DE102015116353A1

DE102015116353A1 - Mikrointegrierter gekapselter MEMS-Sensor mit mechanischer Entkopplung und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102015116353A1
Application number: DE102015116353.5A
Authority: DE
Inventors: Andrea Picco
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: US10023461B2; CN105565256B; CN105565256A; US20160122181A1; DE102015116353B4; CN205346826U; CN110040677A

Abstract

Der mikrointegrierte Sensor (50) weist einen Schichtstapel auf, der aus einer Sensorschicht (11) aus Halbleitermaterial, einer Deckschicht (20) aus Halbleitermaterial und einer Isolierschicht (4) gebildet ist. Die Sensorschicht (11) und die Deckschicht (20) haben jeweils einen Randbereich, der einen mittleren Bereich umgibt, und die Isolierschicht (4) erstreckt sich zwischen den Randbereichen der Sensorschicht und der Deckschicht. Ein Luftspalt (25) erstreckt sich zwischen den mittleren Bereichen der Sensorschicht (11) und der Deckschicht (20). Ein Durchgangsgraben (29) erstreckt sich in den mittleren Bereich der Sensorschicht (11) bis zu dem Luftspalt (25) und umgibt eine Plattform (30), die ein sensitives Element (5) aufnimmt. Die Deckschicht (20) hat Durchgangslöcher (23) in der Isolierschicht (4), die sich von dem Luftspalt (25) erstrecken und mit dem Luftspalt (25) und dem Durchgangsgraben (29) einen Fluidpfad bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mikrointegrierten gekapselten MEMS-Sensor mit mechanischer Entkopplung und auf ein Herstellungsverfahren dafür.
Bekannterweise breiten sich durch MEMS-(mikroelektronische mechanische Systeme)-Technologie erlangte mikrointegrierte Sensoren dank ihrer ständig zunehmenden Zuverlässigkeit, der niedrigen Kosten und der sehr kleinen Abmessungen auf dem Markt aus. EP 0 822 398 (ST Ref: 96-CA-081) beschreibt beispielsweise einen mikrointegrierten MEMS-Drucksensor vom piezoresistiven Typ und den Herstellungsprozess dafür. EP 1 577 656 (ST Ref: 03-CA-209) beschreibt einen weiteren mikrointegrierten Drucksensor, sowohl von einem piezoresistiven als auch von einem kapazitiven Typ.
Mikrointegrierte Sensoren haben im allgemeinen Gehäuse, die zum Schutz der inneren Strukturen des Sensors vor der äußeren Umgebung, beispielsweise zur Reduzierung von Störungen aufgrund von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Partikeln oder Elementen, die deren Betrieb verhindern oder deren Leistungsfähigkeit verschlechtern, und/oder zur Verbesserung deren mechanischer Stärke vorgesehen sind.
Andererseits kann das Einhäusen Belastungen bewirken, die die Eigenschaften hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit des Sensors beeinträchtigen können.
Dies gilt insbesondere für Sensoren, die auf piezoresisitven Eigenschaften von Silizium basieren, wobei die Belastungen direkt im Transduktionsmechanismus wirken. In diesen Fällen ist dann eine Gestaltung des Gehäuses mit hoher Genauigkeit besonders wünschenswert, um die Auswirkungen von durch das Gehäuse und den Montageprozess bewirkten Belastungen zu begrenzen, mit besonderer Rücksichtnahme bezüglich der verwendeten Materialien und der bei dem mechanischen Koppeln zwischen dem Sensor und dem Gehäuse entstehenden Auswirkungen.
Beispielsweise kann das Einhäusen durch Formgießen, was in der Mikroelektronik aufgrund der niedrigen Kosten und der hohen Verarbeitungsmenge am häufigsten verwendet wird, nicht einfach übernommen werden, da während der Harzeinspritzung und Kühlung hohe Belastungen erzeugt werden.
