DE202013105955U1 - Sensorbaustein - Google Patents

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Abstract

Sensorbaustein, enthaltend – ein Substrat (1), – auf dem Substrat (1) angeordnet in unterschiedlichen Niveaus (Nx): – eine erste elektrisch leitende Abschirmstruktur (2), – eine zweite elektrisch leitende Abschirmstruktur (5), – eine Elektrodenstruktur (3) zum Messen einer Grösse, welche Elektrodenstruktur (3) zwischen den Abschirmstrukturen (2, 5) angeordnet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Sensorbaustein.
  • Hintergrund
  • Sensorbausteine enthalten heutzutage häufig einen Sensorchip, auf dessen Substrat die eigentliche Sensorfunktionalität in Form eines messempfindlichen Elements aufgebracht oder in dieses integriert ist. Dabei mag das Substrat ein Halbleitersubstrat sein.
  • Insbesondere Feuchtesensoren verwenden dabei eine für Feuchte empfindliche Polymerschicht, deren Kapazität beispielsweise über zwei angeschlossene Elektroden bestimmt wird und ein Mass darstellt für die zu messende Feuchte.
  • Allerdings wurde dabei festgestellt, dass im Falle von Kondensation von Wasser auf der feuchteempfindlichen Schicht die gemessene Kapazität auf einen Wert niedriger als 100% sinkt. Dieser Sättigungsfall kann also zu falschen Messergebnissen führen, sodass sich nicht mehr eindeutig feststellen lässt, ob der gemessene Wert tatsächlich ein Szenario abbildet, in dem die Feuchte etwas geringer ist als 100%, oder ob es sich um das Szenario der Kondensation handelt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Sensorbaustein nach den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Der Sensorbaustein enthält ein Substrat, insbesondere ein Halbleitersubstrat wie etwa ein Siliziumsubstrat. Auf dem Substrat sind in unterschiedlichen Niveaus angeordnet: Eine erste elektrisch leitende Abschirmstruktur, eine zweite elektrisch leitende Abschirmstruktur und eine Elektrodenstruktur zum Messen einer Grösse, welche Elektrodenstruktur zwischen den Abschirmstrukturen angeordnet ist. Bevorzugt dient der Sensorbaustein zum Messen von Feuchte und weist daher ein für Wasser empfindliches Material auf, das beispielsweise Wassermoleküle absorbiert. Bevorzugt ist ein solches Messelement zwischen Elektroden der Elektrodenstruktur angeordnet, sodass mit Hilfe der Elektroden eine kapazitive Messung bezüglich des Messelements durchgeführt werden kann.
  • Es wurde seitens der Hinterlegerin festgestellt, dass das aufgezeigte Problem von einer Beeinflussung des durch die Elektroden erzeugten elektrischen Feldes durch an der Oberfläche des Messelements kondensierten Wassers herrühren kann. Bei Wasser in der Gasphase werden die Wassermoleküle von dem Material des Messelements aufgenommen und bestimmen seine Kapazität. Bei Wasser in flüssiger Phase dagegen mag der Wasserfilm auf der Oberfläche des Messelements das elektrische Feld gegenüber einer Messung ohne diesen Wasserfilm beeinflussen. Dies mag in der hohen Permittivität von Wasser begründet sein. Erfindungsgemäss wird also eine Abschirmung eingeführt, die das mit Hilfe der Elektrodenstruktur zur Messung erzeugte elektrische Feld gegen äussere Einflüsse so weit als möglich schirmt, und insbesondere eine gleichbleibende Feldlinienverteilung im Messelement gewährleistet, unabhängig davon, ob sich auf dem Messelement ein Wasserfilm oder eine andere Ablagerung mit hoher Permittivität vorfindet oder nicht. Infolge der elektrostatischen Abschirmung kann die Messung weitgehend unabhängig von Änderungen in dielektrischen Eigenschaften der Umgebung des Sensorbausteins erfolgen.
