WO2017148715A1 - Micromechanical sensor device and corresponding production method - Google Patents

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WO2017148715A1
WO2017148715A1 PCT/EP2017/053656 EP2017053656W WO2017148715A1 WO 2017148715 A1 WO2017148715 A1 WO 2017148715A1 EP 2017053656 W EP2017053656 W EP 2017053656W WO 2017148715 A1 WO2017148715 A1 WO 2017148715A1
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WO
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region
sensor
membrane
cavern
pressure equalization
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PCT/EP2017/053656
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French (fr)
Inventor
Heribert Weber
Isolde Simon
Tobias Sebastian Frey
Melissa Delheusy
Michael Knauss
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128Microapparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical sensor device and to a corresponding production method with a heating device.
  • Micro hotplates are an important component for micromechanical sensors. They are used in sensor principles that provide an elevated temperature for the
  • Gas sensors with a chemical transducer principle should be mentioned here in the first place:
  • the desired chemical reaction does not yet take place at room temperature, but requires a certain activation energy and thus an increased operating temperature.
  • Classic sensors of this type are e.g. Metal oxide gas sensors, which typically need to be operated between 250 ° C and 400 ° C.
  • hotplates are also used for sensors with physical transducer principle, such as such as thermal conductivity sensors, Pirani elements (vacuum sensors) or mass flow sensors.
  • Micro hotplates are known in the art as either closed
  • Suspended membranes e.g. are produced with the help of the OMM technology, have advantages in terms of "chip handling" and bonding, as chips can be glued here on the back of the entire surface and thus the possible adhesive surface is much larger than a membrane that has a wet-chemical release Closed membranes - typically they are under tensile stress - but have advantages in terms of robustness and compatibility with different coating methods, so that they despite the lower adhesive surface even in highly miniaturized
  • a web-suspended membrane in OMM technique has e.g. to a closed membrane in bulk micromechanics the property that the support structure in the middle is sensitive to mechanical stress such as e.g. Vibrations or shock reacts. Also, their mechanical stability with respect to certain
  • Printing processes via time-pressure or transfer or stamping processes are ruled out.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a micromechanical
  • reference numeral 1 designates a carrier substrate, for example a ceramic carrier substrate or a printed circuit board.
  • a MEMS sensor substrate MC which has a front side VS and a rear side RS, is glued to the carrier substrate 1 with an adhesive layer KL on its rear side RS
  • the MEMS sensor substrate MC has a backside cavern K which extends from the rear side RS to the front side VS.
  • Backside cavern K has sloping edges resulting from wet chemical etching (e.g., KOH) in the manufacturing process.
  • a closed membrane region M which is arranged above the rear cavern K, is formed from a functional layer FS on the front side VS of the MEMS sensor substrate MC.
  • the functional layer FS and thus the membrane region M can be composed of a single layer, for example silicon oxide, silicon nitride or silicon carbide or of a layer sequence, for example of silicon oxide and silicon nitride layers, in or on which additional metal conductor tracks are located, which have the functions of Heater or electrodes may have.
  • Integrated in the membrane region M is in the center of a heater HE, through which the membrane region M can be heated to a predetermined temperature.
  • a sensor region SB is arranged in the membrane region M, which has, for example, a metal-oxide-based thick film or metal oxide-based thin film and electrodes embedded therein, thus realizing, for example, a gas sensor device.
  • the adhesion of the adhesive layer KL is not circumferential (for example, punctiform or strip-shaped), d. H. does not cover the entire rear side RS, so that the gas volume inside the rear cavern K can expand during the heating operation of the heating device HE, that is, it can be created in gas exchange with the environment. This avoids that the membrane region M is subjected to constant pressure changes during sensor operation, which could cause wear of the membrane region M. Disclosure of the invention
  • the invention provides a micromechanical sensor device according to claim 1 and a corresponding manufacturing method according to claim 11. Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
  • Membrane area one or more pressure equalization holes for a pressure compensation of the back cavern.
  • the present invention thus makes it possible to provide a completely or essentially annular peripheral bond in the case of a miniaturized sensor substrate and to realize a sufficient gas exchange despite such an annular bond. It can thus be avoided that the sensor substrate is tilted during necessary annealing steps in the assembly and connection technique due to gas expansions and thus a subsequent Drahtbond polish is not possible. Furthermore, the pressure changes during heating operation of the heater can be avoided or
  • the pressure compensation holes can be dimensioned in such a way that the advantageous properties of a clamped closed membrane over a membrane suspended from webs are maintained. For a sufficient ventilation already holes in the range of a few ⁇ diameter.
