DE102019135606B3 - Semiconductor-based differential pressure sensor and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Differenzdrucksensor umfassend eine erste (01) und eine zweite Substratplatte (02), die jeweils eine Trägerschicht (03), eine Bauteilschicht (04) und eine zwischen diesen liegende Trennschicht (05) besitzen. Die Dicke der Bauteilschicht (04) der ersten Substratplatte (01) weicht von der Dicke der Bauteilschicht (04) der zweiten Substratplatte (02) nennenswert ab. Eine Schaltungsstruktur mit mindestens einem dehnungsempfindlichen Sensorelement (07), ist in einer der Bauteilschichten (04) ausgebildet und liefert bei einer Verformung dieser Bauteilschicht ein zur Verformung korrelierendes Sensorsignal. In einem Membranbereich ist die Trägerschicht (03) der ersten und der zweiten Substratplatte (01, 02) entfernt, sodass ein erster Druckraum (11) in der ersten Substratplatte (01) und ein zweiter Druckraum (12) in der zweiten Substratplatte (02) ausgebildet ist. Die erste und die zweite Substratplatte (01, 02) sind an ihren jeweiligen Bauteilschichten (04) miteinander verbunden, sodass im Membranbereich eine aus den Bauteilschichten (04) bestehende Membran (13) gebildet ist.Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Differenzdrucksensors.The invention relates to a differential pressure sensor comprising a first (01) and a second substrate plate (02), each of which has a carrier layer (03), a component layer (04) and a separating layer (05) located between them. The thickness of the component layer (04) of the first substrate plate (01) differs significantly from the thickness of the component layer (04) of the second substrate plate (02). A circuit structure with at least one strain-sensitive sensor element (07) is formed in one of the component layers (04) and, when this component layer is deformed, delivers a sensor signal that correlates with the deformation. The carrier layer (03) of the first and second substrate plates (01, 02) is removed in a membrane area, so that a first pressure space (11) in the first substrate plate (01) and a second pressure space (12) in the second substrate plate (02) is trained. The first and second substrate plates (01, 02) are connected to one another at their respective component layers (04), so that a membrane (13) consisting of the component layers (04) is formed in the membrane area. The invention also relates to a method for producing such a device Differential pressure sensor.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen miniaturisierten, auf sogenannten Wafern basierenden, gegenüber korrodierenden Medien resistenten Differenzdrucksensor. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors, insbesondere unter Anwendung von in der Halbleitertechnik typischen Prozessen.The present invention relates to a miniaturized differential pressure sensor based on so-called wafers and resistant to corrosive media. The invention also relates to a method for producing such a sensor, in particular using processes typical in semiconductor technology.
In der Praxis werden unterschiedliche Sensoren zur Bestimmung des Differenzdrucks zwischen zwei Medienräumen genutzt. Bei typischen Silizium-Wafern basierten piezoresistiven Differenzdrucksensoren liegen die zu vergleichenden Drücke p1 und p2 an Vorder- und Rückseite einer ins Silizium geätzten Membran an. Das Ausgangssignal einer auf der Membran angeordneten Messbrücke ist proportional zur Druckdifferenz. Solche Sensoren eignen sich gut für eine zuverlässige Differenzdruckmessung in trockener Luft und anderen nicht korrosiven, nicht aggressiven und elektrisch isolierenden Medien. Die empfindlichen Komponenten auf der Membran, insbesondere die Messbrücke sowie die Metallisierung einschließlich der Bonddrähte zur elektrischen Kontaktierung, erlauben aber keinen Einsatz solcher Sensoren unter rauen Umgebungsbedingungen.In practice, different sensors are used to determine the differential pressure between two media spaces. In typical silicon wafer-based piezoresistive differential pressure sensors, the pressures p 1 and p 2 to be compared are applied to the front and rear of a membrane etched into silicon. The output signal of a measuring bridge arranged on the membrane is proportional to the pressure difference. Such sensors are well suited for reliable differential pressure measurement in dry air and other non-corrosive, non-aggressive and electrically insulating media. The sensitive components on the membrane, in particular the measuring bridge and the metallization including the bonding wires for electrical contacting, do not allow the use of such sensors under harsh environmental conditions.