  • Infolge der Anordnung der Elektrodenstruktur zwischen den Abschirmstrukturen in einer Richtung orthogonal zur Ebene des Substrats entsteht eine Art Faraday'scher Käfig um die Elektrodenstruktur herum. Die Elektrodenstruktur mag dabei mindestens zwei Elektroden enthalten zum Betreiben auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential, welche Elektroden bevorzugt auf demselben Niveau voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Abschirmstrukturen sind elektrisch leitend ausgebildet, und können ihrerseits jeweils eine oder mehrere Metallschichten enthalten, durchaus auch aus unterschiedlichen Materialien. Diese Abschirmmassnahmen erlauben eine zuverlässige Messung insbesondere der relativen Feuchte auch bei hohen sich der Sättigung annähernden Feuchtewerten. Dennoch kann zwischen einer solch hohen relativen Feuchte und der Kondensation unterschieden werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn Feuchte in einem Umfeld gemessen wird, das häufig von Kondensation geprägt ist, beispielsweise bei der Beschlagerkennung von Fensterscheiben in Fahrzeugen.
  • Infolge der Schirmung kann auch die Dicke des empfindlichen Materials – eben des Messelements – verringert werden. Diese Massnahme wirkt sich wiederum vorteilhaft aus auf die Zeitdauer einer Messung, insbesondere bei Messungen in Tieftemperaturanwendungen, bei denen sich die Zeitdauer einer Messung infolge der Temperaturabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von Wasser in dem Messmaterial, beispielsweise einem Polymer, erhöht. Dieser Erhöhung kann durch ein nun dünner ausgebildetes Messelement entgegengewirkt werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Elektroden die Form jeweils eines Kamms auf. Demgemäss weist die erste Elektrode mehrere zueinander parallel ausgerichtete, voneinander beabstandete und elektrisch miteinander verbundene Elektrodenfinger auf, wie auch die zweite Elektrode. Die Elektrodenfinger der ersten Elektrode greifen dabei in Zwischenräume zwischen den Elektrodenfingern der zweiten Elektrode ein. Damit wird die wirksame Fläche zwischen den Elektroden erhöht, welche Fläche wiederum in die Kapazität zwischen den Elektroden eingeht. Dabei mögen der Abstand zwischen den Elektrodenfingern oder andere Geometriegrössen je nach Anwendung optimiert werden und die feuchteinduzierte Kapazitätsänderung maximiert werden mit Bezug auf eine Offset-Kapazität der Anordnung.
  • Vorzugsweise ist eine Schaltung zum Beaufschlagen der Elektroden mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen und zum Messen der Kapazität des Messelements oder seines Widerstands auf dem Substrat integriert, welche integrierte Schaltung auch für die Beschaltung der Abschirmstrukturen verantwortlich sein kann. Die Abschirmstrukturen sind bevorzugt auf einem gemeinsamen Potential gehalten, das sich von dem an die Elektroden angelegten Potential unterscheidet, und das bevorzugt Massepotential ist. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltung ausgebildet für eine erste Messung der Kapazität zwischen den Elektroden bei gleichzeitiger Schirmung durch die beiden Abschirmstrukturen, und für eine zweite, beispielsweise auf die erste Messung folgenden Messung einer Kapazität zwischen der zweiten Abschirmstruktur und der Elektrodenstruktur oder der ersten Abschirmstruktur. Hierbei werden die entsprechenden Strukturen mit geeigneten elektrischen Potentialen beaufschlagt. Mit der zweiten Messung wird das Messergebnis einer nicht geschirmten Anordnung erzielt, sodass im Falle von Kondensation auf dem Messelement wiederum ein Abfall der gemessenen Kapazität erfolgen sollte. Insofern liegt Kondensation vor, falls sich die beiden Messungen in ihrem Ergebnis unterscheiden. Mit einem solchen Betrieb des Sensorbausteins kann also der Kondensationsfall erkannt werden.
