DE102016121683B4

DE102016121683B4 - Sensorvorrichtung, die eine sensoreinheit für ein gasförmiges medium enthält

Info

Publication number: DE102016121683B4
Application number: DE102016121683.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Leuschner; Karolina Zogal; Roland Meier; Marten Oldsen; Kerstin Kämmer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2036-11-12
Also published as: US20230251154A1; US10859457B2; US20210003466A1; US20180136064A1; DE102016121683A1; US11774308B2

Abstract

Sensorvorrichtung, umfassend:eine Sensoreinheit (200), die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, wobei die Sensoreinheit (200) auf einer ersten Oberfläche (101) eines Sensorsubstrats (100) und auf einer aufgehängten Masse (160) des Sensorsubstrats (100) ausgebildet ist, die durch mindestens einen Federbalken (108) mit einem weiteren Teil des Sensorsubstrats (100) verbunden ist;eine Rahmenstruktur (300) auf der ersten Oberfläche (101), wobei die Rahmenstruktur (300) einen ersten Schleifenbereich (310) aufweist, der einen ersten Bereich (110) mit der Sensoreinheit (200) lateral umgibt;einen kommunizierenden Kanal (150), der durch einen Basisanschluss (812) im Sensorsubstrat (100) einen Zugang zum ersten Bereich (110) hat, wobei der Basisanschluss (812) eine Federrille (107) aufweist, die einen Federbalken (108) von der aufgehängten Masse (160) oder dem weiteren Teil des Sensorsubstrats (100) trennt; undeine Deckelstruktur (400), die die Rahmenstruktur (300) und den ersten Bereich (110) vollständig bedeckt.

Description

HINTERGRUND
Integrierte Sensorvorrichtungen integrieren eine Sensoreinheit, welche für eine physikalische oder chemische Eigenschaft einer Probe sensitiv ist, mit elektronischen Schaltungen, um die Sensoreinheit zu steuern und die Sensoreinheit über eine Schnittstelle mit einer elektronischen Schaltung oder mit einem Nutzer zu verbinden. Einige Arten integrierter Sensorvorrichtungen wie etwa Drucksensoren und Gassensoren werden einem gasförmigen Medium, zum Beispiel der Atmosphäre in einer Prozesskammer oder einer Umgebungsatmosphäre, ausgesetzt und enthalten sensitive Oberflächen, zum Beispiel Oberflächen mit selektiven Rezeptoren für chemische Verbindungen oder auslenkbaren Membranen.
Die US 2014/0 070 337 A1 beschreibt das Abdecken von Sensoren mittels einer vorprofilierten Kappe, beispielsweise einem Glassubstrat oder einem Halbleitersubstrat, wobei die Kappe auf eine Waferoberfläche gebondet wird, auf der die Sensoren angeordnet sind. In der Kappe können Langkanäle zum Anschluss der Sensoren an die Umgebung ausgebildet sein. Die DE 10 2016 106 263 A1 betrifft das Einhausen von MEMS-Sensoren unter einer Abdeckung, die laterale Lüftungslöcher aufweist. Die Abdeckung kann eine Trägerstruktur und einen Deckel umfassen, die in einer Fertigungssequenz zusammen gebaut und miteinander gekoppelt werden, wobei Trägerstruktur und Deckel aus einem Metall, aus Glas oder aus einem Polymer gebildet werden können. DE 103 53 767 A1 beschreibt das Einhäusen von mikromechanischen Strukturen. Die Häusung des Sensors umfasst einen auf einer Substratoberfläche fußenden Rahmen, der von der Oberfläche vorsteht und die mikromechanische Struktur lateral umgibt, sowie einen Deckel, der ausgehend vom freien Ende des Rahmens die mikromechanische Struktur unter Beabstandung überspannt und dabei eine Öffnung aufweist. Deckel und Rahmen gehen aus demselben Entwicklungsprozess hervor, wobei durch die Öffnung im Deckel unbelichteter Photolack aus dem Innern der Sensorkammer entfernt wird. Die US 2012/0 243 721 A1 beschreibt ein Differentialmikrofon, dessen Membran in einem MEMS-Chip ausgebildet ist. Der MEMS-Chip wertet einen Differentialdruck aus, der dem MEMS-Chip über zwei akustische Kanäle auf der Vorderseite und der Rückseite des MEMS-Chips zugeführt wird. Die US 2011/0 180 924 A1 beschreibt ein Mikrofon mit einem MEMS-Chip, auf dessen Unterseite ein akustischer Kanal angeschlossen ist.
Es besteht ein Bedarf daran, die Zuverlässigkeit integrierter Sensorvorrichtungen zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden Detailbeschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.

1A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung mit einer Rahmenstruktur, die einen Sensorbereich umgibt, und einem kommunizierenden Kanal, der durch zumindest einen eines lateralen Anschlusses und eines Basisanschlusses Zugang zum Sensorbereich hat, gemäß einer Ausführungsform.
1B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 1A entlang Linie B-B.
2A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer Federrille, die einen Basisanschluss für einen kommunizierenden Kanal bildet, und einem lateral geschlossenen rückseitigen Hohlraum.
2B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 2A entlang Linie B-B.
2C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Sensoranordnung, der die Sensorvorrichtung der 2A bis 2B enthält.
2D ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer Federrille, die einen Basisanschluss für einen kommunizierenden Kanal bildet, und einem rückseitigen Hohlraum, der direkt an eine laterale äußere Oberfläche eines Sensorsubstrats grenzt.
2E ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 2D entlang Linie E-E.
2F ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Sensorvorrichtung, der die Sensorvorrichtung von 2E enthält, und eines Trägersubstrats.
3A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit dem im Sensorsubstrat ausgebildeten kommunizierenden Kanal.
3B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 3A entlang Linie B-B.
3C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Sensorvorrichtung, der die Sensorvorrichtung der 3A bis 3B enthält, und einer Trägerstruktur.
3D ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform mit einem Bereich des kommunizierenden Kanals, der von einem schmalen Bereich eines rückseitigen Hohlraums gebildet wird.
4A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene eines kommunizierenden Kanals gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal mit rechtwinkligen Biegungen.
4B ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene des kommunizierenden Kanals gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal mit parallelen engen Bereichen.
4C ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene des kommunizierenden Kanals gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal, der zwei parallele Röhren umfasst.
5A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung mit einer Rahmenstruktur, die einen Sensorbereich, einen Einlassbereich und einen Kanal umgibt, der den Einlassbereich und den Sensorbereich verbindet, gemäß einer Ausführungsform.
5B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 5A entlang Linie B-B.
5C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Sensorvorrichtungsbereichs von 5A entlang Linie C-C.
6A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer integrierten Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die eine Rahmenstruktur, eine Deckelstruktur und eine Formmasse mit einer Formöffnung umfasst.
6B ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht der integrierten Sensorvorrichtung von 6A entlang Linie B-B durch die Rahmenstruktur.
6C ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht der integrierten Sensorvorrichtung von 6A entlang Linie C-C durch die Deckelstruktur.
6D ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht der integrierten Sensorvorrichtung von 6A entlang Linie D-D durch die Formmasse.
7A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.
7B ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht der integrierten Sensorvorrichtung von 7A in der Ebene der Deckelstruktur.
8A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal mit zwei rechtwinkligen Biegungen.
8B ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen mäandernden kommunizierenden Kanal mit vier rechtwinkligen Biegungen.
8C ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform mit einem kommunizierenden Kanal, der zwei parallele Röhren umfasst.
8D ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal mit einem engen Abschnitt.
8E ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen kommunizierenden Kanal mit parallelen engen Bereichen.
8F ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform mit einem kommunizierenden Kanal, der eine Filterbox enthält.
8G ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform mit einem kommunizierenden Kanal mit zwei Sensorboxen.
8H ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer integrierten Sensorvorrichtung in der Ebene der Rahmenstruktur gemäß einer Ausführungsform, betreffend einen Gassensor mit einer Auslassbox.
9A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats, das Sensoreinheiten auf einer vorderen Oberfläche enthält, zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen integrierter Sensorvorrichtungen, nach Ausbilden einer Fotoresistschicht auf einer Vorderseite.
9B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 9A.
10A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 9, nach Ausbilden einer Rahmenstruktur aus der Fotoresistschicht.
10B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 10A.
11A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 10A, nach Aufbringen eines Fotoresistlaminats auf der Rahmenstruktur.
11B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 11A.
12A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 11A, nach Ausbilden einer Deckelstruktur aus dem Fotoresistlaminat.
12B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 12A.
13A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 12A, nach Ausbilden einer Deckelöffnung in der Deckelstruktur.
13B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 13A.
14A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 13A, nach Ausbilden einer Formmasse mit einer Formöffnung in der vertikalen Projektion der Deckelöffnung.
14B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 14A.
15A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen integrierter Sensorvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform, das eine Deckelöffnung unter Verwendung einer Doppelbelichtung einer Fotoresistschicht bildet, nach einer ersten Belichtung der Fotoresistschicht.
15B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 15A.
16A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 15A nach einer zweiten Belichtung der Fotoresistschicht.
16B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 16A.