Aus der
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Die
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Vorbekannte Differenzdrucksensoren, die sich mit bekannten Halbleitertechnologien auf Basis von Wafern erzeugen lassen, sind entweder nicht gegenüber korrosiven Medien resistent oder erfordern besondere konstruktive Maßnahmen, beispielsweise den Aufbau mit einer Trennmembran und einer sogenannten Ölvorlage. Letzteres erhöht die Kosten für die aufgebaute Messzelle um ein Vielfaches, wodurch deren Verwendung in typischen Massenanwendungen praktisch ausgeschlossen ist. Je nach Anwendung kann zudem das Volumen bzw. die Übertragungslänge der ölgefüllten Kammer sehr groß sein, was zu Messfehlern durch undefinierte Volumenausdehnung der Ölvorlagen, ungleichmäßige Volumenausdehnung der vorder- und rückseitigen Ölvorlage oder undefinierte Temperaturgradienten führen kann. Andere Lösungen zeigen nur eine unzureichende Langzeitstabilität, z. B. aufgrund von mechanischen und thermomechanischen Spannungen.Previously known differential pressure sensors, which can be produced with known semiconductor technologies on the basis of wafers, are either not resistant to corrosive media or require special design measures, for example a structure with a separating membrane and a so-called oil reservoir. The latter increases the costs for the built-up measuring cell many times over, which means that it is practically impossible to use it in typical mass applications. Depending on the application, the volume or the transmission length of the oil-filled chamber can also be very large, which can lead to measurement errors due to undefined volume expansion of the oil reservoirs, uneven volume expansion of the front and rear oil reservoirs or undefined temperature gradients. Other solutions only show insufficient long-term stability, e.g. B. due to mechanical and thermomechanical stresses.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher ausgehend vom Stand der Technik darin, einen verbesserten Differenzdrucksensor bereit zu stellen, der unter Anwendung üblicher Halbleitertechnologien preiswert herstellbar ist, gegenüber korrodierenden Medien resistent ist und eine hohe Langzeitstabilität aufweist.One object of the present invention, based on the prior art, is therefore to provide an improved differential pressure sensor which can be manufactured inexpensively using conventional semiconductor technologies, is resistant to corrosive media and has high long-term stability.
Die genannte Aufgabe wird durch einen Differenzdrucksensor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors gemäß dem Anspruch 7 gelöst.The stated object is achieved by a differential pressure sensor according to the attached claim 1 or by a method for producing such a sensor according to claim 7.
Der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor umfasst eine erste und eine zweite Substratplatte, die vorzugsweise aus einem SOI-Wafer (SOI = silicon on insulator) gebildet sind. Die Substratplatten bestehen jeweils aus mindestens einer Trägerschicht, einer Bauteilschicht und einer zwischen diesen liegenden Trennschicht. Wichtig ist, dass die Dicke der Bauteilschicht der ersten Substratplatte von der Dicke der Bauteilschicht der zweiten Substratplatte signifikant abweicht. Eine Schaltungsstruktur mit vorzugsweise mehreren dehnungsempfindlichen Sensorelementen ist in mindestens einer der Bauteilschichten derart ausgebildet, dass die Sensorelemente bei einer Verformung dieser Bauteilschicht ein zur Verformung korrelierendes Sensorsignal liefert. Bevorzugt umfasst die Schaltungsstruktur einen oder mehrere piezoresisitive Widerstände als Sensorelemente. In einem Membranbereich sind die Trägerschichten sowohl der ersten als auch der zweiten Substratplatte entfernt, sodass ein erster Druckraum in der ersten Substratplatte und ein zweiter Druckraum in der zweiten Substratplatte ausgebildet sind. Die erste und die zweite Substratplatte sind an ihren jeweiligen Bauteilschichten miteinander verbunden, sodass im Membranbereich eine aus den Trennschichten und den Bauteilschichten der beiden Substratplatten bestehende Membran gebildet ist. Diese Membran wird im Betriebszustand beidseitig mit dem Druck beaufschlagt, der im jeweils angrenzenden Druckraum herrscht, sodass die Membran abhängig von einer Druckdifferenz ausgelenkt wird, was zu mechanischen Spannungen in den Bauteilschichten führt und somit das gewünschte Sensorsignal generiert.The differential pressure sensor according to the invention comprises a first and a second substrate plate, which are preferably formed from an SOI wafer (SOI = silicon on insulator). The substrate plates each consist of at least one carrier layer, a component layer and a separating layer lying between them. It is important that the thickness of the component layer of the first substrate plate differs significantly from the thickness of the component layer of the second substrate plate. A circuit structure with preferably a plurality of strain-sensitive sensor elements is formed in at least one of the component layers in such a way that the sensor elements deliver a sensor signal that correlates with the deformation when this