DE102013209385A1 - Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung, entsprechendes Herstellungsverfahren und Differenzdrucksensoranordnung - Google Patents

Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung, entsprechendes Herstellungsverfahren und Differenzdrucksensoranordnung Download PDF

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Marcus Ahles
Hubert Benzel
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren und eine Differenzdrucksensoranordnung. Die mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) umfasst ein Substrat (1a) mit einer Oberseite (O) und einer Unterseite (U); einen an der Oberseite (O) gebildeten vorderseitigen Membranbereich (MV); einen an der Unterseite (U) gebildeten rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘); einen sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckenden Hohlraum (H) und mindestens eine vom Hohlraum (H) umgebenen, sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckende Verbindungsstütze (ST), welche den vorderseitigen Membranbereich (MV) und den rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) miteinander verbindet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren und eine Differenzdrucksensoranordnung.
  • Stand der Technik
  • Die DE 42 07 950 C1 offenbart einen kapazitiven Differenzdrucksensor in Glas-Silizium-Technik mit einer als druckempfindliche Membran dienenden Platte, die zwischen zwei Trägerplatten angeordnet ist, wobei jede Trägerplatte mit mindestens einem Druckzuleitungskanal versehen ist und wobei jeweils eine Trägerplatte zusammen mit der als Membran dienenden Platte eine Messkammer bildet.
  • Die DE 10 2010 042 113 A1 offenbart ein Halbleiterbauelement, umfassend einen Chip mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, ein mikromechanisches Element, welches in einem ersten Bereich des Chips eingebettet ist, und einen Graben, welcher in dem Chip zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche verläuft und welcher den ersten Bereich des Chips von einem zweiten Bereich des Chips trennt.
  • Die EP 0 280 905 A2 offenbart ein anodisches Bondverfahren mit einer dünnen Natrium-haltigen Glasschicht, durch welches zwei Wafer unlösbar miteinander verbunden werden können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 9 und eine Differenzdrucksensoranordnung nach Anspruch 14.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt die Realisierung eines Differenzdrucksensors mit zwei gegenüberliegenden Membranbereichen, die eben zur jeweiligen Chipoberfläche angeordnet sind, wobei der Differenzdruck über mindestens eine Verbindungsstütze von dem vorderseitigen Membranbereich auf den rückseitigen Membranbereich und umgekehrt übertragen wird. In einem Hohlraum zwischen den beiden Membranbereichen ist entweder Vakuum oder eine vorbestimmte Atmosphäre eingebracht. Durch die gegenüberliegenden eben angeordneten Membranbereiche lassen sich Vertiefungen vermeiden, welche bei der Montage schwierig zu passivieren wären.
  • Der rückseitige Membranbereich lässt sich dünner gestalten als der vorderseitige Membranbereich, wird aber durch die Verbindungsstütze gestützt, wodurch er druckfest ist. Bei geeignet gering gewählter Dicke des rückseitigen Membranbereichs entsteht nur eine geringe Wechselwirkung mit dem vorderseitigen Membranbereich. Somit lassen sich die Eigenschaften, z.B. der Berstdruck, der Differenzdrucksensorvorrichtung durch den dickeren vorderseitigen Membranbereich aus Silizium bestimmen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verbindungsstütze durch das Vakuum bzw. die vorgegebene Atmosphäre immer auf Druck belastet werden kann. Dadurch entsteht eine langzeitstabile Bondverbindung bezüglich der Druckbelastung.