  • a sturdy gluing process can be carried out despite a small adhesive surface (typical
  • Sensor element dimension laterally less than or equal to 1 mm x 1 mm can be achieved.
  • Gas exchange is of particular advantage for vacuum and thermal conductivity sensors, since the measuring principle is based on the fact that the heat dissipation of a
  • Heating element varies with the thermal conductivity of the surrounding gas. Without ventilation, only the gas above the membrane can contribute to the measurement, with ventilation also the gas below contributes to the measurement signal.
  • the one or more pressure equalization holes are provided in different sizes.
  • the pressure equalization holes or the pressure compensation holes are arranged in an outer edge region of the membrane region outside the sensor region and the heating device.
  • the pressure equalization holes do not affect the sensor function.
  • the holes are ideally introduced into regions of the membrane which have a stress minimum or are located in the vicinity thereof.
  • the rear side is by means of a
  • Adhesive area glued on a support substrate such that the backside cavern is hermetically sealed at the back. This increases the stability with increasing miniaturization.
  • the rear side is adhesively bonded to a carrier substrate by means of an adhesive region, wherein a pressure compensation channel is provided for pressure equalization of the rear cavern in the sensor substrate. This further improves pressure equalization without reducing stability.
  • the rear side is adhesively bonded to a carrier substrate by means of an adhesive region, a pressure equalization channel being provided for pressure equalization of the rear cavern in the carrier substrate. This further improves pressure balance without reducing stability.
  • the heating device is in
  • the sensor region comprises a gas sensor region or a heat conductivity sensor region or a
  • Infrared sensor area or a mass flow sensor area.
  • Pressure equalization holes have a diameter of 1 to 50 ⁇ , preferably 1 to 10 ⁇ on. This reduces the mechanical influence of the pressure equalization holes and is sufficient for the desired pressure compensation function.
  • Fig. 1 a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical
  • FIG. 1 a) in cross-section
  • Figure 1 b) in plan view
  • Fig. 2a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a micromechanical
  • FIG. 1 a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical sensor device according to a first embodiment of the present invention, namely Fig. 1 a) in cross section and Fig. 1 b) in plan view.
  • reference numeral 1 denotes a carrier substrate, for example a
  • a MEMS sensor substrate MC which has a front side VS and a rear side RS, is glued to the carrier substrate 1 with an adhesive layer KL on its rear side RS.
  • the adhesion of the adhesive layer KL is circumferential, which promotes stability with advancing miniaturization.
  • the MEMS sensor substrate MC has a backside cavern K which extends from the rear side RS to the front side VS.
  • Backside cavern K in contrast to the backside cavern described above with respect to FIG. 3, has vertical flanks, which originate from an anisotropic etching in the production process. This supports the miniaturization.
  • the side wall S assumes a straight vertical shape and runs essentially perpendicular to the plane of the membrane region M or the front side VS, the smallest possible sensor device can be produced for a given size of the membrane region.
  • a particularly preferred option for this is the application of a
  • a closed membrane region M which is arranged above the rear cavern K, is formed from a functional layer FS on the front side VS of the MEMS sensor substrate MC.
  • the functional layer FS and thus the membrane region M may consist of a single layer, for example silicon oxide, silicon nitride or silicon carbide or of a layer sequence, for example
  • Silicon oxide and Siliziumnitrid Anlagenen be constructed, in or on the additional metal tracks are located, which may have the functions of a heater or of electrodes.
  • Integrated in the membrane region M is in the center of a heater HE, through which the membrane region M can be heated to a predetermined temperature.
  • a sensor region SB is arranged in the membrane region M, which has, for example, a metal-oxide-based thick film or metal oxide-based thin film on electrode structures, in order thus
  • the membrane region M in the first embodiment has pressure equalization holes L1, L2, L3, L4, L5, L6 which are located in the edge region of the
  • Membrane region M outside of the heater HE and arranged above the sensor area SB are arranged.
  • These pressure equalization holes preferably have a diameter between 1 and 50 ⁇ m, preferably between 1 and 10 ⁇ m.
  • the pressure equalization holes L1 - L6 are arranged in regions of the membrane region M, which have low mechanical stress. In addition to the pressure compensation effect, the pressure compensation holes can also improve the thermal insulation of the membrane region M.
  • Fig. 2a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical sensor device according to a second embodiment of the present invention, namely Fig. 2a) in plan view and Fig. 2b) in side view.
  • Pressure equalization channel AK provided, which is in the adhered to the carrier substrate 1 state (not shown here) in a free region of the adhesive layer KL, so that through the pressure equalization channel AK an additional pressure compensation is possible.
  • the second embodiment therefore, only four pressure equalizing holes L1, L3, L4, L6 are provided.
  • the pressure compensation channel AK can also be dispensed with the pressure equalization holes L1, L3, L4, L6. Otherwise, the second embodiment is identical to the first embodiment.
  • a pressure compensation channel in the sensor substrate MC in addition to or as an alternative to the pressure compensation channel AK in the sensor substrate MC, a pressure compensation channel in
  • Carrier substrate 1 are provided below the scrubnchkaverne K.
  • the pressure equalizing holes may be manufactured either by an etching process, for example, a dry etching process, or by a laser process.
  • the described production method of the membrane region M is an excretion etching process from the wafer back RS, in which a silicon layer underlying the membrane region M is removed by means of a DRIE etching process, it is advantageous if in a process step before the pressure equalization holes L1 - L6 , or L1 - L4 have already been introduced into the functional layer FS and thus into the membrane region M. In the course of the exemption of the membrane area M, these are opened and a pressure equalization between the front and back of the membrane area M in the later sensor element is made possible.
  • the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto. In particular, the materials and topologies mentioned are only examples and not limited to the illustrated examples.
  • MEMS sensor device Particularly preferred applications for the MEMS sensor device according to the invention are generally all sensor devices which have a membrane and have a heating device, for example in addition to chemical gas sensors, such as metal oxide gas sensors, thermal conductivity sensors, Pirani elements, Mass flow sensors, such as air mass meters, lambda probes on micromechanical membrane, infrared sensor devices, etc.
  • chemical gas sensors such as metal oxide gas sensors, thermal conductivity sensors, Pirani elements, Mass flow sensors, such as air mass meters, lambda probes on micromechanical membrane, infrared sensor devices, etc.

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Abstract

The invention relates to a micromechanical sensor device and to a corresponding production method. The micromechanical sensor device is equipped with a sensor substrate (MC), having a front side (VS) and a back side (RS) and a back side cavity (K); wherein a substantially closed membrane region (M) is formed on the front side (VS), which membrane region is arranged above the back side cavity (K) of the sensor substrate (MC); a sensor region (SB) arranged in or on the membrane region (M); and a heating device (HE) arranged in or on the membrane region (M) for heating the sensor region (SB); wherein the membrane region (M) has one or more pressure equalization holes (L1-L6; L1-L4) for pressure equalization of the back side cavity (K).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren  Micromechanical sensor device and corresponding manufacturing method
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit einer Heizeinrichtung. The invention relates to a micromechanical sensor device and to a corresponding production method with a heating device.
Stand der Technik State of the art
Obwohl auch beliebige mikromechanische Bauelemente mit einer Heizeinrichtung anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Bauelementen mit Gassensoren auf Siliziumbasis mit einer Heizeinrichtung (Hotplate) erläutert. Although any micromechanical components with a heater are applicable, the present invention and its underlying problem will be explained with reference to components with gas sensors based on silicon with a heater (hotplate).
Mikro-Hotplates sind eine wichtige Komponente für mikromechanische Sensoren. Sie kommen bei Sensorprinzipien zum Einsatz, die eine erhöhte Temperatur für das Micro hotplates are an important component for micromechanical sensors. They are used in sensor principles that provide an elevated temperature for the
Funktionsprinzip benötigen. Zu nennen sind hier in erster Linie Gassensoren mit chemischem Transducer-Prinzip: Die gewünschte chemische Reaktion findet noch nicht bei Raumtemperatur statt, sondern benötigt eine gewisse Aktivierungsenergie und damit eine erhöhte Betriebstemperatur. Klassische Sensoren dieses Typs sind z.B. Metalloxid- Gassensoren, die typischerweise zwischen 250°C und 400°C betrieben werden müssen. Need functional principle. Gas sensors with a chemical transducer principle should be mentioned here in the first place: The desired chemical reaction does not yet take place at room temperature, but requires a certain activation energy and thus an increased operating temperature. Classic sensors of this type are e.g. Metal oxide gas sensors, which typically need to be operated between 250 ° C and 400 ° C.