Die vorstehend beschriebenen unerwünschten Wirkungen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da die Größe des Chips und der Gehäuse zunimmt und die Verwendung von 3D-Gehäusungstechniken eingeschränkt ist.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Lösungen zum Kapseln mit niedriger Belastung vorgeschlagen und übernommen. Bei manchen weist das Gehäuse auch mechanische Strukturen auf, die zum Entkoppeln des Sensors von der Umgebung vorgesehen sind. Auch diese Lösungen können jedoch verbessert werden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines mikrointegrierten gekapselten MEMS-Sensors, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein mikrointegrierter gekapselter MEMS-Sensor und ein Herstellungsverfahren dafür, wie in den Ansprüchen 1 beziehungsweise 9 definiert, bereitgestellt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden bevorzugte Ausführungsformen davon jetzt rein mittels nicht beschränkender Beispiele mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In denen zeigen:
1–4 Schnitte durch einen Wafer aus Halbleitermaterial in aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten eines mikrointegrierten Sensors gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Prozesses;
5 das Layout einer in dem Schritt aus 4 verwendeten Maske;
6–8 Schnitte durch den Wafer aus Halbleitermaterial aus 1–4 in weiteren Herstellungsschritten;
9 eine Draufsicht von oben auf einen Sensorbereich des Wafers aus 8;
10 einen Schnitt durch einen gekapselten Sensor, der durch den Prozess aus 1–10 erlangt wurde;
11 einen Schnitt durch einen weiteren gekapselten Sensor, der durch den Prozess aus 1–8 erlangt wurde; und
12 ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung, die den mikrointegrierten Sensor aus 10 und 11 aufweist.
1 zeigt einen Schnitt durch einen Wafer 1 aus Halbleitermaterial in einem ersten Schritt des Prozesses.
Der Wafer 1 ist ein SOI(Silicon-On-Insulator-)Wafer, der eine erste und eine zweite Strukturschicht 2, 3 aus monokristallinem Silizium aufweist, die durch eine Isolierschicht 4 aus Siliziumoxid getrennt sind. Die Strukturschichten 2 und 3 haben jeweilige Hauptoberflächen 2A, 3A. Die jeweiligen Dicken der Strukturschichten 2 und 3 und der Isolierschicht 4 betragen beispielsweise 50–100 μm, 400–600 μm, 2–3 μm, so dass die Gesamtdicke des Wafers 1 ungefähr zwischen 450 und 700 μm betragen kann.
In einem sensitiven Bereich des Wafers 1 wird dann ein sensitives Element 5, beispielsweise ein piezoresistiver Drucksensor, gebildet, wie schematisch in 2 dargestellt. Zu diesem Zweck wird eine Ausnehmung 7 in der ersten Strukturschicht 2 gebildet, die an der Unterseite einen Bereich der ersten Strukturschicht 2 begrenzt, die eine Membran 8 bildet. Die Membran 8 kann beispielsweise eine Dicke zwischen 2 und 20 μm haben.
Die Ausnehmung 7 kann auf verschiedene bekannte Weisen hergestellt werden, außer durch volumenmäßige Bearbeitungsprozesse, die die zweite Strukturschicht 3 umfassen. Sie kann beispielsweise ähnlich gebildet werden wie in dem vorstehend erwähnten Patent mit der Nummer EP 1 577 656 für einen Standard-Wafer aus monokristallinem Silizium beschrieben. Insbesondere kann die zweite Strukturschicht 2 auf eine nicht dargestellte Weise in dem Bereich des sensitiven Elements 5 zum Bilden eines Gitters von von einem Graben umgebenen Säulen geätzt werden. Daraufhin wird ein epitaxiales Aufwachsen in einer deoxidierenden Umgebung ausgeführt, wodurch das Aufwachsen einer Epitaxieschicht 10 auf der Hauptoberfläche 2A der zweiten Strukturschicht 2 bewirkt wird, die den die Säulen umgebenden Graben auf der Oberseite schließt. Am Ende des Aufwachsens ist die Epitaxieschicht 10 tatsächlich nicht von der zweiten Strukturschicht 2 zu unterscheiden und bildet mit letzterer eine Sensorschicht 11 mit einer Oberfläche 11A. Daraufhin wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, um eine vollständige Migration der Siliziumatome der Säulen sowie die Bildung der Ausnehmung 7 zu bewirken, die auf der Oberseite von der Membran 8 geschlossen wird. Als Nächstes werden auf eine an sich bekannte, nicht gezeigte Weise die Kontakte in Randbereichen der Membran 8 gebildet, um das sensitive Element 5 von einem piezoresistiven Typ zu bilden. Daraufhin folgten weitere bekannte Schritte zum Bilden der elektrischen Verbindung auf eine bekannte, nicht dargestellte Weise.