17A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 16A nach einem Entwickeln der Fotoresistschicht.
17B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 17A.
18A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 17A nach einem Entwickeln eines auf dem Rahmenabschnitt angeordneten Fotoresistlaminats.
18B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 18A.
19A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 18A nach Öffnen einer Einlassbox.
19B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 19A.
20A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 14A nach einem Abschleifen der Formmasse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
20B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 20A.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet werden kann. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und die Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
1A bis 1B veranschaulichen eine Sensorbox 810, die auf einer ersten Oberfläche 110 eines Sensorsubstrats 100 ausgebildet ist, wobei die Sensorbox 810 eine Sensoreinheit 200 umhüllt.
Die Sensoreinheit 200 kann eine beliebige Art von Sensor sein, der einem gasförmigen Medium ausgesetzt wird und eine physikalische Eigenschaft des gasförmigen Mediums bestimmen kann oder zum Bestimmen eines beliebigen Bestandteils des gasförmigen Mediums geeignet ist, wobei zu diesem Zweck eine sensitive Oberfläche der Sensoreinheit 200 dem gasförmigen Medium ausgesetzt wird. Das gasförmige Medium kann beispielsweise die Atmosphäre in einer geschlossenen Kammer oder Umgebungsatmosphäre sein.
Die Sensoreinheit 200 kann zum Beispiel ein MEMS (mikroelektromechanisches System) sein, z.B. ein MEMS-Drucksensor, wobei die sensitive Oberfläche 201 eine auslenkbare Membran ist, die sich über einem hermetisch geschlossenem Hohlraum in der Sensoreinheit 200 spannt, wobei ein Auslenkungsgrad mit dem Umgebungsdruck zusammenhängt und eine Auslenkung der Membran eine Messkapazität verstimmt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Sensoreinheit 200 ein Gassensor mit einer sensitiven Oberfläche 201, die selektive Rezeptorstellen für die Moleküle von Interesse enthält.
Das Sensorsubstrat 100 enthält zumindest elektrisch leitfähige Verbindungsleitungen, die elektrische Anschlüsse der Sensoreinheit 200 mit Kontaktpads verbinden, die z.B. für Drahtverbindungen bzw. -Bonds zugänglich sind. Ein Zwischenschicht-Dielektrikum trennt die Verbindungsleitungen voneinander und von weiteren leitfähigen Strukturen in dem Sensorsubstrat 100. Das Sensorsubstrat 100 kann einen Halbleiterbereich umfassen, der integrierte Schaltungen enthält, um die Sensoreinheit 200 über Schnittstellen mit anderen elektronischen Vorrichtungen zu verbinden, um Bereiche der Sensoreinheit 200 mit einer Versorgungsspannung zu versorgen, und/oder Messverstärkern und Impedanzwandlern. Beispielsweise kann der Halbleiterbereich eine Ausleseschaltung enthalten, um über eine Schnittstelle eine durch eine Auslenkung einer auslenkbaren Membran eines Drucksensors induzierte Kapazitätsänderung in ein elektrisches Signal zu koppeln, das an andere elektronische Schaltungen abgegeben wird.
Die Sensoreinheit 200 kann sich direkt auf der obersten Passivierungsschicht befinden, die Verbindungsleitungen zwischen der Sensoreinheit 200, elektronischen Schaltungen im Sensorsubstrat 100 und Kontaktpads auf der ersten Oberfläche 101 bedeckt.
Eine Normale zur ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zur ersten Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen.
Direkt auf der ersten Oberfläche 101 bildet eine Rahmenstruktur 300 einen geschlossenen Rahmen mit einem ersten Schleifenbereich 310, der einen ersten Bereich 110 auf der ersten Oberfläche 101 umgibt. Der erste Bereich 110 bildet einen Sensorbereich, der die Sensoreinheit 200 enthält. Die Rahmenstruktur 300 kann gerade Linienabschnitte 355 umfassen, die wie in 1A veranschaulicht eine einheitliche Breite aufweisen können, wobei ein horizontaler Querschnitt des ersten Bereichs 110 ein Polygon, z.B. ein Rechteck, sein kann. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Breite von Linienabschnitten der Rahmenstruktur 300 variieren, oder die Rahmenstruktur 300 kann mehrere oder alle Bereiche der ersten Oberfläche 101 außerhalb des ersten Bereichs 110 bedecken.
Eine Deckelstruktur 400 bedeckt die Rahmenstruktur 300. Die Deckelstruktur 400 bedeckt den ersten Bereich 110 mit der Sensoreinheit 200 vollständig, so dass der erste Schleifenbereich 310 der Rahmenstruktur 300 und die Deckelstruktur 400 eine Sensorbox 810 mit nur einem oder mehreren lateralen Anschlüssen 811 oder einem Basisanschluss 812 bilden, der sich in den kommunizierenden Kanal 150 öffnet, der mehrere parallele Röhren umfassen kann. Die Deckelstruktur 400 ist von der sensitiven Oberfläche 201 der Sensoreinheit 200 vertikal beabstandet. Eine vertikale Ausdehnung v1 der Rahmenstruktur 300 liegt in einem Bereich von 10 µm bis 150 µm, z.B. in einem Bereich von 20 µm bis 100 µm. Eine vertikale Ausdehnung v2 der Deckelstruktur 400 kann in einem Bereich von 20 µm bis 150 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 30 µm bis 100 µm, liegen.
Ein kommunizierender Kanal 150 schafft eine Verbindung des ersten Bereichs 110 mit der Umgebung oder ist Teil einer solchen und hat durch zumindest einen eines lateralen Anschlusses 811 in der Rahmenstruktur 300 oder eines Basisanschlusses 812, der in dem Sensorsubstrat 100 ausgebildet ist, Zugang zum ersten Bereich 110. Da die vertikalen Ausdehnungen v1, v2 der Rahmenstruktur 300 und der Deckelstruktur 400 vergleichsweise klein sind, ist die gesamte Montagehöhe der Sensorvorrichtung 900 verhältnismäßig flach. Verglichen mit einem Gasstrom zu der Sensoreinheit 200 durch eine mechanische Abschirmung oder ein Gitter, die oder das über der Sensoreinheit 200 beispielsweise durch einen Waferbonding-Prozess oder durch einen angepassten Packaging-Prozess montiert ist, hat der Zugang zum Sensorbereich entweder durch den lateralen Anschluss 811 oder durch den Basisanschluss 812 eine nur moderate Erhöhung einer Vorrichtungshöhe und eine nur moderate Zunahme einer Prozesskomplexität zur Folge, da die Rahmenstruktur 300 und die Deckelstruktur 400 durch kostengünstige Prozesse auf Waferebene geschaffen werden können.
2A bis 2F beziehen sich auf einen Zugang zur Sensorbox 810 durch das Sensorsubstrat 100, wobei die in 2A bis 2C veranschaulichte Sensorvorrichtung 900 einen Zugang zur Sensorbox 810 von der Rückseite eines Sensorsubstrats 100 aus enthält und die in 2D bis 2F veranschaulichte Sensorvorrichtung 900 einen Zugang zur Sensorbox 810 durch eine äußere laterale Oberfläche 103 des Sensorsubstrats 100 enthält. Die Ansätze können mit einer Montage der Sensoreinheit 200 auf einer aufgehängten Masse 160, die durch Federbalken 108 mit dem Sensorsubstrat 100 mechanisch verbunden ist, kombiniert werden.
2A und 2B zeigen einen rückseitigen Hohlraum 106, der sich von einer zweiten Oberfläche 102, die der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegt, in das Sensorsubstrat 100 erstreckt. Der rückseitige Hohlraum 106 ist in den lateralen Richtungen geschlossen. Außerdem erstrecken sich enge, streifenförmige Federrillen 107 von der ersten Oberfläche 101 zum rückseitigen Hohlraum 106. Zwei benachbarte Federrillen 107, die annähernd parallel zueinander in Abschnitten verlaufen, definieren dazwischen einen Federbalken 108, wobei ein Ende des Federbalkens 108 mit der aufgehängten Masse 160 verbunden ist und das entgegengesetzte Ende mit dem Sensorsubstrat 100 verbunden ist.
Wie in 2A veranschaulicht ist, entkoppeln Federbalken 108 auf jeder Seite der aufgehängten Masse 160 die Sensoreinheit 200, welche an einer Oberfläche der aufgehängten Masse 160 fest angebracht ist, mechanisch von dem Sensorsubstrat 100.
Der kommunizierende Kanal 150 umfasst einen rückseitigen Hohlraum 106 und die Federrillen 107 und leitet Gas oder Luft aus der Umgebung in die Sensorbox 810.
Eine Breite der Federrillen 107 kann in einem Bereich von 3 µm bis 30 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 5 µm bis 15 µm, liegen. Eine vertikale Ausdehnung der Federrillen 107 zwischen dem rückseitigen Hohlraum 106 und der ersten Oberfläche 101 kann in einem Bereich von 10 µm bis 200 µm, zum Beispiel von 50 µm bis 150 µm, liegen. Die engen Federrillen 107 schützen die Sensoreinheit 200 gegen kritische Partikel. Verglichen mit einem Sensorpartikelschutz, der eine mechanische Abschirmung oder ein Gitter enthält, die oder das über der Sensoreinheit 200 montiert ist, kommt die Sensorvorrichtung 900 ohne eine signifikante Erhöhung der gesamten Vorrichtungshöhe aus.
