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Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors.
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Aus dem Stand der Technik bekannt sind piezoresistive Drucksensoren, die einen Membranträgerkörper und eine Messmembran umfassen. Der Membranträgerkörper kann beispielsweise aus monokristallinem Silizium ausgebildet sein. Die Messmembran, die auch als funktionale Schicht bezeichnet werden kann oder zumindest einen Teil der funktionalen Schicht bildet, kann beispielsweise aus mono- oder polykristallinem Silizium bestehen. In die Messmembran können, beispielsweise durch Implantation von Dotierungsatomen, piezoresistive Widerstandselemente eingebracht werden. Diese können insbesondere in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sein. Eine Änderung des Widerstands dieser piezoresistiven Widerstandselemente aufgrund von einer druckabhängigen Verformung der Messmembran ermöglicht eine präzise Druckmessung.
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Zur elektrischen Kontaktierung der piezoresistiven Widerstandselemente können Leiterbahnen, insbesondere metallische Leiterbahnen, auf dem Membranträgerkörper vorgesehen sein, die auf und/oder in der Nähe der Messmembran in hochdotierte Bereiche übergehen, wobei die piezoresistiven Widerstandselemente über diese hochdotierten Bereiche mit den metallischen Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Hierdurch können mechanische Spannungen, die bei einer Abscheidung von Metall auf der Messmembran entstehen können und die die Messmembran gegebenenfalls asymmetrisch verformen würden, vermieden werden.
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Die Messmembran kann hierbei z.B. durch einen Ätzvorgang aus dem Membranträgerkörper geätzt werden. Die Messmembran kann aber auch getrennt vom Membranträgerkörper ausgebildet sein und dann mit diesem verbunden werden.
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Weiter ist bekannt, zur elektrischen Isolation und zum Schutz vor physikalisch und/oder chemischen Einflüssen eine Oberfläche des Drucksensors, auf oder in der die piezoresistiven Widerstandselemente angeordnet sind, mit einer Schicht Siliziumoxid und/oder einer Schicht aus Siliziumnitrit in Dicken von jeweils 50 nm bis 150 nm zu bedecken.
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Auch ist bekannt, eine zusätzliche Beschichtung der vorhergehend erläuterten Oberfläche mit einer Schicht aus leitfähigem, polykristallinem Silizium von typischerweise 300 nm Dicke vorzunehmen. Diese Schicht kann gegebenenfalls elektrisch kontaktiert und auf ein bestimmtes elektrisches Potential gebracht werden. Eine solche Schicht kann als elektrische Schirmung für die piezoresistiven Widerstandselemente dienen, wodurch ein Einfluss von geladenen Teilchen oder elektrischen Feldern auf die piezoresistiven Widerstandselemente reduziert wird.
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So offenbart beispielsweise die
DE 10 2010 038 847 A1 einen Drucksensor, der eine Messmembran umfasst, welche mit einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran einen zentralen Auslenkungsbereich aufweist, der von einem Randbereich umgeben ist. Weiter umfasst der Drucksensor einen Wandler zum Erfassen einer druckabhängigen Auslenkung des Auslenkungsbereichs der Messmembran in ein elektrisches oder optisches Signal. Weiter umfasst der Drucksensor einen Membranträgerkörper, welcher die Messmembran trägt und welcher mit dem Randbereich entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist. Der Membranträgerkörper weist eine zentrale Kavität auf, die sich bis zur Messmembran erstreckt, wobei die zentrale Kavität in den Membranträgerkörper nach der Herstellung des Membranträgerkörpers mit der Messmembran mittels Ätzen gefertigt ist. Der Membranträgerkörper weist Silizium auf, wobei die Messmembran als mechanisch bestimmendes Material einen anderen Werkstoff als Silizium aufweist. Weiter offenbart ist, dass die Messmembran mit Silizium beschichtet ist, wobei in der Siliziumschicht Widerstandselemente eines piezoresistiven Wandlers präpariert sind.
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Die
DE 10 2008 055 024 A1 offenbart einen Drucksensor, der eine Messmembran mit einem Membrankörper, der ein monokristallines Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, aufweist, umfasst. Weiter umfasst der Drucksensor mindestens eine Deckschicht, wobei die Deckschicht ein polykristallines oder amorphes Material mit einer Bruchspannung von mehr als 15 GPa umfasst. Weiter offenbart die Druckschrift, dass eine Stärke der Deckschicht nicht weniger als 0,5 % der Stärke des Membranträgerkörpers beträgt. Die Druckschrift offenbart jedoch, dass eine Stärke des Membrankörpers mindestens 10 µm beträgt. Dies bedeutet, dass die Stärke der Deckschicht nicht weniger als 50 nm beträgt.
