ersten Gegenkörper; und einen zweiten Gegenkörper; wobei die Messmembran zwischen dem ersten Gegenkörper und dem zweiten Gegenkörper angeordnet und mit beiden Gegenkörpern druckdicht verbunden ist, wobei zwischen der Messmembran und dem ersten Gegenkörper eine erste Druckkammer ausgebildet ist, die über eine erste Öffnung in dem ersten Gegenkörper mit einem ersten Druck beaufschlagbar ist, wobei zwischen der Messmembran und dem zweiten Gegenkörper eine zweite Druckkammer ausgebildet ist, die über eine zweite Öffnung in dem zweiten Gegenkörper mit einem zweiten Druck beaufschlagbar ist, wobei der erste Gegenkörper hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften bezogen auf eine durch die Messmembran definierte Spiegelebene symmetrisch zum zweiten Gegenörper ist, wobei die Messmembran einen ersten piezoresistiven Wandler zum Wandeln einer Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal aufweist, wobei die Messmembran einen zweiten Wandler zum Wandeln eines Zustands der Messmembran in ein elektrisches Signal aufweist, wobei der erste Wandler auf einer ersten Seite Messmembran präpariert ist, welche der ersten Druckkammer zugewandt ist, wobei der zweite Wandler auf einer zweiten Seite der Messmembran angeordnet ist, die dem zweiten Druckkammer zugewandt ist.The semiconductor differential pressure measuring cell according to the invention comprises a measuring diaphragm; a first counter body; and a second counter body; wherein the measuring diaphragm is arranged between the first counter-body and the second counter-body and pressure-tightly connected to both counter-bodies, wherein between the measuring diaphragm and the first counter-body a first pressure chamber is formed, which is acted upon via a first opening in the first counter-body with a first pressure, wherein between the measuring diaphragm and the second counter body, a second pressure chamber is formed, which is acted upon via a second opening in the second counter body with a second pressure, wherein the first counter body with respect to its mechanical properties relative to a defined by the measuring diaphragm mirror plane symmetrical to the second counter body wherein the measuring diaphragm comprises a first piezoresistive transducer for converting a deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal, wherein the measuring diaphragm has a second transducer for converting a state of the measuring diaphragm into an electrical signal, where wherein the first transducer on a first side measuring membrane is prepared, which faces the first pressure chamber, wherein the second transducer is arranged on a second side of the measuring diaphragm, which faces the second pressure chamber.
Der erfindungsgemäße Drucksensor ist im Ergebnis hinsichtlich seiner die Druckmessung bestimmenden Eigenschaften vollständig symmetrisch. D.h., die Auslenkung der Silizium-Membran ist für Drücke von beiden Seiten gleich. Infolgedessen ist das resultierende Messsignal ist also symmetrisch bezüglich eines Zustands, bei dem auf beiden Seiten der gleiche Druck herrscht. Ein solches Signal ist leichter zu kompensieren als das Signal eines unsymmetrischen Drucksensors.As a result, the pressure sensor according to the invention is completely symmetrical with respect to its properties determining the pressure measurement. That is, the deflection of the silicon diaphragm is the same for pressures from both sides. As a result, the resulting measurement signal is symmetrical with respect to a condition where the same pressure exists on both sides. Such a signal is easier to compensate than the signal from a single-ended pressure sensor.