2C zeigt eine Sensoranordnung 990, die die Sensorvorrichtung 900 der 2A und 2B enthält. Die Sensorvorrichtung 900 enthält einen Die-Bereich 910, der das Sensorsubstrat 100 sowie die Sensorbox 810 umfasst. Der Die-Bereich 910 kann auf einer Trägerstruktur 920 montiert sein, welche einen oder mehrere Zuleitungsdrähte enthalten kann, die an auf der ersten Oberfläche 101 ausgebildete Kontaktpads gebondet sind. Eine erste Oberfläche 921 der Trägerstruktur 920 ist an der zweiten Oberfläche 102 des Sensorsubstrats 100 angebracht. Die Trägerstruktur 920 enthält eine Öffnung 929, die sich durch die Trägerstruktur 920 erstreckt und die den rückseitigen Hohlraum 106 freilegt. Die Öffnung 929 in der Trägerstruktur 920 verbindet den kommunizierenden Kanal 150 mit der Umgebung.
Beispielsweise kann, wie in der Sensoranordnung 990 von 2C veranschaulicht ist, die Sensorvorrichtung 900 auf einer Leiterplatte 960 montiert sein, wobei eine Leiterplattenöffnung 969 den rückseitigen Hohlraum 106 der Sensorvorrichtung 900 freilegt. Eine Adhäsions- oder Lötschicht 930 kann eine Montageoberfläche 961 der Leiterplatte 960 mechanisch und optional elektrisch mit einer Montagefläche 922 der Trägerstruktur 920 verbinden.
In der Sensorvorrichtung 900 der 2D bis 2F grenzt der rückseitige Hohlraum 106 direkt an eine äußere laterale Oberfläche 103 des Sensorsubstrats 100, wobei die äußere laterale Oberfläche 103 geneigt, z.B. orthogonal zur ersten Oberfläche 101, ist und die erste Oberfläche 101 mit der zweiten Oberfläche verbindet. Luft oder Gas erlangt durch einen lateralen Pfad in dem Sensorsubstrat 100 Zugang zur Sensorbox 810.
2D zeigt einen horizontalen Querschnitt einer kompletten Sensorvorrichtung 900, welche eine Sensorbox 810 und Kontaktpads 190 an einer Vorderseite umfasst.
Die Sensorvorrichtung 900 der 2D und 2E weicht von der in 2A bis 2B veranschaulichten insofern ab, als der rückseitige Hohlraum 106 einen oder mehrere enge Bereiche enthält, die einen Substratgraben 250 bilden, der sich von einem weiten Bereich, welcher die Federrillen 107 freilegt, zu der äußeren lateralen Oberfläche 103 auf einer oder mehreren lateralen Seiten des Sensorsubstrats 100 erstreckt. Der kommunizierende Kanal 150 umfasst die Federrillen 107 und den rückseitigen Hohlraum 106 mit dem Substratgraben 250, dessen vertikale Ausdehnung die gleiche wie für den rückseitigen Hohlraum 106 ist. Eine Breite des Substratgrabens 250 kann derjenigen der Federrillen 107 entsprechen. Der Substratgraben 250 kann aus einem geraden Bereich bestehen, wie in 2D veranschaulicht ist, oder kann eine, zwei oder mehrere Biegungen und Zweige wie im Folgenden beschrieben umfassen.
Wie in 2F veranschaulicht ist, kann eine Sensoranordnung 990 die Sensorvorrichtung 900 enthalten, die auf einer Trägerstruktur 920 montiert ist, die den rückseitigen Hohlraum 106 sowie den Substratgraben 250 auf der Rückseite der Sensorvorrichtung 900 bedeckt. Gas kann durch eine Öffnung in der Trägerstruktur 920 außerhalb einer vertikalen Projektion des Sensorsubstrats 100 oder durch Öffnungen in einem Metalldeckel 940 strömen, der auf der Trägerstruktur 920 montiert ist und die Sensorvorrichtung 900 umschließt.
Die Sensorvorrichtung 900 von 3A und 3B kombiniert einen kommunizierenden Kanal 150 unter Ausnutzung der Federrillen 107 mit einer Einlassbox 820, die auf der ersten Oberfläche 101 eines Sensorsubstrats 100 der Sensorbox 810 benachbart ausgebildet ist.
Die Rahmenstruktur 300 enthält einen zweiten Schleifenbereich 320, der einen zweiten Bereich 120 der ersten Oberfläche 101 umgibt. Der zweite Bereich 120 bildet einen Einlassbereich. Die Deckelstruktur 400 kann den zweiten Schleifenbereich 320 mit dem zweiten Bereich 120 teilweise bedecken. Eine Deckelöffnung 490 in der Deckelstruktur 400 öffnet zumindest teilweise die Einlassbox 820. Eine Formmasse 500 kann die Einlassbox 820 und die Sensorbox 810 auf der ersten Oberfläche 101 vertikal einbetten. Eine Formöffnung 590 kann die Deckelöffnung 490 freilegen. Alternativ dazu kann die Formmasse 500 vertieft bzw. reduziert werden, und eine finale obere Oberfläche 511 der reduzierten Formmasse kann mit einer oberen Oberfläche 402 der Deckelstruktur 400 koplanar sein.
Ein rückseitiger Hohlraum 106 kann sich von der vertikalen Projektion der Sensorbox 810 zur vertikalen Projektion der Einlassbox 820 erstrecken. Eine oder mehrere Verbindungsrillen 127, welche einen Basisanschluss 822 für die Sensorbox 810 bilden und welche die gleiche vertikale Ausdehnung und die gleiche Breite wie die Federrillen 107 aufweisen können, verbinden den rückseitigen Hohlraum 106 mit dem zweiten Bereich 120. Ein kommunizierender Kanal 150, welcher den rückseitigen Hohlraum 106, die Federrillen 107 und die Verbindungsrillen 127 umfasst, verbindet den ersten Bereich 110 und den zweiten Bereich 120 und führt Luft oder Gas von der Umgebung zum ersten Bereich 110. Wie in der Ausführungsform der 2A bis 2C nimmt der rückseitige Hohlraum 106 teil am Leiten von Gas oder Luft von der Umgebung zur Sensorbox 810.
In 3C enthält die Sensorvorrichtung 900 eine Trägerstruktur 920, die auf der zweiten Oberfläche 102 des Sensorsubstrats 100 montiert ist und den rückseitigen Hohlraum 106 auf der Rückseite schließt.
In 3D umfasst der rückseitige Hohlraum 106 einen engen Bereich, der einen Substratgraben 250 bildet, welcher die gleiche vertikale Ausdehnung wie der rückseitige Hohlraum 106 aufweisen kann. Der Substratgraben 250 kann eine Breite in der Größenordnung der Federrillen 107 haben und sich von der vertikalen Projektion der Sensorbox 810 zu den Verbindungsrillen 127 erstrecken.
4A bis 4D beziehen sich auf verschiedene Konfigurationen von kommunizierenden Kanälen 150, die Substratgräben 250 in dem Sensorsubstrat 100 einschließen.
In 4A umfasst der Bereich des kommunizierenden Kanals 150, der den Substratgraben 250 einschließt, vier rechtwinklige Biegungen 159 und fünf orthogonale gerade Linienabschnitte 155, wobei der Substratgraben 250 sich in einen weiten Bereich des rückseitigen Hohlraums in der vertikalen Projektion der Sensorbox 810 öffnet und die Federrillen 107 freilegt. Der Substratgraben 250 kann die gleiche Breite entlang seiner gesamten horizontalen longitudinalen Ausdehnung zwischen dem weiten Bereich des rückseitigen Hohlraums 106 und der Verbindungsrille 127 aufweisen, die den Substratgraben 250 mit dem zweiten Bereich 120 der Einlassbox 820 verbindet.
In der Ausführungsform von 4B umfasst der Substratgraben 250 des kommunizierenden Kanals 150 drei enge Röhren 158, die sich in eine Verbindungsrille 127 öffnen und mit einer weiten Röhre 157 verbunden sind, die sich in einen weiten Bereich des rückseitigen Hohlraums 106 öffnet.
Die Sensorvorrichtung 900 von 4C enthält einen kommunizierenden Kanal 150 mit einer ersten Röhre 151, die sich von einer ersten Verbindungsrille 127, welche sich in die Einlassbox 820 öffnet, zu einem weiten Bereich des rückseitigen Hohlraums 106 in der vertikalen Projektion der Sensorbox 810 erstreckt, und einer zweiten Röhre 152, die sich von einer zweiten Verbindungsrille 127, die sich in die Einlassbox 820 öffnet, zu dem weiten Bereich des rückseitigen Hohlraums 106 in der vertikalen Projektion der Sensorbox 810 erstreckt. Die erste Röhre 151 und die zweite Röhre 152 bilden einen Teil des kommunizierenden Kanals 150. Mit zunehmender Anzahl paralleler Röhren nimmt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der kommunizierende Kanal 150 verstopft wird, ab.
