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Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Halbleitersensor mit einer Membran. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Sensor, insbesondere einen Halbleitersensor mit einer Membran.
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Ein Halbleitersensor mit einer Membran kann in einem Sensor verwendet werden. Der Sensor kann beispielsweise einen Rußpartikelsensor oder eine Thermosäule (Thermopile) zur Messung infraroter Strahlung umfassen oder zur Bestimmung einer Flussmasse oder eines Druck eingerichtet sein. Dabei erfordern unterschiedliche Messprinzipien unterschiedliche Membranen an den Halbleitersensoren. Beispielsweise kann gefordert sein, dass die Membran eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist oder optisch transparent ist.
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Im Rahmen der Herstellung des Halbleitersensors kann die Membran beispielsweise dadurch von einer umgebenden Struktur freigestellt werden, dass ein Trägersubstrat von der Rückseite her bis zur Membran vollständig entfernt wird. Ein solcher Prozess kann zeitintensiv sein und das Trägersubstrat kann durch die komplette Aushöhlung fragil werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, unterhalb der Membran einen Hohlraum zu schaffen. Dabei wird das Trägersubstrat im Wesentlichen erhalten, so dass es eine geschlossene Rückseite behält, was vorteilhaft bezüglich seiner Stabilität und einer weiteren Prozessierung ist.
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In
DE 10305442 A1 wird vorgeschlagen, eine Membran freizustellen, indem in die Schicht, die später die Membran umfassen soll, eine Perforation eingebracht und dann durch die Perforation hindurch eine darunterliegende Schicht weggeätzt wird.
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In
DE 10 2010 000 888 A1 wird beschrieben, wie der Hohlraum durch Wiederholen von anisotropem und isotropem Ätzen, d. h. einem Trenchprozess, hergestellt werden kann.
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Je größer die Membran ist, desto geringer ist ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Druck- und Zugbelastungen. Eine Überlastung kann zum Reißen der Membran und damit zu einer Zerstörung des Halbleitersensors führen. Ist der Hohlraum flach, so kann sich die Membran bis auf den Boden des ausgebildeten Hohlraums durchbiegen. Dadurch kann eine beabsichtigte thermische oder elektrische Isolierung der Membran gegenüber einem darunterliegenden Substrat verlorengehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor und ein Herstellungsverfahren für den Sensor anzugeben, die eine strapazierfähigere Membran bereitstellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens und eines Sensors mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Sensors, insbesondere eines Halbleitersensors umfasst Schritte des Bereitstellens eines Substrats, auf dem eine erste Schicht angebracht ist, auf der eine zweite Schicht angebracht ist, des Perforierens der zweiten Schicht an vorbestimmten Stellen und des Unterätzens der zweiten Schicht durch die Perforation derart, dass zwischen der zweiten Schicht und dem Substrat ein Hohlraum entsteht. Dabei wird die Perforation derart eingebracht und die Unterätzung in der Weise durchgeführt, dass beim Unterätzen ein Stützelement zur mechanischen Verbindung der zweiten Schicht mit dem Substrat verbleibt.
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Die zweite Schicht bildet oberhalb des Hohlraums eine Membran. Durch das Stützelement kann die Belastungsfähigkeit der Membran gegenüber Druck- und Zugbelastung erhöht sein. Eine Spannweite der Membran kann dadurch vergrößert sein. Eine elektrische oder thermische Isolierung der Membran kann durch die Stützstelle im Wesentlichen unbeeinträchtigt sein. Die beschriebene Vorgehensweise ist sowohl für relativ flache als auch für relativ tiefe Hohlräume verwendbar.
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Das Stützelement kann direkt mit dem Substrat oder mit einer Schicht, beispielsweise einer Ätzstoppschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform stellt das Stützelement eine starre Verbindung dar.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Substrat unter der Schicht im Bereich des Stützelementes unterhöhlt und damit flexibel ausgebildet sein. In dieser Ausbildungsform stellt das Stützelement eine federnde Verbindung dar, da die Schicht federnd ausgebildet ist.