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Die zusätzlichen Schichten zur Beschichtung der Oberfläche des Drucksensors, auf oder in der die piezoresistiven Elemente angeordnet sind, werden in der Regel durch Oxidations- und/oder Abscheideprozesse bei verschiedenen, in den meisten Fällen jedoch über einer späteren Einsatztemperatur des Drucksensors liegenden, Temperaturen hergestellt. Dies bedingt wiederum, dass durch jede dieser Schichten bei einer Abkühlung nach der Aufbringung, beispielsweise nach dem Wachstum oder der Abscheidung, eine thermisch induzierte mechanische Spannung auf die Messmembran wirken kann. Solche induzierten mechanischen Spannungen können sich jedoch während einer Lebenszeit des Drucksensors, beispielsweise aufgrund von Diffusionsprozessen, verändern, was wiederum zu einer unerwünschten Änderung eines mittels der piezoresistiven Widerstandselemente bereitgestellten Ausgangssignals führen kann. Es ist wünschenswert, derartige thermisch induzierte mechanische Spannungen zu reduzieren.
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Es stellt sich das technische Problem, einen Drucksensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors zu schaffen, wobei eine Messmembran des Drucksensors ausreichend gegenüber Umgebungseinflüssen geschützt wird, gleichzeitig jedoch eine hohe Messempfindlichkeit erreicht und unerwünschte Änderung eines Messsignals minimiert werden.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, einen Drucksensor zu schaffen, der eine die Oberfläche einer Messmembran des Drucksensors bedeckende Schutzschicht aufweist, wobei die Schutzschicht eine sehr geringe Höhe aufweist.
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Vorgeschlagen wird ein Drucksensor. Der Drucksensor umfasst mindestens eine Messmembran, welche mindestens ein erstes Material aufweist oder aus einem ersten Material besteht. Die Messmembran, die auch als funktionale Schicht bezeichnet werden kann oder zumindest einen Teil einer funktionalen Schicht ausbilden kann, kann beispielsweise aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium bestehen. Die Messmembran ist hierbei mit einem zu erfassenden Druck beaufschlagbar.
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Der Drucksensor kann weiter einen Membranträgerkörper aufweisen. Der Membranträgerkörper kann z.B. aus monokristallinem Silizium bestehen. Der Membranträgerkörper kann auch als Silizium-Bulk bezeichnet werden.
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Die Messmembran kann hierbei von dem Membranträgerkörper ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Messmembran durch ein Ätzverfahren, insbesondere mit einem im Wesentlichen anisotropen Ätzverfahren, aus dem Membranträgerkörper hergestellt oder präpariert werden.
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Die Messmembran kann mindestens ein, vorzugsweise vier, piezoresistive(s) Widerstandselement(e) aufweisen. Diese können beispielsweise durch eine Implantation von Dotierungsatomen in die Messmembran eingebracht werden. Auch ist es vorstellbar, die piezoresistiven Elemente auf einer Oberfläche der Messmembran anzuordnen. Die piezoresistiven Elemente sind hierbei derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass ein Ausgangssignal, insbesondere ein Spannungssignal, bereitgestellt werden kann, welches von einer Verformung der Messmembran und somit von einem auf die Messmembran wirkenden Druck abhängt. Das Ausgangssignal kann insbesondere eine Spannung sein, die über einem Brückenzweig einer Brückenschaltung der piezoresistiven Widerstandselemente abfällt, wobei an die Brückenschaltung eine Eingangsspannung angelegt ist.
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Wie einleitend bereits erläutert, können die piezoresistiven Widerstandselemente elektrisch kontaktiert sein. Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung können beispielsweise metallische Leiterbahnen und/oder hochdotierte Silizium-Bereiche umfassen.
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Weiter umfasst der Drucksensor mindestens eine Schutzschicht. Die Schutzschicht ist auf zumindest einem Abschnitt einer Oberfläche der Messmembran oder auf zumindest einem Abschnitt einer Oberfläche eines die Messmembran umfassenden Schichtverbunds aufgebracht oder angeordnet.