Als Nächstes wird eine Passivierungsschicht 12 aus einem dielektrischen Material, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid, auf der Oberfläche 11A der Sensorschicht 11 gebildet und wird vorzugsweise eine erste Schutzschicht 13 auf der Passivierungsschicht 12 gebildet, wobei die erste Schutzschicht 13 aus einem Material ist, das widerstandsfähig gegen Fluorwasserstoffsäure ist, beispielsweise Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid. Die erste Schutzschicht 13 kann beispielsweise eine Dicke zwischen 100 und 300 nm haben.
Als Nächstes (3) wird die zweite Strukturschicht 3 dünner gemacht. Zu diesem Zweck wird eine zweite Schutzschicht 16, beispielsweise ein Polymerband, auf der Oberfläche der ersten Schutzschicht 13 abgeschieden. Dann wird die zweite Strukturschicht durch einen mechanischen Schleifschritt dünner gemacht, um eine Dicke zwischen etwa 300 und 350 μm zu erreichen, wodurch eine Deckschicht 20 mit einer Oberfläche 20A gebildet wird.
Nach dem dünner Machen (4) wird die Oberfläche 20A der Deckschicht 20 in Anwesenheit der zweiten Schutzschicht 16, die die Oberfläche 2A schützt und deren Beschädigung verhindert, poliert. Daraufhin wird die zweite Schutzschicht 16 entfernt. Mittels eines photolithographischen Prozesses wird eine Lochmaske 21 mit einer Reihe von Öffnungen 22 auf der Oberfläche 20A der Deckschicht 20 gebildet. Die Öffnungen 22 der Lochmaske 21 können jegliche Form haben, beispielsweise rechteckig, hexagonal, generisch polygonal oder sogar kreisförmig. 5 zeigt beispielsweise ein Beispiel einer Lochmaske 21, bei der die Öffnungen 22 eine Kreisform haben. Die Öffnungen 22 sind so bemessen, dass die in der Deckschicht 20 zu bildenden Löcher ein maximales Breite-Tiefe-Dimensionsverhältnis haben, das zwischen 1:5 und 1:20 beträgt.
Auf der Oberfläche 11A der Sensorschicht 11 können Ausrichtungsmarkierungen vorhanden sein, um eine Ausrichtung der Lochmaske 21 auf der entgegengesetzten Seite des Wafers 1 (Oberfläche 20A der Deckschicht 20), beispielsweise durch Infrarotübertragungstechniken, zu ermöglichen.
Unter Verwendung der Lochmaske 21 wird Silizium geätzt (6). Beispielsweise kann eine Grabenätzung vom tief anisotropen Typ in einem SF₆-Plasma ausgeführt werden. Die Ätzung endet an der Isolierschicht 4, die somit als ein Ätzanschlag fungiert, wodurch eine Mehrzahl von Löchern 22 in der Deckschicht 20 gebildet werden.
Nach Entfernung der Lochmaske 21 (7) wird ein Bereich der Isolierschicht 4 entfernt. Die Isolierschicht 4 kann beispielsweise durch das Leiten von HF-Dämpfen (Flusssäure-Dämpfen) durch die Löcher 22 entfernt werden. In diesem Schritt ist die Sensorschicht 11 immer noch durch die Passivierungsschicht 12 geschützt und wird somit nicht beschädigt. Die Entfernung der Isolierschicht 4 wird beispielsweise auf eine zeitgesteuerte Weise erlangt, um einen kontrollierten Bereich davon über die Membran 8 und entlang ihrer Seiten in dem Bereich, wo Federn zum Entkoppeln des Sensorbereichs von dem Rest des Wafers 1 erlangt werden müssen, zu entfernen, wie nachstehend erläutert. Dadurch wird ein Luftspalt 25 zwischen der Sensorschicht 11 und der Deckschicht 20 gebildet, der breiter als die Membran 8 ist.