  • Infolge der Anordnung der Elektrodenstrukturen zwischen den Abschirmstrukturen auf dem Substrat können in einer vorteilhaften Weiterbildung Miniaturstapel auf dem Substrat entstehen, die jeweils aus Richtung des Substrats her gesehen eine Anordnung enthalten mit optional einem Bestandteil der ersten Abschirmstruktur, mit einem ersten Dielektrikum, einem Bestandteil der Elektrodenstruktur, einem zweiten Dielektrikum, einem Bestandteil der zweiten Abschirmstruktur, und optional einer Schutzschicht. Damit sind die Strukturen voneinander elektrisch isoliert. Für den Fall, dass die Elektrodenstruktur zwei Elektroden mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern aufweist, und auch zumindest die zweite, obere Abschirmstruktur parallel zueinander angeordnete Finger aufweist, so können in einer vorteilhaften Raumaufteilung und infolge eines vorteilhaften Herstellungsverfahrens die Elektrodenfinger beider Elektroden und die Finger der zweiten Abschirmstruktur übereinander angeordnet und insbesondere deckungsgleich zueinander ausgerichtet sein.
  • Vorzugsweise enthält auch die erste Abschirmstruktur eine periodische Anordnung von zueinander parallelen elektrisch leitenden Fingern, die entweder ebenfalls Bestandteil der Stapel sein können und damit unterhalb der Elektrodenfinger und insbesondere deckungsgleich mit diesen ausgerichtet sind, oder aber versetzt zu den Stapeln, eben in Gräben dieser Stapel.
  • Bevorzugt sind die Gräben zwischen den Stapeln mit für die zu messende Grösse empfindlichem Material befüllt, welches Material bevorzugt auch die Oberseite der Stapel bedeckt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die erste Abschirmstruktur, die zweite Abschirmstruktur und die Elektrodenstruktur aus Metallschichten eines CMOS-Schichtaufbaus auf dem Substrat gebildet. Bevorzugt werden hierfür die obersten Metallschichten verwendet, vorzugsweise die obersten drei Metallschichten. Im CMOS-Schichtaufbau sind dabei die Metallschichten zwischen Dielektrika angeordnet, insbesondere einer Komposition aus unterschiedlich dotierten SiO2-Schichten. Sind die verwendeten Metallschichten entsprechend strukturiert, so kann in einem einzigen Schritt das Dielektrikum, das abschliessend noch zumindest die zweite Abschirmstruktur bedeckt, in einem Ätzprozess, bevorzugt in einem anisotropen Plasmaätzschritt entfernt werden. In diesem Ätzschritt kann die strukturierte zweite Abschirmstruktur als Ätzstopp dienen für das Ätzen der zwischen den Fingern der zweiten Abschirmstruktur definierten Gräben. Ist darüber hinaus die erste Abschirmstruktur derart strukturiert, dass sie auf ihrem Niveau die Lücken zwischen den Fingern der zweiten, oberen Abschirmstruktur bedeckt, und damit entweder ebenfalls Finger ausweist, die seitlich versetzt zu den Fingern der zweiten Abschirmstruktur angeordnet sind, oder aber die erste Abschirmstruktur durchgehend ausgebildet ist unterhalb der Elektrodenstruktur, so kann eben diese erste Abschirmstruktur in oben genanntem Ätzschritt ebenfalls als Ätzstopp dienen. Die erste Abschirmstruktur bildet dann auch den Boden der Gräben. Vorzugsweise wird dann die Stapel-/Grabenstruktur mit einer Schutzschicht, etwa einer Passivierungsschicht überzogen. Danach werden die Gräben mit dem sensitiven Material gefüllt. Die Erfindung betrifft weiter einen Sensorbaustein, enthaltend ein Substrat. Auf dem Substrat sind in unterschiedlichen Niveaus angeordnet: Eine elektrisch leitende Abschirmstruktur, und eine Elektrodenstruktur zum Messen einer Grösse, welche Elektrodenstruktur zwischen der Abschirmstruktur und dem Substrat angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Schutzansprüche gekennzeichnet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A' aus der 1,
  • 38 jeweils einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Sensorbaustein weist ein Substrat 1 auf, und insbesondere ein Halbleitersubstrat wie etwa ein Siliziumsubstrat. Auf einer Oberseite des Substrats 1 sind drei Stapel 10 ersichtlich. Substrat 1 und Stapel 10 sind nicht massstabsgetreu gezeichnet. Die Gräben 9 zwischen den Stapeln 10 sind mit einem Material 4 gefüllt, das empfindlich ist für eine mit dem Sensorbaustein zu messende Grösse. Das Material 4 überdeckt im vorliegenden Fall auch die Stapel 10.
  • Beispielsweise ist das Material 4 empfindlich für Wasser, sodass der vorliegende Sensorbaustein ein Feuchtesensor ist zum Messen von Feuchte, beispielsweise zum Messen der Feuchte in der Umgebung des Sensorbausteins. Vorteilhafterweise ist die Oberfläche des sensitiven Materials 4 zugänglich für das zu messende Medium, beispielsweise die Umgebungsluft, auch nach einem eventuell noch zu tätigenden Packaging-Schritt.
  • Das Material 4 wirkt also als Messelement des Sensorbausteins – und wird im Folgenden auch so referenziert –, welches Material 4 im Falle eines Feuchtesensors vorzugsweise als Polymer- oder Keramikschicht ausgebildet ist und Wassermoleküle aus der Umgebung des Sensorbausteins aufnehmen kann.
  • Mithin ist also auch das Messelement 4 zu einer Oberseite des Substrats 1 aufgebracht, zu welcher Oberseite beispielsweise auch eine in 1 nicht gezeigte elektronische Schaltung integriert sein kann; insbesondere, wenn das Substrat 1 als Halbleitersubstrat und bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Die elektronische Schaltung ist dann bevorzugt ausgebildet zum Vorverarbeiten und/oder Auswerten von Signalen des Messelements 4. Die elektronische Schaltung mag neben Strukturen im Substrat 1 selbst auch elektrisch leitende Strukturen enthalten, die beispielsweise durch Metallschichten eines CMOS-Prozesses repräsentiert werden. Ein CMOS-Prozess (Complementary Metal Oxide Semiconductor) dient bevorzugt zum Herstellen einer solchen integrierten Schaltung. Im Rahmen des CMOS-Prozesses werden diverse Schichten auf das Substrat 1 aufgebracht. Diese Schichten dienen in vorliegendem Ausführungsbeispiel auch bevorzugt der Erstellung der Stapel 10 und damit der Erstellung einer geschirmten Elektrodenstruktur 3, die zusammen mit dem Messelement 4 das Messen der betreffenden Grösse ermöglicht.
  • Vorliegend mögen die auf das Substrat 1 aufgebrachten Schichten ein erstes Dielektrikum 71, eine erste Metallschicht 72, eine weitere Metallschicht 73, ein weiteres Dielektrikum 74 und zumindest eine dritte Metallschicht 75 umfassen. Jede der Metallschichten 72, 73, 75 kann auch für sich einen Schichtaufbau aufweisen, etwa aus TiN- und Ti-Schichten. Hierbei sind die diversen Schichten in einem Herstellungsprozess derart strukturiert, dass die gezeigten Stapel 10 mit den Gräben 9 dazwischen entstehen. Nun stellen die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel entstandenen Strukturen der ersten Metallschicht 72 eine erste Abschirmstruktur 2 dar, die Strukturen der zweiten Metallschicht 73 eine Elektrodenstruktur 3, und die Strukturen der dritten Metallschicht 75 eine zweite Abschirmstruktur 5. Das erste und das zweite Dielektrikum 71, 74 isolieren die jeweiligen Metallschichten voneinander. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Metallschicht 72 durch die M4-Schicht in einem CMOS-Schichtaufbau gebildet, die zweite Metallschicht 73 durch die M5-Schicht, und die dritte Metallschicht 75 durch die M6-Schicht.
  • Bevorzugt enthalten sowohl die erste als auch die zweite Abschirmstruktur 2, 5 Elemente in Form von Fingern, deren Querschnitt in 1 gezeigt ist, und die voneinander beabstandet und vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Dabei sind die Finger der ersten Abschirmstruktur 2 auf einem ersten Niveau N1, also einer ersten Höhe über dem Substrat 1 angeordnet, und die Finger der zweiten Abschirmstruktur 5 auf einem dritten Niveau N3. Dazwischen ist auf einem zweiten Niveau N2 die Elektrodenstruktur 3 angeordnet. Die Finger einer jeden Abschirmstruktur 2 bzw. 5 können elektrisch miteinander verbunden sein, sodass die Finger über einen einzigen elektrischen Anschluss auf ein gemeinsames elektrisches Potential gelegt werden können. Insofern weist in einer bevorzugten Weiterbildung eine jede Abschirmstruktur die Form eines Kamms auf.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Elektrodenstruktur 3 zwei Elektroden 31 und 32, die nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind und somit mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagt werden können. Gemäss 1 kann die Elektrodenstruktur 3 demgemäss bevorzugt eine erste Elektrode 31 mit mehreren Elektrodenfingern aufweisen, sowie eine weitere Elektrode 32 mit ebenfalls mehreren Elektrodenfingern. Die Elektrodenfinger der ersten Elektrode 31 greifen dabei bevorzugt in Zwischenräume zwischen die Finger der zweiten Elektrode 32 ein. Eine solche Elektrodenstruktur 3 wird auch Interdigitalelektrode genannt. Mit dieser geometrischen Struktur wird die wirksame Fläche zwischen den Elektroden 31, 32 vergrössert, was beispielsweise vorteilhaft für eine kapazitive Messung ist.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch die Elektrodenstruktur 3 gemäss der Linie A-A' in 1. Dabei sind beispielhaft einzelne Finger 311 der ersten Elektrode 31 und einzelne Finger 321 der zweiten Elektrode 32 ersichtlich, die voneinander beanstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Die Finger 311, 321 einer jeden Elektrode 31, 32 sind an jeweils einer Stirnseite über Stege 312, 322 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Gräben zwischen den Elektrodenfingern 311, 321 sind mit sensitivem Material 4 gefüllt. In der vorliegenden Anordnung wird also die Kapazität zwischen den Elektroden 31, 32 horizontal gemessen.
  • Die Abschirmelektroden 2, 5 sind vorzugsweise mit einem vordefinierten elektrischen Potential beaufschlagt, und dienen der elektrischen Schirmung der Elektrodenstruktur 3.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind die Finger der ersten Abschirmstruktur 2 versetzt zu den Fingern der zweiten Abschirmstruktur 5 angeordnet, und insbesondere in den Gräben 9 zwischen den Stapeln 10. Dies kann für die Herstellung des Sensorbausteins vorteilhaft sein: So mögen die Stapel 10 aufgebaut werden mit Hilfe bekannter photolithografischer Prozesse. In einem einzigen Herstellungsschritt mag dielektrisches Material, das beide Abschirmstrukturen 2, 5 bedeckt, weggeätzt werden, wobei dann die Abschirmstrukturen 2, 5 als Ätzstopp dienen, auf ihren jeweiligen Niveaus N1 beziehungsweise N3. Nach dem Ätzen können die so freigelegten Abschirmstrukturen 2 und 5 beziehungsweise die Stapel 10 und die Gräben 9 mit der Schutzschicht 6 überzogen werden, bevor das sensitive Material 4 aufgebracht wird und vorzugsweise die Gräben 9 füllt wie auch die Stapel 10 überdeckt. Die Schutzschicht 6, die die Stapel 10 und die Gräben 9 zwischen den Stapeln 10 auskleidet, mag bevorzugt als Passivierung für die freiliegenden ersten und zweiten Abschirmstrukturen 2 und 5 sowie die Elektrodenstruktur 3 dienen.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 reichen die Gräben 9 nun nicht hinab bis zur ersten Metallschicht 72, die die erste Abschirmstruktur 2 repräsentiert. Bei diesem Sensorbaustein werden also die Gräben 9 nicht vollständig geöffnet, sodass das erste Dielektrikum 71 über der ersten Metallschicht 72 nicht vollständig abgetragen wird.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist nun zusätzlich zur Elektrodenstruktur 3 eine weitere Elektrodenstruktur 3' auf dem Niveau N1' vorgesehen, die vorzugsweise durch eine weitere Metallschicht 73' gebildet wird, und die zwischen Dielektrika 71 und 74' angeordnet ist. Insbesondere kann hier die erste Metallschicht 72 durch die M3-CMOS-Schicht gebildet werden, die weitere Metallschicht 73' durch die M4-CMOS-Schicht, die zweite Metallschicht 73 durch die M5-CMOS-Schicht und die dritte Metallschicht 75 durch die M6-CMOS-Schicht. Bei diesem Sensorbaustein können zwei Elektrodensignale der Elektrodenstrukturen 3 und 3' abgegriffen werden und insbesondere miteinander verglichen werden. Der Vergleich dieser Signale und insbesondere ihrer Dynamik kann Aufschluss geben über zeitabhängige Phänomene und/oder für eine aktive dynamische Kontaminationsdetektion oder eine aktive dynamische Kompensation verwendet werden.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist nun die erste Abschirmstruktur 2 als durchgehende Struktur ausgebildet, die also nicht Fingerform aufweist sondern sich planar auch unter den Stapeln 10 erstreckt. Wiederum mag eine Metallschicht des CMOS-Aufbaus, etwa die M4-Schicht hierzu dienen, die dann im Herstellungsprozess nicht strukturiert werden muss.