5A bis 5C veranschaulichen eine laterale Anordnung einer Sensorbox 810, einer Einlassbox 820 und einer Rohrleitung 850 Seite an Seite auf einer ersten Oberfläche 101 eines Sensorsubstrats 100. Die Sensorbox 810 umhüllt eine Sensoreinheit 200. Die Einlassbox 820 sieht eine Öffnung zur Umgebung vor. Die Rohrleitung 850 leitet ein gasförmiges Medium von der Einlassbox 820 zur Sensoreinheit 200 in der Sensorbox 810.
Was die Einlassbox 820 und die Sensorbox 810 anbetrifft, wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Ein Verbindungsbereich 350 ergänzt den ersten Schleifenbereich 310 und den zweiten Schleifenbereich 320 zu einem kompletten Rahmen und bildet einen kommunizierenden Kanal 150, der den ersten Bereich 110 durch einen lateralen Anschluss 811 im ersten Schleifenbereich 310 durch einen lateralen Anschluss 821 in dem zweiten Schleifenbereich 320 mit dem zweiten Bereich 120 verbindet.
Die Deckelstruktur 400 bedeckt ferner vollständig den Verbindungsbereich 350 mit dem kommunizierenden Kanal 150, so dass die Deckelstruktur 400 und der Verbindungsbereich 350 eine Rohrleitung 850 bilden, die die Sensorbox 810 mit einer Einlassbox 820 verbindet, die durch den zweiten Schleifenbereich 320 gebildet wird, der durch die Deckelstruktur 400 teilweise bedeckt ist. Die ersten und zweiten Schleifenbereiche 310, 320 können aus geraden Linienabschnitten 355 gebildet sein. Horizontale Querschnitte der ersten und zweiten Bereiche 110, 120 können Polygone, z.B. Rechtecke, sein.
Die kommunizierende Kanal 150 kann eine einheitliche erste Breite w1 aufweisen oder kann zumindest einen schmalen Abschnitt mit der ersten Breite w1 in einem Bereich von 3 µm bis 100 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 5 µm bis 10 µm, aufweisen. Eine Linienbreite w2 der Linienabschnitte 355 kann in einem Bereich von 20 µm bis 100 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 30 µm bis 60 µm, liegen.
Die laterale Anordnung der Einlassbox 820 bezüglich der Sensorbox 810 vermeidet, das Partikel, die in dem gasförmigen Medium enthalten sind, dem die Sensoreinheit 200 ausgesetzt wird, mit der sensitiven Oberfläche 201 in Kontakt gelangen. Außerdem sperrt der enge kommunizierende Kanal 150 den Zugang von Partikeln kritischer Abmessungen zur Sensorbox.
Da die Deckelstruktur 400 mit einer vergleichsweise kleinen vertikalen Ausdehnung v2 gebildet werden kann, kommt ein Schutz der Sensoreinheit 200 gegen kritische Partikel ohne eine signifikante Erhöhung der gesamten Vorrichtungsdicke aus, wie es der Fall ist, falls ein Sensorpartikelschutz eine mechanische Abschirmung oder ein Gitter vorsieht, die oder das über der Sensoreinheit durch einen Waferbonding-Prozess oder durch einen angepassten Packaging-Prozess montiert wird, was Vorrichtungskosten und Komplexität des Packaging-Prozesses weiter signifikant erhöht. Im Gegensatz dazu erreicht die laterale Entkopplung der Einlassbox 820 und Sensorbox 810 einen zuverlässigen Partikelschutz bei nur moderater Erhöhung einer Vorrichtungshöhe und nur moderater Zunahme einer Prozesskomplexität, da die Rahmenstruktur 300 und die Deckelstruktur 400 durch eine kostengünstige Bearbeitung auf Waferebene gebildet werden können.
5A bis 5C können die Einlassbox 820, Rohrleitung 850 und Sensorbox 810 veranschaulichen, die in einem einer Vielzahl von Vorrichtungsgebieten auf einem Halbleiterwafer vor einem Zerteilen des Wafers in eine Vielzahl identischer Sensor-Dies ausgebildet werden. 5A bis 5C können sich ferner auf einzelne Sensor-Dies nach einem Zerteilen und vor einem Packaging beziehen und können auch eine komplettierte Sensorvorrichtung 900 veranschaulichen, wobei eine Veranschaulichung weiterer Komponenten wie etwa Kontaktpads, Bonddrähte und Formmasse zu Veranschaulichungszwecken weggelassen ist.
6A bis 6D beziehen sich auf eine fertige Sensorvorrichtung 900 nach einem Packaging.
Das Sensorsubstrat 100 kann eine Halbleiterschicht 104 aus einem kristallinen Halbleitermaterial wie etwa Silizium (Si), Germanium (Ge), Siliziumgermanium (SiGe), Siliziumcarbid (SiC) oder einem beliebigen A_IIIB_V-Halbleiter enthalten. In der Halbleiterschicht 104 sind elektronische Komponenten 105 ausgebildet, zum Beispiel eine Ausleseschaltung zum Verstärken eines elektrischen Signals, das von einer Sensoreinheit 200 erzeugt wird und Information über ein gasförmiges Medium enthält, dem eine sensitive Oberfläche 201 des Sensoreinheit 200 ausgesetzt ist.
Das Sensorsubstrat 100 enthält ferner eine äußerste Passivierungsschicht 109 aus einem oder mehreren dielektrischen Materialen. Die äußerste Passivierungsschicht 109 kann eine einheitliche Schicht sein oder kann ein Schichtstapel aus verschiedenen Materialien wie thermisch gewachsenem Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, abgeschiedenem Siliziumoxid, zum Beispiel unter Verwendung von TEOS (Tetraethylorthosilikat) als Precursor-Material gebildetem Siliziumoxid, undotiertem Silikatglas oder einem dotierten Silikatglas wie etwa BSG (Boronsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas), BPSG (Borphosphorsilikatglas), FSG (Fluorsilikatglas) oder einem Spinon-Glas sein. Ein horizontaler Querschnitt des Sensorsubstrats 100 kann ein Rechteck mit einer Fläche in einem Bereich von 0,5 mm² bis 2 cm², z.B. in einem Bereich vom 1 mm² bis 1 cm², sein.
Auf der äußersten Passivierungsschicht 109 enthält ein erster Bereich eine Sensoreinheit 200, welche ein Drucksensor oder ein Gassensor sein kann. Die Sensoreinheit 200 ist mit den elektronischen Elementen 105 in der Halbleiterschicht 104 elektrisch verbunden. Kontaktpads 190, direkt auf der äußersten Passivierungsschicht 109 oder lateral eingebettet in der äußersten Passivierungsschicht 109, sind mit der Sensoreinheit 200 und/oder mit den elektronischen Elementen 105 in der Halbleiterschicht 104 elektrisch verbunden. Bonddrähte 196 verbinden die Kontaktpads 190 elektrisch mit leitfähigen Zuleitungen eines Packaging der Sensorvorrichtung 900.
Eine reflektierende Struktur 195 in einem zweiten Bereich, der vom ersten Bereich lateral beabstandet ist, kann aus dem gleichen Material wie die Kontaktpads 190 oder aus einem anderen Material sein. Die reflektierende Struktur 195 ist aus einem Material, das zum Reflektieren von Laserstrahlen mit einem hohen Reflexionsvermögen geeignet ist.
Eine Rahmenstruktur 300 und eine Deckelstruktur 400, wie oben beschrieben, bilden eine Sensorbox 810, die den ersten Bereich mit der Sensoreinheit 200 umhüllt, eine Einlassbox 820, die den zweiten Bereich mit der reflektierenden Struktur 195 umhüllt, und eine Rohrleitung 850 mit einem kommunizierenden Kanal 150. Die Einlassbox 820 hat eine Deckelöffnung 490 in der Deckelstruktur 400. Die Deckelöffnung 490 ermöglicht, dass Gas in die Einlassbox 820 eintritt, und der kommunizierende Kanal 150 leitet das Gas zur Sensorbox 810.
Eine Formmasse 500 aus zum Beispiel einem Harz bettet die Bonddrähte 196, die Rohrleitung 850 und die Sensorbox 810 lateral und vertikal ein. In der vertikalen Projektion der Einlassbox 820 legt eine Formöffnung 590 die Deckelöffnung 490 frei.
6B ist ein horizontaler Querschnitt durch die Rahmenstruktur 300, die einen Verbindungsbereich 350 mit zwei rechtwinkligen Biegungen 359 und drei Paaren paralleler Linienabschnitte 355 umfasst. Die Einlassbox 820 kann in einer ausreichenden Distanz zu einer äußeren lateralen Oberfläche 103 des Sensorsubstrats 100 und außerhalb einer vertikalen Projektion der Kontaktpads 190 ausgebildet sein. Beispielsweise beträgt eine minimale Distanz d2 zwischen der nächsten äußeren lateralen Oberfläche 103 und dem zweiten Schleifenbereich 320 der Rahmenstruktur 300 zumindest 50 µm. Eine minimale Distanz d1 zwischen der nächsten äußeren lateralen Oberfläche 103 und dem ersten Schleifenbereich 310 und eine minimale Distanz d5 zwischen der nächsten äußeren lateralen Oberfläche 103 und dem Verbindungsbereich 350 kann zumindest 15 µm betragen.