component layer is deformed. The circuit structure preferably comprises one or more piezoresistive resistors as sensor elements. In a membrane area, the carrier layers of both the first and the second substrate plate are removed, so that a first pressure space is formed in the first substrate plate and a second pressure space is formed in the second substrate plate. The first and second substrate plates are connected to one another at their respective component layers, so that a membrane consisting of the separating layers and the component layers of the two substrate plates is formed in the membrane area. In the operating state, this membrane is acted upon on both sides with the pressure that prevails in the adjacent pressure chamber, so that the membrane is deflected depending on a pressure difference, which leads to mechanical stresses in the component layers and thus generates the desired sensor signal.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Differenzdrucksensors wird eine Resistenz gegenüber aggressiven Medien erreicht, da eine räumliche Trennung zwischen dem ersten Druckraum mit dem darin vorhandenen Medium unter einem Druck p1, dem zweiten Druckraum mit dem darin vorhandenen Medium unter einem Druck p2 und der Schaltungsstruktur in der Bauteilschicht sichergestellt ist. Die jeweiligen Trennschichten sorgen für die entsprechende Trennung.The inventive construction of the differential pressure sensor achieves resistance to aggressive media, since there is a spatial separation between the first pressure chamber with the medium present therein under a pressure p 1 , the second pressure chamber with the medium present therein under a pressure p 2 and the circuit structure in the component layer is ensured. The respective separating layers ensure the appropriate separation.
Die Erfindung basiert u. a. auf der Erkenntnis, dass es durch die vorgeschlagene Verwendung zweier Substratplatten, die aus SOI-Wafern gefertigt werden, gelingt, die Schaltungsstruktur, beispielsweise in Form einer Messbrücke vollständig in Bulk-Silizium einzubetten, wodurch die räumliche Trennung vom Medium in den Druckräumen gewährleistet ist. Eine zusätzliche Passivierung sowie vollständige elektrische Isolation wird durch die vergrabenen Trennschichten (buried oxide, BOX) der SOI-Wafer mit einer Dicke von typischerweise 0,5...1,0 µm gewährleistet. Gleichzeitig dienen diese Trennschichten als Ätzstopp während der Ausbildung der Membran durch Ätzung der Trägerschichten und gewährleisten somit eine über den gesamten Silizium-Wafer sehr homogene Membrandicke. Die Membrandicke definiert wichtige Sensorparameter wie Empfindlichkeit, Linearität der Kennlinie und Überlastfestigkeit. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Sensorgeometrie ist die von Vorder- und Rückseite mechanisch symmetrische Einspannung der Membran. Dadurch werden Asymmetrien in der Differenzdruck-Kennlinie bei vorder- und rückseitiger Belastung vermieden.The invention is based, inter alia, on the knowledge that the proposed use of two substrate plates made from SOI wafers enables the circuit structure, for example in the form of a measuring bridge, to be completely embedded in bulk silicon, which means that the spatial separation of the medium in the Pressure rooms is guaranteed. An additional passivation as well as complete electrical insulation is buried through the Separation layers (buried oxide, BOX) of the SOI wafer with a thickness of typically 0.5 ... 1.0 µm are guaranteed. At the same time, these separating layers serve as an etch stop during the formation of the membrane by etching the carrier layers and thus ensure a membrane thickness that is very homogeneous over the entire silicon wafer. The membrane thickness defines important sensor parameters such as sensitivity, linearity of the characteristic curve and overload resistance. Another advantage of the proposed sensor geometry is the mechanically symmetrical clamping of the membrane from the front and rear. This avoids asymmetries in the differential pressure characteristic with front and rear loading.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Dicke der Bauteilschicht der ersten Substratplatte um einen Faktor <= 0,8, bevorzugt <=0,5 von der Dicke der Bauteilschicht der zweiten Substratplatte. Bei identischer Dicke der Silizium- Bauteilschichten der beiden SOI-Wafer würden die dehnungsempfindlichen Sensorelemente, insbesondere Piezowiderstände in der spannungsfreien neutralen Faser der Membran liegen, so dass eine Verformung der Membran kein zur Dehnung korrelierendes Sensorsignal erzeugen würde. Daher muss die Dicke der Bauteilschichten signifikant unterschiedlich sein.According to a preferred embodiment, the thickness of the component layer of the first substrate plate differs by a factor of <= 0.8, preferably <= 0.5, from the thickness of the component layer of the second substrate plate. With the same thickness of the silicon component layers of the two SOI wafers, the strain-sensitive sensor elements, in particular piezoresistors, would be in the tension-free, neutral fiber of the membrane, so that a deformation of the membrane would not generate a sensor signal correlating to the strain. Therefore, the thickness of the component layers must be significantly different.