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Durch das Verfahren kann beispielsweise ein Luftmassensensor, eine Thermosäule oder ein Biosensor z.B. für medizinische Zwecke hergestellt werden. Die Sensoren können beispielsweise als Halbleitersensoren ausgebildet werden. Mithilfe des beschriebenen Verfahrens sind die Sensoren kostengünstig herstellbar.
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Das Stützelement kann auch eine vertikale elektrische Kontaktierung bereitstellen. Die Kontaktierung kann alternativ zur Unterseite oder zur Oberseite der Membran verlaufen. Eine Leiterbahn kann elektrisch mit dem Stützelement verbunden werden. Es können auch mehrere Stützelemente vorgesehen sein, die durch den Hohlraum verlaufen. Unterschiedliche Stützelemente können mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen verbunden werden. Über die verschiedenen Kontaktmöglichkeiten kann beispielsweise ein Plattenkondensator mit einer großen Kapazität hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform sind beispielsweise Abstände benachbarter Perforationen im Bereich des späteren Stützelements größer als das Doppelte einer Unterätzweite, die die maximale seitliche Erstreckung des Hohlraums von einer der Perforationen aus angibt. Die Perforationen können also beispielsweise regelmäßig in einem Bereich ausgeführt werden, in dem der Hohlraum bestehen soll, und in einem Bereich, in dem die Stützstelle ausgebildet werden soll, entfallen.
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Dadurch können Position, Größe und Form der Stützstelle leicht und genau bestimmbar sein.
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Die Unterätzweite der einzelnen Perforationen kann mittels Wahl unterschiedlicher Durchmesser oder Querschnitte der Perforationen variiert werden. Beispielsweise kann die Unterätzweite bei einem großen Querschnitt einer zugeordneten Perforation vergrößert sein. Weist die Perforation beispielsweise einen länglichen Querschnitt auf, so kann die Unterätzweite quer zur Haupterstreckungsrichtung der Perforation vergrößert sein. Dadurch können eine gute Entfernbarkeit der ersten Schicht im Bereich des späteren Hohlraums und eine klare Abgrenzung des Stützelements erreichbar sein.
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In einer Ausführungsform wird nach dem Unterätzen eine Verschlussschicht zum Verschließen wenigstens einiger der Perforationen abgeschieden. Eine Flexibilität und ein Schwingungsverhalten der Membran können dadurch beeinflusst werden. Werden alle Perforationen verschlossen, so kann im Bereich des Hohlraums ein abgeschlossenes Volumen entstehen, das beispielsweise für die Messung eines Drucks erforderlich sein kann oder einen bestimmten Gasdruck aufweisen kann. Zudem kann der geschlossenen Hohlraum mit einem Medium, insbesondere einem Gas oder einem Fluid gefüllt sein.
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Die Verschlussschicht und die zweite Schicht können im Bereich des Stützelements perforiert werden und durch die Perforation kann eine Leitschicht auf das Stützelement abgeschieden werden. Dadurch kann das Stützelement von der Oberseite elektrisch kontaktiert werden.
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Zwischen dem Substrat und der ersten Schicht kann eine ätzresistente Stoppschicht vorgesehen sein. Das Ausbilden des Hohlraums kann dadurch verbessert steuerbar sein.
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In einer Ausführungsform weist die Stoppschicht eine Aussparung auf und das Stützelement ist oberhalb der Aussparung angeordnet. So kann das Stützelement durch die Aussparung hindurch einen elektrischen Kontakt zum Substrat herstellen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Schicht Silizium, das nach der Ausbildung des Hohlraums an dessen Begrenzungen aufoxidiert wird, um den Hohlraum mit einer elektrisch isolierenden Schicht von Siliziumoxid auszukleiden. Dadurch kann die zweite Schicht elektrisch vom Substrat isoliert werden.