  • Mögliche Einsatzgebiete für die erfindungsgemäße Differenzdrucksensorvorrichtung sind insbesondere Drucksensoren an Rußpartikelfiltern oder andere Drucksensoren, welche mit Abgas in Verbindung kommen und daher geeignet geschützt werden müssen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der vorderseitige Membranbereich eine Siliziumschicht und mindestens eine optionale dielektrische Schicht, insbesondere eine Siliziumnitridschicht und/oder eine Siliziumoxidschicht auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der rückseitige Membranbereich eine Siliziumschicht auf. Bei Verwendung eines monokristallinen rückseitigen Membranbereichs lässt sich eine bessere Langzeitstabilität bzw. Lastwechseln erreichen, da im monokristallinen Membranmaterial kein Risswachstum stattfindet. Außerdem kann der rückseitige Membranbereich stabiler (dicker) gestaltet werden, sodass auch auf der Rückseite die Berstfestigkeit erhöht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der rückseitige Membranbereich eine dielektrische Schicht, insbesondere eine Siliziumnitridschicht und/oder eine Siliziumoxidschicht und/oder eine metallische Schicht auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Verbindungsstütze vorgesehen ist, die vom Hohlraum ringförmig umgeben ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im vorderseitigen Membranbereich und/oder im rückseitigen Membranbereich eine piezoresistive Widerstandseinrichtung vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in einer Peripherie des rückseitigen Membranbereichs ein ringförmiger Abstandshalter gebildet. Bei Verwendung eines derartigen Abstandshalters wirkt die entstehende umlaufende Kante als Stoppkante für das Klebematerial bei der Montage der Differenzdrucksensorvorrichtung am Trägersubstrat.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in einer Peripherie des rückseitigen Membranbereichs ein ringförmiger Graben gebildet. Ein derartiger Graben trägt einerseits zur Stressentkopplung bei und wirkt andererseits als Stopper für das Klebematerial.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung die Schritte auf: Bilden einer Deckschicht auf der Unterseite des Substrats vor dem Bilden des Hohlraums; Bilden eines Ätzgitters in der Deckschicht im Bereich des zu bildenden Hohlraums; und Bilden des Hohlraums unter Verwendung des Ätzgitters durch den Ätzprozess, wobei der Ätzprozess das Substrat selektiv zum Ätzgitter ätzt. Die ätzresistente Deckschicht kann auf dem rückseitigen Membranbereich verbleiben, da sie nicht dem Druckmedium ausgesetzt ist und damit z.B. keine Feuchteempfindlichkeit (im Falle einer Oxidschicht) bewirken würde. Die Deckschicht auf dem rückseitigen Membranbereich kann den Stress der im Halbleiterprozess vorderseitig aufgebrachten dielektrischen Schichten symmetrisieren. Dadurch wird der Stress dieser dielektrischen Schichten kompensiert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird an der Oberseite eine Ätzstoppschicht vorgesehen ist, an der der Ätzprozess stoppt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Bilden vom rückseitigen Membranbereich eine Verschlussschicht auf der Deckschicht abgeschieden, welche das Ätzgitter verschließt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Bilden vom rückseitigen Membranbereich ein Siliziumwafer oder ein SOI-Wafer auf die Unterseite gebondet und anschließend rückgedünnt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei der erfindungsgemäßen mikromechanischen Differenzdrucksensoranordnung der erste Durchgang und/oder der zweite Durchgang zumindest teilweise mit einer Schutzmasse vergossen, welche den betreffenden Membranbereich bedeckt. Vorzugsweise wird als Schutzmasse ein Gel verwendet. Durch Verwendung einer derartigen Schutzmasse können Partikel, Ablagerungen und Wasser sich nicht auf den Membranbereichen ansammeln und die Sensorkennlinie beeinflussen oder gar den Sensor zerstören, beispielsweise durch Eisbildung.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, den Kleber zum Schutz der Oxidschicht und ggf. der Schicht zum Bonden des rückseitigen Membranbereichs über die Außenkante der Differenzdrucksensorvorrichtung verlaufen zu lassen um Korrosion durch agressive Medien zu vermeiden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
  • 1a), b) schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Differenzdrucksensoranordnung unter Verwendung der mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung nach 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3a)–c) schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Differenzdrucksensoranordnung unter Verwendung der mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung nach 4 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1a), b) zeigen schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1a), b) bezeichnet Bezugszeichen 1a ein monokristallines Siliziumsubstrat, welches Bestandteil eines SOI-Wafers 1 ist. Auf der Oberseite O des Siliziumsubstrats 1a befindet sich eine Siliziumoxidschicht 1b und darauf eine monokristalline Siliziumschicht 1c des SOI-Wafers 1. Zum Erreichen des in 1a) gezeigten Prozesszustandes werden zunächst Piezowiderstände P1, P2 in die Siliziumschicht 1c eindiffundiert. Darüber werden eine Siliziumoxidschicht 5 und eine Siliziumnitridschicht 10 abgeschieden. Nicht dargestellt in 1a) sind die Kontakte und Leiterbahnen, mittels derer die Piezowiderstände P1, P2 angeschlossen und verdrahtet sind.
