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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung.
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Stand der Technik
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Sensoren mit Membranen, insbesondere mikromechanische Sensoren, welche bei deren Funktion einem Aufheizen des Sensorbereichs ausgesetzt sind (thermisches Prinzip), benötigen üblicherweise die Möglichkeit, die im Sensorbereich entstandene Wärme abzuführen. Luftmassensensoren basieren meist auf einem thermischen Prinzip, wobei üblicherweise die wärmesensitiven Elemente (Temperaturfühler, Funktions-Strukturen) von einem Festland des Sensorchips möglichst thermisch entkoppelt angeordnet sind. In Membransensoren wird üblicherweise eine Vorderseitenmembran des Sensors durch Freistellung einer Kavität (Kaverne) von der Rückseite der Membran, des Wafers aus welcher die Membran hergestellt werden kann, mittels eines Ätzverfahrens erzeugt. Dazu kommen meist KOH-Ätzungen zum Einsatz.
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In der
DE 10 2016 203 239 A1 wird eine mikromechanische Sensorvorrichtung beschrieben, welche ein Sensorsubstrat mit einer Rückseitenkaverne umfasst, wobei an einer Vorderseite ein Membranbereich vorhanden ist, der oberhalb der Rückseitenkaverne angeordnet ist.
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Aus den Schriften
US 2009/0243003 A1 und
US 2013/0062713 A1 ist eine Sensoreinrichtung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
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Aus der Schrift
DE 10 2007 061 727 A1 ein kapazitiv arbeitendes Mikrofon- Bauelement bekannt, welches in Schichtbauweise auf einem Siliziumsubstrat aufgebaut ist. Dabei ist eine Membran als sensitives Element über einen Hohlraum im Substrat aufgespannt.
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Aus Schrift
EP 2 075 222 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Komponenten einer MEMS-Struktur bekannt, bei dem mittels Zugangskanälen in einer Si-Epitaxieschicht auf einem Si-Substrat ein Hohlraum im Substrat erzeugt wird. Zur seitlichen Begrenzung des Hohlraums werden seitlich Verankerungszonen von der Oberseite in das Substrat eingebracht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung nach Anspruch 8.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung anzugeben, wobei eine Kavität unterhalb einer Sensormembran zur verbesserten Wärmeableitung dienen kann, insbesondere eine zu den Randbereichen der Kavität und des Sensors genau definierte, z.B. symmetrisch ableitende Wärmeabfuhr ermöglicht ist. Mittels eines Ätzverfahrens, welches von der Vorderseite der Membran erfolgen kann, kann der Ätzprozess verkürzt werden und mittels Randbereichen und einem Träger kann die Kavität eine verbesserte Stabilität aufweisen. Durch die Vorderseitenätzung kann die Kavität über dem sensierenden Element (Luftsensitive Schicht, Temperaturfühler, usw.) vorteilhaft automatisch während des Herstellungsverfahrens (Ätzung) zentriert werden.
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Erfindungsgemäß umfasst die Sensoreinrichtung ein Substrat mit einer Oberseite und mit einer Kavität im Substrat, welche von der Oberseite im Substrat ausgeformt ist; einen Träger umfassend ein Füllmaterial, welches auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist und die Kavität zumindest teilweise überdeckt; eine sensitive Schicht, welche strukturiert auf dem Träger, an einer dem Substrat abgewandten Seite und über der Kavität, angeordnet ist, wobei eine laterale Ausdehnung der Kavität zumindest in einer Richtung bezüglich der sensitiven Schicht zentriert ist; und eine Passivierung, welche die sensitive Schicht und den Träger an einer dem Substrat abgewandten Seite abdeckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung bedeckt das Füllmaterial einen Randbereich der Kavität zumindest teilweise. Erfindungsgemäß umfasst die Sensoreinrichtung ein Substrat mit einer Oberseite und mit einer Kavität im Substrat, welche von der Oberseite im Substrat ausgeformt ist. Des Weiteren umfasst die Sensoreinrichtung einen Träger umfassend ein Füllmaterial, welcher auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist und zumindest teilweise einen Randbereich der Kavität bedeckt und die Kavität zumindest teilweise überdeckt; eine sensitive Schicht, welche strukturiert auf dem Träger, an einer dem Substrat abgewandten Seite und über der Kavität, angeordnet ist, wobei eine laterale Ausdehnung der Kavität zumindest in einer Richtung bezüglich der sensitiven Schicht zentriert ist; und eine Passivierung, welche die sensitive Schicht und den Träger an einer dem Substrat abgewandten Seite abdeckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfassen die Passivierung und das Füllmaterial jeweils Entlüftungslöcher.
