DE2938434B1 - Kapazitiver Feuchtigkeitsfuehler und Verfahren zur Herstellung des Fuehlers - Google Patents

Description

• Derartige bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen gebräuchliche Anlagen gestatten in besonders
• einfacher Weise die Reprod:lktion der Strahlungsdosis und damit der Porosität bzw. des Feuchtigkeitsadsorptionsvermögens der Schicht. Der Teilchen- bzw.
• lonenbeschuß kann insbesondere auch durch eine bereits aufgebrachte Kondensatorelektrode hindurch erfolgen, so daß eine definierte Porosität des Endprodukts gewährleistet ist. Die vorzugsweise Erzeugung der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht auf dem Wege der Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung gewährleistet alle Vorteile dieser an sich bekannten Technik, als da sind die Möglichkeit zur exakten reproduzierbaren Steuerung der Schichtparameter durch entsprechende Steuerung der Zerstäubungsprozeßgrößen, Eignung zur Massenproduktion und Schnelligkeit Insbesondere erlaubt die Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungstechnik die Realisierung extrem dünner und damit extrem empfindlicher Schichten mit wirtschaftlichen, in der Halbleitertechnologie leicht verfügbaren Mitteln.
• Hervorzuheben ist auch, daß sich besondere Vorteile ergeben, wenn erfindungsgemäß konzipierte Feuchtigkeitsfühler auf Silizium als Substratmaterial realisiert werden. Abgesehen davon, daß dieses Material nach bekannten Methoden der Halbleitertechnik verarbeitet werden kann, lassen sich auch die zum Betrieb des Sensors erforderlichen Schaltungsteile, insbesondere ein die feuchtigkeitsabhängige Sensorkapazität als frequenzbestimmendes Element enthaltender Oszillator, sowie ggf. zusätzlich erforderliche Temperaturfühler in Form von pn-Übergängen und/oder feuchtigkeitsunabhängige Referenzkapazitäten in das Siliziumsubstrat integrieren, so daß ein äußerst kompakter Meßkopf entsteht, der für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle (Klimatechnik, Überwachung der Atmosphäre von Lagerstätten für empfindliche Güter wie Lebensmittel, Messung des Feuchteanteils gasförmiger Energieträger, Regelung von Verbrennungsmaschinen, Meteorologie) brauchbar ist.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt F i g. 1 schematisch die einzelnen Herstellungsschritte für eine erste Ausführungsform des Feuchtigkeitsfühlers, F i g. 2 die einzelnen Schritte zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform, F i g. 3 eine besonders bevorzugte dritte Ausführungsform, F i g. 4 eine Variante der Ausführungsform nach F i g. 3 in Verbindung mit zusätzlichen Schaltelementen, F i g. 5 eine weitere Ausführungsform und F i g. 6 die experimentell verifizierte Kennlinie eines erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsfühlers im Vergleich zu derjenigen eines Fühlers mit einer unbestrahlten aktiven Schicht.
• Das anhand der F i g. 1 demonstrierte Herstellungsverfahren für eine erste einfachste Ausführungsform des Feuchtigkeitsfühlers geht von einem Metall-, Glas- oder Keramiksubstrat 1 geeigneter Form und Oberflächenbeschaffenheit aus (F i g. 1 aX Dieses Substrat wird z. B. durch einen Aufdampfprozeß mit zwei elektrisch gegeneinander isolierten, metallisch leitenden und in einer Ebene liegenden Elektrodenschichten 2a und 2b versehen, welche die Kondensatorbeläge des Feuchtigkeitsfühlers bilden und zur Erzielung einer ausreichenden kapazitiven Wirkung z. B. kammförmig aufgefächert sind und ineinandergreifen. Die Elektrodenkonfiguration ist in F i g. 1 b im Schnitt sowie in Draufsicht dargestellt Als Elektrodenmaterial geeignet ist z. B. Au, Ag, Pt oder Al.
• In einer anschließenden Verfahrensstufe (Fig. lc) wird sodann das feuchtigkeitsempfindliche Kondensatordielektrikum in Form einer dünnen Schicht 3 über den Elektroden 2a, 2b durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung abgeschieden. Bei dieser üblicherweise als »Sputtern« bezeichneten Dünnschicht-Herstellungstechnik wird zwischen dem auf dem Substrat niederzuschlagenden Material und dem Substrat innerhalb einer Inertgasatmosphäre eine Hochfrequenzentladung erzeugt, wobei aus dem Targetmaterial Teilchen herausgeschlagen werden, die sich auf dem Substrat ablagern.
• Insbesondere über die hochfrequente Hochspannung kann die Beschaffenheit der abgeschiedenen Schicht genau gesteuert werden Natürlich sind auch andere bekannte Dünnfilm-Herstellungstechniken wie übliche Aufdampfverfahren oder chemische Prozesse zur Abscheidung der feuchtempfindlichen Schicht geeignet, sofern diese Techniken eine genaue Kontrolle der Schichtparameter erlauben.
• Als Targetmaterialien kommen im Falle der Hochfrequenz-Kathodenzerstãubung alle Dielektrika infrage; die sowohl sputterbar sind als auch eine ausreichende reversible Affinität gegenüber Feuchtigkeit aufweisen.
• Als besonders geeignet haben sich die bereits erwähnten und als aktive Schichtmaterialien bereits gebräuchlichen Stoffe Aluminiumoxid und Siliziumdioxid erwiesen. Aber auch bisher noch nicht in Betracht gezogene Dielektrika wie Siliziumnitrid (Si3N4), Tantaloxid (Ta2O5) oder Zinksulfid (ZnS) können mit gutem Erfolg verwendet werden.
• Voraussetzung ist allerdings, daß die gesputterte Schicht 3 einem Aufrauhprozeß unterworfen wird.
• Versuche haben ergeben, daß sich ohne eine solche Nachbehandlung mit gesputterten Schichten wegen der dichten Struktur solcher Schichten und der damit verbundenen geringen Feuchtigkeitsaufnahme kein brauchbarer Meßeffekt erzielen läßt Als zur Aufrauhung einer gesputterten Schicht geeignete Methode hat sich der Beschuß der Schicht mit Ionen vorgegebener Energie in einer lonenimplantationsanlage erwiesen. Bei solchen Anlagen ist die Strahlungsdosis und damit das Ausmaß der Strahlungsschäden in der Schicht genau festlegbar. Selbstverständlich kann die erwünschte Strahlenschädenkonzentration in der Schicht auch mit anderen bekannten hochenergetischen Strahlungsquellen erzeugt werden, sofern deren Strahlungsdosis exakt steuerbar ist Insbesondere können auch Quellen für neutrale Teilchen verwendet werden. Ionenimplantationsanlagen besitzen jedoch aufgrund ihres hohen Entwicklungsstandes als Produktionsmittel handhabungstechnische Vorteile gegenüber anderen Strahlungsquellen Die Teilchen- bzw. lonenstrahlen sind in F i g. Id symbolisch bei 6 angedeutet Sie müssen das aktive Dielektrikum 3 nicht unbedingt völlig durchdringen.
• Vielmehr kann die Reichweite der Teilchen bzw. Ionen mittels der Beschleunigerenergie auch so festgelegt werden, daß eine lmplantationsschicht entsteht. Die Teilchen- oder lonenenergie kann zwecks Erzielung einer homogenen Verteilung der Storstellen über die Dicke der Schicht 3 auch in einem geeigneten Bereich gewobbelt werden Sofern der Teilchen- oder lonenstrahl einen Querschnitt hat, der kleiner als die Fläche der zu bestrahlenden Schicht ist, kann diese auch durch eine geeignete Realtivbewegung zwischen Strahl und Schicht ganzflächig beschossen werden.
• Wie aus den Fig. in und td weiter hervorgeht, werden die beiden Elektroden 2a und 2b auch noch mit Anschlußdrähten 4a und 4d versehen. Diese können nach in der der Halbleitertechnik bekannten Methoden angebondet werden.
• F i g. 6 zeigt den Verlauf der in Abhängigkeit von der relativen Feuchte gemessenen Kapazität eines in der beschriebenen Weise hergestellten Feuchtigkeitsfühlers. Die aktive Schicht bestand in diesem Fall aus A1203 und hatte eine Dicke von 400 nm während die Elektroden als Reinaluminiumschichten einer Dicke von 1 um realisiert wurden. Die Bestrahlung erfolgte mit einem Argonionenstrahl von lOt6 lonen/cm-2 bei einer Implantationsenergie von 150keV. Die Eindringtiefe der Ionen beträgt unter diesen Bedingungen 300 nm.
• Wie der F i g. 6 zu entnehmen ist, ergeben sich auf diese Weise Kennlinien von ausgezeichneter Linearität und Empfindlichkeit. Der außerdem dargestellte gemessene Zusammenhang zwischen der relativen Feuchte und der Kapazität einer unbestrahlten gesputterten Schicht läßt erkennen, daß die Bestrahlung zwingend erforderlich ist. Die hierdurch bewirkte erhöhte Porosität läßt sich anhand der größeren Steilheit des sich beim Ätzen einer Stufe in der Schicht ergebenden Böschungswinkels nachweisen. Die anhand der F i g. 1 beschriebene Ausführungsform kann auch dahingehend abgewandelt werden, daß eine oder beide Elektrodenschichten 2a und 2b erst nach der Abscheidung der aktiven Schicht 3 auf deren Oberseite angebracht werden. Die Elektrodenschichten müssen in diesem Fall nur ausreichend dünn gewählt werden, so daß sie feuchtigkeitsdurchlässig sind. Bevorzugt werden sie als Gold- oder Aluminiumfilme hergestellt. Da die Bestrahlung der Schicht 3 durch den oder die Elektrodenfilme hindurch erfolgen kann, haben diese Filme keinen Einfluß auf die Porosität des Dielektrikums. Diese wird allein durch die Strahlendosis bestimmt und nicht nachträglich durch das Elektrodenmaterial verändert.
• Im Falle der Verwendung eines Metallsubstrats kann dieses auch die Funktion der einen Elektrodenschicht übernehmen.
• Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich insofern von der nach Fig. 1, als Silizium als Substratmaterial 1 verwendet wird. Silizium steht in Form polierter Scheiben kommerziell zur Verfügung (F i g. 2a). Bevor entsprechend den in F i g. 2c, 2d und 2e dargestellten Schritten die Elektrodenschichten 2a und 2b sowie die aktive Schicht 3 aufgebracht werden und die Schicht 3 der Strahlung 6 ausgesetzt wird, wird die Oberfläche des Substrats 1 noch mit einer isolierenden thermischen und daher feuchteunempfindlichen Schutzschicht 7 aus Siliziumdioxid überzogen (F i g. 2b), um einen Kurzschluß zu vermeiden.
• Die Vorteile der Verwendung von Silizium als Substratmaterial kommen vor allem dann zur Geltung, wenn die Kondensatorelektroden nicht wie bisher beschrieben in Form von Metallisierungen realisiert sondern in das Silizium eindotiert werden, wie dies anhand der F i g. 3 demonstriert ist. In diesem Fall werden beide Elektroden 2a, 2b vor Ausbildung der schützenden thermischen SiO2-Schicht 7 als hochdotierte und damit gut leitende z. B. kammartig ausgebildete Bereiche verwirklicht. Hierbei können übliche Maskierungs- und Diffusions- oder Implantationstechniken eingesetzt werden. F i g. 3b zeigt die in die Siliziumscheibe nach F i g. 3a eindotierten Elektroden im Schnitt und in der Draufsicht. Anschließend wird die SiO2-Schicht 7 thermisch aufgebracht bzw. geschlossen (F i g. 3c).
• Sodann erfolgt das Aufsputtern der aktiven Schicht 3.
• Außerdem werden die in das Si-Substrat 1 eindotierten Elektrodenbereiche 2a und 2b durch Ätzlöcher in der Schutzschicht 7 hindurch mit metallischen Kontakten 5a bzw. 5b (z. B. aus Gold) versehen, an die wiederum die Zuleitungen 4a und 4b angeschlossen sind (Fig. 3d Darauf wird der der Erzeugung von Strahlenschäden dienende lmplantationsschritt durchgeführt (Fig.3er Die Schutzschicht 7 liefert in diesem Fall einen konstanten Beitrag zur DK des Fühlers. Selbstverständlich könnte auch nur eine der Elektroden 2a, 2b eindotiert werden, während die andere aufmetallisiert wird.
• Eine derartige Ausführungsform zeigt Fig. 4. In diesem Fall ist das Siliziumsubstrat außerdem vordotiert, so daß es beispielsweise n-leitend ist Zur Herstellung der eindotierten Elektrode 2a wird eine großflächige n+-Diffusion durchgeführt, die in diesem Fall keine besondere geometrische Konfiguration aufzuweisen braucht. Die Zuleitung 4a ist über einen metallischen Kontakt 5a durch die thermisch abgeschiedene SiO2-Schutzschicht 7 hindurch mit der Elektrode 2a leitend verbunden. Über der Schicht 7 befindet sich das aufgesputterte und durch Strahlung porös gemachte feuchtigkeitsempfindliche Dielektrikum (z. B. Al203) in Form der Schicht 3. Diese wiederum ist mit der zweiten Kondensatorelektrode in Form z. B. eines Goldfilms 2b bedeckt, an den die andere Zuleitung 4b angeschlossen ist und durch den hindurch die Bestrahlung der Schicht 3 erfolgt ist.
• Der Goldfilm 2b besitzt, wie aus F i g. 4b hervorgeht, einen ersten unschraffierten Bereich, in dem die Goldschicht eine Dicke von etwa 10 nm hat und damit feuchtigkeitsdurchlässig ist. In einem zweiten, durch eine Schraffur hervorgehobenen Bereich ist die Goldschicht wesentlich dicker (ca. t um). In diesem Bereich kann das Gold zur Abstimmung des Arbeitswerts der Kapazität des Fühlers - wie bei 10 angedeutet - z. B. streifenförmig (z. B. mittels eines Lasers) entfernt werden. Weiter zeigt die Fig. 4 einen in vorliegendem Beispiel p-dotierten Bereich 8, der zusammen mit dem n-leitenden Substrat eine Diode bildet. Das p-dotierte Gebiet ist bei 9 metallisch kontaktiert und an eine Leitung 9a angeschlossen. Als zweiter Anschluß der Diode fungiert der Kontakt 5a mit der Leitung 4a.
• Die zusätzlich vorgesehene Diode dient als Temperaturfühler und gestattet neben Messungen der relativen Feuchte auch Taupunktmessungen. Als Maß für die Temperatur kann die Vorwärtsspannung der mit eingeprägtem Strom betriebenen Diode herangezogen werden. Es können auch weitere Dioden in das Siliziumsubstrat 1 integriert werden, so daß z B. auch Temperaturgradienten erfaßt werden können oder eine Temperaturkompensation durchgeführt werden kann.
• Desgleichen kann das vordotierte Si-Substrat auch die wesentlichen Teile der zum Betrieb des kapazitiven Fühlers erforderlichen Meßschaltung aufnehmen. Im Falle einer frequenzanalogen Betriebsweise wäre dies vor allem ein Oszillatorkreis, der die Fühlerkapazität als frequenzbestimmendes Schaltelement enthält und nach den bekannten technologischen Methoden der integrierten Schaltungstechnik realisiert ist Der Fühler könnte aber auch Bestandteil einer in das Si-Substrat integrierten Kapazitätsbrückenschaltung sein.
• Die thermische SiO2-Schicht 7 kann bei den Ausführungsformen nach F i g. 3 und F i g. 4 im Bereich unterhalb der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht 3 auch entfallen.
• Eine bezüglich der Ansprechzeit optimierte Ausführungsform des Feuchtigkeitsfühlers zeigt F i g. 5. Ausgangsbasis ist ein Siliziumsubstratchip 1, das auf der Unterseite auf thermischem Wege mit einer Siliziumdioxidschicht 11 überzogen ist. Auf die Oberseite ist als feuchtigkeitsempfindliches Dielektrikum eine Schicht 3 aus Siliziumnitrid (Si3N4) aufgesputtert. Auf dieser wird in einem nachfolgenden Schritt die Kondensatorelektrodenkonfiguration 2a, 2b aufgedampft oder aufplattiert Sodann erfolgt die Aufrauhung der Siliziumnitridschicht 3 durch lonenimplantation von der Oberseite her. Anschließend wird in der SiO2-Schicht 11 auf der Unterseite ein großflächiges Fenster 11 geöffnet und das Siliziumsubstratmaterial 1 im Bereich 13 weggeätzt, so daß die Siliziumnitridschicht 3 an der Unterseite freigelegt wird. Geeignete z. B. richtungsbevorzugende Ätzen, die die Si3N4-Schicht 3 nicht angreifen, sind bekannt. Der Fühler nach Fig.5 wird außerdem mit nicht dargestellten Zuleitungen versehen.
• Durch die Feilegung der Unterseite der aktiven Schicht 3 wird der Feuchtigkeit der Zutritt zur Schicht erleichtert und sowohl die Ansprechgeschwindigkeit als auch die Empfindlichkeit erhöht Die Dielektrikum kann bei dieser Ausführungsform auch von einer aufgesputterten SiO2- oder A1203-Schicht gebildet sein. Die Schicht 11 kann auch aus Metall oder anderen gegen die verwendeten Ätzen resistenten Maskierungsmaterialien bestehen.

Claims (19)

1. Patentansprüche: 1. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler mit a) einem feuchtigkeitsunempfindlichen Trägermaterial, b) einem vom Trägermaterial gestützten feuchtigkeitsempfindlichen schichtförmigen Material, sowie c) zwei leitenden Elektrodenschichten, welche die Beläge eines das feuchtigkeitsempfindliche Material als Dielektrikum enthaltenden Kondensators bilden, dadurch gekennzeichnet, daß d) das feuchtigkeitsempfindliche schichtförmige Material (3) eine strahlengeschädigte Struktur aufweist.
2. 2. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsempfindliche Schicht (3) durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung auf das Trägermaterial (1) aufgebracht ist, aus Aluminiumoxid (Al203) oder Tantaloxid (pa205) oder Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Zinksulfid (ZnS) besteht und durch implantierte lonen hervorgerufene Strahlenschäden aufweist.
3. 3. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (1) aus Glas, Keramik, Silizium oder Metall besteht.
4. 4. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschichten (2a, 2b) beide zwischen der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) und dem Trägermaterial angeordnet sind.
5. 5. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrodenschicht (2b) auf der Oberseite der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) vorgesehen ist.
6. 6. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (1) aus Silizium besteht, und daß zwischen Trägermaterial (1) und feuchtigkeitsempfindlicher Schicht (3) eine durch thermische Abscheidung aufgebrachte, feuchtigkeitsunempfindliche Siliziumdioxidschicht (7) vorgesehen ist.
7. 7. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenschicht (2a) von einem hochdotierten Bereich des Silizium-Trägermaterials (1) gebildet ist, während die andere Elektrodenschicht (2b) in Form eines feuchtigkeitsdurchlässigen Gold-, Silber-, Aluminium- oder Platinfilms auf der Oberseite der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) vorgesehen ist
8. 8. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenschichten (2a, 2b) von z. B. kammartig ineinandergreifenden hochdotierten Bereichen des Silizium-Trägermaterials (1) gebildet sind.
9. 9. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium-Trägermaterial (1) n- oder p-leitend vordotiert ist und zur Bildung eines als Temperatursensor dienenden pn-Übergangs mit einem p- oder n-leitenden Bereich (8) versehen ist.
10. 10. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in das n- oder p-leitend vordotierte Silizium-Trägermaterial (1) eine an die Elektrodenschichten (2^ 2b) angeschlossene Oszillatorschaltung mit einintegriert ist.
11. 11. Kapazitiver Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (1) aus einem Silizium-Stützrahmen besteht und daß die feuchtigkeitsempfindliche strahlengeschädigte Schicht (3) aus einer Membran aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid oder Tantaloxid oder Zinksulfid besteht, die an ihrem Rand von dem Stützrahmen gehalten ist.
12. 12. Verfahren zur Herstellung eines Feuchtigkeitssensors nach Anspruch 1, bei dem a) auf einem feuchtigkeitsunempfindlichen Trägermaterial eine feuchtigkeitsempfindliche Schicht abgeschieden wird, b) zur Bildung eines die feuchtigkeitsempfindliche Schicht als Dielektrikum enthaltenden Kondensators elektrisch gut leitende Elektrodenschichten als Kondensatorbeläge am Dielektrikum oder auf oder im Trägermaterial ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß c) die abgeschiedene feuchtigkeitsempfindliche Schicht (3) zur Aufrauhung mit Strahlenschäden erzeugenden Teilchen beschossen wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsempfindliche Schicht (3) durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung (Sputtern) erzeugt wird, und die aufgesputterte feuchtigkeitsempfindliche Schicht (3) in einer lonenimplantationsanlage z. B. mit Stickstoff- oder Argonionen beschossen wird
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Porosität der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) über die Strahlungsdosis eingestellt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie derart gewobbelt wird, daß sich innerhalb der Schicht (3) eine homogene Verteilung der Strahlenschäden in Strahlungsrichtung ergibt und daß die Schicht im Falle einer gegenüber dem Teilchenstrahlquerschnitt großen Oberfläche zur ganzflächigen Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl abgetastet wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (1) Glas, Keramik, Metall oder Silizium verwendet wird und daß die Elektrodenschichten (2a, 2b) durch Abscheidung eines Metalls wie Gold, Aluminium, Silber oder Platin aus der Dampfphase entweder vor dem Aufsputtern der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) unmittelbar auf dem Trägermaterial (1) oder nach dem Aufsputtern auf der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (3) oder sowohl auf dem Trägermaterial als auch der Schicht (3) erzeugt werden.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (t) Silizium verwendet wird und daß wenigstens eine Elektrodenschicht (2a) durch Dotierung des Trigermaterials (1) mit einem eine gute n- oder p-Leitung bewirkenden Fremdstoff erzeugt wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (1) n- oder p-leitend vordotiertes Silizium verwendet wird und daß die Meßschaltung für den Feuchtigkeitsfiihler und/oder wenigstens ein Temperatursensor in Form eines pn-Übergangs in das Trigermaterial (1) mit eindotiert werden.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial eine Siliziumscheibe (1) verwendet wird, daß auf der einen Seite der Siliziumscheibe (1) durch thermische Oxidation eine Siliziumdioxidschicht (11) erzeugt wird, daß auf der anderen Seite eine feuchtigkeitsempfindliche aktive Schicht (3) aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid oder Tantaloxid oder Zinksulfid aufgesputtert wird, daß die aktive Schicht (3) über eine geeignete Maskierung mit den metallischen Elektrodenschichten (2a, 2b)bedampft wird, daß die Siliziumdioxidschicht (11) bis auf einen ringförmigen Randbereich durch Ätzen entfernt wird, daß das gesamte Trägermaterial innerhalb des ringförmigen Randbereichs zur Freilegung der Rückseite der aktiven Schicht (3) weggdtzt wird, und daß die aktive Schicht (3) nach der Bedampfung mit den Elektrodenschichten (2a, 2b) und vor oder nach der Freilegung ihrer Rückseite der Strukturschäden erzeugenden Strahlung ausgesetzt wird.

    Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Feuchtigkeitsfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fühlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

    Kapazitive Feuchtigkeitsfühler üblicher Bauart weisen zwei als Kondensatorbeläge fungierende metallische Elektroden sowie ein zwischen den Elektroden angeordnetes Dielektrikum auf, das der auf Feuchtigkeit zu überwachenden Umgebung ausgesetzt ist und diese nach Maßgabe ihrer Konzentration ad- bzw. desorbiert.

    Das Dielektrikum ist zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit des Fühlers meist als dünne Schicht ausgebildet. Um eine große Nachweisempfindlichkeit zu gewährleisten, muß außerdem dafür Sorge getragen werden, daß die aktive Schicht in Form des feuchtigkeitsempfindlichen Dielektrikums möglichst porös ist.

    Als Dielektrikm hat sich Aluminiumoxid (Al2O3) bewährt Dieses wird beim Stand der Technik (vgl. z. B.

    DE-OS 16 98 096) in Form einer dünnen Schicht durch Eloxieren eines Aluminiumsubstrats in einem Säurebad erzeugt Das Substrat kann dabei als einer der beiden Kapazitätsbeläge dienen Der andere Belag wird durch Bedampfen der freien Oberfläche der Aluminiumoxidschicht mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Metallschicht z B. -s Aluminium, Gold oder Platin gebildet.

    Deramgen Sensoren haften verschiedene Nachteile an Zunächst ist es sehr schwierig, den Eloxierungsprozeß so zu steuern, daß die für die Feuchtigkeitsmessung wesentlichen Parameter der aktiven AllOrSchicht (Schichtdicke, Schichthärte, Porosität) von einem Fühler zum rächst- exakt reproduziert bzw. daß diese Pararneter in definierter Weise zur Realisierung von Fühlern mit unterschiedlichen Charakteristiken geänden werden ldhnene Weiter weisen durch Eloxierung erzeugte AIuniniwnoiidschichten von vorne herein noch nicht die zur Erzielung einer ausreichenden Empfindliehlt des Fühlers erforderliche Porosität auf.

    Das aus der DZ POS 1698096 bekannte Herstellungs- verfahren sieht zur Überwindung dieses Nachteils eine umständliche und langwierige Behandlung des eloxierten Substrats in kochendem Wasser sowie einen anschließenden Aufrauhprozeß durch mechanisches Bürsten vor. Es versteht sich, daß auch dieses Vorgehen keine reproduzierbaren Verhältnisse gewährleistet Schließlich ist es im Falle einer durch Eloxierung eines Aluminiumsubstrats erhaltenen aktiven Schicht unumgänglich, wenigstens einen der Kapazitätsbeläge auf der freien Oberseite dieser Schicht anzubringen. Wenn dieser Belag auch an sich feuchtigkeitsdurchlässig ist, so führt er doch zu einer Verstopfung der zuvor mühsam gebildeten Poren des Dielektrikums und damit zu einer Verringerung der Adsorptionskapazität der aktiven Schicht.

    Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Feuchtigkeitsffihlern wird versucht, dem Nachteil der unzureichenden Reproduzierbarkeit von Sensoren, die auf eloxierten Schichten basieren, dadurch zu begegnen, daß die aktive Schicht, auf de Substrat aus einer Dampfphase abgeschieden wird, die durch Verdampfen eines geeigneten Targetmaterials mittels einer elektrostatisch fokussierten raumladungsbegrenzten Elektronenkanone erzeugt wird Als Substratmaterial dient in diesem bekannten Fall Glas; die abgeschiedene aktive Schicht besteht aus Siliziumdioxid (US-PS 34 53143> Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß durch Abscheidung aus der Dampfphase erhaltene Schichten unabhängig von dem gewählten speziellen Abscheidungsverfahren in noch geringerem Maße aufnahmefähig für Feuchtigkeit sind als eloxierte Schichten und somit den bezüglich der Ansprechempfindlichkeit zu stellenden Anforderungen nicht genügen.

    Davon abgesehen ist der durch die Verwendung der Elektronenkanone bedingte Aufwand zur Herstellung des aus der US-PS 34 53 143 bekannten Sensors erheblich.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Feuchtigkeitsfühler zu schaffen, der äußerst empfindlich auf geringste Feuchtigkeitsmengen anspricht, auf Änderungen der Feuchtigkeit sehr rasch reagiert und dessen Kapazität im gesamten Meßbereich von 0 bis 100% relativer Feuchte linear von der relativen Feuchte abhängt Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feuchtigkeitsfühlers angegeben werden, welches eine genaue Reproduktion der Fühlerkennwerte auch bei hohen Stückzahlen gewährleistet und dabei sehr wirtschaftlich ist.

    Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Feuchtigkeitsfühler bzw. einem Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12 angegebenen Merkmale gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

    Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß der bekannten Schichten unabhängig von ihrer Herstellungsweise zunächst innewohnende und zuvor bereits erwähnte Nachteil einer geschlossenen und damit wenig feuchtigkeitsdurchllLsugen Struktur durch Beschuß der Schicht mit Teilchen ausgerjumt werden kann. Durch geeignete Wahl der Energie der Teilchenstrahlung läßt sich eine definierte Schidiquns der Schichtstruktur und damit eine definierte Porositit realisieren Zur Erzeugung von StrPhlenscbiden besonders geeignet hat sich ein Beschuß der niedergeschlagenen Schichten mit lonen in einer lonenimplantationsanlage erwiesen.