  • Nach Abschluss der oberseitigen Prozessierung wird auf der Unterseite U des Siliziumsubstrats 1a eine Siliziumoxidschicht 15 gebildet. Im Anschluss daran wird die Siliziumoxidschicht 15 in einem Bereich, wo anschließend ein Hohlraum H zu bilden ist, zu einem Ätzgitter G strukturiert. Im Anschluss daran erfolgt eine rückseitige Trenchätzung durch das Ätzgitter G, wobei ein Hohlraum H ringförmig um eine Verbindungsstütze ST aus Silizium herum derart gebildet wird, dass er sich durch das Siliziumsubstrat 1a von dessen Unterseite U zu dessen Oberseite O erstreckt. Die Siliziumoxidschicht 1b des SOI-Wafers 1 dient dabei als Ätzstopp. Ebenso wird die Siliziumoxidschicht 15 mit dem Ätzgitter G durch den Trenchätzprozess nicht oder nur geringfügig angeätzt.
  • In einem darauffolgenden Prozessschritt, welcher in 1b) dargestellt ist, erfolgt eine Abscheidung einer Siliziumnitridschicht 20 auf der strukturierten Siliziumoxidschicht 15, wodurch der Hohlraum H verschlossen wird, ohne dass Siliziumnitrid in den Hohlraum H eindringt. Dabei lässt sich eine vorbestimmte Atmosphäre im Hohlraum H einstellen, wie z.B. eine Vakuumatmosphäre.
  • So entsteht eine Differenzdrucksensorvorrichtung 100 mit einer Vorderseite V mit einem vorderseitigen Membranbereich MV und einer Rückseite R mit einem rückseitigen Membranbereich MR, wobei die sich durch das Siliziumsubstrat 1a von der Oberseite O zur Unterseite U erstreckende Verbindungsstütze ST den vorderseitigen Membranbereich MV und den rückseitigen Membranbereich MR miteinander fest verbindet.
  • Obwohl bei dieser Ausführungsform eine Siliziumnitridschicht 20 als Verschlussschicht für den Hohlraum H verwendet wird, können auch eine oder mehrere andere dielektrische Schichten und/oder metallische Schichten als Verschlussschicht gewählt werden, wobei die Dicke und die Anzahl der Schichten letztlich die Dicke des rückseitigen Membranbereichs MR bestimmen.
  • Soll erreicht werden, dass die Charakteristik der derart gebildeten Differenzdrucksensorvorrichtung 100 durch den vorderseitigen Membranbereich MV aus Silizium bestimmt wird, so wird die Dicke des rückseitigen Membranbereichs MR möglichst gering gewählt.
  • 2 zeigt eine Differenzdrucksensoranordnung unter Verwendung der mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung nach 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 2 ist die Montage der Differenzdrucksensorvorrichtung 100 nach 1b) dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 2 nicht alle Bezugszeichen von 1b) angegeben.
  • Bezugszeichen TS bezeichnet ein Trägersubstrat aus Keramik, welches einen ersten Durchgang ZR als Druckzugangsöffnung aufweist.
  • Die Differenzdrucksensorvorrichtung 100 wird an ihrer Rückseite R in der Peripherie des rückseitigen Membranbereiches MR mittels eines Klebemediums K auf eine erste Seite S1 des Trägersubstrats TS geklebt, und zwar derart, dass der rückseitige Membranbereich durch den ersten Durchgang ZR von einer zweiten Seite S2 des Trägersubstrats TS mit Druck beaufschlagbar ist.
  • Zum Schutz vor Partikeln im Druckmedium und gegen Beschädigung, beispielsweise beim Vereisen, ist bei dieser zweiten Ausführungsform der Durchgang ZR teilweise mit einer Schutzmasse GR in Form eines Gels vergossen.
  • An der ersten Seite S1 des Trägersubstrats TS wird eine Rahmeneinrichtung RA vorgesehen, z.B. ein Gelrahmen, welche die Differenzdrucksensorvorrichtung 100 beabstandet umgibt, sodass sie einen zweiten Durchgang ZV bildet, durch den der vorderseitige Membranbereich MV von einer ersten Seite S1 des Trägersubstrats TS mit Druck beaufschlagbar ist. Analog zum Durchgang ZR erfolgt auf der ersten Seite S1 ein Vergießen des Durchgangs ZV mit einer Schutzmasse GV in Form eines Gels, sodass der vorderseitige Membranbereich MV ebenfalls gegen Beschädigung geschützt ist.
  • 3a)–c) zeigen schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Ausgangszustand der dritten Ausführungsform gemäß 3a) wird analog zum Ausgangszustand gemäß 1a) erreicht, wobei auf der Unterseite U des Siliziumsubstrats 1a keine Siliziumoxidschicht 15 gebildet wird, sondern die Unterseite U freiliegend belassen wird oder freigelegt wird, indem eine eventuelle Schutzschicht (nicht gezeigt) für die vorderseitige Prozessierung entfernt wird.