6C zeigt einen horizontalen Querschnitt in der Ebene der Deckelstruktur 400. Die Deckelöffnung 490 legt den zweiten Bereich 120 frei, der von dem zweiten Schleifenbereich 320 der Rahmenstruktur 300 in der vertikalen Projektion der reflektierenden Struktur 195 umschlossen ist. Ein horizontaler Querschnitt der Deckelöffnung 490 kann ein unregelmäßiges oder regelmäßiges Polygon mit oder ohne gerundete oder angeschrägte Ränder, zum Beispiel ein Rechteck oder eine Ellipse, ein Oval oder ein Kreis sein. Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt eine kreisförmige Deckelöffnung 490 mit einem Durchmesser von zumindest 50 µm und höchstens 500 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 100 µm bis 200 µm.
Gemäß 6D kann eine Formöffnung 590, die die Deckelöffnung 490 freilegt, die gleiche horizontale Querschnittsform und einen größeren minimalen Durchmesser als die Deckelöffnung 490 aufweisen.
7A bis 7B zeigen eine weitere Ausführungsform einer Sensorvorrichtung 900. Die Sensoreinheit 200 ist ein Drucksensor mit acht aufgehängten Membranen 202, die parallel zueinander angeordnet sind. Die aufgehängten Membranen 202 überspannen einen oder mehrere hermetisch geschlossene Hohlräume mit einem definierten Luftdruck. Eine vertikale Auslenkung der aufgehängten Membranen 202 ist proportional dem Umgebungsdruck. Die aufgehängten Membranen 202 können eine metallische Komponente enthalten, die eine Elektrode eines Sensorkondensators bildet. Eine Ausleseschaltung, welche in dem Sensorsubstrat 100 integriert sein kann, transformiert die Änderung der Kapazität des Sensorkondensators in ein Messsignal.
Der Verbindungsbereich 350 der Rahmenstruktur 300 umfasst vier rechtwinklige Biegungen 359 und fünf Paare paralleler Linienabschnitte 355.
7B zeigt eine kreisförmige Deckelöffnung 490 in der Deckelstruktur 400. Die kreisförmige Deckelöffnung 490 kann gebildet werden, indem ein Laserstrahl auf die Deckelstruktur 400 gestrahlt wird. Der Laserstrahl kann ein UV-(Ultraviolett)Laser oder ein Kohlendioxidlaser sein.
8A bis 8G beziehen sich auf verschiedene Konfigurationen des Verbindungsbereichs 350 der Rahmenstruktur 300 und des kommunizierenden Kanals 150.
In 8A öffnet sich der kommunizierende Kanal 150 in den ersten Bereich 110 und in den zweiten Bereich 120 auf eine Weise, in der äußere Seitenwände von Linienabschnitten 355 des Verbindungsbereichs 350 und der ersten und zweiten Schleifenbereiche 310, 320 fluchten und in einer vertikalen Ebene liegen. Drei Paare von Linienabschnitten 355 bilden zwei rechtwinklige Biegungen 359. Der kommunizierende Kanal 150 hat die gleiche Querschnittsfläche entlang der gesamten Ausdehnung des kommunizierenden Kanals 150 von einem Anschluss, der sich in die Sensorbox öffnet, die den ersten Bereich 110 umhüllt, zu einem Anschluss, der sich in die Einlassbox öffnet, die den zweiten Bereich 120 umhüllt.
In 8B enthält die Sensorvorrichtung 900 einen Verbindungsbereich 350 mit vier rechtwinkligen Biegungen 359 und fünf Paaren paralleler Linienabschnitte 355, die eine mäandernde Schleife zwischen dem ersten Schleifenbereich 310 und dem zweiten Schleifenbereich 320 bilden.
In den vorherigen Beispielen besteht der kommunizierende Kanal 150 aus einer einzigen Röhre. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der kommunizierende Kanal 150 zwei, drei oder mehr Röhren umfassen, die das gasförmige Medium zumindest in Abschnitten in parallelen Zweigen zwischen der Einlassbox und der Sensorbox leiten.
Als eine vereinfachte Ausführungsform für einen Verbindungsbereich 350 mit mehr als einer Röhre zeigt 8C einen Verbindungsbereich 350 mit einem ersten Zweig 351, der eine erste Röhre 151 umhüllt, die sich von einem Anschluss, der sich in die Einlassbox öffnet, zu einem Anschluss erstreckt, der sich in die Sensorbox öffnet, und einem zweiten Zweig 352, der eine zweite Röhre 152 umhüllt, die sich von einem anderen Anschluss, der sich in die Einlassbox öffnet, zu einem anderen Anschluss erstreckt, der sich in die Sensorbox öffnet. Die erste Röhre 151 und die zweite Röhre 152 bilden den kommunizierenden Kanal 150. Mit zunehmender Anzahl paralleler Zweige nimmt die Wahrscheinlichkeit dafür ab, dass der kommunizierende Kanal 150 verstopft wird und dass sich anhäufende Partikel ein gasförmiges Medium an einem Passieren des kommunizierenden Kanals 150 hindern.
In den vorhergehenden Ausführungsformen ist eine vertikale Querschnittsfläche des kommunizierenden Kanals 150 über die gesamte Länge von der Einlassbox zur Sensorbox einheitlich.
8D zeigt einen Verbindungsbereich 350 mit weiten Abschnitten 357, die weite Röhren 157 bilden, und einem engen Abschnitt 358, der eine enge Röhre 158 bildet. Die Querschnittsfläche der engen Röhre 158 kann in einem Bereich von z.B. etwa 3 µm x 10 µm bis 6 µm x 20 µm liegen, und die Querschnittsfläche der weiten Röhren 157 kann eine zumindest zweifache, fünffache oder zumindest zehnfache Querschnittsfläche der engen Röhre 158 sein, so dass unerwünschte Abweichungen der lateralen Ausdehnung des Verbindungsbereichs 350 von der Rahmenstruktur 300 die Zuverlässigkeit der Vorrichtung nicht nachteilig beeinflussen.
Das Konzept weiter und enger Röhren von 8D kann mit dem Konzept redundanter Zweige von 8C so kombiniert werden, dass der Verbindungsbereich 350 eine Art laterales Gitter bildet.
In 8E verbinden drei parallele enge erste, zweite und dritte Zweige 351, 352, 353 zwei weite Abschnitte 357, wobei eine erste weite Röhre 157 eine enge erste Röhre 151, eine enge zweite Röhre 152 und eine enge dritte Röhre 153 mit der Sensorbox verbindet und eine zweite weite Röhre 157 die ersten, zweiten und dritten Röhren 151, 152, 153 mit der Einlassbox verbindet. Der kommunizierende Kanal 150 teilt sich teilweise in drei parallele, enge erste, zweite und dritte Röhren 151, 152, 153 auf.
In 8F umfasst der Verbindungsbereich 350 einen dritten Schleifenbereich 356, der einen Filterbereich 156 umgibt. In dem Filterbereich 156 können vertikale Säulen des Materials der Rahmenstruktur 300 ein laterales Gitter 354 bilden. Weite Abschnitte 357 können den dritten Schleifenbereich 356, der eine Filterbox definiert, mit der Sensorbox und der Einlassbox verbinden.
Der Verbindungsbereich 350 kann einen kommunizierenden Kanal 150 umfassen, der eine einzige Einlassbox mit einer einzigen Sensorbox verbindet. Gemäß anderen Ausführungsformen leitet der kommunizierende Kanal 150 Gas von einer einzigen Einlassbox zu zwei oder mehr Sensorboxen, von zwei oder mehr Einlassboxen zu einer einzigen Sensorbox oder von zwei oder mehr Einlassboxen zu zwei oder mehr Sensorboxen.
In 8G umfasst der erste Schleifenbereich 310 zwei getrennte Teilbereiche 310a, 310b, und der kommunizierende Kanal 150 verbindet einen zweiten Schleifenbereich 320 mit beiden Teilbereichen 310a, 310b des ersten Schleifenbereichs 310. Die ersten und zweiten Teilbereiche 310a, 310b können Sensoreinheiten 200 unterschiedlicher Empfindlichkeit umgeben.
8H zeigt eine Rahmenstruktur 300 einer Sensorvorrichtung 900, deren Sensoreinheit 200 ein Gassensor mit einer sensitiven Oberfläche 201 ist, die Rezeptorstellen für eine oder mehrere Arten von Molekülen enthält. Ein dritter Schleifenbereich 330 der Rahmenstruktur 300 umgibt einen dritten Bereich 130, der als Auslassbereich wirksam ist. Der dritte Schleifenbereich 330 ist Teil einer Auslassbox 830, die eine weitere Öffnung zur Umgebung vorsieht. Gas tritt durch eine Öffnung in einer Deckelstruktur 400, die den zweiten Bereich 120 teilweise bedeckt, in die Rahmenstruktur 300 ein, passiert einen ersten Abschnitt 350a eines Verbindungsbereichs 350 mit einem ersten Abschnitt 150a eines kommunizierenden Kanals 150 und erreicht die Sensorbox 810. Das Gas verlässt die Sensorbox 810 durch einen zweiten Abschnitt 350b des Verbindungsbereichs 350 mit einem zweiten Abschnitt 150b des kommunizierenden Kanals 150 und kann die Rahmenstruktur 300 durch eine weitere Öffnung in der Deckelstruktur 400, die die Auslassbox 830 teilweise bedeckt, verlassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Einlassbox 820 oder Auslassbox 830 durch einen Zugang oder Ausgang durch das Sensorsubstrat 100, wie mit Verweis auf 2A bis 4C beschrieben wurde, ersetzt werden.