Als Nächstes (8) wird die erste Schutzschicht 13 entfernt und werden Federn 26 definiert, die eine Plattform 30 von dem Rest der Sensorschicht 11 entkoppeln. Zu diesem Zweck wird unter Verwendung von photolithographischen Standard-Techniken die Passivierungsschicht 12 definiert, wodurch eine Hartmaske 27 gebildet wird. Sollte dies für die vorgesehene Bearbeitungsmaschine nützlich sein, kann eine dritte Schutzschicht 28, beispielsweise ein Polymerband, über die Oberfläche 20A der Deckschicht 20 gelegt werden, um die Anwesenheit von Durchgangsöffnungen zu verhindern und die in manchen Typen von Maschinen vorgesehenen Vakuumbedingungen zu gewährleisten. Dann wird unter Verwendung der Hartmaske 27 Siliziumätzen ausgeführt, beispielsweise über zeitgesteuertes anisotropes Siliziumtrockenätzen. Die freigelegten Bereiche der Sensorschicht 11 werden somit über die gesamte Dicke entfernt, um die Federn 26, sowie auch einen Graben 29, der die Plattform 30 umgibt, zu bilden (9). Auf diese Weise wird die Plattform durch den Graben 29 physisch von dem Rest des Wafers 1 getrennt, außer der Verbindung durch die Federn 26, die die Plattform 30 halten und sie aufgrund ihrer Elastizität vom Rest des Wafer 1 entkoppeln.
Der Wafer 1 aus 8 kann dann zum Erlangen einer Mehrzahl von Chips in Chips, von denen jeder eine Plattform 30 aufweist, geteilt werden, die dafür bereit sind, an anderen Chips oder Wafern befestigt zu werden oder an anderen Wafern befestigt zu werden und daraufhin geschnitten und mit einem Gehäuse versehen zu werden.
In jedem Fall kann die dritte Schutzschicht 28 auf der Oberfläche 11A der Sensorschicht 11 entweder stehen gelassen werden, um die Bearbeitung unter Verwendung von Nachfolgemaschinen (beispielsweise Testmaschinen) zu erleichtern, oder entfernt werden.
Beispielsweise gemäß einer in 10 gezeigten Ausführungsform (Flip-Chip-Gehäuse) wird der Wafer 1 zum Erlangen eines Sensorchips 31 in Chips geteilt, wobei der Sensorchip 31 an einer ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltung) 32 befestigt wird, wird die dritte Schutzschicht 28 entfernt und wird die Anordnung unter Verwendung einer Vollformgusstechnik mit einem Gehäuse versehen, wobei ein Kapselungsbereich 34 aus Harz an den Seiten des Sensorchips 31 und der ASIC 32 gebildet wird. Dadurch wird ein elektronischer Sensor 50 erlangt. Das Formgießen wird unter Verwendung der Vollformgusstechnik in einer geeigneten Formgusskammer ausgeführt, die ermöglicht, dass das obere Silizium an der Oberfläche freiliegend bleibt. Auf diese Weise wird ein Bedecken des Bereichs mit den Löchern 23 durch das Kapselungsharz 34 verhindert.
Insbesondere wird der Sensorchip 31 hier über Mikrohöcker 33 an der ASIC 32 befestigt, die auch (durch Strukturen zur elektrischen Verbindung innerhalb und/oder auf der Oberseite der Sensorschicht 11 und Öffnungen in der Passivierungsschicht 12) elektrische Verbindungen zwischen dem Sensorelement 5 und den in der ASIC 32 integrierten Schaltungen gewährleisten. Hier bilden die Mikrohöcker 33 außerdem Abstandselemente zwischen der ASIC 32 und der Membran 8. Daraufhin wird ein Spalt 35 zwischen ihnen gebildet und bildet, zusammen mit den Löchern 23, dem Luftspalt 25 und dem Graben 29, einen Fluid-Pfad, der sich zwischen der Membran 8 und der Außenseite des mikrointegrierten Sensors 50 erstreckt.
In einer weiteren in 11 gezeigten Ausführungsform wird die dritte Schutzschicht 28 entfernt, wird der Wafer 1 an einem Schutzkörper 37, zum Beispiel einem Siliziumwafer, befestigt und dann in Chips geteilt und wird die Anordnung unter Verwendung einer Vollformgusstechnik zur Bildung eines mikrointegrierten Sensors 51 mit einem Gehäuse versehen. Auf diese Weise wird auch in diesem Fall beim Formgießen des Kapselungsharzes 34 das Sensorelement 5 durch einen Schutzkörper 37 geschützt, der eine zweite Abdeckung bildet. Ferner bewirkt hier das Material 38 zum Befestigen des Wafers 1 an dem Schutzkörper 37, dass der Spalt 35 zwischen dem Schutzkörper 37 und der Membran 8 gebildet wird.