  • Anstatt einer Oxidschicht als Deckschicht und Ätzgitterschicht wird gemäß 3b) ein weiterer SOI-Wafer 1' bereitgestellt, welcher ein monokristallines Siliziumsubstrat 1a', eine Siliziumoxidschicht 1b' und eine monokristalline Siliziumschicht 1c' aufweist, wobei auf der Siliziumschicht 1c eine Glasschicht GL vorgesehen ist, welche ein Natrium-haltiges Glas aufweist. Letzteres erfolgt beispielsweise durch Sputtern oder anodisches Bonden. Die Glasschicht GL bewirkt, dass der SOI-Wafer 1' auf die Unterseite U des Siliziumsubstrats 1a anodisch gebondet werden kann.
  • Wie in 3c) dargestellt, wird dafür ein anodischer Bondprozess verwendet, welcher ohne weitere Zwischenschichten, wie z.B. Kleber oder Sealglas, auskommt. Auch bei dieser dritten Ausführungsform wird beim Bonden im Hohlraum H vorzugsweise ein Vakuumoder ein geringer Gasdruck eingestellt.
  • Zum Erreichen des Prozesszustandes gemäß 3c) wird der SOI-Wafer 1' nach dem Bonden gedünnt, indem das Siliziumsubstrat 1a' und die Siliziumoxidschicht 1b' entfernt werden, und zwar beispielsweise in einem Ätzprozess. Beim Ätzen des Siliziumsubstrats 1a' dient die Siliziumoxidschicht 1b' vorzugsweise als Ätzstopp.
  • Das Rückdünnen des Siliziumsubstrats 1a‘ kann beispielsweise auch durch Schleifen in Kombination mit Trenchen erfolgen, wobei ein Trenchstopp auf der Siliziumoxidschicht 1b' erfolgt.
  • Somit erhält man gemäß 3c) eine Differenzdrucksensorvorrichtung 100‘ mit einer Vorderseite V‘ mit einem vorderseitigen Membranbereich MV analog zur ersten Ausführungsform gemäß 1b) und mit einer Rückseite R‘ mit einen rückseitigen Membranbereich MR', welche aus monokristallinem Silizium gebildet ist.
  • Auch bei dieser Ausführungsform verbindet die sich durch das Siliziumsubstrat 1a von der Oberseite O zur Unterseite U erstreckende Verbindungsstütze ST den vorderseitigen Membranbereich MV und den rückseitigen Membranbereich MR'.
  • Durch Verwendung der monokristallinen Siliziumschicht 1c' als rückseitigen Membranbereich MR' erhält man ein stressneutrales System, welches eine höhere Stabilität auf der Rückseite R' bezüglich Druckbelastung und Lastwechsel aufweist. Die bessere Langzeitstabilität ergibt sich daraus, dass im monokristallinen Membranmaterial kein Risswachstum stattfindet. Außerdem kann der rückseitige Membranbereich MR' stabiler (dicker) gestaltet werden, sodass auch auf der Rückseite R' eine gewünschte Berstfestigkeit realisiert werden kann.
  • Die Bondverbindung zwischen dem SOI-Wafer 1' und dem Siliziumsubstrat 1a ist sehr stabil bezüglich Druckbelastung, insbesondere langzeitstabil, da Defekte, wie z.B. Membranbruch, erst bei sehr hohen Drucken außerhalb des Nutzungsbereichs entstehen, wie Testmessungen gezeigt haben.
  • Egal von welcher Seite der Druck im Betrieb größer ist, es werden immer beide Membranbereiche MV, MR' gleichzeitig ausgelenkt, und der Druck auf den vorderseitigen Membranbereich MV derart übertragen, dass mit den dort platzierten Piezowiderständen P1, P2 der Druck messbar ist. Auf der rechteckigen oder runden Membran befinden sich in der Regel 4 Piezowiderstände, die hier im Schnitt nicht alle gezeichnet sind. Diese Widerstände sind vorteilhafterweise in einer Wheatstone-Brücke verschaltet.