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind in jeder der Bauteilschichten der beiden Substratplatten Schaltungsstrukturen ausgebildet. Diese Schaltungsstrukturen können zur Reduktion der Ausfallwahrscheinlichkeit redundante Signale erzeugen oder auch abweichende Messfunktionen erfüllen, indem beispielsweise neben der Dehnungssensorik noch eine Temperaturmessung realisiert wird.In a modified embodiment, circuit structures are formed in each of the component layers of the two substrate plates. These circuit structures can generate redundant signals to reduce the probability of failure or also fulfill different measuring functions, for example by realizing a temperature measurement in addition to the strain sensor system.
Vorzugsweise umfasst die Schaltungsstruktur mehrere piezoresistive Widerstände, die als Messbrücke miteinander verschaltet sind.The circuit structure preferably comprises a plurality of piezoresistive resistors which are connected to one another as a measuring bridge.
Eine abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der Verbindung der beiden Bauteilschichten weiterhin eine Passivierungsschicht ausgebildet ist, welche die Bauteilschichten elektrisch voneinander trennt. Diese Passivierungsschicht wird beispielsweise durch einen Oxidationsschritt erzeugt, bevor die Bauteilschichten miteinander verbunden werden. Die Verbindung der Bauteilschichten erfolgt bevorzugt durch Bonden.A modified embodiment is characterized in that, in the area of the connection between the two component layers, a passivation layer is also formed, which electrically separates the component layers from one another. This passivation layer is produced, for example, by an oxidation step before the component layers are connected to one another. The component layers are preferably connected by bonding.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besitzt an der von der Bauteilschicht abgewandten Seite der Trägerschicht mindestens einer der Substratplatten eine Deckelplatte, welche den Druckraum verschließt. In der Deckelplatte ist ein in den Druckraum mündender Zugangskanal vorhanden, um im Betriebszustand das unter Druck stehende Medium zuzuführen.An advantageous embodiment has, on the side of the carrier layer facing away from the component layer, at least one of the substrate plates a cover plate which closes the pressure space. In the cover plate there is an access channel opening into the pressure chamber in order to supply the pressurized medium in the operating state.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Differenzdrucksensors umfasst zunächst Schritte des Bereitstellens eines ersten und eines zweiten SOI-Wafers. Diese SOI-Wafer besitzen mindestens jeweils eine Trägerschicht, eine Bauteilschicht und eine zwischen diesen liegende Trennschicht. Die SOI-Wafer werden so gewählt, dass die Dicke der Bauteilschicht des ersten SOI-Wafers von der Dicke der Bauteilschicht des zweiten SOI-Wafers signifikant abweicht. Im nächsten Schritt wird eine Schaltungsstruktur mit mindestens einem dehnungsempfindlichen Sensorelement in mindestens einer der Bauteilschichten erzeugt. In einem weiteren Schritt werden die beiden SOI-Wafer an ihren jeweiligen Bauteilschichten miteinander verbunden, vorzugsweise durch Bonden. Nach dem Herstellen dieser Verbindung erfolgt ein partielles Entfernen der Trägerschichten der beiden SOI-Wafer in Membranbereichen, jeweils beginnend von der der Bauteilschicht abgewandten Seite der Trägerschicht. Damit wird jeweils in gegenüberliegenden Abschnitten der Wafer eine Vielzahl von Membranen ausgebildet, die durch jeweils miteinander verbundene Abschnitte der sich gegenüberliegenden Bauteilschichten gebildet sind. Nach diesen Schritten und ggf. weiteren optionalen Schritten können die derart hergestellten Differenzdrucksensoren vereinzelt werden.The method according to the invention for producing such a differential pressure sensor initially comprises steps of providing a first and a second SOI wafer. These SOI wafers each have at least one carrier layer, one component layer and a separating layer between them. The SOI wafers are selected such that the thickness of the component layer of the first SOI wafer differs significantly from the thickness of the component layer of the second SOI wafer. In the next step, a circuit structure with at least one strain-sensitive sensor element is produced in at least one of the component layers. In a further step, the two SOI wafers are connected to one another at their respective component layers, preferably by bonding. After this connection has been established, the carrier layers of the two SOI wafers are partially removed in membrane areas, each beginning from the side of the carrier layer facing away from the component layer. In this way, a plurality of membranes is formed in each case in opposite sections of the wafer, which membranes are formed by sections of the opposite component layers that are connected to one another. After these steps and, if necessary, further optional steps, the differential pressure sensors produced in this way can be separated.