In beiden Lösungen weist der mikrointegrierte Sensor 50 oder 51 einen Stapel auf, der eine erste Hauptoberfläche 11A und eine zweite Hauptoberfläche 20A hat und von der Sensorschicht 11 aus Halbleitermaterial, die der ersten Hauptoberfläche 11A zugewandt ist, der Deckschicht 20 aus Halbleitermaterial, die der zweiten Hauptoberfläche 20A zugewandt ist, und der Isolierschicht 4 gebildet ist. Die Sensorschicht 11 und die Deckschicht 20 haben einen jeweiligen Randbereich, der einen Mittelbereich umgibt, und die Isolierschicht 4 erstreckt sich zwischen den Randbereichen der Sensorschicht und der Deckschicht. Ein Luftspalt 25 erstreckt sich zwischen den Mittelbereichen der Sensorschicht 11 und der Schutzschicht 20. Ein Durchgangsgraben 29 erstreckt sich in den Mittelbereich der Sensorschicht 11 zwischen der ersten Hauptoberfläche 11A und dem Luftspalt 25 und umgibt eine Plattform 30, die ein sensitives Element 5 aufnimmt. Die Deckschicht 20 hat Durchgangslöcher 23, die sich zwischen dem Luftspalt 25 und der zweiten Hauptoberfläche 20A erstrecken und mit dem Luftspalt 25, dem Graben 29 und dem Spalt 35 einen Fluidpfad bilden.
In der Praxis ermöglichen in beiden gezeigten Ausführungsformen die Löcher 23 in der Deckschicht 20 die Verbindung des Sensorelements 5 mit der äußeren Umgebung und somit, durch den Luftspalt 25, den Graben 29 und den Spalt 35, beispielsweise das Erfassen des Drucks in der Umgebung, die den mikrointegrierten Sensor 50 oder 51 umgibt.
In der vorstehend beschriebenen Struktur wird die Membran 8 an der Vorderseite mittels eines Körpers (ASIC 32 oder Schutzkörper 37) geschützt, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass dieser Körper perforiert oder bestimmten maschinellen Bearbeitungsvorgängen unterzogen wird, um eine Fluidverbindung der Membran 8 mit der äußeren Umgebung zu ermöglichen.
Mit der gezeigten Lösung ist es außerdem möglich, Einhäusungstechniken mit hoher intrinsischer Belastung, wie beispielsweise Vollformgießen, zu verwenden, ohne den sensitiven Bereich in irgendeiner Weise zu beschädigen und/oder ohne dessen korrekten Betrieb zu gefährden.
Tatsächlich können jegliche möglichen beispielsweise durch Formgießen hervorgerufenen auf den Chip 31 wirkenden Belastungen durch die Federn 26 elastisch absorbiert werden, die somit die Plattform 30 von dem Rest der Sensorschicht 11 mechanisch entkoppeln. Folglich wird das sensitive Element 5 nur bis zu einer ersten Annäherung den in dem Fluidmittel (im Allgemeinen Luft), in das der Sensor gegeben wird, übertragenen Kräften, ausgesetzt und kann somit die Wirkungen dieser Kräfte, beispielsweise den Umgebungsdruck, zuverlässig detektieren, ohne durch andere im Allgemeinen auf den Chip 31 wirkende Kräfte sensibel gestört zu werden.
Mit der in 9 gezeigten Lösung zum Kapseln (Flip-Chip-Gehäuse) ist es außerdem möglich, jegliche durch den Kapselungsschritt bewirkten Belastungen aufgrund des Höckerlötprozesses zu erleichtern.
Die Ausführung des Ätzvorgangs zum Definieren der Plattform 30 und der Federn 26 von hinten durch die Deckschicht 20 ermöglicht gute Ergebnisse von Belastungserleichterung ohne Vorgänge zum Perforieren der Sensorschicht 11, was problematisch wäre, da der betrachtete mittlere Bereich die Membran 8 und das Sensorelement 5 aufnimmt, die nicht perforiert werden sollen, und ohne Passieren des Grabens 29, was keine guten Entfernungsergebnisse gewährleisten würde, da die Isolierschicht 4 vor der vollständigen Freigabe der Plattform 30 auch in der Nähe des Randbereichs des Sensors in einer bezüglich der Membran 8 entfernten Position entfernt werden würde. Anstatt dessen ermöglicht das Entfernen durch eine Mehrzahl von Löchern 23 von hinten die optimale Entfernung des Teils der Isolierschicht 4 unter der Plattform 30 und nur in einem kleinen Ausmaß außerhalb der letzteren.
