JP2020059116A - Sensor device and method for manufacturing sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ装置およびセンサ装置を製造する方法に関する。 The present invention relates to a sensor device and a method for manufacturing a sensor device.
膜を有するセンサ、特にマイクロメカニカルセンサは、作動時にセンサ領域の加熱(熱原理)にさらされ、通常、センサ領域で発生した熱を放出できることを必要とする。空気質量センサは、多くの場合には熱原理に基づいており、通常、感熱素子(温度センサ、機能性構造)は、センサチップの本体からできるだけ熱的に分離されて配置されている。膜センサでは、通常、センサの前面の膜は、膜、すなわち膜を作製することができるウェーハの裏面からキャビティ(空洞)を露出させることによって、エッチングプロセスによって生成される。加えて、多くの場合にはKOHエッチングが使用される。 Membrane-based sensors, in particular micromechanical sensors, are exposed to heating of the sensor area (thermal principle) during operation and usually require that the heat generated in the sensor area can be released. Air mass sensors are often based on the thermal principle, and usually the thermosensitive element (temperature sensor, functional structure) is arranged as thermally separated as possible from the body of the sensor chip. In film sensors, the film on the front side of the sensor is typically created by an etching process by exposing a cavity from the backside of the film, ie, the wafer on which the film can be made. In addition, KOH etching is often used.
ドイツ連邦共和国特許出願公開第102016203239号明細書には、裏側の空洞を有するセンサ基板を含むマイクロメカニカルセンサ装置が記載されており、前側には、裏側の空洞の上方に配置された膜領域が設けられている。 DE-A-102016203239 describes a micromechanical sensor device comprising a sensor substrate having a backside cavity, the front side of which is provided with a membrane region arranged above the backside cavity. Has been.
本発明は、請求項1に記載のセンサ装置および請求項8に記載のセンサ装置を製造する方法を提供する。
The present invention provides a sensor device according to
好ましい実施形態が従属請求項の対象である。 Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
本発明の利点
本発明の基礎をなす思想は、センサ装置ならびにセンサ装置を製造する方法であって、放熱を改善するためにセンサ膜の下方のキャビティを用いることができ、特にキャビティおよびセンサの縁部へ、定められているように例えば対称的に熱を導き、放出することができるセンサ装置ならびにセンサ装置を製造する方法を提供することである。センサ膜の前面から行うことができるエッチングプロセスによって、エッチングプロセスを短縮することができ、縁部およびキャリアによってキャビティの安定性を改善することができる。前面のエッチングにより、検出素子(空気感応層、温度センサなど)の上方のキャビティは、製作プロセス(エッチング)で自動的にセンタリングされることが有利である。
Advantages of the invention The idea underlying the invention is a sensor device and a method of manufacturing a sensor device, wherein a cavity below the sensor membrane can be used to improve heat dissipation, in particular the cavity and the edge of the sensor. It is an object of the present invention to provide a sensor device and a method for manufacturing the sensor device, which are capable of directing and releasing heat in a defined manner, for example symmetrically. The etching process, which can be done from the front side of the sensor membrane, can shorten the etching process and improve the stability of the cavity by the edges and the carrier. Due to the etching of the front side, the cavities above the sensing elements (air sensitive layer, temperature sensor, etc.) are advantageously centered automatically during the fabrication process (etching).
本発明によれば、センサ装置は、基板であって、上面と、基板内に上面から形成された基板内のキャビティとを有する基板と、基板の上面に配置されており、キャビティを少なくとも部分的に覆う充填材料を含むキャリアと、基板に向いていない方の側でキャビティの上方でキャリアに構築された感応層であって、キャビティの横方向の寸法が感応層に対して少なくとも一方向にセンタリングされた感応層と、および基板に向いていない方の側で感応層およびキャリアを覆うパッシベーションと、を備える。 According to the invention, the sensor device is a substrate, the substrate having a top surface and a cavity in the substrate formed from the top surface, and the sensor device is arranged on the top surface of the substrate, the cavity being at least partially A carrier comprising a filling material covering the carrier and a sensitive layer built into the carrier above the cavity on the side facing away from the substrate, the lateral dimension of the cavity being centered in at least one direction relative to the sensitive layer. And a passivation covering the sensitive layer and the carrier on the side facing away from the substrate.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、充填材料は、キャビティの縁部を少なくとも部分的に覆う。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the filling material at least partially covers the edges of the cavity.
本発明によれば、センサ装置は、基板であって、上面と、上面から基板内に形成された基板内のキャビティとを有する基板を含む。さらにセンサ装置は、充填材料を含むキャリアであって、基板の上面に配置され、キャビティの縁部を少なくとも部分的に覆い、キャビティを少なくとも部分的に覆うキャリアと、基板に向いていない方の側でキャビティの上方でキャリアに構築された感応層であって、キャビティの横方向の広がりが感応層に対して少なくとも一方向においてセンタリングされた感応層と、および基板に向いていない方の側で感応層およびキャリアを覆うパッシベーションと、を備える。 According to the invention, the sensor device comprises a substrate having a top surface and a cavity in the substrate formed in the substrate from the top surface. Furthermore, the sensor device is a carrier containing a filling material, which is arranged on the upper surface of the substrate and at least partly covers the edge of the cavity, at least partly covering the cavity and the side not facing the substrate. A sensitive layer built into the carrier above the cavity at which the lateral extent of the cavity is centered in at least one direction with respect to the sensitive layer, and at the side not facing the substrate. Passivation over the layers and carrier.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、パッシベーションおよび充填材料はそれぞれ通気孔を含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the passivation and filling material each comprises a vent.
センサ装置は、有利には、膜センサとして、例えば、微小機械素子(MEMS)として構成することができる。 The sensor device can advantageously be configured as a membrane sensor, for example as a micromechanical element (MEMS).
対称的な放熱によって、それぞれキャビティの縁部を介して、好ましくは少なくとも横方向の広がりにおいて同じ大きさで熱流を放出することができる。好ましくは、キャビティは、特に平面図では、横方向にさらなる対称性を有し、他の横方向にも熱を均等に放出することができる。検出層が(平面図で見て)キャビティの上方で中央に配置されていることにより、キャビティの縁部およびセンサ装置の側面において、異なる温度状態(いわゆる「ブリッジオフセット」)を低減または防止することができる。 The symmetrical heat dissipation makes it possible to radiate the heat flow through the edges of the cavities respectively, preferably at least in the lateral extent. Preferably, the cavities have a further symmetry in the lateral direction, especially in plan view, so that they can evenly dissipate heat in the other lateral directions. Centralization of the detection layer above the cavity (in plan view) reduces or prevents different temperature conditions (so-called "bridge offset") at the edge of the cavity and on the side of the sensor device. You can
基板の上面は、有利には、センサ装置の前面に向いているか、または前面を形成している。キャビティを形成するためのエッチングステップは、センサ領域のための膜を形成することができるキャリアの前面から有利に行われる。エッチングは、キャビティの全領域におけるキャリアの完全なエッチングを省略できるように、エッチング孔を介して行うことができる。このようにして、有利には、(エッチング、キャビティの上方に膜を設けるために)必要な処理時間を短縮することができる。 The upper surface of the substrate advantageously faces or forms the front surface of the sensor device. The etching step for forming the cavities is advantageously carried out from the front side of the carrier on which the film for the sensor area can be formed. The etching can be done through the etching holes so that the complete etching of the carrier in the entire area of the cavity can be omitted. In this way, the processing time required (for etching, to deposit the film above the cavity) can advantageously be reduced.
キャリアは、有利には膜を形成し、キャビティの縁部に少なくとも部分的に延在し、キャビティの縁部は、有利にはキャリア材料と共にキャビティの少なくとも上部でキャビティの内壁を形成することができる。キャビティを少なくとも部分的に覆う内壁およびキャリア(ストリップまたは全体のカバー)は、同じ材料からなるので、これにより、特に膜の安定性が有利に得られる。 The carrier preferably forms a film and extends at least partially at the edge of the cavity, which may advantageously form with the carrier material at least the upper part of the cavity the inner wall of the cavity. . This provides an advantage in particular for the stability of the membrane, since the inner wall which at least partly covers the cavity and the carrier (strip or overall cover) consist of the same material.
キャリアは、キャビティを完全に覆ってもよいし、またはストリップのみを含んでもよい。感応層の領域の下方のキャビティによって、キャビティおよび感応層の領域で基板からのキャリアの熱的分離を達成することができる。 The carrier may completely cover the cavity or may include only strips. A cavity below the region of the sensitive layer makes it possible to achieve thermal isolation of the carrier from the substrate in the region of the cavity and the sensitive layer.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、パッシベーションおよびキャリアは、キャビティの領域に、キャビティ内にまで延在する複数の貫通するエッチング孔を含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the passivation and carrier include in the region of the cavity a plurality of through-etch holes which extend into the cavity.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、センサ装置は、熱媒体センサを含み、感応層は感熱層を含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the sensor device comprises a heat carrier sensor and the sensitive layer comprises a heat sensitive layer.
媒体センサは、例えば、空気質量センサを含むことができる。 The media sensor can include, for example, an air mass sensor.
センサ装置は、有利にはガスセンサまたは圧力センサであってもよい。 The sensor device may advantageously be a gas sensor or a pressure sensor.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、センサ装置は、感応層とキャリアとの間で少なくとも感応層の領域に配置された第1の接着層を含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the sensor device comprises a first adhesive layer arranged between the sensitive layer and the carrier at least in the region of the sensitive layer.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、センサ装置は、少なくとも、感応層とパッシベーションとの間で、感応層の領域で感応層に配置された第2の接着層を含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the sensor device comprises at least a second adhesive layer arranged on the sensitive layer in the region of the sensitive layer, between the sensitive layer and the passivation.
パッシベーションは、堆積によって配置することができ、感応層および/または第2の接着層を環境の影響から保護することができる。 The passivation can be arranged by deposition and can protect the sensitive layer and / or the second adhesive layer from environmental influences.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、センサ装置は、パッシベーションに配置される追加のパッシベーションを含む。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the sensor device comprises an additional passivation arranged in the passivation.
この場合、この追加パッシベーションを第1のパッシベーション上に配置することができる。 In this case, this additional passivation can be arranged on the first passivation.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、キャビティの横方向の広がりは、縁部を介して対称的に放熱できるように、少なくとも感応層に対して一方向においてセンタリングされている。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the lateral extent of the cavity is centered in at least one direction with respect to the sensitive layer, so that heat can be dissipated symmetrically via the edges.
センサ装置の好ましい実施形態によれば、キャビティは、平面図において中心を有し、構築した感応層は、この中心の周りに少なくとも一方向において対称的に配置している。 According to a preferred embodiment of the sensor device, the cavity has a center in plan view and the constructed sensitive layer is arranged symmetrically around this center in at least one direction.
OMM膜(表面マイクロメカニクス)の一般的な実施形態では、エッチングは、通常、キャビティの所定の縁部なしに、側面に対して等方性に行われ、これにより、横方向により広い幅の膜および不都合な膜のずれが生じる可能性がある。このことは、膜の安定性を低下させ、ブリッジオフセットを増大させる場合がある。ウェーハ裏面の解放によるキャビティの代替的な実施形態では、ウェーハを完全にエッチングする必要があることが多いので、著しく長いエッチング時間が必要とされることがある。膜のずれは、KOHを用いて十分に制御することができるが、ほとんどの場合には長方形の膜しか製造することができない。裏面トレンチの場合には、処理時間が極めて長くなり、ウェーハにわたって横方向ずれ(膜のずれおよびブリッジオフセット)が生じる可能性がある。 In a typical embodiment of OMM membranes (surface micromechanics), the etching is usually isotropic with respect to the sides without a defined edge of the cavities, which results in a laterally wider membrane. And an inconvenient film shift may occur. This may reduce the stability of the membrane and increase the bridge offset. Alternate embodiments of the backside release cavity may require significantly longer etch times as the wafer often needs to be fully etched. Film shifts can be well controlled using KOH, but in most cases only rectangular films can be produced. In the case of backside trenches, processing time can be quite long and lateral shifts (film shifts and bridge offsets) can occur across the wafer.
対称的な整列によって、膜のずれ、すなわち、感応層に対する縁部の位置のずれを少なくとも1次元において減じるか、またはなくすことができる。 Symmetrical alignment can reduce or eliminate the displacement of the membrane, ie the displacement of the edge position with respect to the sensitive layer, in at least one dimension.
本発明によれば、センサ装置を製造する方法において、基板を準備するステップと、基板の上面に充填材料を塗布するステップであって、これにより基板の上面にキャリアを形成するステップと、キャリアに感応層を配置するステップ、および少なくとも横方向において、キャビティのための縁部との間の領域の横方向の広がりが感応層に対してセンタリングされるように感応層を構築するステップと、キャリアを通って基板まで延在する複数のエッチング孔をキャリア内に設けるステップと、およびエッチング孔を介するエッチングプロセスによって基板内に、縁部内でキャビティを形成するステップと、を行う。 According to the present invention, in a method for manufacturing a sensor device, a step of preparing a substrate, a step of applying a filling material on the upper surface of the substrate, thereby forming a carrier on the upper surface of the substrate, Arranging the sensitive layer, and at least laterally, constructing the sensitive layer such that the lateral extent of the region between the edge for the cavity is centered with respect to the sensitive layer; Providing a plurality of etching holes in the carrier that extend through to the substrate and forming cavities in the edge within the substrate by an etching process through the etching holes.
この方法の好ましい実施形態によれば、基板内のキャビティのための縁部として基板の上面からトレンチ構造を形成し、充填材料が少なくとも部分的に縁部を形成するように、トレンチ構造に充填材料を導入する。 According to a preferred embodiment of this method, a trench structure is formed from the top surface of the substrate as an edge for a cavity in the substrate, and the trench structure is filled with a filling material so that the filling material at least partially forms the edge. To introduce.
本発明によれば、センサ装置を製造する方法において、基板を準備するステップと、基板内のキャビティのための縁部として基板の上面からトレンチ構造を形成するステップと、充填材料をトレンチ構造内に導入し、基板の上面に充填材料を塗布し、基板の上面および少なくとも部分的に縁部にキャリアが形成されるように、充填材料を基板の上面に塗布するステップと、感応層をキャリアに配置し、縁部との間の領域の横方向の広がりが感応層に対して少なくとも横方向においてセンタリングされるように感応層を構築するステップと、キャリアを通って基板まで延在する複数のエッチング孔をキャリア内に設けるステップと、および、エッチング孔を介するエッチングプロセスによって基板内に、縁部内でキャビティを形成するステップと、を備える。 According to the invention, in a method of manufacturing a sensor device, the steps of preparing a substrate, forming a trench structure from the top surface of the substrate as an edge for a cavity in the substrate, and filling material into the trench structure. Introducing and applying a fill material to the top surface of the substrate and applying a fill material to the top surface of the substrate such that a carrier is formed on the top surface of the substrate and at least partially on the edges, and placing a sensitive layer on the carrier. And constructing the sensitive layer such that the lateral extent of the region between the edges is centered at least laterally with respect to the sensitive layer, and a plurality of etching holes extending through the carrier to the substrate. In the carrier and forming a cavity in the edge in the substrate by an etching process through the etching holes , Comprising a.
この方法は、有利には、センサ装置に関連して既に述べた特徴およびこれらの特徴の利点によっても優れており、逆もまた同様である。 This method is also advantageous by virtue of the features already mentioned in connection with the sensor device and the advantages of these features, and vice versa.
この方法の好ましい実施形態によれば、キャリアおよび感応層の、基板に向いていない方の側にパッシベーションを配置し、パッシベーションおよびキャリアを通って基板まで延在する複数のエッチング孔をパッシベーションおよびキャリア内に設ける。 According to a preferred embodiment of this method, the passivation is arranged on the side of the carrier and the sensitive layer facing away from the substrate and a plurality of etching holes extending through the passivation and the carrier to the substrate are provided in the passivation and carrier. To be installed.
この方法は、例えば圧力センサ、空気質量センサまたはガスセンサにおいて、表面膜を有する他の製品を製造するためにも有利に使用することができる。 The method can also be used to advantage for producing other products with surface membranes, for example in pressure sensors, air mass sensors or gas sensors.
少なくとも1つのトレンチ構造は、例えば、マスキングおよびエッチングプロセスによって形成することができる。 The at least one trench structure can be formed, for example, by a masking and etching process.
縁部によって、有利にはキャビティの外形を定めることができる。 The edges can advantageously define the contour of the cavity.
縁部におけるキャリアの形成は、有利には、キャビティの内側から行い、したがって、有利には、キャビティの内壁を覆うように行う。これにより、後のエッチングでは、キャビティを、縁部(トレンチ)が形成されるよりも深く、または同じ深さで、またはそれよりも浅くエッチングすることができる。キャビティの底部がキャリアおよび感応層から離れているほど、(放熱時に)感応層に対する底部の熱的効果が低くなる場合もある。 The formation of the carrier at the edge is preferably done from the inside of the cavity and thus advantageously so as to cover the inner wall of the cavity. This allows the cavity to be etched deeper, at the same depth, or shallower than the edge (trench) is formed in subsequent etching. The farther the bottom of the cavity is from the carrier and the sensitive layer, the lower the thermal effect of the bottom on the sensitive layer (during heat dissipation) may be.
キャビティが横方向にセンタリングされている、縁部と縁部との間の領域は、有利には、このそれぞれの寸法(方向)におけるキャビティの全幅を表す。 The area between the edges, in which the cavity is laterally centered, advantageously represents the total width of the cavity in this respective dimension (direction).
縁部は、真っ直ぐな、または湾曲した形状を有することができ、このことは、安定性および汚染の防止のために有利である。このようにして、有利には、キャビティの縁部境界をあらかじめ設定することができ、有利には、エッチングによって輪郭を写す必要がないので、エッチング方法は、無指向性エッチング方法を含むことができる。 The edges can have a straight or curved shape, which is advantageous for stability and prevention of contamination. In this way, the edge boundary of the cavity can advantageously be preset and the etching method can comprise an omni-directional etching method, since advantageously no contouring is required by etching. .
キャビティは、有利には、縁部と縁部との間にキャビティの領域を形成することができるように、縁部内に形成することができ、この部分は、平面図でキャビティの輪郭を形成することができる縁部の間に設けることができる。横方向は、有利には、基板の上面の平面寸法に対して常に平行であると理解されるべきである。 The cavity may advantageously be formed in the edge such that a region of the cavity may be formed between the edges, this part forming the contour of the cavity in plan view. It can be provided between the possible edges. The lateral direction is preferably to be understood as always parallel to the planar dimension of the upper surface of the substrate.
この方法の好ましい実施形態によれば、化学量論的またはシリコンリッチな窒化物またはSiO2(酸化シリコン)を充填材料として使用する。 According to a preferred embodiment of this method, stoichiometric or silicon-rich nitrides or SiO 2 (silicon oxide) are used as filling material.
窒化ケイ素または酸化ケイ素は、有利には、安定性および熱伝導性に関して充填材として十分に適している。 Silicon nitride or silicon oxide is advantageously well suited as a filler with respect to stability and thermal conductivity.
この方法の好ましい実施形態によれば、感応層を配置するステップの前に、第1の接着層を感応層の領域でキャリア上に配置する。 According to a preferred embodiment of this method, a first adhesive layer is placed on the carrier in the region of the sensitive layer, before the step of placing the sensitive layer.
この方法の好ましい実施形態によれば、感応層を構築するステップは、リソグラフィ方法およびエッチング方法によって行い、エッチング孔および感応層は、前側からのリソグラフィおよびエッチングによって生成し、トレンチ構造は同じ前側から形成する。 According to a preferred embodiment of this method, the step of building the sensitive layer is performed by a lithographic method and an etching method, the etching holes and the sensitive layer are produced by lithography and etching from the front side, and the trench structure is formed from the same front side. To do.
エッチング方法はイオンビームエッチングであってもよい。 The etching method may be ion beam etching.
代替的には、感応層の構築は、キャリア内に予備構造を設け、例えば感応層のためのトレンチであるこの予備構造に、感応層を充填することによって行うこともできる。感応層は、トレンチ(予備構造)内に堆積させ、次いで、キャリアの上面とほぼ平面をなすように研削プロセスによって平坦に研削することができる。研削は、例えば化学機械研磨(CMP)または他の方法(Cuダマシンプロセス)によって行うことができる。 Alternatively, the construction of the sensitive layer can also be carried out by providing a preliminary structure in the carrier and filling this preliminary structure, for example a trench for the sensitive layer, with the sensitive layer. The sensitive layer can be deposited in the trench (prestructure) and then ground flat by a grinding process to be substantially planar with the top surface of the carrier. Grinding can be done, for example, by chemical mechanical polishing (CMP) or other methods (Cu damascene process).
この方法の好ましい実施形態によれば、キャビティの形成は、エッチング孔の間隔の少なくとも半分を横方向にアンダーカットする少なくとも1つの等方性エッチングステップを含むエッチング方法を用いて行う。 According to a preferred embodiment of this method, the cavities are formed using an etching method which comprises at least one isotropic etching step which laterally undercuts at least half the spacing of the etching holes.
この方法の好ましい実施形態によれば、気体または真空をキャビティ内に閉じ込める。 According to a preferred embodiment of this method, a gas or vacuum is enclosed within the cavity.
真空により、有利にはセンサの感度を高めることができ、熱絶縁をさらに促進することができる。後面トレンチを有するセンサ装置の従来の製造方法では、通常、安定した真空を閉じ込めることができない。 The vacuum can advantageously increase the sensitivity of the sensor and can further promote thermal insulation. Conventional methods of manufacturing sensor devices with backside trenches typically do not contain a stable vacuum.
この方法の好ましい実施形態によれば、追加のパッシベーションがパッシベーション上に配置する。 According to a preferred embodiment of this method, additional passivation is placed on the passivation.
本発明の実施形態のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の説明により明らかになる。 Further features and advantages of the embodiments of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
概略的な図面に示す例示的な実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。 The invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the schematic drawings.
図面において、同じ符号は、同じか、または機能的に同じ要素を示す。 In the drawings, like reference numbers indicate identical or functionally identical elements.
図1は、本発明の一実施形態によるセンサ装置の概略的な側面図を示す。 FIG. 1 shows a schematic side view of a sensor device according to an embodiment of the invention.
センサ装置1は基板2を含み、基板2は、上面2aと基板2内のキャビティ3とを有し、キャビティ3は上面2aから基板2内に成形されている。さらに、センサ装置1は充填材料MTを含むキャリア4を備え、キャリア4は、基板2の上面2aに配置されており、キャビティ3の縁部3aを少なくとも部分的に覆い、キャビティ3を少なくとも部分的に覆っている。センサ装置1は感応層5を含み、感応層5は、構造化されてキャリア4の基板2に向いていない方の側およびキャビティ3の上方に配置されており、キャビティ3の横方向の広がりは、感応層5に対して少なくとも一方向にセンタリングされており、これにより、縁部3aを介して対称的に放熱することができる。センサ装置1は、感応層5と、基板2に向いていない側でキャリア4とを覆うパッシベーション6を備える。
The
感応層5は、単一の層または複数の層を含んでいてもよい。例えばキャリア4への塗布による製造プロセスによって、感応層5の断面は、例えば長方形または台形であってもよい。次に、第2の接着層H2を、感応層5の上面に配置(堆積)し、パッシベーション6との接着によって直接の接触を形成することができる。
The
エッチング孔7は、有利には、パッシベーション6内およびキャリア4内に互いに間隔gをおいて設けられている。エッチング孔の間の間隔gは、有利には同じであってもよい。分かりやすくするために、1つのループの一部である一対の感応層5のみを図に示してある。しかしながら、感応層5(層5の対)を有する複数のループをキャリア4に配置することも可能である。それらループの間に、またはそれらループの隣に横方向に1つ以上の温度センサを(キャリア4に)配置することもできる。間隔gの選択により、キャビティ3の深さを有利に決定することができる。選択した間隔が大きすぎる場合には、長い時間の後にようやく、エッチング孔を介して連続的なキャビティを形成することができ、これにより、キャビティの深さをより深くすることもできる。しかしながら、深さは、間隔gが小さい場合にもエッチング時間によって制御することもできる。
The etching holes 7 are preferably provided in the
センサ装置1は、キャリア4、感応層5およびパッシベーション6を少なくとも部分的に覆うことができる追加のパッシベーション8を含むことができる。この追加パッシベーション8は、有利にはエッチング孔をさらに覆い、エッチング孔を閉じることもできる。キャビティ内には、このようにして、周囲とは異なる圧力を有するガスまたは真空を閉じ込めてもよい。閉じ込めたガスまたは真空によって、(センサの下方の基板または構造に対する)膜、すなわちキャリア4の熱絶縁を有利に改善することができる。
The
基板2は、例えばSiを含むウェーハとして提供することもできる。
The
キャビティ3の深さは、有利には用途に応じて異なるように形成してもよい。高い熱流が予想される場合には、放熱時にキャビティ3の底部が感応層5に対してより小さい干渉しかもたらさないかまたは全くもたらさないように、キャビティ3をより深く形成することができる。キャビティ3は、例えば、約25〜100μmの深さを有することができる。キャビティ3のそれぞれの深さの選択は、有利には、感応層5の下方にキャビティをセンタリングすることと、キャビティの幅を有利には付加的に決定可能であることとを確保して、行うことができる。
The depth of the
感応層5の配置および構築は、有利には、基板2内にキャビティ3の形成する前に(キャビティ3の領域でキャリア4を解放する前に)行い、これにより、有利には(構築のための)リソグラフィに必要なキャリア(膜)の平坦なトポグラフィを提供することができる。
The placement and construction of the
キャリア4の製造時には基板内にトレンチ構造を形成することができ、基板内には後にキャリア4の充填材料MTを導入することができる。この導入は、トレンチがあまり広い幅に形成されていない場合にのみその生成したトレンチの幅全体を完全に充填することができるので、トレンチ構造および結果として生じる縁部3aは、対応して肉薄に選択するか、または複数のトレンチ構造を基板内に互いに平行に設けることができる(図示しない)。次にこれらのトレンチに充填材料MTを充填することができる。キャビティ3をエッチングした後に、トレンチがキャビティの底部まで延在していない場合には、充填されたトレンチ間の基板材料を除去することもできる。その後、互いに平行な垂直方向の支持体を、例えば互いに間隔dを有することができる縁部3aとして残すことができる。この間隔dは、有利には、全ての縁部3aについて同じでもよいし、異なってもよい。
When manufacturing the
第1の接着層H1は、キャリア4に対する感応層5の材料のための拡散バリアであってもよい。第2の接着層H2は同様に感応層のための拡散バリアであってもよい。第2の接着層H2は感応層5に堆積させることができる。
The first adhesive layer H1 may be a diffusion barrier for the material of the
キャビティは、例えばXeF2(二フッ化キセノン)を用いて、例えば等方性で基板2内に設けることができる。XeF2を用いたエッチングに加えて、またはその代わりに、SF6(六フッ化硫黄)を用いてエッチングプロセスを行うこともでき、この場合、深さ方向に向けることができる。さもなければ、有利には、無指向性のエッチング方法を使用することもできる。
The cavity can be provided in the
追加パッシベーション8は、有利には、環境の影響(湿気、塵)に対する保護として形成してもよく、適切な材料を含んでもよい。
The
エッチングはKOHによって行うこともできる。 Etching can also be done with KOH.
図2は、本発明の一実施形態によるセンサ装置の概略的な平面図を示す。 FIG. 2 shows a schematic plan view of a sensor device according to an embodiment of the present invention.
センサ装置1の平面図に示すように、キャビティ3は、縁部3aを有する例示的な卵形(楕円)の形状を備え、その縁部は、キャビティ3の周り全体を包囲することができる。感応層5は、有利には少なくとも横方向kに沿って中心Mに対して対称的に配置している。したがって、方向kに沿って(中心から両側まで)同じ距離をおいて感応層5を配置することができるので、横方向kと交差する縁部3aへの温度流束を両側で対称的にすることができる。
As shown in the plan view of the
感応層5は、有利には、電気回路に接続することもでき、または感応層5自体が、測定素子を有する回路を形成することもでき、有利には、測定すべきパラメータに依存し得る感応層の電気抵抗を測定することもできる。このループは、有利にはホイートストンブリッジとすることができる。
The
縁部3aの有利な任意の形状によって、有利には、平面図で縁部境界の、したがってキャビティ3の任意の設計を実現することができ、これにより、キャビティ3の安定性および汚染特性に有利に影響を及ぼすことができる。有利には、エッチング孔7は、感応層5の間に設けており、また有利には、互いに等間隔で分布させている。上面図は、例示的に感応層5の3つのループを示している。
The advantageous optional shape of the
基板およびキャビティを有するキャリアはチップ上に配置してもよいし、またはチップとして形成してもよい。 The carrier with the substrate and the cavity may be arranged on the chip or may be formed as a chip.
図3は、本発明の一実施形態によるセンサ装置の製造方法の概略的なフロー図を示す。 FIG. 3 shows a schematic flow chart of a method for manufacturing a sensor device according to an embodiment of the present invention.
本センサ装置の製造方法では、基板を準備するステップS1と、基板の上面から基板内のキャビティの縁部としてトレンチ構造を形成するステップS2と、トレンチ構造内に充填材料を導入するステップS3aと、基板の上面に充填材料を塗布するステップS3bとを備え、これにより、キャリアを、基板の上面に形成し、かつその縁部領域上に少なくとも部分的に形成する。さらに、キャリアに感応層を配置するステップS4および感応層を構築するステップS5を行い、少なくとも横方向に、縁部との間の領域の横方向の広がりが感応層にセンタリングされるように行い、有利には、感応層の、基板に向いていない方の側で、キャリアおよび感応層にパッシベーションを配置するステップS6を行う。さらに、有利には、パッシベーションおよびキャリアを通って基板まで延在することができる複数のエッチング孔を、有利にはパッシベーションおよびキャリア内に設けるステップS7、およびエッチング孔を通るエッチングプロセスによって、縁部境界内の基板内にキャビティを形成するステップS8を行う。上記方法ステップS3aおよびS3bは、同時に順番に行うことができる。 In the method for manufacturing the sensor device, step S1 of preparing a substrate, step S2 of forming a trench structure from the top surface of the substrate as an edge of a cavity in the substrate, and step S3a of introducing a filling material into the trench structure, Applying S3b to the top surface of the substrate, whereby a carrier is formed on the top surface of the substrate and at least partially on its edge region. Further, a step S4 of arranging the sensitive layer on the carrier and a step S5 of constructing the sensitive layer are performed so that at least the lateral extension of the region between the edge and the edge is centered on the sensitive layer. Advantageously, the step S6 of placing the passivation on the carrier and the sensitive layer is carried out on the side of the sensitive layer which is not facing the substrate. Furthermore, the edge boundary is advantageously provided by a step S7 of providing in the passivation and carrier a plurality of etching holes that can extend through the carrier to the substrate, preferably by means of an etching process through the etching holes. Step S8 of forming a cavity in the substrate inside is performed. The above method steps S3a and S3b can be performed simultaneously in sequence.
トレンチ構造は、トレンチプロセスによって導入することができる。 The trench structure can be introduced by a trench process.
以上、好ましい実施形態に基づいて本発明を完全に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な方法で変更可能である。 Although the present invention has been completely described above based on the preferred embodiments, the present invention is not limited thereto and can be modified in various ways.
1 センサ装置
2 基板
2a 上面
3 キャビティ
3a 縁部
4 キャリア
5 感応層
6 パッシベーション
7 エッチング孔
8 パッシベーション
d 間隔
M 中心
MT 充填材量
RB トレンチ構造
S1〜S8 ステップ
1
Claims (18)
基板(2)であって、上面(2a)と、基板(2)内に上面(2a)から形成された基板(2)内のキャビティ(3)とを有する、基板(2)と、
基板(2)の上面(2a)に配置されており、キャビティ(3)を少なくとも部分的に覆う充填材料(MT)を含むキャリア(4)と、
基板(2)に向いていない方の側でキャビティ(3)の上方でキャリア(4)上に構築された感応層(5)であって、キャビティ(3)の横方向の広がりが感応層(5)に対して少なくとも一方向にセンタリングされた、感応層(5)と、および
基板(2)に向いていない方の側で感応層(5)およびキャリア(4)を覆うパッシベーション(6)と、
を含むセンサ装置(1)。 A sensor device (1),
A substrate (2) having an upper surface (2a) and a cavity (3) in the substrate (2) formed from the upper surface (2a) in the substrate (2);
A carrier (4) arranged on the upper surface (2a) of the substrate (2) and comprising a filling material (MT) at least partially covering the cavity (3);
A sensitive layer (5) constructed on the carrier (4) above the cavity (3) on the side facing away from the substrate (2), the lateral extent of the cavity (3) being the sensitive layer (5). 5) a sensitive layer (5) centered in at least one direction, and a passivation (6) covering the sensitive layer (5) and the carrier (4) on the side not facing the substrate (2). ,
A sensor device (1) including.
前記充填材料(MT)が、前記キャビティ(3)の縁部(3a)を少なくとも部分的に覆う、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to claim 1,
Sensor device (1), wherein the filling material (MT) at least partially covers the edge (3a) of the cavity (3).
基板(2)であって、上面(2a)と、基板(2)内に上面(2a)から形成された基板(2)内のキャビティ(3)とを有する、基板(2)と、
充填材料(MT)を含むキャリア(4)であって、基板(2)の上面(2a)に配置され、キャビティ(3)の縁部(3a)を少なくとも部分的に覆い、キャビティ(3)を少なくとも部分的に覆う、キャリア(4)と、
基板(2)に向いていない方の側でキャビティ(3)の上方でキャリア(4)に構築された感応層(5)であって、キャビティ(3)の横方向の広がりが感応層(5)に対して少なくとも一方向にセンタリングされた、感応層(5)と、および
基板(2)に向いていない方の側で感応層(5)およびキャリア(4)を覆うパッシベーション(6)と、
を含むセンサ装置(1)。 A sensor device (1),
A substrate (2) having an upper surface (2a) and a cavity (3) in the substrate (2) formed from the upper surface (2a) in the substrate (2);
A carrier (4) comprising a filling material (MT), which is arranged on the upper surface (2a) of the substrate (2) and at least partially covers the edge (3a) of the cavity (3) and covers the cavity (3). A carrier (4) at least partially covering,
A sensitive layer (5) built into the carrier (4) above the cavity (3) on the side facing away from the substrate (2), the lateral extension of the cavity (3) being the sensitive layer (5). ), Which is centered in at least one direction with respect to), and a passivation (6) covering the sensitive layer (5) and the carrier (4) on the side facing away from the substrate (2),
A sensor device (1) including.
前記パッシベーション(6)および前記充填材料(MT)が、それぞれ通気孔を含む、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to claim 3,
Sensor device (1), wherein the passivation (6) and the filling material (MT) each comprise a vent.
前記パッシベーション(6)および前記キャリア(4)が、前記キャビティの領域(3)にキャビティ(3)内にまで延在する複数の貫通するエッチング孔(7)を含む、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to claim 3 or 4,
Sensor device (1), wherein the passivation (6) and the carrier (4) comprise a plurality of through etching holes (7) in the region (3) of the cavity extending into the cavity (3).
該センサ装置(1)が熱媒体センサを含み、前記感応層(5)が感熱層を含む、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to any one of claims 3 to 5,
Sensor device (1), wherein the sensor device (1) comprises a heat carrier sensor and the sensitive layer (5) comprises a heat sensitive layer.
該センサ装置(1)が、感応層(5)とキャリア(4)との間で少なくとも感応層(5)の領域に配置された第1の接着層(H1)を含む、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to any one of claims 3 to 6,
Sensor device (1), wherein the sensor device (1) comprises a first adhesive layer (H1) arranged at least in the region of the sensitive layer (5) between the sensitive layer (5) and the carrier (4). .
センサ装置(1)が、感応層(5)とパッシベーション(6)との間で、少なくとも感応層(5)の領域で感応層(5)に配置された第2の接着層(H2)を含む、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to any one of claims 3 to 7,
The sensor device (1) comprises a second adhesive layer (H2) arranged between the sensitive layer (5) and the passivation (6) at least in the region of the sensitive layer (5), which is arranged on the sensitive layer (5). , Sensor device (1).
前記キャビティ(3)の横方向の広がりが、前記縁部(3a)を介して対称的に放熱できるように、少なくとも前記感応層(5)に対して一方向においてセンタリングされた、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to any one of claims 3 to 8,
Sensor device (1) centered in at least one direction with respect to the sensitive layer (5) such that the lateral extent of the cavity (3) can dissipate heat symmetrically via the edge (3a). ).
キャビティ(3)が、平面図において中心(M)を有し、構築した前記感応層(5)が、この中心(M)の周りに少なくとも一方向において対称的に配置された、センサ装置(1)。 The sensor device (1) according to any one of claims 3 to 9,
A sensor arrangement (1) in which the cavity (3) has a center (M) in plan view and the constructed sensitive layer (5) is symmetrically arranged around this center (M) in at least one direction. ).
基板(2)を準備するステップ(S1)と、
基板(2)の上面(2a)に充填材料を塗布するステップ(S3b)であって、これにより基板の上面(2a)にキャリア(4)を形成するステップ(S3b)と、
キャリア(4)に感応層(5)を配置するステップ(S4)、および少なくとも横方向にいて、キャビティ(3)のための縁部(3a)との間の領域の横方向の広がりが感応層(5)に対してセンタリングされるように、感応層(5)を構築するステップ(S5)と、
キャリア(4)を通って基板(2)まで延在する複数のエッチング孔(7)をキャリア(4)内に設けるステップ(S7)と、および
エッチング孔(7)を介するエッチングプロセスによって基板(2)内に、縁部内(3a)でキャビティ(3)を形成するステップ(S8)と、
を含む方法。 A method of manufacturing a sensor device (1), comprising:
A step (S1) of preparing the substrate (2),
Applying a filling material to the upper surface (2a) of the substrate (2) (S3b), thereby forming a carrier (4) on the upper surface (2a) of the substrate (S3b);
Positioning (S4) the sensitive layer (5) on the carrier (4), and at least laterally, the lateral extent of the area between the edge (3a) for the cavity (3) is sensitive layer. Constructing a sensitive layer (5) so as to be centered with respect to (5) (S5),
The step (S7) of providing in the carrier (4) a plurality of etching holes (7) extending through the carrier (4) to the substrate (2), and an etching process through the etching holes (7), thereby forming the substrate (2). ), Forming a cavity (3) in the edge (3a) (S8),
Including the method.
前記基板(2)内において前記キャビティ(3)のための縁部(3a)として基板(2)の上面(2a)からトレンチ構造(RB)を形成するステップ(S3)と、および
充填材料(MT)が少なくとも部分的に縁部(3a)を形成するように、トレンチ構造(RB)に充填材料(MT)を導入するステップ(S3a)と、
を含む方法。 The method of claim 11, wherein
Forming a trench structure (RB) from the top surface (2a) of the substrate (2) as an edge (3a) for the cavity (3) in the substrate (2) (S3), and a filling material (MT) ) Introducing a filling material (MT) into the trench structure (RB) so that at least partially forms the edge (3a), (S3a),
Including the method.
基板(2)を準備するステップ(S1)と、
基板(2)内のキャビティ(3)のための縁部(3a)として、基板(2)の上面(2a)からトレンチ構造(RB)を形成するステップ(S2)と、
トレンチ構造(RB)内に充填材料(MT)を導入するステップ(S3a)、および基板(2)の上面(2a)に充填材料(MT)を塗布するステップ(S3b)であって、これにより基板(2)の上面(2a)および少なくとも部分的に縁部(3a)にキャリア(4)を形成するステップ(S3b)と、
感応層(5)をキャリア(4)に配置するステップ(S4)、および縁部(3a)との間の領域の横方向の広がりが少なくとも横方向において感応層(5)に対してセンタリングされるように、感応層(5)を構築するステップ(S5)と、
キャリア(4)を通って基板(2)まで延在する複数のエッチング孔(7)をキャリア(4)内に設けるステップ(S7)と、および
エッチング孔(7)を介するエッチングプロセスによって基板(2)内に、縁部(3a)内でキャビティ(3)を形成するステップ(S8)と、
を含むセンサ装置(1)を製造する方法。 A method of manufacturing a sensor device (1), comprising:
A step (S1) of preparing the substrate (2),
Forming a trench structure (RB) from the upper surface (2a) of the substrate (2) as an edge (3a) for the cavity (3) in the substrate (2) (S2),
Introducing the filling material (MT) into the trench structure (RB) (S3a) and applying the filling material (MT) to the upper surface (2a) of the substrate (2) (S3b), whereby the substrate Forming a carrier (4) on the upper surface (2a) of (2) and at least partially on the edge (3a) (S3b);
The step (S4) of placing the sensitive layer (5) on the carrier (4) and the lateral extent of the area between it and the edge (3a) is centered with respect to the sensitive layer (5) at least laterally. So as to construct the sensitive layer (5) (S5),
The step (S7) of providing in the carrier (4) a plurality of etching holes (7) extending through the carrier (4) to the substrate (2), and an etching process through the etching holes (7), thereby forming the substrate (2). ), Forming a cavity (3) in the edge (3a) (S8),
A method of manufacturing a sensor device (1) comprising:
キャリア(4)および感応層(5)の、基板(2)に向いていない方の側にパッシベーション(6)を配置するステップ(S6)と、および
パッシベーション(6)およびキャリア(4)を通って基板(2)まで延在する複数のエッチング孔(7)をパッシベーション(6)およびキャリア(4)内に設けるステップ(S7)と、
を含む方法。 The method according to claim 13, wherein
Through the step (S6) of placing the passivation (6) on the side of the carrier (4) and the sensitive layer (5) facing away from the substrate (2), and through the passivation (6) and the carrier (4) Providing a plurality of etching holes (7) in the passivation (6) and carrier (4) extending to the substrate (2) (S7),
Including the method.
化学量論的なまたはシリコンリッチな窒化物もしくはSiO2を、充填材料(MT)として使用する、方法。 The method according to claim 13 or 14, wherein
Method using stoichiometric or silicon rich nitride or SiO 2 as fill material (MT).
感応層(5)を配置するステップ(S4)の前に、感応層(5)の領域でキャリア(4)に第1の接着層(H1)を配置する、方法。 The method according to any one of claims 13 to 15,
A method of arranging a first adhesive layer (H1) on the carrier (4) in the region of the sensitive layer (5) before the step (S4) of disposing the sensitive layer (5).
リソグラフィ方法およびエッチング方法によって感応層(5)を構築するステップ(S5)を行い、前側からのリソグラフィおよびエッチングによってエッチング孔および感応層を生成し、同じ前側からトレンチ構造(RB)を形成する、方法。 The method according to any one of claims 13 to 16,
Method (S5) of building a sensitive layer (5) by a lithographic method and an etching method, producing etching holes and a sensitive layer by lithography and etching from the front side and forming a trench structure (RB) from the same front side. .
エッチング孔の間隔の少なくとも半分を横方向にアンダーカットする少なくとも1つの等方性エッチングステップを含むエッチング方法を用いて、キャビティ(3)を形成するステップ(S8)を行う、方法。 A method according to any one of claims 13 to 17,
A method (S8) of forming a cavity (3) using an etching method comprising at least one isotropic etching step of laterally undercutting at least half of the spacing of the etching holes.
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