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Die Sensoreinrichtung kann vorteilhaft als ein Membransensor, etwa als ein mikromechanisches Element (MEMS) ausgeführt sein.
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Durch die symmetrische Wärmeabfuhr kann ein Wärmefluss zu gleicher Größe vorteilhaft zumindest in einer lateralen Dimension jeweils über die Randbereiche der Kavität abgeführt werden. Vorzugsweise weist die Kavität noch weitere Symmetrien in lateraler Richtungen auf, insbesondere aus einer Draufsicht, so dass die Wärme zu gleichen Teilen auch in andere laterale Richtungen abführbar sein kann. Durch die zentrale Anordnung der sensierenden Schicht über der Kavität (in Draufsicht gesehen) kann ein unterschiedlicher Temperaturfluss (sogenannter Brückenoffset) an den Randbereichen der Kavität und an Seiten der Sensoreinrichtung verringert oder verhindert werden.
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Die Oberseite des Substrats ist vorteilhaft einer Vorderseite der Sensoreinrichtung zugewandt oder bildet diese. Der Ätzschritt zum Ausformen der Kavität erfolgt vorteilhaft von der Vorderseite des Trägers, welcher eine Membran für den Sensorbereich bilden kann. Über die Ätzlöcher kann das Ätzen derart erfolgen, dass auf ein vollständiges Durchätzen des Trägers im ganzen Bereich der Kavität verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft auch die nötige Prozesszeit (Ätzen; Bereitstellen einer Membran über einer Kavität) verkürzt werden.
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Der Träger bildet vorteilhaft eine Membran, und erstreckt sich zumindest teilweise auf die Randbereiche der Kavität, welche vorteilhaft mit dem Trägermaterial die Innenwände der Kavität, zumindest in einem oberen Bereich der Kavität, bilden können. Da die Innenwände und der Träger, welcher die Kavität zumindest teilweise (Streifen oder gesamte Abdeckung) bedeckt, aus dem gleichen Material bestehen, ist vorteilhaft dadurch eine erhöhte Stabilität insbesondere der Membran gegeben.
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Der Träger kann die Kavität ganz abdecken oder nur Streifen umfassen. Durch die Kavität unterhalb des Bereichs der sensitiven Schicht kann eine thermische Entkopplung des Trägers im Bereich der Kavität und der sensitiven Schicht vom Substrat erzielt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfassen die Passivierung und der Träger eine Mehrzahl von durchgehenden Ätzlöchern, welche sich in einem Bereich der Kavität bis in diese hinein erstrecken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfasst diese einen thermischen Mediensensor, und die sensitive Schicht eine thermisch sensitive Schicht.
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Der Mediensensor kann beispielsweise einen Luftmassensensor umfassen.
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Bei der Sensoreinrichtung kann es sich vorteilhaft auch um einen Gassensor oder einen Drucksensor handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfasst diese eine erste Haftschicht, welche zumindest in einem Bereich der sensitiven Schicht zwischen der sensitiven Schicht und dem Träger angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfasst diese eine zweite Haftschicht, welche zumindest in einem Bereich der sensitiven Schicht auf dieser und zwischen der sensitiven Schicht und der Passivierung angeordnet ist.
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Die Passivierung kann mittels einer Abscheidung angeordnet werden und die sensitive Schicht und/oder die zweite Haftschicht vor Umwelteinflüssen schützen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfasst diese eine weitere Passivierung, welche auf der Passivierung angeordnet ist.
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Hierbei kann die weitere Passivierung auf einer ersten Passivierung angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung ist die laterale Ausdehnung der Kavität zumindest derart in einer Richtung bezüglich der sensitiven Schicht zentriert, dass eine Wärme symmetrisch über den Randbereich abführbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung umfasst die Kavität in Draufsicht einen Mittelpunkt, und die strukturierte sensitive Schicht ist zumindest in einer Richtung symmetrisch um diesen Mittelpunkt angeordnet.