  • Obwohl bei der dritten Ausführungsform ein SOI-Wafer 1' mittels eines anodischen Bondverfahrens auf die Unterseite U des Siliziumsubstrats 1a gebondet worden ist, kann er auch mit Sealglas oder eutektisch gebondet werden, wobei die Glasschicht GL aus Natrium-haltigen Glas durch das Sealglas bzw. eine Metalllegierung (z.B. Ge-Al, Au-Si) ersetzt wird.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der vierten Ausführungsform gemäß 4 ist im Unterschied zur dritten Ausführungsform gemäß 3 das Siliziumsubstrat 1a' nur teilweise entfernt und die Siliziumoxidschicht 1b' vollständig belassen.
  • Bei dieser vierten Ausführungsform ist dadurch auf der Rückseite R'' der Differenzdrucksensorvorrichtung 100'', deren Vorderseite mit V'' bezeichnet ist, ein ringförmiger Abstandshalter KR in der Peripherie des rückseitigen Membranbereichs MR'' gebildet, welcher eine Stoppkante KS für den Montageprozess (vgl. 5) durch Kleben aufweist.
  • Die Herstellung des Abstandshalters KR kann durch rückseitiges Schleifen des Siliziumsubstrats 1a‘ des SOI-Wafers 1' bis zur gewünschten Stufenhöhe erfolgen. Durch eine Maske, beispielsweise aus Fotolack, kann dann ein Trench mit Stopp auf der Siliziumoxidschicht 1b' durchgeführt werden. Obwohl bei der vierten Ausführungsform nicht realisiert, kann das dadurch freigelegte Oxid der Siliziumoxidschicht 1b' auch noch entfernt werden.
  • 5 ist eine Differenzdrucksensoranordnung unter Verwendung der mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung nach 4 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Montage der Differenzdrucksensorvorrichtung 100'' gemäß der vierten Ausführungsform, welche in 5 gezeigt ist, erfolgt in Analogie zur Montage gemäß 2. Hierbei dient die Stoppkante KS als Abrisskante für das Klebemedium K. Vorzugsweise ist das Klebemedium auch an der Außenfläche AF der Differenzdrucksensorvorrichtung 100'' derart hochgeführt, dass es die Siliziumoxidschicht 1b' und die Glasschicht GL seitlich passiviert.
  • Ansonsten erfolgt die Montage in vollkommener Analogie, wie bereits oben in Bezug auf 2 beschrieben.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der sechsten Ausführungsform gemäß 6 ist der Ausgangszustand derart, wie in 3c) dargestellt und beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform der Differenzdrucksensorvorrrichtung 100‘‘‘ mit Vorderseite V‘‘‘ und Rückseite R‘‘‘ ist ein ringförmiger Graben KT in der Peripherie des rückseitigen Membranbereichs MR' gebildet, welcher einerseits als Klebestopp für das Klebemedium wirkt und andererseits den mechanischen Einfluss der Klebeverbindung durch das Klebemedium K auf den rückseitigen Membranbereich MR' reduziert, was die Kennliniengenauigkeit weiter erhöht.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nur eine Verbindungsstütze verwendet wird, ist es auch vorstellbar, mehrere bzw. eine Anordnung von Verbindungsstützen vorzusehen.
  • Alternativ ist auch Siliziumdirektbonden ohne die Verwendung einer Zwischenschicht möglich. Bei diesem Bondverfahren kann die Herstellung der mikromechanischen Struktur (Hohlraum + Verbindungsstütze) prinzipiell vor oder nach dem Einbringen der elektrisch aktiven Strukturen (Piezowiderstände, Metallisierung) stattfinden (MEMS-first-Prozess oder MEMS-last-Prozess). Im Fall des MEMS-last-Prozesses ist vorzugsweise ein Niedertemperaturverfahren des Siliziumdirektbondens anzuwenden, um die eklektisch aktiven Strukturen nicht negativ zu beeinflussen.
  • Anstelle eines SOI-Wafers kann auch ein Siliziumwafer auf die Rückseite gebondet werden. Hierbei wird die Membrandicke durch das Rückdünnverfahren definiert.
  • Die Dicke des vorderseitigen bzw. rückseitigen Membranbereichs lässt sich beliebig gemäß den Anforderungen der vorgesehenen Anwendung einstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4207950 C1 [0002]
    • DE 102010042113 A1 [0003]
    • EP 0280905 A2 [0004]

Claims (15)

  1. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) mit: einem Substrat (1a) mit einer Oberseite (O) und einer Unterseite (U); einem an der Oberseite (O) gebildeten vorderseitigen Membranbereich (MV); einem an der Unterseite (U) gebildeten rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘); einem sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckenden geschlossenen Hohlraum (H); und mindestens einer vom Hohlraum (H) umgebenen, sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckenden Verbindungsstütze (ST), welche den vorderseitigen Membranbereich (MV) und den rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) miteinander verbindet.