Neben chemischen Sensoren kommen Hotplates auch für Sensoren mit physikalischem Transducer-Prinzip zum Einsatz wie z.B. wie Wärmeleitfähigkeitssensoren, Pirani- Elemente (Vakuumsensoren) oder Massenflusssensoren. Mikro-Hotplates werden nach dem Stand der Technik entweder als geschlosseneIn addition to chemical sensors, hotplates are also used for sensors with physical transducer principle, such as such as thermal conductivity sensors, Pirani elements (vacuum sensors) or mass flow sensors. Micro hotplates are known in the art as either closed
Membranen oder über aufgehängte Membranen hergestellt, wie z.B. in Micromachined metal oxide gas sensors: opportunities to improve sensor Performance, Isolde Simon et al., Sensors and Actuators B 73 (2001 ), S. 1 - 26 beschrieben. Derartige Sensorelemente mit Mikro-Hotplates nach dem Stand der Technik weisen typischerweise laterale Dimensionen von größer 1 mm x 1 mm auf. Um den Anforderungen der Consumer Electronics, wie z.B. in Smartphones vorhanden, gerecht zu werden, wird derzeit eine Miniaturisierung der lateralen Dimensionen von kleiner als ~ 1 mm x 1 mm angestrebt und gleichzeitig eine Reduzierung des Leistungsbedarfs gefordert. Neben den Herausforderungen an spezielle Heizerdesigns wird damit die Fläche, die zur Chipklebung zur Verfügung steht, immer kleiner und damit auch die Herausforderungen für ein fertigungstaugliche Aufbau-und Verbindungstechnik erhöht. Membranes or via suspended membranes, as described for example in Micromachined metal oxide sensors: opportunities to improve sensor Performance, Simon Simon et al., Sensors and Actuators B 73 (2001), pp 1 - 26 described. Such sensor elements with micro hotplates according to the prior art typically have lateral dimensions of greater than 1 mm × 1 mm. To the Demands of the consumer electronics, such as existing in smartphones to meet, is currently being pursued a miniaturization of the lateral dimensions of less than ~ 1 mm x 1 mm and at the same time required a reduction in power requirements. In addition to the challenges posed by special heater designs, the area available for chip bonding is becoming smaller and smaller, and so are the challenges for production-ready assembly and connection technology.
Aufgehängte Membranen, wie sie z.B. mit Hilfe der OMM-Technik hergestellt werden, weisen hinsichtlich„Chip-handling" und Klebung Vorteile auf, da Chips hierbei auf der Rückseite vollflächig geklebt werden können und damit die mögliche Klebefläche sehr viel größer ist als bei einer Membran, die über ein nasschemische Freistellung (mit z.B. KOH) oder eine Trockenätzung mit z.B. DRIE von hinten freigestellt wurde. Geschlossene Membranen - typischerweise stehen sie unter Zugspannung - haben jedoch Vorzüge hinsichtlich Robustheit und Kompatibilität mit verschieden Beschichtungsverfahren, so dass diese trotz der geringeren Klebefläche auch bei hochgradig miniaturisierten Suspended membranes, e.g. are produced with the help of the OMM technology, have advantages in terms of "chip handling" and bonding, as chips can be glued here on the back of the entire surface and thus the possible adhesive surface is much larger than a membrane that has a wet-chemical release Closed membranes - typically they are under tensile stress - but have advantages in terms of robustness and compatibility with different coating methods, so that they despite the lower adhesive surface even in highly miniaturized
Systemen weiterhin ihre Existenzberechtigung behalten werden. Systems continue to maintain their right to exist.
Eine an Stegen aufgehängte Membran in OMM-Technik hat z.B. gegenüber einer geschlossenen Membran in Bulk-Mikromechanik die Eigenschaft, dass die Trägerstruktur in der Mitte empfindlich auf mechanische Beanspruchung wie z.B. Vibrationen oder Schock reagiert. Auch ist deren mechanische Stabilität hinsichtlich bestimmter A web-suspended membrane in OMM technique has e.g. to a closed membrane in bulk micromechanics the property that the support structure in the middle is sensitive to mechanical stress such as e.g. Vibrations or shock reacts. Also, their mechanical stability with respect to certain
Beschichtungsverfahren, wie z.B. dem Zeit-Druck Dispensen, nicht ausreichend. Bei geschlossenen Membranen in OMM-Technik kommt es herstellungsbedingt zu Coating methods, such as e.g. the time-pressure dispensing, not enough. With closed diaphragms in OMM technology it comes to manufacturing reasons