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Bei einer üblichen Realisierung einer OMM-Membran (Oberflächen-Mikromechanik) erfolgt die Ätzung üblicherweise ohne definierten Rand der Kavität, isotrop zu den Seiten, was zu einer lateral breiteren Membran und einem möglichen undefinierten Membranversatz führen kann. Dies kann die Stabilität der Membran verringern sowie den Brückenoffset vergrößern. Bei alternativen Realisierungen der Kavität durch eine Freistellung von der Wafer-Rückseite her kann eine deutlich längere Ätzzeit erforderlich sein, da der Wafer meist komplett durchätzt werden muss. Mittels KOH ätzen kann der Membranversatz zwar gut kontrolliert werden, hier können meist aber lediglich rechteckige Membranen erzeugt werden. Beim Rückseiten-Trench können die Prozesszeiten sehr lange sein und es kann ein Lateralversatz (Membranversatz und Brückenoffset) über den Wafer auftreten.
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Durch die symmetrische Ausrichtung kann der Versatz der Membran, also die Lage der Randbereiche gegenüber der sensitiven Schicht, verringert oder nicht vorhanden sein, zumindest in einer Dimension.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats; ein Aufbringen des Füllmaterials auf eine Oberseite des Substrats, wodurch ein Träger auf der Oberseite des Substrats ausgeformt wird; ein Anordnen einer sensitiven Schicht auf dem Träger und ein Strukturieren der sensitiven Schicht derart, dass zumindest in einer lateralen Richtung eine laterale Ausdehnung eines Bereichs zwischen einem Randbereich für eine Kavität zentriert ist gegenüber der sensitiven Schicht; Einbringen einer Mehrzahl von Ätzlöchern in den Träger, welche sich durch den Träger bis zum Substrat erstrecken; und ein Ausformen der Kavität in dem Substrat innerhalb des Randbereichs mittels eines Ätzvorgangs durch die Ätzlöcher.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt ein Ausformen einer Grabenstruktur von einer Oberseite des Substrats als ein Randbereich für eine Kavität in dem Substrat und ein Einbringen eines Füllmaterials in die Grabenstruktur, so dass das Füllmaterial zumindest teilweise auf dem Randbereich ausgeformt wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats; ein Ausformen einer Grabenstruktur von einer Oberseite des Substrats als ein Randbereich für eine Kavität in dem Substrat; ein Einbringen eines Füllmaterials in die Grabenstruktur und ein Aufbringen des Füllmaterials auf die Oberseite des Substrats, wodurch ein Träger auf der Oberseite des Substrats und zumindest teilweise auf dem Randbereich ausgeformt wird; ein Anordnen einer sensitiven Schicht auf dem Träger und ein Strukturieren der sensitiven Schicht derart, dass zumindest in einer lateralen Richtung eine laterale Ausdehnung eines Bereichs zwischen dem Randbereich zentriert ist gegenüber der sensitiven Schicht; ein Einbringen einer Mehrzahl von Ätzlöchern in den Träger, welche sich durch den Träger bis zum Substrat erstrecken; und ein Ausformen der Kavität in dem Substrat innerhalb des Randbereichs mittels eines Ätzvorgangs durch die Ätzlöcher.
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Das Verfahren zeichnet sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Sensoreinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile aus und umgekehrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt ein Anordnen einer Passivierung auf dem Träger und auf der sensitiven Schicht, auf einer dem Substrat abgewandten Seite dieser, und ein Einbringen einer Mehrzahl von Ätzlöchern in die Passivierung und den Träger, welche sich durch die Passivierung und den Träger bis zum Substrat erstrecken.
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Das Verfahren kann vorteilhaft auch zur Herstellung anderer Produkte mit Oberflächen-Membranen genutzt werden, etwa bei Drucksensoren, Luftmassensensoren oder Gassensoren.
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Die zumindest eine Grabenstruktur kann etwa mittels eines Maskierungs- und Ätzprozesses gebildet werden.
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Durch die Randbereiche kann vorteilhaft eine Kontur der Kavität definiert werden.
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Das Ausformen des Trägers auf dem Randbereich erfolgt vorteilhaft von einer Innenseite der Kavität ausgesehen, also vorteilhaft die Innenwand der Kavität abdeckend. Dadurch kann beim späteren Ätzen die Kavität tiefer geätzt werden als die Randbereiche (Gräben) ausgeformt sind oder gleich tief oder geringer. Je weiter der Boden der Kavität von dem Träger und der sensitiven Schicht entfernt ist, desto geringer kann eine thermische Wirkung des Bodens (beim Ableiten der Wärme) auf die sensitive Schicht sein.
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Der Bereich zwischen den Randbereichen, in welchem die Kavität in lateraler Ausdehnung zentriert ist, beschreibt vorteilhaft eine gesamte Breite der Kavität in dieser jeweiligen Dimension (Richtung).