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Der Drucksensor kann z.B. noch mindestens eine weitere Zwischenschicht umfassen, die zwischen der Oberfläche der Messmembran und der mindestens einen Schutzschicht angeordnet ist. Z.B. kann der Drucksensor noch eine Siliziumnitritschicht und/oder eine Siliziumoxidschicht als Zwischenschicht(en) umfassen. In diesem Fall umfasst der Schichtverbund die Messmembran und die mindestens eine Zwischenschicht.
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Vorzugsweise überdeckt die Schutzschicht die gesamte Oberfläche der Messmembran oder des Schichtverbunds. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Schutzschicht auch an die Oberfläche der Messmembran oder des Schichtverbunds angrenzende Oberflächenabschnitte, beispielsweise Oberflächenabschnitte des Membranträgerkörpers, überdeckt.
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Die Schutzschicht kann insbesondere eine Außenschicht sein, die in Kontakt mit einem Prozessmedium oder einem Druckübertragungsmedium steht. Hierbei bezeichnet das Prozessmedium ein Medium, dessen Druck erfasst werden soll. Das Druckübertragungsmedium bezeichnet ein Medium, welches einen zu erfassenden Druck, z.B. des Prozessmediums, auf die Messmembran überträgt. Das Druckübertragungsmedium kann beispielsweise ein nicht kompressibles Fluid, beispielsweise Öl, sein. Das Druckübertragungsmedium kann beispielsweise zwischen einem Abschnitt eines Gehäuses des Drucksensors, welches beispielsweise aus Edelstahl besteht, und der mit der Schutzschicht bedeckten Messmembran angeordnet sein.
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Die Schutzschicht kann mindestens ein zweites Material aufweisen oder aus einem zweiten Material bestehen, welches vom ersten Material verschieden sein kann. Bevorzugte Materialien der Schutzschicht werden nachfolgend näher erläutert.
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Weiter kann die Schutzschicht eine vorbestimmte geometrische Struktur aufweisen. Die vorbestimmte Struktur kann hierbei z.B. in Abhängigkeit von funktionellen Anforderungen gewählt werden. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Schutzschicht Kontaktabschnitte aufweist, die elektrisch gegenüber weiteren Abschnitten der Schutzschicht isoliert sind. Solche Kontaktabschnitte können beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der unter der Schutzschicht angeordneten piezoresistiven Widerstandselemente dienen. Besteht die Schutzschicht z.B. aus einem elektrisch leitfähigen Material, so können derartige Kontaktabschnitte beispielsweise bereitgestellt werden, indem die Schutzschicht an vorbestimmten Stellen derart durchbrochen wird, dass ein elektrisch isolierter Abschnitt ausgebildet wird. Dies kann z.B. durch ein geeignetes Ätzverfahren erfolgen. Eine gewünschte Struktur der Schutzschicht kann beispielsweise mittels einer Schattenmaske hergestellt werden, wobei mittels der Schattenmaske eine selektive und justierte Beschichtung eines Substrats, in diesem Fall also der Messmembran oder des Schichtverbunds, mit einer gewünschten Struktur erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß ist eine Höhe der Schutzschicht kleiner als oder gleich 20 nm. Die Höhe bezeichnet hierbei eine Größe, welche in einer Richtung orthogonal zur Oberfläche der Messmembran oder des Schichtverbunds gemessen wird. Die Höhe der Schutzschicht kann auch als Dicke der Schutzschicht bezeichnet werden.
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Insbesondere ist die Höhe der Schutzschicht kleiner als oder gleich 10 nm. Vorzugsweise ist die Höhe der Schutzschicht kleiner als oder gleich 5 nm, weiter bevorzugt kleiner als oder gleich 2 nm und besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 1 nm. Je nach Material der Schutzschicht kann die Schutzschicht monokristallin, polykristallin oder amorph ausgebildet sein.
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Selbstverständlich kann der Drucksensor auch mehrere, insbesondere übereinander angeordnete, Schutzschichten umfassen. Diese können beispielsweise in zeitlich aufeinander folgenden Prozessschritten aufgebracht werden.
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Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann die mindestens eine Schutzschicht insbesondere als Monolage ausgebildet sein. Ein Monolage kann hierbei eine Schicht von Atomen, Molekülen oder Elementarzellen eines Material auf einer Oberfläche eines Trägers oder Substrats bezeichnen, wobei die Höhe der Schicht einer Höhe eines Atoms, eines Moleküls oder einer Elementarzelle des Materials entspricht. Ist die mindestens eine Schutzschicht als Monolage ausgebildet, kann der Drucksensor mehrere, insbesondere übereinander angeordnete, als Monolagen ausgebildete Schutzschichten umfassen.