Vorzugsweise erfolgen das Entfernen der Trägerschichten in dem Membranbereich sowie weitere Strukturierungsschritte ausschließlich durch konventionelle, anisotrope Ätzverfahren mittels Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) zur Tiefenstrukturierung von Silizium.The removal of the carrier layers in the membrane area and further structuring steps are preferably carried out exclusively by conventional, anisotropic etching processes using potassium hydroxide solution (KOH) for deep structuring of silicon.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zur Kontaktierung der erzeugten Schaltungsstruktur Kontaktpads in passender Zahl erzeugt werden müssen. Vorzugsweise werden außerhalb der erzeugten Druckräume abgesenkte Kontaktpads erzeugt, die der elektrischen Kontaktierung wahlweise mittels Drahtbonden oder Federkontakten dienen.It is obvious to a person skilled in the art that a suitable number of contact pads must be produced in order to make contact with the circuit structure produced. Lowered contact pads are preferably produced outside the pressure spaces produced, which are used for electrical contacting optionally by means of wire bonding or spring contacts.
Der Chip verfügt über eine vorder- und rückseitige Medienzuführung sowie ausreichend große Dichtflächen, die eine einfache Abdichtung mittels Elastomerdichtungen erlauben. Die Membran befindet sich in der Mitte des Sensors und ist mechanisch weitgehend vom Gehäuse entkoppelt. Sie wird von je einer Seite mit den Drücken p1 bzw. p2 beaufschlagt.The chip has a media feed on the front and back as well as sufficiently large sealing surfaces that allow simple sealing by means of elastomer seals. The membrane is located in the middle of the sensor and is mechanically largely decoupled from the housing. It is subjected to pressures p 1 and p 2 from one side each.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden über hoch dotierte Zuleitungsgebiete Bor-dotierte Brückenwiderstände elektrisch mit einer Metallisierung verbunden.According to a preferred embodiment, boron-doped bridge resistors are electrically connected to a metallization via highly doped lead regions.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform können bei der Implantation Channelingeffekte ausgenutzt werden, um die für hochdotierte Anschlüsse bzw. Zuleitungen erforderlichen hohen Eindringtiefen zu erreichen. Durch Variation des Einfallswinkels und gleichzeitige Rotation des Wafers während des Implantationsprozesses sowie unter Verzicht auf ein Streuoxid bzw. unter Verwendung eines sehr dünnen Streuoxids kann eine in der Tiefe homogene hohe Dotierung erreicht werden. Anschließend erfolgt eine moderate Temperung, die lediglich der elektrischen Aktivierung und nicht dem weiteren Eindiffundieren der Dotanden dient.According to a modified embodiment, channeling effects can be used during the implantation in order to increase the high levels required for highly doped connections or supply lines To achieve penetration depths. By varying the angle of incidence and simultaneous rotation of the wafer during the implantation process and by dispensing with a scattering oxide or using a very thin scattering oxide, a high level of doping that is homogeneous in depth can be achieved. This is followed by moderate tempering, which is only used for electrical activation and not for further diffusion of the dopants.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors; -
2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht des Differenzdrucksensors gemäß1 ; -
3 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Differenzdrucksensors.