Um zusätzlich die Messwerte validieren zu können, sind zwei Messwandler vorgesehen, welche die Messgröße redundant bzw. diversitär ermitteln. Anhand der Auswertung der Messergebnisse können Folgerungen über den Zustand des Sensors gezogen werden. An sich sind Diagnosestrategien bekannt, die auf redundanten bzw. diversitären Messungen beruhen. Um Differenzdrucksensoren mit zwei Wandlern auszustatten ist aber offensichtlich ein erhöhter Flächenbedarf auf der Messmembran erforderlich, um die Wandler positionieren zu können. Insofern als die Wandler auf die beiden Seiten der Messmembran verteilt angeordnet sind, braucht die Messmembranfläche trotz der Bereitstellung zweier Wandler nicht vergrößert zu werden. Dieser Vorteil ist erheblich, da bei Differenzdrucksensoren der statische Druck zu Spannungen in den Fügestellen zwischen Messmembran und Gegenkörpern führt, die in erster Näherung zur Membranfläche proportional sind.In order to be able to additionally validate the measured values, two transducers are provided which determine the measured variable redundantly or diversely. Based on the evaluation of the measurement results, conclusions can be drawn about the condition of the sensor. As such, diagnostic strategies are known which are based on redundant or diversified measurements. To equip differential pressure sensors with two transducers but obviously an increased space requirement on the measuring diaphragm is required to position the transducer can. Insofar as the transducers are arranged distributed on the two sides of the measuring diaphragm, the measuring diaphragm surface need not be enlarged, despite the provision of two transducers. This advantage is significant, since in differential pressure sensors, the static pressure leads to stresses in the joints between the measuring membrane and counter-bodies, which are proportional to the membrane surface in first approximation.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Wandler ein piezoresistiver Wandler, der zum Wandeln einer Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal genutzt wird.In a development of the invention, the second converter is a piezoresistive converter which is used to convert a deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen der erste Wandler eine erste Übertragungsfunktion U1(Δp) und der zweite Wandler eine zweite Übertragungsfunktion U2(Δp) auf, wobei gilt
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen der erste Wandler eine erste Übertragungsfunktion U1(Δp) und der zweite Wandler eine zweite Übertragungsfunktion U2(Δp) auf, wobei gilt
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste bzw. der zweite Gegenkörper mit einem Stützkörper rückseitig abgestützt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist bzw. sind der oder die Stützkörper jeweils mit dem gestützten Gegenkörper gefügt.In one development of the invention, the first or the second counter-body is supported on the back with a supporting body. In a development of the invention, the support body or bodies are respectively joined to the supported counterbody.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Wandler ein kapazitiver Wandler zum Wandeln einer Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal, wobei eine zweite Oberfläche der Messmembran, welche dem zweiten Gegenkörper zugewandt ist mindestens eine Membranelektrode aufweist, und wobei der zweite Gegenkörper mindestens eine Gegenkörperelektrode aufweist, wobei der zweite Wandler ein Signal bereitstellt, welches von der Kapazität zwischen der Membranelektrode und der Gegenkörperelektrode abhängt.In a development of the invention, the second converter is a capacitive converter for converting a displacement of the measuring diaphragm into an electrical signal, wherein a second surface of the measuring diaphragm which faces the second counterbody has at least one membrane electrode, and wherein the second counterbody has at least one counterelectrode electrode wherein the second transducer provides a signal which depends on the capacitance between the membrane electrode and the counter body electrode.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Differenzdruckmesszelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle, umfasst die folgenden Schritte:
Implantation von Messwiderständen und deren Zuleitung in einem ersten Wafer; Silizium-Direktbonden eines zweiten Wafers mit der ersten Seite des ersten Wafers, wobei der zweite Wafer Druckdurchführungen aufweist, die insbesondere mittels DRIE strukturiert sind; Abdünnen des ersten Wafers von einer zweiten Seite her, bis nur noch eine gewünschte Membrandicke vorhanden ist; Polieren der zweiten Seite des ersten Wafers; Implantation eines zweiten Satzes von Messwiderständen und deren Zuleitungen in den abgedünnten ersten Wafer von der zweiten Seite des ersten Wafers; Silizium-Direktbonden eines dritten Wafers mit der zweiten Seite des ersten Wafers, wobei der dritte Wafer Druckdurchführungen aufweist, die insbesondere mittels DRIE strukturiert sind; und Vereinzeln der Differenzdruckmesszellen.The method according to the invention for producing a differential pressure measuring cell, in particular a pressure measuring cell according to the invention, comprises the following steps:
Implantation of measuring resistors and their supply in a first wafer; Direct silicon bonding of a second wafer to the first side of the first wafer, wherein the second wafer has pressure feedthroughs, which are structured in particular by means of DRIE; Thinning the first wafer from a second side until only a desired membrane thickness is left; Polishing the second side of the first wafer; Implanting a second set of sensing resistors and their leads into the thinned first wafer from the second side of the first wafer; Direct silicon bonding of a third wafer to the second side of the first wafer, wherein the third wafer has pressure feedthroughs, which in particular are structured by means of DRIE; and singulating the differential pressure cells.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin die elektrische Kontaktierung der Zuleitungen der Widerstandselemente, wobei die Kontaktierung insbesondere nach dem Silizium-Direktbonden des dritten Wafers mit der zweiten Seite des ersten Wafers und vor dem Vereinzeln der Differenzdruckmesszellen und insbesondere mittels der Through-Silicon-Via Technologie erfolgt.According to a development of the invention, the method furthermore comprises the electrical contacting of the supply lines of the resistance elements, wherein the contacting takes place in particular after the silicon direct bonding of the third wafer to the second side of the first wafer and before the separation of the differential pressure measuring cells and in particular by means of the through-silicon Via technology takes place.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren das Präparieren jeweils mindestens einer thermischen Oxidschicht auf einem der Fügepartner zwischen dem ersten Wafer und dem zweiten Wafer bzw. dem ersten Wafer und dem dritten Wafer, wobei die Oxidschicht die Fügestelle zwischen den Fügepartnern bildet.According to a development of the invention, the method comprises preparing in each case at least one thermal oxide layer on one of the joining partners between the first wafer and the second wafer or the first wafer and the third wafer, wherein the oxide layer forms the joint between the joining partners.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Oxidschicht auf einer Oberfläche des zweiten bzw. dritten Wafers präpariert, wobei insbesondere die Oxidschicht strukturiert wird um ein Membranbett zu bilden, an dem die Messmembran im Falle einer einseitigen Überlast anliegen kann.According to one development of the invention, the oxide layer is prepared on a surface of the second or third wafer, wherein in particular the oxide layer is patterned to form a membrane bed against which the measuring membrane can rest in the event of a one-sided overload.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Oxidschicht jeweils auf einer Oberfläche des ersten Wafers präpariert. According to one development of the invention, the oxide layer is prepared in each case on a surface of the first wafer.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Implantieren der Widerstandselemente und der Zuleitungen eine Schutzschicht präpariert, welche insbesondere SiO2 oder Si3N4 umfasst.According to a development of the invention, after the implantation of the resistance elements and the supply lines, a protective layer is prepared, which in particular comprises SiO 2 or Si 3 N 4 .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Wafer einen SOI-Wafer.According to one development of the invention, the first wafer comprises an SOI wafer.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows:
Das in
Die Messmembran
Die Widerstandselemente der ersten und zweiten Brückenschaltung sind jeweils über hochdotierte Leiterbahnen auf beiden Seiten der Messmembran sowie mittels VIA-Technologie präparierten ersten Durchführungen
Die Messmembran
Die Messmembran kann beispielsweise eine Stärke von 10 µm bis 250 µm aufweisen. Die jeweilige Membranstärke ist letztlich eine Funktion der auslenkbaren Membranfläche, des angestrebten Differenzdruckmessbereichs und der Höhe der Messkammern
Die von der Fügestelle umschlossene, auslenkbare Membranfläche beträgt beispielsweise nicht weniger als 0,5 mm2 und nicht mehr als 15 mm2, insbesondere nicht mehr als 5 mm2. Die Gegenkörper
Die Gegenkörper können weiterhin ein Membranbett mit einer Kontur aufweisen, an dem sich die Messmembran im Falle einer einseitigen Überlast abstützen kann. Ein solches Membranbett kann beispielsweise durch zeitgesteuertes Unterätzen einer auf den Gegenkörpern abgeschiedenen, maskierten Oxidschicht präpariert werden, wie in der noch unveröffentlichten Patentanmeldung
Die Gegenkörper können rückseitig abgestützt bzw. versteift sein, oder die gesamte Druckmesszelle kann gekapselt sein, um höheren statischen Drücken standhalten zu können. Einzelheiten dazu sind in den Veröffentlichungen
Der Aufbau der Druckmesszelle
Die beiden Wheatstoneschen Brücken können gleiche oder unterschiedliche Übertragungsfunktionen aufweisen. In jedem Falle ermöglichen sie eine Plausibilitätsprüfung und Überwachung der Messzelle durch Vergleichen der jeweiligen Messwerte.The two Wheatstone bridges may have the same or different transfer functions. In any case, they allow a plausibility check and monitoring of the measuring cell by comparing the respective measured values.
Insofern, als die beiden Wandler auf gegenüberliegenden Seiten der Messmembran angeordnet sind, kann die zusätzliche Brückenschaltungen ohne zusätzlichen Flächenbedarf realisiert werden, was einerseits die Kosten und andererseits die zur Membranfläche proportionale Belastung der Fügestellen
Das in
Die Messmembran
Die Widerstandselemente
Die Messmembran
Hinsichtlich der Dimensionierung des Der Messmembran und der Gegenkörper, sowie einer ggf. vorzusehenden Abstützung bzw. Kapselung gelten die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbei hier entsprechend.With regard to the dimensioning of the measuring diaphragm and the counter body, as well as any support or encapsulation to be provided, the explanations on the first embodiment apply here accordingly.