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Die Schutzschicht des vorgeschlagenen Drucksensors bietet in vorteilhafter Weise einen Schutz gegenüber Umgebungs- und/oder Prozesseinflüssen, z.B. gegenüber Feuchte. Die vorgeschlagene geringe Schichthöhe, die kleiner als oder gleich 20 nm ist, resultiert in einer geringen Schichtdicke des Verbunds aus Messmembran und Schutzschicht. Hierdurch wiederum kann in vorteilhafter Weise eine hohe Messempfindlichkeit erreicht werden.
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Weiter vorteilhaft wird eine Diffusion von Fremdatomen in die Messmembran durch die Schutzschicht reduziert oder verhindert. Dies verbessert wiederum die Funktionsfähigkeit des vorgeschlagenen Drucksensors. Weiter werden in vorteilhafter Weise thermomechanische Wechselwirkungen der Schutzschicht, insbesondere die einleitend erläuterten thermisch induzierten mechanischen Spannungen, aufgrund der geringen Höhe der Schutzschicht verringert. Dies wiederum reduziert Signaländerungen während der Lebenszeit des Drucksensors.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material der mindestens einen Schutzschicht, also das vorhergehend erläuterte zweite Material, ein elektrisch leitfähiges Material. Das zweite Material kann insbesondere eine vorbestimmte elektrische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit, die größer als die elektrische Leitfähigkeit von polykristallinem Silizium ist.
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Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine elektrische Schirmung der Messmembran und insbesondere der piezoresistiven Widerstandselemente ermöglicht werden.
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Die Schutzschicht kann mit einem vorbestimmten Schirmungspotential elektrisch verbunden sein, beispielsweise über geeignete elektrische Kontaktelemente. Alternativ kann die Schutzschicht elektrisch isoliert gegenüber einer Umgebung der Schutzschicht sein. In diesem Fall existiert keine Potentialanbindung der Schutzschicht, wodurch diese eine sogenannte floatende Schutzschicht bildet.
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Weiter kann die mindestens eine Schutzschicht auch gewünschte thermische Eigenschaften, insbesondere eine gewünschte thermische Leitfähigkeit, aufweisen. Beispielsweise kann eine thermische Leitfähigkeit der Schutzschicht entsprechend Anforderungen an eine gewünschte thermische Isolierung der Messmembran gewählt werden.
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Weiter kann die mindestens eine Schutzschicht vorbestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen. Mechanische Eigenschaften umfassen beispielsweise eine Bruchspannung, ein Elastizitätsmodul und eine Zugfestigkeit.
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Mechanische Eigenschaften der mindestens einen Schutzschicht können insbesondere an mechanische Eigenschaften der Messmembran angepasst werden. Es ist auch möglich, dass sich mechanische Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Schutzschicht unterscheiden. Beispielsweise können bereichsspezifische, mechanische Eigenschaften an eine zu erwartende oder maximale Verformung des von dem Bereich der Schutzschicht bedeckten Teils der Messmembran angepasst sein. So können beispielsweise Bereiche der Schutzschicht, die sich stark verformende Bereiche der Messmembran bedecken, eine hohe Bruchspannung aufweisen. Insbesondere kann eine Bruchspannung in Bereichen großer Verformung höher gewählt werden als in Bereichen geringer Verformung.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Material der mindestens einen Schutzschicht Kohlenstoff oder Silizium auf. Beispielsweise kann die mindestens eine Schutzschicht aus Kohlenstoff oder Silizium bestehen. Diese Materialien können in vorteilhafter Weise ein hohes Elastizitätsmodul und eine hohe elektrische Leitfähigkeit bereitstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht als Monolage ausgebildet, wobei die Monolage als Graphenlage oder Silicenlage ausgebildet ist.
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Eine Graphenlage bezeichnet hierbei eine zweidimensionale Lage von Kohlenstoffatomen, wobei eine Höhe der Graphenlage der Höhe eines Kohlenstoffatoms entspricht. Eine Silicenlage bezeichnet eine zweidimensionale Lage von Siliziumatomen, wobei die Höhe der Silicenlage der Höhe eines Siliziumatoms entspricht.
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In diesem Fall ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Höhe der mindestens einen Schutzschicht im Bereich weniger Ångström liegen kann, beispielsweise in einem Bereich von 1 Å bis 5 nm. Die Höhe einer als Graphenlage ausgebildeten Schutzschicht kann insbesondere ungefähr 3.35 Å betragen.