  • 6 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 5 weist die erste Abschirmstruktur 2 nun mehrere Metallschichten 72, 72' und 72'' auf Niveaus N, N0, N1 auf, voneinander getrennt durch Dielektrika 71' und 71'', welche Metallschichten 72, 72' und 72'' durch Durchkontaktierungen 76 elektrisch leitend miteinander verbunden sind und damit auf gleichem Potential liegen. Daher wirken diese Metallschicht zusammen als erste Abschirmstruktur 2. Die elektrische Schirmung mag hierdurch verbessert werden. Natürlich kann in diesem Ausführungsbeispiel auch die oberste Metallschicht 72'' im Sinne der Metallschicht 72 aus 1 aufgebaut sein und damit Fingerstruktur aufweisen.
  • 7 zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 4 sind nun die Metallschichten 73 und 73', die über die Stapel 10 hinweg die Elektrodenstruktur 3 und die weitere Elektrodenstruktur 3' bilden, je Stapel 10 über eine Durchkontaktierung 77 miteinander verbunden. Hiermit wird die wirksame Elektrodenfläche erhöht, wodurch eine gemessene Kapazität zwischen den beiden Elektroden 31, 32 der Elektrodenstrukturen 3, 3' erhöht werden kann.
  • 8 schliesslich zeigt einen Schnitt durch einen Sensorbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist nun keine erste Abschirmstruktur vorgesehen, sodass dieser Sensorbaustein nur zu seiner Oberseite hin elektrisch geschirmt ist durch die elektrisch leitende Abschirmstruktur 5, die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen als zweite elektrisch leitende Abschirmstruktur 5 tituliert wurde. Im Zusammenhang mit der Problematik der Kondensation auf dem Sensorbaustein mag nur die zur Oberseite des Sensorbausteins hin gerichtete Abschirmstruktur 5 ausreichen. Alle Weiterbildungen der Ausführung mit den mindestens zwei Abschirmstrukturen sind auch auf den vorliegenden Sensorbaustein mit der einen Abschirmstruktur anwendbar, sofern solche Weiterbildungen nicht gerade die zusätzliche Abschirmstruktur – dort als erste Abschirmstruktur bezeichnet – betreffen.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (20)

  1. Sensorbaustein, enthaltend – ein Substrat (1), – auf dem Substrat (1) angeordnet in unterschiedlichen Niveaus (Nx): – eine erste elektrisch leitende Abschirmstruktur (2), – eine zweite elektrisch leitende Abschirmstruktur (5), – eine Elektrodenstruktur (3) zum Messen einer Grösse, welche Elektrodenstruktur (3) zwischen den Abschirmstrukturen (2, 5) angeordnet ist.
  2. Sensorbaustein nach Anspruch 1, bei dem die Elektrodenstruktur (3) zumindest eine erste Elektrode (31) und eine zweite Elektrode (32) enthält zum Betreiben auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential.
  3. Sensorbaustein nach Anspruch 2, bei dem die Elektroden (31, 32) auf demselben Niveau (N2) voneinander beabstandet angeordnet sind.
  4. Sensorbaustein nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die erste Elektrode (31) mehrere zueinander parallel ausgerichtete, voneinander beabstandete und elektrisch miteinander verbundene Elektrodenfinger (311) aufweist, bei dem die zweite Elektrode (32) mehrere zueinander parallel ausgerichtete, voneinander beabstandete und elektrisch miteinander verbundene Elektrodenfinger (321) aufweist, und bei dem die Elektrodenfinger (311) der ersten Elektrode (31) in Zwischenräume zwischen den Elektrodenfingern (321) der zweiten Elektrode (32) eingreifen.