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Die Randbereiche können gerade oder gekrümmte Formen aufweisen, was Vorteilhaft für die Stabilität und die Vermeidung von Verschmutzung ist. Auf diese Weise ist die Randbegrenzung der Kavität vorteilhaft vorgebbar und ein Ätzverfahren kann ein ungerichtetes Ätzverfahren umfassen, da durch das Ätzen vorteilhaft keine Konturen übertragen werden müssen.
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Die Kavität wird vorteilhaft innerhalb des Randbereichs derart ausgeformt, dass ein Bereich der Kavität zwischen Randbereichen entstehen kann, wobei sich der Bereich in Draufsicht zwischen den Randbereichen befinden kann, welche in Draufsicht eine Kontur der Kavität ausbilden können. Die laterale Richtung ist vorteilhaft stets parallel zu einer planaren Ausdehnung der Oberseite des Substrats zu verstehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird als Füllmaterial stöchiometrisches, oder silizium-reiches Nitrid oder Si02 (Siliziumoxid) verwendet.
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Siliziumnitrid oder Siliziumoxid eignen sich vorteilhaft gut als Füllmaterial betreffend Stabilität und thermische Leitfähigkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird vor dem Anordnen der sensitiven Schicht eine erste Haftschicht in einem Bereich der sensitiven Schicht auf dem Träger angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Strukturieren der sensitiven Schicht mittels eines Lithographieverfahrens und eines Ätzverfahrens, wobei Ätzlöcher und die sensitive Schicht durch Lithographie und Ätzen von der Vorderseite erzeugt werden und das Ausformen der Grabenstruktur von der gleichen Vorderseite erfolgt.
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Bei dem Ätzverfahren kann es sich um lonenstrahl-Ätzen handeln.
Das Strukturieren der sensitiven Schicht kann alternativ auch derart erfolgen, dass eine Vorstrukturierung im Träger eingebracht wird, und diese Vorstrukturierung, etwa als Gräben für die sensitive Schicht, von der sensitiven Schicht gefüllt wird. Die sensitive Schicht kann in den Gräben (Vorstrukturierung) abgeschieden werden und anschließend durch ein Schleifverfahren plangeschliffen werden, etwa plan mit der Oberseite des Trägers. Das Abschleifen kann beispielsweise mittels Chemisch-mechanischen Polieren (CMP) oder anderer Verfahren erfolgen (Cu-Damascene Prozess).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Ausformen der Kavität mit einem Ätzverfahren, welches mit mindestens einem isotropen Ätzschritt erfolgt, welcher lateral mindestens den halben Abstand der Ätzlöcher unterätzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird ein Gas oder Vakuum in der Kavität eingeschlossen.
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Durch das Vakuum kann eine Empfindlichkeit des Sensors vorteilhaft erhöht werden und die thermische Entkopplung weiter erhöht werden. Bei üblichen Herstellungvarianten einer Sensoreinrichtung mit einem Rückseitentrench kann meist kein stabiles Vakuum eingeschlossen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird eine weitere Passivierung auf der Passivierung angeordnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Sensoreinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Sensoreinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
- 3 einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Herstellung einer Sensoreinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Sensoreinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Sensoreinrichtung 1 umfasst ein Substrat 2 mit einer Oberseite 2a und mit einer Kavität 3 im Substrat 2, welche von der Oberseite 2a im Substrat 2 ausgeformt ist. Des Weiteren umfasst die Sensoreinrichtung 1 einen Träger 4 umfassend ein Füllmaterial MT, welcher auf der Oberseite 2a des Substrats 2 angeordnet ist und zumindest teilweise einen Randbereich 3a der Kavität 3 bedeckt und die Kavität 3 zumindest teilweise überdeckt. Die Sensoreinrichtung 1 umfasst eine sensitive Schicht 5, welche strukturiert auf dem Träger 4, an einer dem Substrat 2 abgewandten Seite und über der Kavität 3, angeordnet ist, wobei eine laterale Ausdehnung der Kavität 3 zumindest in einer Richtung bezüglich der sensitiven Schicht 5 zentriert ist, so dass eine Wärme symmetrisch über den Randbereich 3a abgeführt werden kann. Die Sensoreinrichtung 1 umfasst eine Passivierung 6, welche die sensitive Schicht 5 und den Träger 4 an einer dem Substrat 2 abgewandten Seite abdeckt.