Die Sensorbox 810, die Einlassbox 820 und die Rohrleitung 850 der vorherigen Figuren können aus verschiedenen Materialen auf verschiedene Weisen, z.B. durch 3D-Druck, geschaffen werden.
9A bis 14B beziehen sich auf ein Verfahren zum Ausbilden der Sensorbox 810, der Rohrleitung 850 und der Einlassbox 820 der vorherigen Figuren aus einem fotoresistiven Material.
9A und 9B zeigen ein Halbleitersubstrat 700, das eine Halbleiterschicht 704 aus einem kristallinen Halbleitermaterial, zum Beispiel Si, Ge, SiGe, SiC, oder einem A_IIIB_V-Halbleiter enthält. Das Halbleitersubstrat 700 kann ein Siliziumwafer sein, dessen planare vordere Oberfläche 701 von einer obersten Passivierungsschicht 709 gebildet werden kann.
Form, Abmessungen und Material des Halbleitersubstrats 700 sind mit Fertigungslinien für siliziumbasierte Halbleitervorrichtungen kompatibel. Beispielsweise ist das Halbleitersubstrat 700 ein Wafer mit einer annähernd zylindrischen Form, wobei ein Durchmesser des Wafers zumindest 150 mm, z.B. 200 mm („8 Zoll“), 300 mm („12 Zoll“) oder 450 mm („18 Zoll“) beträgt. Eine Dicke des Halbleitersubstrats 700 kann beispielsweise zwischen 100 µm und mehreren Millimetern, z.B. in einem Bereich von 200 µm bis 1 mm, liegen. Eine Normale zur vorderen Oberfläche 701 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zur vorderen Oberfläche 701 sind horizontale Richtungen. In der Halbleiterschicht 704 sind zumindest Verbindungsleitungen ausgebildet, die durch die vordere Oberfläche 701 zugänglich sind. Gemäß einer Ausführungsform sind in der Halbleiterschicht 704 elektronische Elemente elektronischer Schaltungen wie etwa Ausleseschaltungen und Schnittstellenschaltungen ausgebildet.
Auf der Vorderseite 701 wird eine Sensoreinheit 200 durch typische BEOL-Prozesse in einem ersten Bereich gebildet, wobei leitfähige Strukturen in der Sensoreinheit 200 wie Kondensatorelektroden mit den Verbindungsleitungen in der Halbleiterschicht 704 elektrisch verbunden werden. Eine reflektierende Struktur 195 kann durch BEOL-Prozesse in einem zweiten Bereich auf der vorderen Oberfläche 701 Seite an Seite mit und beabstandet von der Sensoreinheit 200, z.B. gleichzeitig mit Kontaktpads, gebildet werden.
Eine Flüssigkeit, die ein erstes Fotoresistmaterial und ein Lösungsmittel enthält, wird auf die vordere Oberfläche 701 aufgeschleudert, so dass die Flüssigkeit die Sensoreinheit 200 und die reflektierende Struktur 195 bedeckt. Nach Aufbringen der das erste Fotoresistmaterial enthaltenden Flüssigkeit verdampft ein Soft-Bake-Schritt einen Teil des Lösungsmittels, um das Fotoresistmaterial vor einem Belichtungsschritt zu stabilisieren. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Resistlaminat auf die vordere Oberfläche 701 aufgebracht werden.
9A und 9B zeigen eine Fotoresistschicht 730 mit einer einheitlichen Höhe, die aus dem getrockneten Fotoresistmaterial oder aus dem angebrachten Resistlaminat geschaffen ist. Die Fotoresistschicht 730 bedeckt die vordere Oberfläche 701 und bettet die Sensoreinheit 200 und die reflektierende Struktur 195 vollständig ein. Das erste Fotoresistmaterial kann ein Negativ-Resist sein, das lösliche licht- und/oder energiesensitive Polymere enthält, die sich durch eine Belichtung mit Licht oder einer anderen Strahlung von unpolymerisiert in polymerisiert ändern, wobei die Polymere vernetzte Arten mit einem höheren Ätzwiderstand als die unpolymerisierten Arten bilden.
Die Fotoresistschicht 730 wird zu einer Formmaske bzw. einem Reticle ausgerichtet und Licht ausgesetzt, das die Formmaske passiert und selektive Bereiche der Fotoresistschicht 730 bestrahlt. In den bestrahlten Bereichen polymerisiert das erste Fotoresistmaterial in der Fotoresistschicht 730. Ein Entwicklungsschritt kann eine Entwicklerflüssigkeit aufbringen, die die unpolymerisierten Bereiche der Fotoresistschicht 730 selektiv löst.
10A und 10B zeigen die polymerisierten Bereiche des ersten Fotoresistmaterials, die eine Rahmenstruktur 300 bilden. Die Rahmenstruktur 300 umfasst einen ersten Schleifenbereich 310, der die Sensoreinheit 200 in dem ersten Bereich 110 der vorderen Oberfläche 701 lateral umgibt, einen zweiten Schleifenbereich 320, der den zweiten Bereich 120 lateral umschließt, und einen Verbindungsbereich 350, der einen kommunizierenden Kanal 150 zwischen dem ersten Bereich 110 und dem zweiten Bereich 120 bildet.
Ein Fotoresistlaminat 740 eines zweiten Fotoresistmaterials wird über das Halbleitersubstrat 700 gespannt und auf die Oberseite der Rahmenstruktur 300 gebondet oder geklebt.
11A und 11B zeigen das Fotoresistlaminat 740, das sich über die Rahmenstrukturen 300 auf der vorderen Oberfläche 701 des Halbleitersubstrats 700 spannt, wodurch die ersten Bereiche 110, die von den ersten Schleifenbereichen 310 lateral umschlossen sind, die zweiten Bereiche 120, die von den zweiten Schleifenbereichen 320 lateral umschlossen sind, und die kommunizierenden Kanäle 150 bedeckt werden, die zwischen parallelen Linienabschnitten 355 des Verbindungsbereichs 350 der Rahmenstruktur 300 definiert sind. Falls sich eine sensitive Oberfläche 201 der Sensoreinheit 200 auf der Sensoreinheit 200, d.h. gegenüber der vorderen Oberfläche 701, befindet, ist das Fotoresistlaminat 740 von der Sensoreinheit 200 und der sensitiven Oberfläche 201 vertikal beabstandet. Das zweite Fotoresistmaterial kann ein Negativ-Fotoresist sein, das unter Belichtung polymerisiert. Bereiche des Fotoresistlaminats 740 werden selektiv belichtet und entwickelt.
12A und 12B zeigen eine vorbereitende Deckelstruktur 401, die aus belichteten Bereichen des Fotoresistlaminats 740 gebildet wurde. Die vorbereitende Deckelstruktur 401 bedeckt den ersten Bereich 110, den zweiten Bereich 120 und den kommunizierenden Kanal 150 vollständig, so dass während einer Entwicklung das Innere einer Sensorbox 810, die den ersten Bereich 110 umhüllt, einer Einlassbox 820, die den zweiten Bereich 120 umhüllt, und einer Rohrleitung 850, die den kommunizierenden Kanal 150 umhüllt, hermetisch abgeschlossen ist und kein Entwicklermaterial Zugang zum Inneren des Sensorbox 810, der Rohrleitung 850 und der Einlassbox 820 findet.
Eine Deckelöffnung 490 wird dann in einem Abschnitt der vorbereitenden Deckelstruktur 401 über dem zweiten Bereich 120 durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl gebildet, um die endgültige Deckelstruktur 400 zu schaffen. Der Laser kann zum Beispiel ein UV-(Ultraviolett-)Laser oder ein Kohlenstoffoxidlaser sein. Nach Freilegen des zweiten Bereichs 120 trifft der Laserstrahl auf die reflektierende Struktur 195, die den Laserstrahl reflektiert und auf diese Weise eine Kontamination des kommunizierenden Kanals 150 mit Material, das der Laser andernfalls von der Passivierungsschicht 709 abtragen kann, vermeidet.
13A und 13B zeigen die Deckelöffnung 490 in der vertikalen Projektion der reflektierenden Struktur 195. Alle die Bildung der Rahmenstruktur 300 und der Deckelstruktur 400 betreffenden Prozesse sind Prozesse, die in der BEOL-Bearbeitung von Halbleiterwafern geläufig sind, so dass sowohl die Rahmenstruktur 300 als auch die Deckelstruktur 400 auf Waferebene günstig geschaffen werden können.