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In diesem Fall kann das Stützelement mittels einer weiteren Schicht abgedeckt werden. Die weitere Schicht wird perforiert und durch die Perforation hindurch wird wenigstens ein Teil des Stützelementes, insbesondere das gesamte Stützelement entlang seiner Längsrichtung unterätzt, d.h. ausgehöhlt. Auf diese Weise wird ein hülsenförmiges Stützelement erhalten, das eine geringere Steifigkeit als ein Stützelement aus einem Vollmaterial aufweist. Zudem weist das ausgehöhlte Stützelement eine reduzierte thermische und elektrische Leitfähigkeit auf. Dadurch ist es möglich, die Beweglichkeit der Membran, die thermische Leitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit der Membran lokal einzustellen. Zudem kann auf diese Weise die elektrische Isolation zwischen der Membran und dem Substrat erhöht werden, wenn das Stützelement in Form einer Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet ist.
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Das Unterätzen der zweiten Schicht kann einen ersten und einen darauf folgenden zweiten Ätzprozess umfassen, wobei der erste Ätzprozess so geführt ist, dass Abschnitte der ersten Schicht zwischen Perforationen der zweiten Schicht vorzugsweise in Form eines zusammenhängenden Gitters erhalten bleiben. Der zweite Ätzprozess wird so ausgeführt, dass die erste Schicht am Substrat vollständig entfernt wird. Verbleibende Reste der ersten Schicht zwischen den Perforationen der zweiten Schicht können zu einer Stabilität der Membran beitragen. Somit kann die Steifigkeit der Membran wenigstens in Teilflächen durch eine Gitterstruktur aus dem Material der zweiten Schicht erhöht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Sensor umfasst ein Substrat, eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht mittels der ersten Schicht vom Substrat getrennt ist und die erste Schicht eine Ausnehmung umfasst, so dass zwischen der zweiten Schicht und dem Substrat ein Hohlraum besteht. Dabei verläuft durch den Hohlraum ein Stützelement zur mechanischen Stützung der zweiten Schicht. Anders ausgedrückt grenzt der Hohlraum in horizontaler Richtung allseits an das Stützelement, das Material der ersten Schicht umfasst.
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In einer Ausführungsform ist das Stützelement mit einem ersten Ende mit der zweiten Schicht verbunden, wobei das Stützelement mit einem zweiten Ende mit dem Substrat oder mit einer auf dem Substrat angeordneten Schicht, insbesondere einer Ätzstoppschicht verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist die Schicht im Bereich des zweiten Endes des Stützelementes unterhöhlt, so dass die Schicht im Bereich des Stützelementes flexibel ist. Dadurch wird ein federndes Stützelement für die Membran bereitgestellt.
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In einer Ausführungsform weist das Stützelement wenigstens an einer Außenfläche eine Oxidschicht auf. Dadurch ist die elektrische und die thermische Leitfähigkeit des Stützelementes reduziert.
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In einer Ausführungsform ist das Stützelement wenigstens teilweise ausgehöhlt. Dadurch ist die elektrische und thermische Leitfähigkeit reduziert. Zudem ist die Steifigkeit des Stützelementes reduziert.
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In einer Ausführungsform ist das Stützelement vollständig ausgehöhlt und weist eine Hülsenform auf, wobei die Hülsenform vorzugsweise aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material besteht.
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Der Halbleitersensor kann in vielen verschiedenen Sensoren eingesetzt werden, bei denen eine Form von Membran benötigt wird. Dies umfasst beispielsweise einen Flussmassensensor, eine Thermosäule, einen Drucksensor, einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, ein Mikrofon, einen Rußpartikelsensor, einen Kohlendioxidsensor, einen Kondensator oder einen Biochip für medizinische Zwecke.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 bis 13 Ansichten von Ausführungsformen eines Halbleitersensors, und
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14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitersensors nach einer der 1 bis 13 darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
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Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Halbleitersensors erläutert, wobei die Erfindung jedoch auf jede Art von Sensor anwendbar ist.
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1 zeigt eine Schichtanordnung zur Herstellung eines Halbleitersensors 100. Der Halbleitersensor 100 umfasst ein Substrat 105, eine erste Schicht 110 und eine zweite Schicht 115, wobei die zweite Schicht 115 mittels der ersten Schicht 110 vom Substrat 105 getrennt ist. Das Substrat 105 kann beispielsweise einen Siliziumwafer, einen Siliziumcarbidwafer oder beispielsweise einen gebondeten Waferstack umfassen. Oberhalb und unterhalb des Substrats 105 können sich beliebige Schichten und Aufbauten befinden, die insbesondere Leiterbahnen umfassen können.
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Die erste Schicht 110 umfasst beispielsweise Silizium. In einer anderen Ausführungsform kann die erste Schicht 110 auch aus einem anderen Material bestehen, das vorzugsweise mit dem Substrat 105 und der zweiten Schicht 115 gut verbunden und mittels Ätzen strukturiert werden kann. Die zweite Schicht 115 besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material wie beispielsweise einem Oxid, kann jedoch auch eine Metallschicht oder eine Poly-Silizium-Schicht umfassen, die optional hoch dotiert sein kann, oder eine Kombination aus isolierenden und nicht isolierenden Schichten.
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2 zeigt den Halbleitersensor 100 aus 1 während eines nachfolgenden Bearbeitungsschritts. In die zweite Schicht 115 sind an vorbestimmten Stellen Perforationen 120, d.h. durchgehende Löcher eingebracht worden, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens. Die Perforationen 120 dienen zum Zugang eines Ätzmittels zur ersten Schicht 110 unterhalb der zweiten Schicht 115. Das Ätzmittel kann insbesondere für einen isotropen Ätzvorgang eingerichtet sein und beispielsweise Kaliumhydroxid umfassen.
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3 zeigt den Halbleitersensor 100 von 2 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt. Unterhalb der Perforationen 120 ist durch das Ätzen durch die Perforationen 120 hindurch ein Hohlraum 125 in der ersten Schicht 110 entstanden. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Hohlraum 125 bis hinunter zum Substrat 105 reichen oder vertikal durch einen Abschnitt der ersten Schicht 115 begrenzt sein. Im Bereich des Hohlraums 125 bildet die zweite Schicht 115 eine Membran 130. Die Perforationen 120 sind so positioniert, dass nach dem Ätzen im Hohlraum 125 ein Stützelement 135 verbleibt, das aus Material der ersten Schicht 110 besteht und den Hohlraum 125 vertikal durchläuft, um die Membran 130 gegenüber dem Substrat 105 abzustützen.
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4 zeigt zwei Draufsichten auf den Halbleitersensor 100 in einem Herstellungsstadium entsprechend einer der 2 oder 3. In der oberen Darstellung werden Perforationen 120 verwendet, die sich in einer Art Gitter in der Ebene der zweiten Schicht 115 erstrecken. Die Perforationen 120 sind länglich und fehlen in einem Bereich, unter dem ein Stützelement 135 ausgebildet werden soll, das hier beispielhaft ebenfalls im Querschnitt länglich ausgebildet ist. Im unteren Bereich ist links eine regelmäßige Anordnung sechseckiger Perforationen 120 dargestellt, die in einem Bereich, in dem das Stützelement 135 ausgebildet werden soll, fehlen. Rechts ist eine Kombination länglicher Perforationen 120 dargestellt, die um die zu bildende Stützstelle 135 im Wesentlichen radialsymmetrisch angeordnet sind.
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Generell sind beliebige Querschnittsformen der Perforationen 120 mit beliebigen Querschnittsflächen möglich. Üblicherweise wird eine Unterätzweite, die einen maximalen Abstand zwischen einer Begrenzung einer Perforation 120 und einer Begrenzung der Aussparung 125 unterhalb der Perforation 120 entlang der Erstreckungsrichtung der ersten und zweiten Schichten 110 und 115 angibt, vergrößert, wenn die Querschnittsfläche einer Perforation 120 vergrößert wird. Bei einer länglichen Perforation 120 ist die Unterätzweite in der Haupterstreckungsrichtung der Perforation 120 üblicherweise kleiner als quer dazu. Formen, Größen und Anordnungen der Perforationen 120 können dementsprechend so gewählt werden, dass der Hohlraum 125 beim Unterätzen der zweiten Schicht 115 durch die Perforationen 120 derart erfolgt, dass seine Begrenzungen in allen Richtungen, insbesondere in Bezug auf das Stützelement 135, genau definiert sind.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Halbleitersensors 100 entsprechend den Darstellungen von 4. Hier sind die Perforationen 120 im Bereich der Membran 130 als regelmäßiges Gitter ausgeführt. Im Bereich oberhalb des zu bildenden Stützelements 135 fehlen die Perforationen 120 in dem Gitter.
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6 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Halbleitersensors 100 entsprechend 5. Hier sind ebenfalls die Perforationen 120 in Form eines Gitters ausgeführt, wobei die Perforationen 120 oberhalb von Stützelementen 135 weggelassen sind. Unterschiedlich geformte beispielhafte Stützelemente 135 demonstrieren, dass eine große Vielzahl unterschiedlicher Formen von Stützelementen 135 mittels einer passenden Anordnung von Perforationen 120 erzielt werden kann.
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7 zeigt eine weitere Schnittansicht durch den Halbleitersensor 100 entsprechend der 1 bis 3. Aufbauend von dem in 3 dargestellten Stadium wurde in einem weiteren Arbeitsschritt der Hohlraum 125 mit einer Oxidschicht 140 ausgekleidet. Dies wurde erzielt, indem die aus Silizium bestehende erste Schicht 110 in einem entsprechenden Prozess aufoxidiert wurde, um Siliziumdioxid zu bilden. Abhängig von der gewählten Ausführung kann eine isolierende Schicht auch auf die Innenfläche des Hohlraumes 125 abgeschieden werden. Die Aufoxidation kann teilweise erfolgen, wie in 7 dargestellt ist. Zudem kann die Oxidschicht 140 so dick aufoxidiert werden, dass das Stützelement 135 vollständig, d.h. im gesamten Querschnitt aus Siliziumdioxid 140 besteht. Dadurch kann die Membran 130 sowohl vom Substrat 105 als auch von der ersten Schicht 110 elektrisch isoliert werden. Auch eine thermische Entkopplung der Membran 130 vom Substrat 105 und/oder von der ersten Schicht 110 kann dadurch verbessert werden.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Halbleitersensors 100 der vorangehenden Figuren. In der dargestellten Variante ist zwischen dem Substrat 105 und der ersten Schicht 110 eine Stoppschicht 145 vorgesehen. Die Stoppschicht 145 ist resistent gegenüber dem Ätzprozess zur Ausbildung des Hohlraums 125 und bevorzugterweise elektrisch isolierend. Die Stoppschicht 145 kann horizontal durchgehend, wie in 8 dargestellt ist, oder nur in vorbestimmten Bereichen zwischen der ersten Schicht 110 und dem Substrat 105 bereitgestellt sein. Dadurch können unterschiedliche Bereiche des Hohlraums 125 gezielt mit oder ohne elektrischen Kontakt zum Substrat 105 ausgebildet werden. Insbesondere können mehrere Stützelemente 135 vorgesehen sein, von denen einige an der Stoppschicht 145 enden und elektrisch vom Substrat 105 isoliert sind und andere durch eine Aussparung oder Unterbrechung in der Stoppschicht 145 elektrisch mit dem Substrat 105 verbunden sind.