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Ist die mindestens eine Schutzschicht als Graphenlage ausgebildet, so ergibt sich in vorteilhafter Weise ein hohes Elastizitätsmodul, insbesondere ein Elastizitätsmodul von 1020 GPa sowie eine hohe Zugfestigkeit, insbesondere eine Zugfestigkeit von 1.25 × 1011 Pa. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Berstfestigkeit des vorgeschlagenen Drucksensors erhöht werden. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe elektrische Leitfähigkeit, insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 1700 S/m. Hierdurch wiederum werden in vorteilhafter Weise gute elektrische Schirmungseigenschaften bereitgestellt.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das Material der mindestens einen Schutzschicht Aluminium oder Kupfer oder Wolfram oder Titan oder Iridium oder Ruthenium auf. In diesem Fall weist also das Material der mindestens einen Schutzschicht ein metallisches Material auf. Insbesondere kann die mindestens eine Schutzschicht aus einem der vorgenannten Materialen bestehen.
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Die vorhergehend erwähnten Materialien weisen in vorteilhafter Weise ebenfalls ein hohes Elastizitätsmodul und eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens aufgebracht.
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Der Begriff Gasphasenabscheidung umfasst hierbei eine chemische Gasphasenabscheidung und eine physikalische Gasphasenabscheidung. Besteht die mindestens eine Schutzschicht aus metallischem Material, so kann die mindestens eine Schutzschicht z.B. durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht werden.
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Besteht die mindestens eine Schutzschicht aus Kohlenstoff oder Silizium, so kann die mindestens eine Schutzschicht vorzugsweise über ein chemisches Gasphasenabscheideverfahren aufgebracht werden. Die Gasphasenabscheidung ist insbesondere geeignet für die Aufbringung einer Graphenlage. Eine Graphenlage kann auch durch epitaktisches Wachstum aufgebracht werden. Alternativ ist auch eine Aufbringung mittels eines nasschemischen Verfahrens vorstellbar.
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Das Gasphasenabscheideverfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Abscheidung und somit das Aufbringen der mindestens einen Schutzschicht mit der gewünschten Höhe. Weiterhin ermöglicht die Gasphasenabscheidung die Herstellung der mindestens einen Schutzschicht mit einer gewünschten Homogenität, Reinheit und Qualität.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens aufgebracht.
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Ein Atomlagenabscheideverfahren eignet sich besonders für die Aufbringung einer Schutzschicht aus einem metallischen Material. Zusätzlich zu den vorhergehend erläuterten Vorteilen einer Gasphasenabscheidung ergibt sich weiter, dass in einem Atomlagenabscheideverfahren nur eine relativ geringe Abscheidetemperatur eingestellt werden muss, wodurch sich die einleitend erläuterten thermomechanischen Verspannungen im Temperatureinsatzbereich des Drucksensors verringern.
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Für die beschriebenen Abscheideverfahren können hierbei geeignete Vorläuferstoffe und Schichtmaterialien, insbesondere auch in Abhängigkeit eines Abscheidezyklus, gewählt werden, um eine Schutzschicht mit gewünschten thermischen, mechanischen, elektrischen und gegebenenfalls weiteren Eigenschaften aufzubringen. Im Fall der Aufbringung einer Graphenlage kann beispielsweise Aceton als Vorläuferstoff verwendet werden.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, wobei
- – mindestens eine Messmembran bereitgestellt wird,
- – mindestens eine Schutzschicht, insbesondere aus einem vorbestimmten Material, auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Messmembran oder auf zumindest einen Teil einer Oberfläche eines die Messmembran umfassenden Schichtverbunds aufgebracht wird.
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Erfindungsgemäß ist eine Höhe der mindestens einen Schutzschicht kleiner als oder gleich 20 nm, insbesondere kleiner als oder gleich 10 nm, vorzugsweise kleiner als oder gleich 5 nm, weiter bevorzugt kleiner als oder gleich 2 nm und besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 1 nm.
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Selbstverständlich können in weiteren Prozessschritten auch mindestens eine weitere Zwischenschicht, die vorhergehend erläutert wurde, und/oder mindestens eine weitere Schutzschicht aufgebracht werden.
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Insbesondere kann die mindestens eine Schutzschicht als Monolage aufgebracht werden.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann in vorteilhafter Weise ein Drucksensor gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Schutzschicht in einem Gasphasenabscheideverfahren aufgebracht.