Der Aufbau der Druckmesszelle
Die Differenzdruckmessung erfolgt bei diesem aus Führungsbeispiel mit der Wheatstoneschen Brückenschaltung der piezoresistiven Widerstandselemente
Das in
- •
Implantation 210 von Messwiderständen und deren Zuleitung in einem ersten Wafer, welcher ein SOI Wafer ist, von einer ersten Seite des ersten Wafers; - • Optional kann eine in
3 nicht gesondert dargestellte Abscheidung einer ersten SiO2/Si3N4 Schutzschicht auf der ersten Seite des ersten Wafers erfolgen. Die Schichtstärke dieser Schutzschicht kann beispielsweise 2 µm betragen. - • Silizium-
Direktbonden 220 eines zweiten Wafers mit der ersten Seite des ersten Wafers, wobei zur Vorbereitung des Silizium-Direkt-Bond Prozesseses zunächst eine erste thermische Oxidschicht für den Silizium-Direkt-Bond Prozess im Bereich der Fügestellen auf einer der Oberflächen der Fügepartner abzuscheiden ist, wobei der zweite Wafer Druckdurchführungen aufweist, die insbesondere mittels DRIE strukturiert sind; - •
Abdünnen 230 des ersten Wafers von einer zweiten Seite her, bis nur eine gewünschte Membrandicke vorhanden ist, wobei die gewünschte Membrandicke beispielsweise für ein Druckmesszelle mit einem Messbereich von +/–500 mbar beispielsweise 40 µm betragen kann, wenn die angestrebte laterale Dimension der Druckmesszelle etwa 2 mm beträgt, nach dem Abdünnen erfolgt ein Polieren der zweiten Seite des ersten Wafers; - •
Implantation 240 eines zweiten Satzes von Messwiderständen und deren Zuleitungen in den abgedünnten ersten Wafer von der zweiten Seite des ersten Wafers, um eine Druckmesszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel herzustellen; - • Optional kann eine in
3 nicht gesondert dargestellte Abscheidung einer zweiten SiO2/Si3N4 Schutzschicht auf der zweiten Seite des ersten Wafers erfolgen; - • Silizium-
Direktbonden 250 eines dritten Wafers mit der zweiten Seite des ersten Wafers, wobei zur Vorbereitung des Silizium-Direkt-Bond Prozesseses zunächst eine zweite thermische Oxidschicht für den Silizium-Direkt-Bond Prozess im Bereich der Fügestellen auf einer der Oberflächen der Fügepartner abzuscheiden ist, wobei der dritte Wafer Druckdurchführungen aufweist, die insbesondere mittels DRIE strukturiert sind; - •
Elektrische Kontaktierung 260 der Zuleitungen der Widerstandselemente, mittels Through-Silicon-Via Technologie; und - •
Vereinzeln 270 der Differenzdrucksensoren, beispielsweise mit einem Rastermaß von 2,2 mm.
- •
implantation 210 measuring resistors and their supply in a first wafer, which is an SOI wafer, from a first side of the first wafer; - • Optionally, an in
3 Separately shown deposition of a first SiO 2 / Si 3 N 4 protective layer on the first side of the first wafer done. The layer thickness of this protective layer may be, for example, 2 μm. - • silicon direct bonding
220 a second wafer having the first side of the first wafer, wherein in preparation for the silicon direct bond Processes first deposit a first thermal oxide layer for the silicon direct bonding process in the region of the joints on one of the surfaces of the joining partners, wherein the second wafer has Druckdurchführungen, which are structured in particular by means of DRIE; - • Thinning
230 of the first wafer from a second side until only a desired membrane thickness is present, wherein the desired membrane thickness, for example, for a pressure measuring cell with a measuring range of +/- 500 mbar may be 40 microns, for example, if the desired lateral dimension of the pressure measuring cell about 2 mm is, after thinning takes place a polishing of the second side of the first wafer; - • implantation
240 a second set of measuring resistors and their leads into the thinned first wafer from the second side of the first wafer to produce a pressure measuring cell according to the first embodiment; - • Optionally, an in
3 not separately shown deposition of a second SiO 2 / Si 3 N 4 protective layer on the second side of the first wafer take place; - • silicon direct bonding
250 a third wafer with the second side of the first wafer, wherein in preparation for the silicon direct bonding process, first a second thermal oxide layer for the silicon direct bonding process in the region of the joints on one of the surfaces of the joining partners is deposited, the third Wafer has pressure feedthroughs, which are structured in particular by means of DRIE; - •
Electrical contact 260 the leads of the resistive elements, via through silicon via technology; and - • Seperate
270 the differential pressure sensors, for example, with a pitch of 2.2 mm.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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