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Die sensitive Schicht 5 kann eine einzige Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten umfassen. Durch den Herstellungsprozess, etwa durch das Aufbringen auf dem Träger 4 kann der Querschnitt der sensitiven Schicht 5 beispielsweise rechteckig oder trapezförmig sein. Die zweite Haftschicht H2 kann dann auf der Oberseite der sensitiven Schicht 5 angeordnet (abgeschieden) sein, und einen direkten Kontakt mit einer Haftung zur Passivierung 6 ausbilden.
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Die Ätzlöcher 7 sind vorteilhaft in einem Abstand g zueinander in der Passivierung 6 und im Träger 4 eingebracht. Der Abstand g zwischen den Ätzlöchern kann vorteilhaft gleich sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 nur ein Paar von sensitiven Schichten 5 gezeigt, welche zu einer Schleife gehören können. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Schleifen mit sensitiven Schichten 5 (Paaren von Schichten 5) auf dem Träger 4 angeordnet sind. Zwischen den Schleifen oder lateral neben diesen kann ein oder mehrere Temperaturfühler (auf dem Träger 4) angeordnet sein. Die Wahl des Abstands g kann vorteilhaft die Tiefe der Kavität 3 bestimmen. Wird der Abstand zu groß gewählt, kann von den Ätzlöchern aus eine durchgehende Kavität erst nach längerer Zeit geformt werden, was sich dann auch auf eine größere Tiefe der Kavität auswirken kann. Die Tiefe kann aber auch bei kleinem Abstand g über die Ätzzeit gesteuert werden.
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Die Sensoreinrichtung 1 kann eine weitere Passivierung 8 umfassen, welche den Träger 4 und die sensitiven Schichten 5 und die Passivierung 6 zumindest teilweise überdecken kann. Die weitere Passivierung 8 überdeckt vorteilhaft noch die Ätzlöcher, und kann diese auch verschließen. In der Kavität kann so ein Gas mit einem von der Umgebung abweichenden Druck oder ein Vakuum eingeschlossen sein. Durch ein eingeschlossenes Gas oder Vakuum kann eine thermische Isolation der Membran, des Trägers 4, vorteilhaft verbessert werden (gegenüber dem Substrat oder Aufbauten unterhalb des Sensors).
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Das Substrat 2 kann als Wafer bereitgestellt werden, beispielsweise umfassend Si.
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Die Kavität 3 kann eine Tiefe umfassen, welche vorteilhaft je nach Anwendung unterschiedlich ausgeformt sein kann. Wird ein hoher Wärmefluss erwartet, kann die Kavität 3 tiefer geformt werden, damit der Boden der Kavität 3 bei der Dissipation von Wärme einen geringeren oder keinen Störeinfluss auf die sensitive Schicht 5 haben kann. Die Kavität 3 kann beispielsweise eine Tiefe von etwa 25 - 100 µm umfassen. Die Wahl der jeweiligen Tiefe der Kavität 3 kann vorteilhaft unter gleichzeitiger Gewährleistung der Zentrierung der Kavität unter der sensitiven Schicht(en) 5 und einer vorteilhaft zusätzlich bestimmbaren Breite der Kavität erfolgen.
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Das Anordnen und Strukturieren der sensitiven Schicht(en) 5 erfolgt vorteilhaft vor dem Ausformen der Kavität 3 im Substrat 2 (vor der Freistellung des Trägers 4 im Bereich der Kavität 3), wodurch vorteilhaft eine für die Lithographie (zur Strukturierung) erforderliche ebene Topographie des Trägers (der Membran) erzielt werden kann.
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Bei der Herstellung des Trägers 4 kann ein Ausformen einer Grabenstruktur in dem Substrat erfolgen, in welches später das Füllmaterial MT des Trägers 4 eingebracht werden kann. Da dieses Einbringen den erzeugten Graben in dessen Breite nur dann ganz auffüllen kann, wenn dieser vorteilhaft nicht zu breit ausgeformt ist, wird die Grabenstruktur und der resultierende Randbereich 3a entsprechend dünn gewählt oder es können mehrere Grabenstrukturen parallel nebeneinander im Substrat eingebracht werden (nicht gezeigt). Diese Gräben können dann mit Füllmaterial MT gefüllt werden. Nach einem Ätzen der Kavität 3 kann auch das Substratmaterial zwischen den gefüllten Gräben entfernt werden, falls sich die Gräben nicht bis zum Boden der Kavität erstrecken. Danach können parallel zueinanderstehende vertikale Stützen als Randbereiche 3a übrigbleiben, welche etwa eine Distanz d zueinander aufweisen können. Diese Distanz d kann vorteilhaft gleich sein für alle Randbereiche 3a oder variieren.