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Wie vorhergehend erläutert, kann somit in vorteilhafter Weise eine gewünschte Höhe der Schutzschicht, eine gewünschte Homogenität, eine gewünschte Reinheit und eine gewünschte Qualität zuverlässig bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Schutzschicht in einem Atomlagenabscheideverfahren aufgebracht. Wie ebenfalls vorhergehend erläutert, ergibt sich hierdurch in vorteilhafter Weise, dass geringe Abscheidetemperaturen verwendet werden können, wodurch sich wiederum thermomechanischen Verspannungen im Temperatureinsatzbereich des Drucksensors verringern.
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Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drucksensor in einer ersten Ausführungsform und
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2 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drucksensor in einer weiteren Ausführungsform.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Drucksensor 1 in einer ersten Ausführungsform. Der Drucksensor 1 umfasst einen Membranträgerkörper 2. In diesen Membranträgerkörper 2 ist, z.B. durch ein Ätzverfahren, eine Kavität oder Ausnehmung 3 eingebracht. Weiter umfasst der Drucksensor 1 eine Messmembran 4, die von dem Membranträgerkörper 2 ausgebildet wird. Hierbei ist dargestellt, dass die Messmembran 4 von einem aufgrund der Ausnehmung 3 verjüngten Abschnitt des Membranträgerkörpers 2 ausgebildet wird, wobei sich die Ausnehmung 3 also bis zur Messmembran 4 erstreckt.
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Weiter umfasst der Drucksensor 1 piezoresistive Widerstandselemente 5, die in der Messmembran 4 angeordnet sind. Diese können beispielsweise durch eine geeignete Dotierung in die Messmembran 4 implantiert werden. In 1 ist dargestellt, dass die piezoresistiven Widerstandselemente 5 an einer Oberfläche 6 der Messmembran 4 angeordnet sind.
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In 1 nicht dargestellt sind Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung der piezoresistiven Widerstandselemente 5.
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Weiter umfasst der Drucksensor 1 eine Siliziumoxidschicht 7 und eine Siliziumnitridschicht 8, die jeweils eine Zwischenschicht ausbilden. Die Siliziumoxidschicht 7 und die Siliziumnitridschicht 8 können beispielsweise jeweils eine Höhe von 100 nm aufweisen. Die Höhe wird hierbei entlang einer vertikalen Achse z gemessen, die orthogonal zu der Oberfläche 6 der Messmembran 4 orientiert ist.
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Weiter umfasst der Drucksensor 1 eine mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens aufgebrachte Schutzschicht 9, deren Höhe kleiner als ein 1 nm ist. Diese mittels des Atomlagenabscheideverfahrens aufgebrachte Schutzschicht 9 kann beispielsweise Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Iridium oder Ruthenium aufweisen.
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Die Schutzschicht 9 ist hierbei auf einer Oberfläche 10 der Siliziumnitridschicht 8 aufgebracht, wobei die Oberfläche 10 der Siliziumnitridschicht 8 eine Oberfläche eines Schichtverbundes bildet, der die Siliziumnitridschicht 8, die Siliziumoxidschicht 7 und die Messmembran 4 umfasst. Hierbei ist dargestellt, dass die Schutzschicht 9 die gesamte Oberfläche 10 bedeckt.
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In 2 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Drucksensor 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der in 2 dargestellte Drucksensor ist hierbei im Wesentlichen wie der in 1 dargestellte Drucksensor 1 ausgebildet. Daher kann auf die entsprechenden Ausführungen zu 1 verwiesen werden. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des Drucksensors 1 weist der in 2 dargestellte Drucksensor 1 eine Schutzschicht 11 auf, die aus einer oder mehreren Graphen-Monolagen besteht.
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In 1 und 2 ist jeweils nur eine Schutzschicht 9, 11 dargestellt. Selbstverständlich ist vorstellbar, dass die in 1 und 2 dargestellten Drucksensoren 1 auch mehrere Schutzschichten 9, 11, die beispielsweise unmittelbar entlang der vertikalen Achse z übereinander angeordnet sind, aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drucksensor
- 2
- Membranträgerkörper
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Messmembran
- 5
- piezoresistives Widerstandselement
- 6
- Oberfläche
- 7
- Siliziumoxidschicht
- 8
- Siliziumnitridschicht
- 9
- Schutzschicht
- 10
- Oberfläche
- 11
- Schutzschicht
- z
- vertikale Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038847 A1 [0007]
- DE 102008055024 A1 [0008]