-
1 a simplified sectional view of a first embodiment of a differential pressure sensor according to the invention; -
2 a simplified perspective view of the differential pressure sensor according to FIG1 ; -
3 a simplified sectional view of a second embodiment of the differential pressure sensor.
Zu Erzeugung der Ausführungsform gemäß
In einem folgenden Herstellungsschritt wurden die beiden SOI-Wafer „face-to-face“ also mit den Bauteilschichten gegeneinander gebondet. Die Passivierungsschicht
Im hergestellten Verbund erfolgt anschließend eine Silizium-Tiefenstrukturierung. Dadurch werden die Trägerschichten
In einer abgewandelten Ausführungsform kann optional eine zusätzliche beidseitige Passivierung erfolgen. Vorzugsweise kann dies eine Siliziumnitrid-Passivierung (Si2N4)sein, welche eine sehr gute chemische Passivierung, unter anderem durch Resistenz gegenüber Feuchte und sonstigen ionischen Spezies, gewährleistet. Diese zusätzliche Beschichtung wird nach dem Verbinden der Substratplatten und dem Ätzen der beiden SOI-Wafer aufgebracht, also noch vor dem Anbringen eventueller Deckelplatten.In a modified embodiment, additional passivation on both sides can optionally take place. This can preferably be a silicon nitride passivation (Si2N4), which ensures a very good chemical passivation, among other things through resistance to moisture and other ionic species. This additional coating is applied after the substrate plates have been connected and the two SOI wafers have been etched, i.e. before any cover plates are attached.
Zur Kontaktierung der Schaltungsstruktur erfolgt eine Metallisierung über in die Bauteilschicht
In der Ausführungsform gemäß
In einer nochmals abgewandelten Ausführungsform kann alternativ zum zuvor beschriebenen Aufbau die Brücke aus den Sensorelementen auch in der dickeren Bauteilschicht
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 0101
- erste Substratplattefirst substrate plate
- 0202
- zweite Substratplattesecond substrate plate
- 0303
- TrägerschichtCarrier layer
- 0404
- BauteilschichtComponent layer
- 0505
- TrennschichtSeparating layer
- 0606
- --
- 0707
- dehnungsempfindliche Sensorelemente / Piezowiderständestrain-sensitive sensor elements / piezoresistors
- 0808
- PassivierungsschichtPassivation layer
- 0909
- --
- 1010
- --
- 1111
- erster Druckraumfirst printing room
- 1212th
- zweiter Druckraumsecond pressure chamber
- 1313th
- Membranmembrane
- 1414th
- DurchkontaktierungThrough-hole plating
- 1515th
- DeckelplatteCover plate
- 1616
- ZugangskanalAccess channel
- 1717th
- --
- 1818th
- --
- 1919th
- --
- 2020th
- weitere Durchkontaktierungsebenefurther via level
Claims (9)
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DE102019135606.7A DE102019135606B3 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Semiconductor-based differential pressure sensor and method for its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102019135606.7A DE102019135606B3 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Semiconductor-based differential pressure sensor and method for its manufacture |
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DE102019135606B3 true DE102019135606B3 (en) | 2021-05-20 |
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ID=75683673
Family Applications (1)
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DE102019135606.7A Active DE102019135606B3 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Semiconductor-based differential pressure sensor and method for its manufacture |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006022379A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical pressure transducer for capacitive microelectromechanical system microphone, has substrate-sided cavity forming back volume for movable membrane, and resting at application-specific integrated circuit chip |
DE102013207683A1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-13 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for producing a microfluidic analysis cartridge |
US20150122038A1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-05-07 | Sensirion Ag | Pressure sensor |
DE102016203232A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Continental Automotive Systems, Inc. | 3D stacked piezoresistive pressure sensor |
-
2019
- 2019-12-20 DE DE102019135606.7A patent/DE102019135606B3/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006022379A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical pressure transducer for capacitive microelectromechanical system microphone, has substrate-sided cavity forming back volume for movable membrane, and resting at application-specific integrated circuit chip |
DE102013207683A1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-13 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for producing a microfluidic analysis cartridge |
US20150122038A1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-05-07 | Sensirion Ag | Pressure sensor |
DE102016203232A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Continental Automotive Systems, Inc. | 3D stacked piezoresistive pressure sensor |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |