EP1516166A1 - Temperatursensor und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Temperatursensor und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP1516166A1
EP1516166A1 EP03742855A EP03742855A EP1516166A1 EP 1516166 A1 EP1516166 A1 EP 1516166A1 EP 03742855 A EP03742855 A EP 03742855A EP 03742855 A EP03742855 A EP 03742855A EP 1516166 A1 EP1516166 A1 EP 1516166A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
porous
silicon substrate
porous region
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03742855A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Aidam
Rolf-Juergen Recknagel
Thorsten Pannek
Karl-Franz Reinhart
Pascal Kocher
Bernhard Mattes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1516166A1 publication Critical patent/EP1516166A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/186—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer using microstructures

Definitions

  • the invention relates to a temperature sensor, which is designed in particular for detecting rapid temperature changes, and a method for producing such a temperature sensor.
  • German patent application 100 57 258 proposes using a temperature sensor in the context of side impact detection in motor vehicles.
  • the temperature sensor is arranged in a side part of the motor vehicle, which forms a largely closed hollow body.
  • a side impact which is associated with a deformation of the side part
  • there is usually an adiabatic pressure rise which is accompanied by an adiabatic, rapid temperature rise. If the temperature sensor arranged in the side part detects a rapid temperature rise, this can be interpreted as an indication of the presence of a side impact.
  • the device for side impact detection described in German patent application 100 57 258 comprises a micromechanical temperature sensor with a thin membrane which is formed in a silicon substrate.
  • the membrane has a significantly lower thermal conductivity and heat capacity than the silicon frame, so that the membrane and silicon frame are thermally decoupled. When the temperature rises, the membrane heats up much faster than the silicon frame. The resulting temperature difference between the membrane and the silicon frame is recorded with the help of temperature measuring elements in the form of correspondingly arranged platinum resistors.
  • the known temperature sensor proves to be problematic in several ways.
  • the thermal decoupling between membrane and silicon frame required for the function of the known temperature sensor requires a very small membrane thickness of approx. 1 to 5 ⁇ m.
  • the membrane is extremely prone to breakage and the temperature sensor as a whole is mechanically unstable, so that, for example, even when the temperature sensor is installed or only when the corresponding side door of the motor vehicle is slammed, the membrane can easily break and thus the temperature sensor can fail.
  • the known temperature sensor especially when gluing it on, care must also be taken to ensure that neither dirt particles nor glue collect in the rear cavern below the membrane so that the thermal decoupling between the membrane and the silicon frame is guaranteed.
  • the silicon substrate has to be micromechanically processed on both sides to produce the known temperature sensor, which is relatively complex.
  • the present invention proposes a temperature sensor with a stable structure that is easy to install and pack, is uncomplicated to manufacture and can be used to reliably detect rapid changes in temperature.
  • the temperature sensor according to the invention comprises a silicon substrate in which at least one porous area is formed, the degree of porosity and the thickness of the porous area being selected such that the porous area is thermally decoupled from the silicon substrate.
  • temperature measuring elements are provided for detecting the temperature difference between the silicon substrate and the porous area.
  • the sensor principle of the known micromechanical temperature sensor - namely the realization of a thermally decoupled area in the silicon substrate of the temperature sensor - also by Generation of a porous area in the silicon substrate can be implemented.
  • the thermal resistance of such a porous area is much higher than that of the surrounding silicon substrate, if only because of the reduction in mass and the nanostructure of the porous silicon, so that the porous area and the silicon substrate are thermally decoupled.
  • a silicon substrate in which a porous area is formed is substantially more stable than a self-supporting membrane embedded in a silicon frame, which has a simplifying effect on the installation and packaging of the temperature sensor according to the invention and also has a positive effect on its service life.
  • the temperature sensor according to the invention is insensitive to contamination, since there are no recesses, recesses or caverns in the surface of the silicon substrate or in the porous area, in which disturbing dirt particles could become lodged.
  • the known temperature sensor he only orders the production of the temperature sensor according to the invention to process a surface of the silicon substrate.
  • the manufacture of the temperature sensor according to the invention is also complex and inexpensive.
  • the porous region in the silicon substrate essentially consists of porous silicon. Due to the small crystallite size of the porous material from a few nanometers to a few 100 nanometers and the reduction in mass, the thermal conductivity and the thermal capacity of such a PorSi region are greatly reduced compared to the silicon substrate.
  • the porous region consists at least partially of silicon oxide, which has arisen through partial or complete oxidation of the porous silicon. The oxidation stabilizes the porous area against the temperature budgets of subsequent processes within the manufacturing process. In addition, the oxidation leads to a further reduction in the thermal conductivity and thus to a better thermal decoupling of the porous region from the silicon substrate.
  • the porosity of the porous region is advantageously at least 60% in order to minimize the mass of the remaining porous silicon, but to ensure sufficient stability.
  • the factor by which the thermal conductivity of the porous region is reduced compared to the thermal conductivity of the silicon substrate is approximately 100.
  • the quality of the thermal decoupling is also determined by the thickness of the porous region. Good results are achieved with a thickness of approx. 10 to 200 ⁇ m.
  • At least one porous area must first be created in the silicon substrate of the temperature sensor. Then, temperature measurement elements for detecting the temperature difference between the silicon substrate and the porous area are arranged in the area of the silicon substrate and in the porous area.
  • porous area in an electrochemical etching process, in particular by electrochemical anodizing using a medium containing hydrofluoric acid as the etching solution.
  • the porous silicon produced in this way also differs from the bulk silicon of the silicon substrate in its chemical and physical properties. For example, the reactivity of porous silicon is significantly higher than that of bulk silicon, while the thermal conductivity and thermal capacity of porous silicon are significantly lower than that of bulk silicon.
  • the depth or the thickness of the porous region is usually determined by the etching rate and the duration of the etching process.
  • the structure and porosity of the porous silicon are essentially determined by the process parameters during anodizing, such as current density and hydrofluoric acid composition, and by the type and amount of the doping of the silicon substrate.
  • An electrochemical etching stop or masking layers such as silicon nitride, are usually used to produce a locally delimited porous region in a silicon substrate.
  • At least the main surface of the silicon substrate in which the porous region is to be produced is provided with an etching mask.
  • the area to be etched is defined by the etching mask, or the lateral dimensions of the area to be etched, wherein it must be taken into account that electrochemical anodizing is a largely isotropic etching process in which the etching mask is laterally under-etched.
  • a metal mask, an n + doping, a Si x N y layer or a combination of n + doping and Si x N y layer can be used as the etching mask, for example.
  • the porous silicon produced in this way can subsequently be oxidized, which is favored by the increased reactivity of the porous silicon.
  • the porous area is advantageously protected from later environmental influences by an impermeable protective layer.
  • an impermeable protective layer for example, are Si x N y - or polysilicon layers that are easily located in a CVD (chemical vapor deposition 15) generating method.
  • an insulation layer made of, for example, SiO x is additionally applied.
  • the temperature measuring elements of the temperature sensor according to the invention can be easily implemented in the form of resistors or conductor tracks by applying conductive or semiconducting material to the silicon substrate and the porous area by means of CVD or sputtering and structuring. In this way, heating elements for heating the porous area can also be produced. The functionality of the temperature sensor can then be tested simply by artificially heating the porous area.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a temperature sensor according to the invention
  • FIG. 3 shows the top view of a third temperature sensor according to the invention.
  • the temperature sensor 1 shown in FIG. 1 comprises a silicon substrate 2 in which a porous area 3 is formed.
  • the porous region 3 adjoins a main surface 4 of the silicon substrate 2.
  • the degree of porosity and the thickness of the porous region 3 are selected such that the porous region 3 is thermally decoupled from the silicon substrate 2.
  • the porous region essentially consists of porous silicon oxide, which has been produced by electrochemical anodizing of the silicon substrate 2 and subsequent oxidation.
  • the porous area has a porosity of at least 60% and a thickness of approx. 10 to 200 ⁇ m.
  • a Si x N y protective layer 5 is deposited on the main surface 4 of the silicon substrate 2, which is intended to protect the temperature sensor 1 and in particular the porous region 3 from later environmental influences.
  • Temperature measuring elements 6 and 7 are integrated on the porous area 3 and on the silicon substrate 2, with which the temperature difference between the silicon substrate 2 and the porous area 3 can be detected. In the exemplary embodiment shown here, these are platinum resistors.
  • the Temperature measuring elements 6 and 7 can, however, also be made from other metallic materials, such as aluminum or titanium, or also from semiconducting materials, such as from doped silicon or silicon germanium.
  • thermo measuring element 2 shows a possible arrangement for the temperature measuring elements 6 and 7 on the one hand in the area of the silicon substrate 2 (temperature measuring element 6) and on the other hand in the porous area 3 (temperature measuring element 7).
  • the temperature sensor 10 shown in FIG. 2 further comprises heating means in the form of a heating resistor 11, which is also arranged in the porous region 3.
  • the heating resistor 11 is used to artificially heat the porous region 3.
  • the functionality of the temperature sensor 10 can thus be checked in a simple manner.
  • the heating resistor 11 can also be a platinum resistor or made of another metallic or semi-conductive material! be executed.
  • the temperature measuring elements are not realized in the form of resistors but in the form of a so-called thermal chain 21.
  • the thermal chain 21 comprises two conductor tracks 22 and 23 made of different materials.
  • the two conductor tracks 22 and 23 are connected to one another at two contact points 24 and 25.
  • One contact point 24 is located in the area of the “cold” silicon substrate 2, while the other contact point 25 is located in the “hot” porous area 3. Due to the thermoelectric effect, a temperature difference between the silicon substrate 2 and the porous region 3 generates a thermal voltage between the two conductor tracks 22 and 23.
  • several thermal chains made of different materials can also be connected in series.
  • the conductor tracks 22 and 23 of the thermal chain 21 can likewise be made from metallic materials, such as, for example, from platinum, aluminum or titanium, or else from semiconducting materials, such as from doped silicon or silicon germanium.
  • the temperature sensor 20 also comprises an additional temperature measuring element 26 arranged in the region of the silicon substrate 2 and a heating resistor 11 arranged in the porous region 3.
  • porous or oxidized porous regions with almost any geometrical shapes can be produced due to the isotropic etching behavior.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

Es wird ein Temperatursensor mit einem stabilen Aufbau vorgeschlagen, der sich einfach einbauen und verpacken lässt, unkompliziert in der Herstellung ist und mit dem schnelle Temperaturänderungen zuverlässig erfasst werden können. Der Temperatursensor (1) umfasst ein Siliziumsubstrat (2), in dem mindestens ein poröser Bereich (3) ausgebildet ist, wobei der Grad der Porosität und die Dicke des porösen Bereichs (3) so gewählt sind, dass der poröse Bereich (3) vom Siliziumsubstrat (2) thermisch entkoppelt ist. Des Weiteren umfasst der Temperatursensor (1) Temperaturmesselementen (6, 7) zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat (2) und dem porösen Bereich (3). Ausserdem kann der Temperatursensor noch Heizmittel zum Testen der Sensorfunktion umfassen.

Description

Temperatursensor und Verfahren zu dessefl Herstel lung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor, der insbesondere zum Erfassen von schnellen Temperaturänderungen konzipiert ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Temperatursensors.
In der deutschen Patentanmeldung 100 57 258 wird vorgeschlagen, einen Temperatursensor im Rahmen der Seitenaufprallerkennung bei Kraftfahrzeugen einzusetzen. Der Temperatursensor wird dazu in einem Seitenteil des Kraftfahrzeugs angeordnet, das einen weitgehend geschlossenen Hohlkörper bildet. Im Falle eines Seitenaufpralls, der mit einer Verformung des Seitenteils verbunden ist, kommt es in der Regel zu einem adiabatischen Druckanstieg, der von einem adiabatischen, schnellen Temperaturanstieg begleitet wird. Erfasst also der in dem Seitenteil angeordnete Temperatursensor einen schnellen Temperaturanstieg, so kann dies als Hinweis für das Vorliegen eines Seitenaufpralls gewertet werden.
Die in der deutschen Patentanmeldung 100 57 258 beschriebene Vorrichtung zur Seitenaufprallerkennung umfasst einen mikromechanischen Temperatursensor mit einer dünnen Membran, die in einen Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Die Membran weist eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität auf als der Siliziumrahmen, so dass Membran und Siliziumrahmen thermisch entkoppelt sind. Bei einem Temperaturanstieg erwärmt sich die Membran wesentlich schneller als der Siliziumrahmen. Die dadurch bedingte Temperaturdifferenz zwischen der Membran und dem Siliziumrahmen wird mit Hilfe von Temperaturmesselementen in Form von entsprechend angeordneten Platin-Widerständen erfasst. Der bekannte Temperatursensor erweist sich in mehrerlei Hinsicht als problematisch. Die für die Funktion des bekannten Temperatursensors notwendige thermische Entkopplung zwischen Membran und Siliziumrahmen bedingt eine sehr geringe Membrandicke von ca. 1 bis 5μm. Dementsprechend ist die Membran äußerst bruchgefährdet und der Temperatursensor insgesamt mechanisch instabil, so dass es beispielsweise schon beim Einbau des Temperatursensors oder auch nur beim Zuschlagen der entsprechenden Seitentür des Kraftfahrzeugs leicht zu einem Bruch der Membran und damit zum Ausfall des Temperatursensors kommen kann. Beim Einbau und beim Verpacken des bekannten Tempβratursen- sors, insbesondere beim Aufkleben, muss außerdem darauf geachtet werden, dass sich weder Schmutzpartikel noch Kleber in der rückseitigen Kaverne unterhalb der Membran sammeln, damit die thermische Entkopplung zwischen Membran und Siliziumrahmen gewährleistet ist. Schließlich muss das Siliziumsubstrat zur Herstellung des bekannten Temperatursensors beidseitig mikromechanisch bearbeitet werden, was relativ aufwendig ist.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Temperatursensor mit einem stabilen Aufbau vorgeschlagen, der sich einfach einbauen und verpacken lässt, unkompliziert in der Herstellung ist und mit dem schnelle Temperaturänderungen zuverlässig erfasst werden können.
Der erfindungsgemäße Temperatursensor umfasst ein Siliziumsubstrat, in dem mindestens ein poröser Bereich ausgebildet ist, wobei der Grad der Porosität und die Dicke des porösen Bereichs so gewählt sind, dass der poröse Bereich vom Siliziumsubstrat thermisch entkoppelt ist. Außerdem sind Temperaturmesselemente zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat und dem porösen Bereich vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass das Sensorprinzip des bekannten mikromechanischen Temperatursensors - nämlich die Realisierung eines thermisch entkoppelten Bereichs im Siliziumsubstrat des Temperatursensors - auch durch Erzeugen eines porösen Bereichs im Siliziumsubstrat umgesetzt werden kann. Der Wärmewiderstand eines solchen porösen Bereichs ist schon allein aufgrund der Massereduzierung und der Nanostruktur des porösen Siliziums in diesem Bereich wesentlich höher als der des umliegenden Siliziumsubstrats, so dass der poröse Bereich und das Siliziumsubstrat thermisch entkoppelt sind. Allerdings ist ein Siliziumsubstrat, in dem ein poröser Bereich ausgebildet ist, wesentlich stabiler als eine in einen Siliziumrahmen eingebettete, freitragende Membran, was sich sowohl vereinfachend auf den Einbau und die Verpackung des erfindungsgemäßen Temperatursensors als auch positiv auf dessen Lebensdauer auswirkt. Außerdem ist der erfindungsgemäße Temperatursensor unempfindlich gegen Verschmutzung, da weder in der Oberfläche des Siliziumsubstrats noch in dem porösen Bereich Vertiefungen, Ausnehmungen oder Kavernen ausgebildet sind, in denen sich störende Schmutzpartikel festsetzen könnten. Im Gegensatz zu dem bekannten Temperatursensor er ordert die Herstellung des erfindungsgemäßen Temperatursensors lediglich die Bearbeitung einer Oberfläche des Siliziumsubstrats. Dadurch gestaltet sich auch die Fertigung des erfindungsgemäßen Temperatursensors unaufwendig und kostengünstig.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung eines erfin- dungsgemäßen Temperatursensors.
In einer relativ einfach herzustellenden Variante besteht der poröse Bereich im Siliziumsubstrat im Wesentlichen aus_porösem Silizium. Bedingt durch die geringe Kristallitgröße des porösen Materials von wenigen Nanometern bis eineigen 100 Nanometern und die Massereduzierung sind die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität eines solchen PorSi-Bereichs gegenüber dem Siliziumsubstrat stark reduziert. In einer anderen vorteilhaften Variante besteht der poröse Bereich zumindest teilweise aus Siliziumoxid, das durch teilweise oder vollständige Oxidation des porösen Siliziums entstanden ist. Durch die Oxidation wird der poröse Bereich gegen die Temperaturbudgets nachfolgender Prozesse im Rahmen der Fertigung stabilisiert. Außerdem führt die Oxidation zu einer weiteren Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und damit zu einer besseren thermischen Entkopplung des porösen Bereichs vom Siliziumsubstrat. Die Porosität des porösen Bereichs liegt vorteilhafter Weise bei mindestens 60%, um die Masse des verbleibenden, porösen Siliziums zu minimieren, aber eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten. In diesem Fall liegt der Faktor, um den die Wärmeleitfähigkeit des porösen Bereichs gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Siliziumsubstrats reduziert ist, bei ca. 100. Die Güte der thermischen Entkopplung wird außerdem durch die Dicke des porösen Bereichs bestimmt. Gute Ergebnisse werden mit einer Dicke von ca. 10 bis 200μm erreicht.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Temperatursensors muss zunächst im Siliziumsubstrat des Temperatursensors mindestens ein poröser Bereich erzeugt werden. Dann werden im Bereich des Siliziumsubstrats und im porösen Bereich Temperaturmesseiemente zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat und dem porösen Bereich angeordnet.
Im Hinblick auf eine einfache Verfahrensführung erweist es sich als vorteilhaft, den porösen Bereich in einem elektrochemischen Ätzprozess zu erzeugen, insbesondere durch elektrochemisches Anodisieren unter Verwendung eines flusssäurehaltigen Mediums als Ätzlösung. Dabei entsteht eine schwammartige, poröse Siliziumstruktur mit einer großen inneren Oberfläche. Das so erzeugte poröse Sili- zium unterscheidet sich auch in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften vom Bulk-Silizium des Siliziumsubstrats. So ist beispielsweise die Reaktivität des porösen Siliziums deutlich höher ais die des Bulk-Siliziums, während Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität des porösen Siliziums deutlich geringer sind als die des Bulk-Siliziums.
Die Tiefe bzw. die Dicke des porösen Bereichs wird üblicherweise durch die Ätzrate und die Dauer des Ätzprozesses bestimmt. Struktur und Porosität des porösen Siliziums werden im Wesentlichen durch die Prozessparameter während des Anodisierens, wie Stromdichte und Flusssäurezusammensetzung, und durch Typ und Höhe der Dotierung des Siliziumsubstrats bestimmt.
Zur Herstellung eines lokal begrenzten porösen Bereichs in einem Siliziumsubstrat werden üblicherweise ein elektrochemischer Ätzstopp oder Maskierschichten, wie z.B. Siliziumnitrid, verwendet. In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemä- ßen Verfahrens wird zumindest die Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats, in der der poröse Bereich erzeugt werden soll, mit einer Ätzmaske versehen. Durch die Ätzmaske wird der zu ätzende Bereich definiert, bzw. die lateralen Abmessungen des zu ätzenden Bereichs, wobei zu berücksichtigen ist, dass es sich beim elekt- 5 rochemischen Anodisieren um ein weitgehend isotropes Ätzverfahren handelt, bei dem die Ätzmaske lateral unterätzt wird. Als Ätzmaske kann beispielsweise eine Metallmaske, eine n+-Dotierung, eine SixNy-Schicht oder eine Kombination aus n+- Dotierung und SixNy-Schicht verwendet werden. Wie bereits erwähnt, kann das so erzeugte poröse Silizium nachfolgend oxidiert werden, was durch die erhöhte Re- 10 aktivität des porösen Siliziums begünstigt wird.
Vorteilhafter Weise wird der poröse Bereich durch eine undurchlässige Schutzschicht vor späteren Umwelteinflüssen geschützt. Hierzu eignen sich beispielsweise SixNy- oder Polysiliziumschichten, die sich einfach in einem CVD (chemical 15 vapor deposition)-Verfahren erzeugen lassen. Bei der Verwendung von halbleitenden Schutzschichten wird zusätzlich noch eine Isolationsschicht aus z.B. SiOx aufgebracht.
Die Temperaturmesselemente des erfindungsgemäßen Temperatursensors las- 20 sen sich prozesstechnisch einfach in Form von Widerständen oder Leiterbahnen realisieren, indem auf dem Siliziumsubstrat und dem porösen Bereich durch CVD oder Sputtem leitendes oder halbleitendes Material aufgebracht und strukturiert wird. Auf diese Weise können auch Heizelemente zum Aufheizen des porösen Bereichs erzeugt werden. Die Funktionsfähigkeit des Temperatursensors kann 25 dann einfach durch künstliches Aufheizen des porösen Bereichs getestet werden.
Zeichnungen
J o
Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Mög lichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordne- ten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Temperatursensors,
Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Temperatursensor und
Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf einen dritten erfindungsgemäßen Temperatursensor.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Fig. 1 dargestellte Temperatursensor 1 umfasst ein Siliziumsubstrat 2, in dem ein poröser Bereich 3 ausgebildet ist. Der poröse Bereich 3 grenzt an eine Hauptoberfläche 4 des Siliziumsubstrats 2 an. Erfindungsgemäß sind der Grad der Porosität und die Dicke des porösen Bereichs 3 so gewählt, dass der poröse Bereich 3 vom Siliziumsubstrat 2 thermisch entkoppelt ist.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der poröse Bereich im Wesentlichen aus porösem Siliziumoxid, das durch elektrochemisches Anodisieren des Siliziumsubstrats 2 und nachfolgende Oxidation erzeugt worden ist. Der poröse Bereich weist eine Porosität von mindestens 60% auf und eine Dicke von ca. 10 bis 200μm.
Des Weiteren ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine SixNy-Schutz- schicht 5 auf der Hauptoberfläche 4 des Siliziumsubstrats 2 abgeschieden, die den Temperatursensor 1 und insbesondere den porösen Bereich 3 vor späteren Umwelteinflüssen schützen soll.
Auf dem porösen Bereich 3 und auf dem Siliziumsubstrat 2 sind Temperaturmesselemente 6 und 7 integriert, mit denen die Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat 2 und dem porösen Bereich 3 erfasst werden kann. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um Platin-Widerstände. Die Temperaturmesselemente 6 und 7 können aber auch aus anderen metallischen Materialien, wie z.B. Aluminium oder Titan, oder auch aus halbleitenden Materialien, wie z.B. aus dotiertem Silizium oder Silizium-Germanium, gefertigt sein.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung für die Temperaturmesselemente 6 und 7 einerseits im Bereich des Siliziumsubstrats 2 (Temperaturmesselement 6) und andererseits im porösen Bereich 3 (Temperaturmesselement 7).
Der in Fig. 2 dargestellte Temperatursensor 10 umfasst ferner Heizmittel in Form eines Heizwiderstands 11 , der ebenfalls im porösen Bereich 3 angeordnet ist. Der Heizwiderstand 11 dient zum künstlichen Erwärmen des porösen Bereichs 3. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit des Temperatursensors 10 einfach überprüft werden. Der Heizwiderstand 11 kann ebenfalls als Platin-Widerstand oder aus einem anderen metallischen oder haibleitenden Materia! ausgeführt sein.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante eines erfindungsgemäßen Temperatursensors 20 sind die Temperaturmesselemente nicht in Form von Widerständen reali- siert sondern in Form einer sogenannten Thermokette 21. Die Thermokette 21 umfasst zwei Leiterbahnen 22 und 23 aus unterschiedlichen Materialien. Die bei- den Leiterbahnen 22 und 23 sind an zwei Kontaktstellen 24 und 25 miteinander verbunden. Die eine Kontaktstelle 24 befindet sich im Bereich des „kalten" Siliziumsubstrats 2, während die andere Kontaktstelle 25 im „heißen" porösen Bereich 3 angeordnet ist. Eine Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat 2 und dem porösen Bereich 3 erzeugt aufgrund des thermoelektrischen Effekts eine Thermospannung zwischen den beiden Leiterbahnen 22 und 23. Zur Steigerung des Signalhubs können auch mehrere Thermoketten aus unterschiedlichen Materialien in Reihe geschaltet werden.
Die Leiterbahnen 22 und 23 der Thermokette 21 können ebenfalls aus metalli- sehen Materialien, wie z.B. aus Platin, Aluminium oder Titan, oder auch aus halbleitenden Materialien, wie z.B. aus dotiertem Silizium oder Silizium-Germanium, gefertigt sein. Der Temperatursensor 20 umfasst außerdem noch ein im Bereich des Siliziumsubstrats 2 angeordnetes, zusätzliches Temperaturmesselement 26 und einen im porösen Bereich 3 angeordneten Heizwiderstand 1 1.
An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass sich durch geeignete Maskierung des Siliziumsubstrats beim elektrochemischen Anodisieren aufgrund des isotropen Ätzverhaitens poröse oder oxidierte poröse Bereiche mit nahezu beliebigen geometrischen Formen erzeugen lassen.
Mit Hilfe der voranstehend beschriebenen Temperatursensoren können insbesondere auch schnelle Temperaturänderungen erfasst werden. Aufgrund ihrer Un- empfindlichkeit und ihres robusten Aufbaus eignen sie sich besonders für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise im Rahmen der Seitenaufprallerkennung, wie sie eingangs an Hand des Standes der Technik erläutert worden ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Temperatursensor
- mit einem Siliziumsubstrat (2), in dem mindestens ein poröser Bereich (3) ausgebildet ist, wobei der Grad der Porosität und die Dicke des porösen
Bereichs (3) so gewählt sind, dass der poröse Bereich (3) vom Siliziumsubstrat (2) thermisch entkoppelt ist, und
- mit Temperaturmesselementen (6, 7) zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat (2) und dem porösen Bereich (3).
2. Temperatursensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich im Wesentlichen aus porösem Silizium besteht.
3. Temperatursensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich (3) zumindest teilweise aus Siliziumoxid besteht.
4. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich (3) eine Porosität von mindestens 60% aufweist.
5. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich (3) eine Dicke von ca. 10 bis 200μm aufweist.
6. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich (3) an eine Hauptoberfläche (4) des Siliziumsubstrats (2) angrenzt und dass zumindest über dem porösen Bereich (3) mindestens eine Schutzschicht (5) ausgebildet ist, insbesondere eine Schutzschicht (5) aus Si^Ny.
7. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Heizmittel (11 ) zum Aufheizen des porösen Bereichs und zum Testen der Sensorfunktion vorgesehen sind.
8. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesselemente (6, 7) und/oder die Heizmittel (11 ) in Form von Widerständen realisiert sind, die - je nach Funktion - im Bereich des Siliziumsubstrats (2) und/oder im porösen Bereich (3) angeordnet sind.
9. Temperatursensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (6, 7) aus metallischen Materialien gefertigt sind, insbesondere aus Platin, Aluminium oder Titan.
10. Temperatursensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände aus halbleitenden Mateπalien gefertigt sind, insbesondere aus dotiertem Silizium oder Silizium-Germanium.
1 1. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesselemente in Form mindestens einer Thermokette (21 ) realisiert sind, wobei jede Thermokette (21 ) zwei Leiterbahnen (22, 23) aus unterschiedlichen Materialien umfasst, die an zwei Kontaktstellen (24, 25) miteinander verbunden sind, und wobei die eine Kontaktstelle (24) im Bereich des Siliziumsubstrats (2) angeordnet ist und die andere Kontaktstelle (25) im porösen Bereich (3) angeordnet ist.
12. Temperatursensor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen der Thermokette aus metallischen Materialien gefertigt sind, insbesondere aus Platin, Aluminium oder Titan.
13. Temperatursensor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen der Thermokette aus halbleitenden Materialien gefertigt sind, insbesondere aus dotiertem Silizium oder Silizium-Germanium.
14. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors mit einem Siliziumsubstrat, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein poröser Bereich in dem Siliziumsubstrat erzeugt wird und dass im Bereich des Siliziumsubstrats und im porösen Bereich Temperaturmess- elemente zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat und dem porösen Bereich angeordnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich in einem elektrochemischen Ätzprozess, insbesondere durch elektroche- misches Anodisieren unter Verwendung eines flusssäurehaltigen Mediums als Ätzlösung, erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats eine Ätzmaske erzeugt wird, durch die der zu ätzende Bereich definiert wird, wobei insbesondere eine Metallmaske, eine n+-Dotierung, eine SixNy-Schicht oder eine Kombination aus n+-Dotierung und SixNy-Schicht als Ätzmaske verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Ätzprozess erzeugte Porosität durch die Dotierung des Siliziumsubstrats, durch die Konzentration der Ätzlösung und/oder durch die während des Ätzprozesses anliegende Stromdichte bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des porösen Bereichs durch die Dauer des Ätzprozesses bestimmt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem porösen Bereich erzeugte poröse Silizium zumindest teilweise oxidiert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass über dem porösen Bereich mindestens eine Schutzschicht, insbesondere in einem CVD (chemical vapor deposition)-Verfahren, erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Siliziumsubstrats und/oder im porösen Bereich Widerstände und/oder Leiterbahnen durch Aufbringen und Strukturieren von CVD- und/oder Sputter-Schichten erzeugt werden.
22. Verwendung eines Temperatursensors nach einem der Ansprüche 1 bis 13 im Rahmen eines Kraftfahrzeugs.
23. Verwendung nach Anspruch 22 zur Seitenaufprallerkennung, wobei der Temperatursensor in einem einen weitgehend geschlossenen Hohlkörper bildenden Seitenteil des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, um den adiabatischen Temperaturanstieg im Falle eines Seitenaufpralls zu erfassen.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005031604A1 (de) 2005-07-06 2007-01-11 Robert Bosch Gmbh Sensor
DE102007004344A1 (de) * 2007-01-29 2008-07-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung von Halbkegel-Mikronadeln und nach diesem Verfahren herstellbare Halbkegel-Mikronadeln
DE102007056151A1 (de) * 2007-11-16 2009-05-20 Micropelt Gmbh Thermoelektrisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Bauelementes
JP5476114B2 (ja) * 2009-12-18 2014-04-23 東京エレクトロン株式会社 温度測定用装置
JP6500704B2 (ja) * 2015-09-01 2019-04-17 トヨタ紡織株式会社 センサ部材
DE102017209437B3 (de) 2017-06-02 2018-09-06 Sontec Sensorbau Gmbh Redundanter Thermo-Sensor
US11231447B2 (en) * 2018-02-19 2022-01-25 Schneider Electric USA, Inc. Measurement circuit
US11293959B2 (en) * 2018-02-19 2022-04-05 Schneider Electric USA, Inc. Measurement circuit
US11525742B2 (en) * 2020-02-12 2022-12-13 GM Global Technology Operations LLC Temperature sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5268034A (en) * 1991-06-25 1993-12-07 Lsi Logic Corporation Fluid dispersion head for CVD appratus
DE10033589A1 (de) * 2000-07-11 2002-01-31 Bosch Gmbh Robert Mikrostrukturierter Thermosensor
DE10046621B4 (de) * 2000-09-20 2010-08-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Membransensor-Arrays sowie Membransensor-Array
DE10057258C1 (de) * 2000-11-18 2002-03-07 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und Verfahren zur Seitenaufprallerkennung
DE10117486A1 (de) * 2001-04-07 2002-10-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstelung eines Halbleiterbauelements sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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