Die zur Definition der Plattform und der Federn 26 verwendeten Schritte sind typisch für frontseitige maschinelle Bearbeitung, wie beispielsweise anisotrope tiefe Siliziumgrabenätzung und Entfernung von Isolierschichten mittels HF-Dämpfen, und sind somit gut bekannte und steuerbare Prozesse mit einer hohen Zuverlässigkeit und wiederholbaren Ergebnissen.
Die Verwendung von SOI-Substraten ermöglicht es, bereits eine Träger- und Schutzschicht (Deckschicht 20) ohne die Notwendigkeit von gezielt ausgelegten Befestigungsschritten zur Verfügung zu haben.
Die Kapselung kann mittels Flip-Chip-Prozessen und 3D-Stapelung ohne die Verwendung von Weichklebstoffen oder Pufferstrukturen ausgeführt werden, die normalerweise zur Reduzierung von Auswirkungen von Kapselungsprozessen verwendet werden.
12 zeigt ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung 100, die mindestens einen mikrointegrierten Sensor 50 oder 51, wie in 10 oder 11 gezeigt, aufweist. Die elektronische Vorrichtung 100 weist ferner einen Mikroprozessor (CPU) 104 auf, der mit der mikrointegrierten Vorrichtung 50 oder 51 gekoppelt ist. Die elektronische Vorrichtung 100 kann ferner einen mit dem Mikroprozessor 104 gekoppelten Speicher 105 und eine auch mit dem Mikroprozessor 104 gekoppelte Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 106, wie beispielsweise ein Tastenfeld oder einen Bildschirm, aufweisen. Ferner kann die elektronische Vorrichtung 100 eine Energieversorgungsquelle 108, wie beispielsweise eine Batterie, oder eine Struktur zum Koppeln mit einer externen Energieversorgungsquelle aufweisen. Die elektronische Vorrichtung 100 kann jegliche elektronische Vorrichtung 100 sein, die eine in 10 oder 11 gezeigte mikrointegrierte Vorrichtung aufweist. Die elektronische Vorrichtung 100 kann beispielsweise ein Mobiltelefon, ein PDA (Personal Digital Assistent), eine tragbare Vorrichtung, ein Stimmen-Rekorder, ein Wecker oder Ähnliches sein.
Schließlich ist klar, dass Modifikationen und Variationen an dem hierin beschriebenen und gezeigten Sensor und Herstellungsprozess vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie in den anhängenden Ansprüchen definiert, abzuweichen. Beispielsweise kann die Reihenfolge der Schritte zum Definieren der Plattform 30 und der Federn 26 und zum Öffnen der Löcher 23 umgekehrt werden, wenn es die verwendeten Bearbeitungsmaschinen ermöglichen, oder kann eine teilweise Entfernung der Isolierschicht 4 nach Definieren der Plattform 30 und der Federn 26 ausgeführt werden. Wie vorstehend erwähnt, kann die Befestigung des Sensors 31 an dem Schutzkörper 37 oder an einem anderen Chip auf Waferebene oder nach dem Schneiden ausgeführt werden und kann die Befestigungstechnik den Anforderungen entsprechend variieren.
Die Membran 8 kann mittels eines geeigneten Prozesses erlangt werden, der keine maschinelle Bearbeitung der Deckschicht vorsieht; beispielsweise kann sie in einer auf der Sensorschicht abgeschiedenen oder aufgewachsenen Schicht erlangt werden.