  5. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, mit einem für die zu messende Grösse empfindlichen Material (4) zwischen den Elektroden (31, 32).
  6. Sensorbaustein nach Anspruch 5, bei dem das Substrat (1) ein Halbleitersubstrat ist, sowie enthaltend eine auf dem Halbleitersubstrat integrierte Schaltung zum Anlegen von elektrischen Potentialen an die Elektroden (31, 32) und zum Messen eines Widerstandes oder einer Kapazität des empfindlichen Materials (4) zwischen den Elektroden (31, 32) als Mass für die zu messende Grösse.
  7. Sensorbaustein nach Anspruch 6, bei dem die integrierte Schaltung ausgebildet ist zum Betreiben der ersten und der zweiten Abschirmstruktur (2, 5) auf einem anderen elektrischen Potential als die Elektroden (31, 32), und insbesondere auf Massepotential.
  8. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Abschirmstruktur (2), die zweite Abschirmstruktur (5) und die Elektrodenstruktur (3) aus Metallschichten (72, 73, 75) eines CMOS-Schichtaufbaus auf dem Substrat (1) gebildet sind.
  9. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Abschirmstruktur (2) eine periodische Anordnung von zueinander parallelen elektrisch leitenden Fingern enthält.
  10. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Abschirmstruktur (5) eine periodische Anordnung von zueinander parallelen elektrisch leitenden Fingern enthält.
  11. Sensorbaustein nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 10, bei dem die erste Abschirmstruktur (2) zwischen dem Substrat (1) und der Elektrodenstruktur (3) angeordnet ist, und bei dem die Finger der ersten Abschirmstruktur (2) in in Richtung Substrat (1) projizierten Lücken zwischen den Fingern der zweiten Abschirmstruktur (5) angeordnet sind.
  12. Sensorbaustein nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 9 oder Anspruch 11, bei dem die Elektrodenfinger (311, 321) zwischen zweiter Abschirmstruktur (5) und Substrat (1) unterhalb der Finger der zweiten Abschirmstruktur (5) angeordnet sind.
  13. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend mehrere zueinander parallel ausgerichtete Stapel (10) auf dem Substrat (1), wobei jeder Stapel (10) eine Anordnung enthält aus zumindest einem ersten Dielektrikum (71), einem Finger der Elektrodenstruktur (3), einem zweiten Dielektrikum (74), einem Finger der zweiten Abschirmstruktur (5), und einer Schutzschicht (6), enthaltend ein für die zu messende Grösse empfindliches Material (4) in Gräben (9) zwischen den Stapeln (10) und über den Stapeln (10).
  14. Sensorbaustein nach Anspruch 13, bei dem die Stapel (10) mit der Schutzschicht (6) überzogen sind.
  15. Sensorbaustein nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem die erste Abschirmstruktur (2) am Soden der Gräben (9) angeordnet und mit der Schutzschicht (6) überzogen ist.
  16. Sensorbaustein nach Anspruch 2, welcher Sensorbaustein ein Feuchtesensor ist und ein für Wasser empfindliches Material (4) zwischen den Elektroden (31, 32) enthält.
  17. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Abschirmstruktur mehrere über Durchkontaktierungen (76) elektrisch leidend miteinander verbundene Metallschichten (72, 72', 72'') enthält.
  18. Sensorbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine weitere Elektrodenstruktur (3') zwischen den Abschirmstrukturen (2, 5) angeordnet ist.
  19. Sensorbaustein nach Anspruch 19, bei dem die weitere Elektrodenstruktur (3') mit der Elektrodenstruktur (3) elektrisch leitend verbunden ist.
  20. Sensorbaustein, enthaltend – ein Substrat (1), – auf dem Substrat (1) angeordnet in unterschiedlichen Niveaus (Nx): – eine elektrisch leitende Abschirmstruktur (5), – eine Elektrodenstruktur (3) zum Messen einer Grösse, welche Elektrodenstruktur (3) zwischen der Abschirmstruktur (5) und dem Substrat (1) angeordnet ist.
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