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Ein Beispiel für eine derartige Kombination ist in 9 gezeigt. Im linken Bereich ist eine erste Membran 130 dargestellt, deren Stützelement 135 mittels der Stoppschicht 145 vom Substrat 105 isoliert ist. Im rechten Bereich ist eine zweite Membran 130 dargestellt, deren Stützelement 135 durch eine Aussparung in der Stoppschicht 145 Kontakt mit dem Substrat 105 hat. Dabei können die Hohlräume 125 der beiden dargestellten Membranen 130 voneinander getrennt oder miteinander verbunden sein.
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In 9 ist eine weitere Variante des Halbleitersensors 100 gezeigt, bei der eine Verschlussschicht 150 auf der Oberseite der zweiten Schicht 115 abgeschieden wurde, um die Perforationen 120 zu verschließen. Optional können die zweite Schicht 115 und, falls sie vorgesehen ist, die Verschlussschicht 150, auch im Bereich eines der Stützelemente 135 vertikal mithilfe einer Perforation durchbrochen werden, um eine Leitschicht 152 auf dem Stützelement 135 abzuscheiden und elektrisch mit dem Stützelement 135 zu verbinden. Diese Verbindung kann z.B. in einer Ausführungsform an einem Stützelement 135 erfolgen, dessen unteres Ende elektrisch mit dem Substrat 105 verbunden ist.
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10 zeigt eine Variante des Halbleitersensors 100 ähnlich der von 9, wobei ein gemeinsamer Hohlraum 125 mittels mehrerer Stützelemente 135 abgestützt ist.
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11 zeigt noch eine Variante des Halbleitersensors 100, die auf der in 10 gezeigten Ausführungsform aufbaut. In exemplarischer Weise sind hier drei Stützelemente 135, 155 in Form von elektrisch und thermisch isolierenden Hülsen ausgebildet. Die Stützelemente 135, 155 wurden aus Silizium gebildet. Anschließend wurden die Außenflächen der Stützelemente 135, 155 oxidiert, wobei die Außenflächen in Siliziumoxid umgewandelt wurden, wie anhand von 7 bereits erläutert. Dann wurden die Stützelemente 135, 155 über Perforationen 120 mithilfe von Ätzverfahren ausgehöhlt, wobei hülsenförmige Stützelemente 135, 155 aus Siliziumoxid erhalten wurden.
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Während das linke und das rechte Stützelement 135 ein starres Stützelement darstellen, ist ein mittleres Stützelement 155 als vertikal bewegliches Stützelemente 155 ausgebildet. Die Stützelemente 135, 155 sind mit unteren Enden mit der Stoppschicht 145 verbunden. Unter dem beweglichen Stützelement 155 weist die Stoppschicht 145 einen Durchbruch auf, durch den hindurch die Stoppschicht 145 im Substrat 105 unterätzt wurde. Um das Ätzmittel an diese Stelle zu bringen, kann es erforderlich sein, eine Perforation 120 in die zweite Schicht 115 oder gegebenenfalls auch zusätzlich in die Verschlussschicht 150 oberhalb des mittleren Stützelementes 155 einzubringen. Anschließend wird das mittlere Stützelement 155 hülsenförmig mithilfe eines Ätzverfahren ausgehöhlt. Zudem wird über den Durchbruch der Stoppschicht 145 das Substrat 105 unter dem Durchbruch und seitlich des Durchbruches ausgehöhlt. Die Stoppschicht 145 ist im Bereich der Aushöhlung des Substrates 105 flexibel ausgebildet. Damit ist auch das mittlere Stützelement 155 vertikal beweglich und stellt eine federnde Stütze für die Membran 130 dar. Durch eine entsprechende Anordnung von federnden und nicht federnden Stützelementen 135, 155 kann die Steifigkeit der Membran in gewünschten Flächenbereichen individuell eingestellt werden.
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12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Halbleitersensors 100 der vorangehenden Figuren. In der dargestellten Variante wurde ein Ätzprozess in zwei Schritten zur Ausbildung des Hohlraums 125 verwendet. Dadurch blieb in einem Bereich angrenzend an die zweite Schicht 115 zwischen benachbarten Perforationen 120 jeweils ein Teil der ersten Schicht 110 in Form einer Gitterstruktur erhalten. Die an der Membran 130 verbleibende Gitterstruktur 315 der Reste der ersten Schicht 110 können zur Stabilität der Membran 130 beitragen.
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13 zeigt eine Variante des Halbleitersensors 100 in einer Draufsicht. Auf die oben mit Bezug auf die 9 und 10 beschriebene Variante sind auf der Oberseite der Verschlussschicht 150 Leitschichten 152 aus elektrisch leitendem Material aufgebracht, um unterschiedliche Stützelemente 135 mit einem ersten Potential 160 oder einem zweiten Potential 165 zu verbinden. In einer alternativen Ausführungsform können die Leitschichten 152 auch zwischen dem Substrat 105 und der ersten Schicht 110 angeordnet sein. Die Potentiale 160 und 165 können unterschiedlich gewählt werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Art Plattenkondensator zu konstruieren, der elektrisch vom Substrat 105 durch die isolierende Stoppschicht 145 getrennt aber mechanisch trotzdem fest mit dem Substrat 105 verbunden ist.
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Es ist zu beachten, dass die oben mit Bezug auf die 1 bis 13 beschriebenen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen frei miteinander kombinierbar sind.
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14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Herstellung eines Halbleitersensors 100 nach einer der 1 bis 13. In einem ersten Schritt 205 werden das Substrat 105, die erste Schicht 110 und die zweite Schicht 115 bereitgestellt, wie in 1 dargestellt ist. Dann werden in die zweite Schicht 115 Perforationen 120 eingebracht, wie in 2 dargestellt ist. In Schritten 215 und 220 wird die zweite Schicht 115 im Bereich der Perforationen 120 unterätzt. Das Unterätzen ist optional in einen ersten Teilschritt 215 und einen zweiten Teilschritt 220 unterteilt. Im ersten Teilschritt 215 erfolgt ein Tiefenätzen, wobei Abschnitte der ersten Schicht 110 zwischen benachbarten Perforationen 120 im Bereich der zweiten Schicht 115 konserviert werden. Durch den ersten Teilschritt wird aus dem Material der ersten Schicht zwischen Perforationen der zweiten Schicht vorzugsweise ein zusammenhängendes Gitter erhalten. Im zweiten Teilschritt 220 wird dann eine Ätzung durchgeführt. Der zweite Ätzprozess wird so ausgeführt, dass die erste Schicht am Substrat vollständig entfernt wird. Bei Verwendung des ersten Teilschritts 215 kann die Membran 130 so ausgeführt werden, wie in 12 gezeigt ist.
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Optional können noch weitere Prozessierschritte ausgeführt werden, um weitere Merkmale am Halbleitersensor 100 auszubilden. In einem Schritt 225 kann die Verschlussschicht 150 ausgebildet werden, wie in den 9 bis 11 gezeigt ist. Die Verschlussschicht 150 kann in einem darauf folgenden Schritt 230 perforiert werden und in einem weiteren Schritt 235 kann die Leitschicht 152 durch die Perforation in der Verschlussschicht 150 abgeschieden werden, wie in den 9, 10 und 13 gezeigt ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einem Schritt 240 die erste Schicht 110 im Bereich der Aussparung 125 aufoxidiert oder abgeschieden werden, wie beispielsweise in 7 gezeigt ist. Ferner kann eine Stoppschicht, die im unteren Bereich eines Stützelements 135 vorgesehen ist, eine Aussparung aufweisen, durch die hindurch in einem Schritt 245 die Stoppschicht 145 unterätzt werden kann, wie oben mit Bezug auf 11 beschrieben wurde. Das Stützelement 135 kann so zu einem beweglichen Stützelement 155 gemacht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10305442 A1 [0004]
- DE 102010000888 A1 [0005]