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

EP 0822398 [0002]
EP 1577656 [0002, 0022]

Claims

Mikrointegrierter Sensor (50; 51), der einen Schichtstapel aufweist, der eine erste Hauptoberfläche (11A) und eine zweite Hauptoberfläche (20A) hat und aus einer Sensorschicht (11), die der ersten Hauptoberfläche (11A) zugewandt ist, einer Deckschicht (20), die der zweiten Hauptoberfläche (20A) zugewandt ist, und einer Isolierschicht (4) gebildet ist, wobei die Sensorschicht und die Deckschicht jeweils einen Randbereich haben, der einen mittleren Bereich umgibt, und die Isolierschicht (4) sich zwischen den Randbereichen der Sensorschicht und der Deckschicht erstreckt, wobei sich ein Luftspalt (25) zwischen den mittleren Bereichen der Sensorschicht (11) und der Deckschicht (20) erstreckt, sich ein Durchgangsgraben (29) in den mittleren Bereich der Sensorschicht (11) zwischen der ersten Oberfläche (11A) und dem Luftspalt (25) erstreckt und eine Plattform (30) umgibt, die ein sensitives Element (5) aufnimmt, und die Deckschicht (20) Durchgangslöcher (23) hat, die sich zwischen dem Luftspalt (25) und der zweiten Hauptoberfläche (20A) erstrecken und zusammen mit dem Luftspalt (25) und dem Durchgangsgraben (29) einen Fluidpfad zu dem sensitiven Element (5) bilden.
Sensor nach Anspruch 1, aufweisend elastische Verbindungsbereiche (26), die sich in die Sensorschicht (11) zwischen der Plattform (30) und dem Randbereich der Sensorschicht (11) erstrecken.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensorschicht (11) eine vergrabene Ausnehmung (7) und eine Membran (8) hat, die zwischen der vergrabenen Ausnehmung und der ersten Hauptoberfläche (11A) angeordnet ist, wobei die Membran das sensitive Element (5) aufnimmt.
Sensor noch Anspruch 3, aufweisend einen Schutzbereich (32; 37), der an dem Randbereich der Deckschicht (11) befestigt ist und der Membran (8) mit einem Abstand davon zugewandt ist.
Sensor nach Anspruch 4, wobei der Schutzbereich (32; 37) eine ASIC oder eine Hilfsabdeckung ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Kapselungsbereich (34) aus Harz, der die Randbereiche der Sensorschicht (11) und der Deckschicht (20) sowie auch der Isolierschicht (4) umgibt.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen piezoresistiven Drucksensor bildet.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtstapel ein SOI-Substrat ist.
Verfahren zur Herstellung eines mikrointegrierten Sensors, das beinhaltet: Bilden einer Mehrzahl von Löchern (23), die sich durch eine Deckschicht (20) eines Stapels erstrecken, der eine erste Hauptoberfläche (11A) und eine zweite Hauptoberfläche (20A) hat und aus einer Sensorschicht (20), einer Deckschicht (11) und einer Isolierschicht (11) gebildet ist; Bilden eines Luftspalts (25) zwischen mittleren Bereichen der Sensorschicht und der Deckschicht; und Bilden eines Durchgangsgrabens (29) in dem mittleren Bereich der Sensorschicht, wobei der Durchgangsgraben eine Plattform (30) begrenzt, die ein sensitives Element aufnimmt und sich zwischen dem Luftspalt und der ersten Hauptoberfläche erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Stapel ein SOI-Substrat ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, das das Bilden einer vergrabenen Ausnehmung (7) und einer zwischen der vergrabenen Ausnehmung und der ersten Hauptoberfläche angeordneten Membran (8) in der Sensorschicht (11) beinhaltet, wobei die Membran das sensitive Element (5) aufnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, wobei das Bilden eines Durchgangsgrabens (29) das Bilden von elastischen Verbindungsbereichen (26) beinhaltet, die sich in die Sensorschicht (11) zwischen der Plattform (30) und dem mittleren Bereich der Sensorschicht (11) erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–12, wobei das Bilden einer Mehrzahl von Löchern (23) das Entfernen von ausgewählten Teilen der Deckschicht (20) bis zur Isolierschicht (4) beinhaltet und das teilweise Entfernen der Isolierschicht das Ätzen eines mittleren Bereichs der Isolierschicht durch die Mehrzahl von Löchern beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13, das ferner das Befestigen eines Schutzbereichs (32; 37) an dem Randbereich der Deckschicht (11) beinhaltet, wobei der Schutzbereich der Membran (8) mit einem Abstand davon zugewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schutzbereich eine ASIC (32) oder eine Hilfsabdeckung (37) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–15, das ferner das Bilden eines Kapselungsbereichs (34) aus Harz um die Randbereiche der Sensorschicht (11) und der Deckschicht (20) sowie auch der Isolierschicht (4) beinhaltet.