Vor oder nach einem Ausbilden der Deckelöffnung 490, aber vor einem Ausbilden der Deckelstruktur 400 trennt ein Zerteilungsprozess eine Vielzahl identischer Sensor-Dies vom Halbleitersubstrat 700. Die vereinzelten Sensor-Dies werden dann einem Packaging-Prozess unterzogen, der die Kontaktpads der einzelnen Halbleiter-Dies mit leitfähigen Packaging-Zuleitungen, zum Beispiel durch Drahtbonden verbindet und der die Halbleiter-Dies in einer Formmasse 500 durch einen Formhälften nutzenden Formprozess einkapselt. Die Formmasse 500 besteht aus einem Kunststoff, der nicht-plastische Additive enthalten kann.
Eine obere Formhälfte kann einen Vorsprung aufweisen, der auf die Oberseite der Einlassbox 820 um die Deckelöffnung 490 herum während eines Formens gedrückt wird. Das flüssige Formmaterial wird in die geschlossene Form eingeführt und gehärtet.
14A und 14B zeigen die Formmasse 500, die die Sensorbox 810, die Rohrleitung 850 und die Einlassbox 820 einbettet, wobei eine Formöffnung 590 die Deckelöffnung 490 freilegt.
15A bis 19B beziehen sich auf eine andere Ausführungsform zum Ausbilden einer Deckelöffnung, indem ein zweistufiger Belichtungsprozess für das erste Fotoresistmaterial genutzt wird.
Beginnend von einem Halbleitersubstrat 700 und einer Fotoresistschicht 730 aus, wie in 9A bis 9B beschrieben, kann eine erste Belichtung das erste Fotoresistmaterial in der Fotoresistschicht 730 in ersten Bereichen polymerisieren, die der endgültigen Rahmenstruktur 300 entsprechen.
15A und 15B zeigen die ersten polymerisierten Abschnitte 731 in der Fotoresistschicht 730 nach der ersten Belichtung. Die erste Belichtung polymerisiert das erste Fotoresistmaterial in der kompletten vertikalen Ausdehnung der Fotoresistschicht 730 von der Oberfläche der Fotoresistschicht 730 bis hinab zur vorderen Oberfläche 701.
Eine zweite Belichtung des ersten Fotoresistmaterials belichtet selektiv einen zweiten Bereich der Fotoresistschicht 730, der von dem zweiten Schleifenbereich 320 der Rahmenstruktur 300 umgeben ist. Außerdem wird die zweite Belichtung so ausgeführt, dass nur ein Oberflächenabschnitt der Fotoresistschicht 730 in dem belichteten Bereich polymerisiert. Beispielsweise können Belichtungszeit, Belichtungsdosis und Belichtungswellenlänge dementsprechend ausgewählt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Transparenz des ersten Fotoresistmaterials bei der Belichtungswellenlänge der zweiten Belichtung geringer als bei der Belichtungswellenlänge der ersten Belichtung sein, so dass die Eindringtiefe des Belichtungsstrahls kleiner ist.
16A und 16B zeigen einen zweiten polymerisierten Abschnitt 732 der Fotoresistschicht 730. Eine vertikale Ausdehnung des zweiten polymerisierten Abschnitts 732 der Fotoresistschicht 730 beträgt zumindest 1 µm und höchstens die Hälfte der Schichtdicke der Fotoresistschicht 730. Die Reihenfolge der ersten und zweiten Belichtung des ersten Fotoresistmaterials kann geändert werden.
Das erste Fotoresistmaterial wird entwickelt, wobei die Entwicklerflüssigkeit nicht-polymerisierte Bereiche der Fotoresistschicht 730 bezüglich der polymerisierten ersten und zweiten polymerisierten Abschnitte 731, 732 der Fotoresistschicht 730 selektiv entfernt.
17A bis 17B zeigen die Rahmenstruktur 300, die sich aus dem ersten polymerisierten Abschnitt des ersten Fotoresistmaterials ergibt, und einen Hilfsdeckel 301, der aus dem zweiten polymerisierten Abschnitt des ersten Fotoresistmaterials gebildet wurde. Die Entwicklerflüssigkeit hinterschneidet den Hilfsdeckel 301, der mit der Rahmenstruktur 300 verbunden ist.
Ein Fotoresistlaminat wird auf der Rahmenstruktur 300 angebracht. Anders als in der vorher beschriebenen Ausführungsform definiert eine Belichtung des Fotoresistlaminats auch die Deckelöffnung 490 in der Deckelstruktur 400, wobei der Hilfsdeckel 301 die Entwicklerflüssigkeit daran hindert, in die Einlassbox 820, Rohrleitung 850 und die Sensorbox 810 zu strömen.
18A und 18B zeigen die Deckelöffnung 490, die den Hilfsdeckel 301 freilegt. Der freigelegte Bereich des Hilfsdeckels 301 kann in einem Trockenätzprozess entfernt werden, der kaum Verunreinigungen erzeugt, zum Beispiel einem Plasmaätzprozess in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre.
19A bis 19B zeigen die Hilfsdeckelöffnung 391, die durch den Trockenätzprozess in der vertikalen Projektion der Deckelöffnung 490 ausgebildet wurde. Eine Ausbildung und ein Öffnen des Hilfsdeckels 301 kommen mit üblichen BEOL-Prozessen aus und vermeiden eine Laserstrahlbehandlung. Außerdem kommt das Verfahren ohne die reflektierende Struktur 195 der 9A und 9B aus, die andere Vorrichtungseigenschaften nachteilig beeinflussen kann, zum Beispiel eine parasitäre Kapazität leitfähiger Elemente in der fertiggestellten Sensorvorrichtung.
20A und 20B zeigen eine vertiefte bzw. reduzierte Formmasse 511 nach einer optionalen Reduzierung, z.B. einem Abschleifen oder Polieren der Formmasse 500 der 14A bis 14B hinab bis zu einer oberen Oberfläche 402 der Deckelstruktur 400, so dass die obere Oberfläche 402 der Deckelstruktur 400 und die obere Oberfläche 511 der vertieften Formmasse 511 koplanar sind.
Obgleich spezifische Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen für die spezifischen, gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen substituiert werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll beliebige Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher soll diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalent beschränkt sein.

Claims

Sensorvorrichtung, umfassend: eine Sensoreinheit (200), die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, wobei die Sensoreinheit (200) auf einer ersten Oberfläche (101) eines Sensorsubstrats (100) und auf einer aufgehängten Masse (160) des Sensorsubstrats (100) ausgebildet ist, die durch mindestens einen Federbalken (108) mit einem weiteren Teil des Sensorsubstrats (100) verbunden ist; eine Rahmenstruktur (300) auf der ersten Oberfläche (101), wobei die Rahmenstruktur (300) einen ersten Schleifenbereich (310) aufweist, der einen ersten Bereich (110) mit der Sensoreinheit (200) lateral umgibt; einen kommunizierenden Kanal (150), der durch einen Basisanschluss (812) im Sensorsubstrat (100) einen Zugang zum ersten Bereich (110) hat, wobei der Basisanschluss (812) eine Federrille (107) aufweist, die einen Federbalken (108) von der aufgehängten Masse (160) oder dem weiteren Teil des Sensorsubstrats (100) trennt; und eine Deckelstruktur (400), die die Rahmenstruktur (300) und den ersten Bereich (110) vollständig bedeckt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Deckelstruktur (400) von einer sensitiven Oberfläche (201) der Sensoreinheit (200) beabstandet ist, die für die Eigenschaft des gasförmigen Mediums sensitiv ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Rahmenstruktur (300) aus einem entwickelten ersten Fotoresistmaterial besteht.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Deckelstruktur (400) aus einem entwickelten zweiten Fotoresistmaterial besteht.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der kommunizierende Kanal (150) einen rückseitigen Hohlraum (106) aufweist, der sich von einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) in das Sensorsubstrat (100) erstreckt und die Federrille (107) freilegt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine Trägerstruktur (920), die an der zweiten Oberfläche (102) angebracht ist und eine Öffnung (929) aufweist, die sich durch die Trägerstruktur (920) erstreckt und den rückseitigen Hohlraum (106) freilegt.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rahmenstruktur (300) einen zweiten Schleifenbereich (320) auf der ersten Oberfläche (101) dem ersten Schleifenbereich (310) benachbart aufweist, wobei der zweite Schleifenbereich (320) einen zweiten Bereich (120) umgibt und die Deckelstruktur (400) eine den zweiten Bereich (120) freilegende Deckelöffnung (490) aufweist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der kommunizierende Kanal (150) einen Substratgraben (250) aufweist, der sich von einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) in das Sensorsubstrat (100) erstreckt und einen weiten Bereich eines rückseitigen Hohlraums (106) in einer vertikalen Projektion des ersten Bereichs (110) und eine Verbindungsrille (127) verbindet, die sich im zweiten Bereich (120) von der ersten Oberfläche (101) in das Sensorsubstrat (100) erstreckt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Trägerstruktur (920), die an der zweiten Oberfläche (102) angebracht ist und den rückseitigen Hohlraum (106) schließt, der sich von der der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) in das Sensorsubstrat (100) erstreckt und die Federrille (107) freilegt.