  2. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 1, wobei der vorderseitige Membranbereich (MV) eine Siliziumschicht (1a) und mindestens eine optionale dielektrische Schicht (1b, 5, 10), insbesondere eine Siliziumnitridschicht (10) und/oder eine Siliziumoxidschicht (1b, 5) aufweist.
  3. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der rückseitige Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) eine Siliziumschicht (1c‘) aufweist.
  4. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der rückseitige Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) eine dielektrische Schicht (20), insbesondere eine Siliziumnitridschicht und/oder eine Siliziumoxidschicht (15) und/oder eine metallische Schicht aufweist.
  5. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verbindungsstütze (ST) vorgesehen ist, die vom Hohlraum (H) ringförmig umgeben ist.
  6. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im vorderseitigen Membranbereich (MV) und/oder im rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) eine piezoresistive Widerstandseinrichtung (P1, P1) vorgesehen ist.
  7. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Peripherie des rückseitigen Membranbereichs (MR; MR‘; MR‘‘) ein ringförmiger Abstandshalter (KR) gebildet ist.
  8. Mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Peripherie des rückseitigen Membranbereichs (MR; MR‘; MR‘‘) ein ringförmiger Graben (KT) gebildet ist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) mit den Schritten: Bilden von einem Substrat (1a) mit einer Oberseite (O) und einer Unterseite (U); Bilden von einem vorderseitigen Membranbereich (MV) an der Oberseite (O) des Substrats (1a) durch einen von der Unterseite (U) ausgehenden Ätzprozess, wobei ein sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckender Hohlraum (H) und mindestens eine vom Hohlraum (H) umgebene, sich durch das Substrat (1a) von der Oberseite (O) zur Unterseite (U) erstreckende Verbindungsstütze (ST) gebildet wird; Bilden von einem rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) an der Unterseite (U) des Substrats (1a) derart, dass der Hohlraum (H) geschlossen wird und die Verbindungsstütze (ST) den vorderseitigen Membranbereich (MV) und den rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) miteinander verbindet.
  10. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 9, wobei das Bilden vom vorderseitigen Membranbereich (MV) folgende Schritte aufweist: Bilden einer Deckschicht (15) auf der Unterseite (U) des Substrats (1a) vor dem Bilden des Hohlraums (H); Bilden eines Ätzgitters (G) in der Deckschicht (15) im Bereich des zu bildenden Hohlraums (H); und Bilden des Hohlraums (H) unter Verwendung des Ätzgitters (G) durch den Ätzprozess, wobei der Ätzprozess das Substrat (1a) selektiv zum Ätzgitter (G) ätzt.
  11. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 9, wobei an der Oberseite (O) eine Ätzstoppschicht (1b) vorgesehen ist, an der der Ätzprozess stoppt.
  12. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 10 oder 11, wobei zum Bilden vom rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) eine Verschlussschicht (20) auf der Deckschicht (15) abgeschieden, welche das Ätzgitter (G) verschließt.
  13. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanische Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei zum Bilden vom rückseitigen Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) ein Siliziumwafer oder ein SOI-Wafer (1‘) auf die Unterseite (U) gebondet und anschließend rückgedünnt wird.
  14. Mikromechanische Differenzdrucksensoranordnung mit: einem Trägersubstrat (TS) mit einer ersten Seite (S1) und einer zweiten Seite (S2), welches einen ersten Durchgang (ZR) aufweist; einer mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, welche derart auf der ersten Seite (S1) angebracht ist, dass der rückseitige Membranbereich (MR; MR‘; MR‘‘) durch den ersten Durchgang (ZR) mit Druck beaufschlagbar ist; einer Rahmeneinrichtung (RA), welche derart auf der ersten Seite (S1) um die mikromechanischen Differenzdrucksensorvorrichtung (100; 100‘; 100‘‘; 100‘‘‘) herum angebracht ist, dass sie einen zweiten Durchgang (ZV) bildet, durch den der vorderseitige Membranbereich (MV) mit Druck beaufschlagbar ist.
  15. Mikromechanische Differenzdrucksensoranordnung nach Anspruch 14, wobei der erste Durchgang (ZR) und/oder der zweite Durchgang (ZV) zumindest teilweise mit einer Dichtmasse (GR; GV) vergossen ist, welche den betreffenden Membranbereich (MV; MR; MR‘; MR‘‘) bedeckt.
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