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Die erste Haftschicht H1 kann eine Diffusionsbarriere für Materialien der sensitiven Schicht 5 gegenüber dem Träger 4 darstellen. Die zweite Haftschicht H2 kann ebenso eine Diffusionsbarriere für die sensitive Schicht darstellen. Die zweite Haftschicht H2 kann auf der sensitiven Schicht 5 abgeschieden werden.
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Die Kavität kann im Substrat 2 beispielsweise isotrop, etwa mittels XeF2 (Xenondifluorid) erfolgen. Der Ätzvorgang kann zusätzlich oder anstatt dem Ätzen mit XeF2 auch mit SF6 (Schwefelhexaflourid) erfolgen, und dabei in die Tiefe gerichtet sein. Ansonsten kann vorteilhaft auch ein ungerichtetes Ätzverfahren genutzt werden.
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Die weitere Passivierung 8 kann vorteilhaft als ein Schutz gegen Umwelteinflüsse (Feuchte, Staub) gebildet sein und entsprechende Materialien umfassen.
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Das Ätzen kann auch durch KOH erfolgen.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Draufsicht auf die Sensoreinrichtung 1 zeigt eine beispielhafte ovale (elliptische) Form der Kavität 3 mit einem Randbereich 3a, welcher die Kavität 3 ringsum umlaufen kann. Die Draufsicht zeigt weiterhin einen Mittelpunkt M. Die sensitive Schicht(en) 5 sind vorteilhaft zumindest entlang der lateralen Richtung k symmetrisch bezüglich dem Mittelpunkt M angeordnet. Daher kann ein Temperaturfluss zu den Randbereichen 3a, welche die laterale Richtung k schneiden, auf beiden Seiten symmetrisch sein, da die sensitiven Schichten 5 in gleicher Entfernung (vom Mittelpunkt zu den Seiten) entlang der Richtung k angeordnet sein können.
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Die sensitive Schicht 5 kann vorteilhaft an einen Stromkreis angeschlossen werden oder selbst einen Stromkreis mit einem Messelement bilden, wobei vorteilhaft ein elektrischer Widerstand der sensitiven Schicht messbar ist, welcher von dem zu messenden Parameter abhängen kann. Die Schleife kann vorteilhaft eine Wheatstone-Brücke darstellen.
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Durch eine vorteilhaft beliebige Form der Randbereiche 3a kann vorteilhaft ein beliebiges Design der Randbegrenzung und somit der Kavität 3 in Draufsicht erzielt werden, wodurch sich vorteilhaft die Stabilität und Verschmutzungseigenschaften der Kavität 3 beeinflussen lassen. Die Ätzlöcher 7 befinden sich vorteilhaft zwischen den sensitiven Schichten 5 und sind vorteilhaft äquidistant zueinander verteilt. Die Draufsicht zeigt beispielhaft drei Schleifen der sensitiven Schicht 5.
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Der Träger mit dem Substrat und der Kavität kann auf einem Chip angeordnet werden oder als ein Chip ausgeformt sein.
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3 zeigt einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Herstellung einer Sensoreinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Substrats; ein Ausformen S2 einer Grabenstruktur von einer Oberseite des Substrats als ein Randbereich für eine Kavität in dem Substrat; ein Einbringen S3a eines Füllmaterials in die Grabenstruktur und ein Aufbringen S3b des Füllmaterials auf die Oberseite des Substrats, wodurch ein Träger auf der Oberseite des Substrats und zumindest teilweise auf dem Randbereich ausgeformt wird. Des Weiteren erfolgt ein Anordnen S4 einer sensitiven Schicht auf dem Träger und ein Strukturieren S5 der sensitiven Schicht derart, dass zumindest in einer lateralen Richtung eine laterale Ausdehnung eines Bereichs zwischen dem Randbereich zentriert ist gegenüber der sensitiven Schicht; sowie vorteilhaft ein Anordnen S6 einer Passivierung auf dem Träger und auf der sensitiven Schicht, auf einer dem Substrat abgewandten Seite dieser. Des Weiteren erfolgt ein Einbringen S7 einer Mehrzahl von Ätzlöchern vorteilhaft in die Passivierung und den Träger, welche sich vorteilhaft durch die Passivierung und den Träger bis zum Substrat erstrecken können; und ein Ausformen S8 der Kavität in dem Substrat innerhalb der Randbegrenzung mittels eines Ätzvorgangs durch die Ätzlöcher. Die Verfahrensschritt S3a und S3b können gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
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Die Grabenstrukturen können mit einem Trenchverfahren eingebracht werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