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der kommunizierende Kanal (150) einen Substratgraben (250) aufweist, der zumindest eine rechtwinklige Biegung (159) aufweist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7 und 10, wobei eine vertikale Querschnittsfläche des Substratgrabens (250) zwischen dem Basisanschluss (812), der sich in den ersten Bereich (110) öffnet, und einem sich in den zweiten Bereich (120) öffnenden Anschluss einheitlich ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der kommunizierende Kanal (150) zumindest eine enge Röhre (158) aufweist, die sich in zumindest eine weite Röhre (157) mit einer zumindest doppelt so großen Querschnittsfläche wie die Querschnittsfläche der engen Röhre (158) öffnet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der kommunizierende Kanal (150) zumindest zwei parallele erste und zweite Röhren (151, 152) aufweist, wobei sich die ersten und zweiten Röhren (151, 152) von dem ersten Bereich (110) zum zweiten Bereich (120) erstrecken.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Rahmenstruktur (300) von geraden Linienabschnitten (355) einheitlicher Breite gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Sensoreinheit (200), die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, auf einer vorderen Oberfläche (701) eines Halbleitersubstrats (700); Ausbilden einer Rahmenstruktur (300) auf der vorderen Oberfläche (701), wobei die Rahmenstruktur (300) einen ersten Schleifenbereich (310), der einen ersten Bereich (110) mit der Sensoreinheit (200) lateral umgibt, einen zweiten Schleifenbereich (320), der einen zweiten Bereich (120) lateral umgibt, und einen Verbindungsbereich (350) aufweist, der den ersten Schleifenbereich (310) mit dem zweiten Schleifenbereich (320) verbindet, um zwischen den ersten und zweiten Bereichen (110, 120) einen kommunizierenden Kanal (150) zu bilden; Ausbilden einer Deckelstruktur (400) auf der Rahmenstruktur (300); und Ausbilden, in der Deckelstruktur (400), einer Deckelöffnung (490), die den zweiten Bereich (120) freilegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Deckelstruktur (400) von einer sensitiven Oberfläche (201) der Sensoreinheit (200), die für die Eigenschaft des gasförmigen Mediums sensitiv ist, beabstandet ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei ein Ausbilden der Rahmenstruktur (300) ein Abscheiden einer Fotoresistschicht (730) und ein Strukturieren der Fotoresistschicht (730) umfasst, um die Rahmenstruktur (300) aus einem belichteten Abschnitt der Fotoresistschicht (730) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei ein Ausbilden der Deckelstruktur (400) ein Anbringen eines Fotoresistlaminats (740) an einen freigelegten oberen Rand der Rahmenstruktur (300) und ein Strukturieren des Fotoresistlaminats (740) umfasst, um eine vorbereitende Deckelstruktur (401) ohne irgendeine den zweiten Bereich (120) freilegende Deckelöffnung (490) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Ausbilden der Deckelstruktur (400) eine Laserbehandlung der vorbereitenden Deckelstruktur (401) umfasst, um die Deckelöffnung (490) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 19, ferner umfassend: Ausbilden einer reflektierenden Struktur (195) im zweiten Bereich (120) vor einem Ausbilden der Deckelstruktur (400).
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Ausbilden eines Hilfsdeckels (301), selektiv in einem ersten Teil des zweiten Bereichs (120), wobei der Hilfsdeckel (301) mit der Rahmenstruktur (300) verbunden und von der vorderen Oberfläche (701) beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Hilfsdeckel (301) aus einem weiteren Teil einer Fotoresistschicht (730), die die Rahmenstruktur (300) bildet, besteht und eine Belichtung des weiteren Teils der Fotoresistschicht (730), um den Hilfsdeckel (301) zu bilden, nur in einem vertikalen Abschnitt der Fotoresistschicht (730) wirksam ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 und 22, wobei die Deckelöffnung (490) so ausgebildet wird, dass ein Teil des Hilfsdeckels (301) nach Ausbildung der Deckelstruktur (400) freiliegt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei ein Ausbilden der Deckelöffnung (490) ein Ausbilden einer Hilfsdeckelöffnung (391) in der vertikalen Projektion der Deckelöffnung (490) in der Deckelstruktur (400) umfasst.
Sensorvorrichtung, umfassend: eine Sensoreinheit (200), die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, wobei die Sensoreinheit (200) auf einer ersten Oberfläche (101) eines Sensorsubstrats (100) ausgebildet ist; eine Rahmenstruktur (300) auf der ersten Oberfläche (101), wobei die Rahmenstruktur (300) einen ersten Schleifenbereich (310) aufweist, der einen ersten Bereich (110) mit der Sensoreinheit (200) lateral umgibt, einen zweiten Schleifenbereich (320), der einen zweiten Bereich (120) umgibt, und einen Verbindungsbereich (350), der den ersten Schleifenbereich (310) mit dem zweiten Schleifenbereich (320) verbindet, und zwischen den ersten und zweiten Bereichen (110, 120) einen kommunizierenden Kanal (150) bildet; und eine Deckelstruktur (400) auf der Rahmenstruktur (300) und mit einer Deckelöffnung (490), die den zweiten Bereich (120) selektiv freilegt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Deckelstruktur (400) von einer sensitiven Oberfläche (201) der Sensoreinheit (200) beabstandet ist, die für die Eigenschaft des gasförmigen Mediums sensitiv ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 und 26, wobei die Rahmenstruktur (300) aus einem entwickelten ersten Fotoresistmaterial besteht.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Deckelstruktur (400) aus einem entwickelten zweiten Fotoresistmaterial besteht.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der kommunizierende Kanal (150) einen Substratgraben (250) aufweist, der zumindest eine rechtwinklige Biegung (159) aufweist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 29, wobei eine vertikale Querschnittsfläche des Substratgrabens (250) zwischen dem Basisanschluss (812), der sich in den ersten Bereich (110) öffnet, und einem sich in den zweiten Bereich (120) öffnenden Anschluss einheitlich ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei der kommunizierende Kanal (150) zumindest eine enge Röhre (158) aufweist, die sich in zumindest eine weite Röhre (157) mit einer zumindest doppelt so großen Querschnittsfläche wie die Querschnittsfläche der engen Röhre (158) öffnet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, wobei der kommunizierende Kanal (150) zumindest zwei parallele erste und zweite Röhren (151, 152) aufweist, wobei sich die ersten und zweiten Röhren (151, 152) von dem ersten Bereich (110) zum zweiten Bereich (120) erstrecken.
Sensorvorrichtung nach einen der Ansprüche 25 bis 32, wobei der kommunizierende Kanal (150) zumindest zwei parallele erste und zweite Röhren (151, 152) aufweist, wobei sich die parallelen ersten und zweiten Röhren (151, 152) von einer ersten weiten Röhre (157) zu einer zweiten weiten Röhre (157) erstrecken.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei die Rahmenstruktur (300) von geraden Linienabschnitten (355) einheitlicher Breite gebildet wird.
Sensorvorrichtung, umfassend: eine Sensoreinheit (200), die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, wobei die Sensoreinheit (200) auf einer ersten Oberfläche (101) eines Sensorsubstrats (100) ausgebildet ist; eine Rahmenstruktur (300) aus einem entwickelten ersten Fotoresistmaterial auf der ersten Oberfläche (101), wobei die Rahmenstruktur (300) einen ersten Schleifenbereich (310) aufweist, der einen ersten Bereich (110) mit der Sensoreinheit (200) lateral umgibt, einen zweiten Schleifenbereich (320), der einen zweiten Bereich (120) umgibt, und einen Verbindungsbereich (350), der den ersten Schleifenbereich (310) mit dem zweiten Schleifenbereich (320) verbindet, und zwischen den ersten und zweiten Bereichen (110, 120) einen kommunizierenden Kanal (150) bildet; und eine Deckelstruktur (400) aus einem entwickelten zweiten Fotoresistmaterial auf der Rahmenstruktur (300) und mit einer Deckelöffnung (490), die den zweiten Bereich (120) selektiv freilegt.
Sensorvorrichtung, umfassend: eine Sensorbox (810), die einen ersten Bereich (110) umhüllt, der eine Sensoreinheit (200) aufweist, die für eine Eigenschaft eines gasförmigen Mediums sensitiv ist, wobei die Sensoreinheit (200) auf einer ersten Oberfläche (101) eines Sensorsubstrats (100) ausgebildet ist und die Sensorbox (810) einen lateralen Anschluss (811) aufweist; eine Einlassbox (820) auf der ersten Oberfläche (101), wobei die Einlassbox (820) zu der Sensorbox (810) benachbart ist, einen zweiten Bereich (120) über der ersten Oberfläche (101) teilweise umhüllt und eine Deckelöffnung (490) aufweist, die der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegt; und eine Rohrleitung (850) mit einem auf der ersten Oberfläche (101) ausgebildeten kommunizierenden Kanal (150), der sich von dem lateralen Anschluss (811) der Sensorbox (810) zu einem lateralen Anschluss (821) der Einlassbox (820) des zweiten Bereichs (120) erstreckt.