verschlossenen Kavernen an der Waferoberfläche. Abhängig vom Verschlussverfahren werden hier Drücke zwischen Atmosphärendruck und wenigen Millibar eingestellt. Erfolgt der Verschluss bei Atmosphärendruck, erwärmt sich das eingeschlossene Gas während des Betriebs und es kommt zu einer Verformung der Membran. Diese wiederum führt zu einer Veränderung von Widerständen auf der Membran und zu einer Beeinflussung der Sensorperformance. Erfolgt der Verschluss im Millibar Bereich, so wird die Membran durch den umgebenden Atmosphärendruck ausgelenkt. Diese Auslenkung hat jedoch negative Auswirkung für den Herstellprozess, da sich z.B. die Membran nicht in der gleichen Fokusebene befindet wie die Waferoberfläche und somit Abbildungsfehler im Lithografieprozess entstehen. In beiden Fällen muss besonderes Augenmerk auf das Aufbringverfahren des gassensitiven Materials gelegt werden, um mechanische closed caverns on the wafer surface. Depending on the sealing method, pressures between atmospheric pressure and a few millibars are set here. If the closure is at atmospheric pressure, the trapped gas heats up during operation and deformation of the membrane occurs. This in turn leads to a change of resistances on the membrane and to an influence on the sensor performance. If the closure is in the millibar range, the membrane is deflected by the surrounding atmospheric pressure. However, this deflection has a negative effect on the manufacturing process, as e.g. the membrane is not located in the same focal plane as the wafer surface and thus imaging errors occur in the lithographic process. In both cases, special attention must be paid to the application process of the gas-sensitive material to mechanical
Beschädigungen der Membranen sicher vermeiden zu können. Dadurch ist die Auswahl möglicher Verfahren für die Beschichtung eingeschränkt. In Frage kommen somit nur Verfahren, die die Struktur mechanisch nur gering belasten. Es können meist nur dünnschichtbasierte Schichten, z.B. mittels CVD-, PCD- oder Inkjet- Verfahren abgeschieden werden, eine oft wünschenswerte Beschichtung mit einem pastösen oder flüssigen Material z.B. durch ein Sprühverfahren, ein Damage to the membranes can be safely avoided. This limits the choice of possible methods for the coating. In question, therefore, only methods that mechanically burden the structure only slightly. In most cases, only thin-layer-based layers, for example by means of CVD, PCD or inkjet processes, can be deposited, an often desirable coating with a pasty or liquid material, for example by a spray method
Bedruckungsverfahren über Zeit-Druck oder Transfer- oder Stempelverfahren scheiden aus.  Printing processes via time-pressure or transfer or stamping processes are ruled out.
Ebenso sind z.B. größere Schichtdicken mit größerem Gewicht, bei an Stegen Likewise, e.g. larger layer thicknesses with greater weight, with at webs
aufgehängten OMM-Membranen, als kritisch anzusehen, da sich insbesondere bei Vibration Beschädigungen an Aufhängungen einstellen können. Suspended OMM membranes, to be regarded as critical, since damage to suspensions may occur especially in vibration.
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer mikromechanischen Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a micromechanical
Sensorvorrichtung zur Erläuterung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik. Sensor device for explaining the problem underlying the present invention.
In Figur 3 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Trägersubstrat, beispielsweise ein Keramik- Trägersubstrat oder eine Leiterplatte. Ein MEMS-Sensorsubstrat MC, welcher eine Vorderseite VS und eine Rückseite RS aufweist, ist mit einer Kleberschicht KL an seiner Rückseite RS auf das Trägersubstrat 1 geklebt In FIG. 3, reference numeral 1 designates a carrier substrate, for example a ceramic carrier substrate or a printed circuit board. A MEMS sensor substrate MC, which has a front side VS and a rear side RS, is glued to the carrier substrate 1 with an adhesive layer KL on its rear side RS
Der MEMS-Sensorsubstrat MC weist eine Rückseitenkaverne K, welche sich von der Rückseite RS bis hin zur Vorderseite VS erstreckt. Die Seitenwand S' der The MEMS sensor substrate MC has a backside cavern K which extends from the rear side RS to the front side VS. The side wall S 'of
Rückseitenkaverne K weist schräge Flanken auf, welche vom nasschemischen Ätzen (z.B. KOH) beim Herstellungsprozess herrühren. Backside cavern K has sloping edges resulting from wet chemical etching (e.g., KOH) in the manufacturing process.
Auf der Vorderseite VS ist aus einer Funktionsschicht FS auf der Vorderseite VS des MEMS-Sensorsubstrats MC ein geschlossener Membranbereich M ausgebildet, der oberhalb der Rückseitenkaverne K angeordnet ist. Die Funktionsschicht FS und damit der Membranbereich M kann aus einer einzelnen Schicht, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid bzw. aus einer Schichtenfolge, beispielsweise aus Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten, aufgebaut sein, in bzw. auf der sich zusätzliche Metallleiterbahnen befinden, die die Funktionen eines Heizers bzw. von Elektroden haben können. Integriert in den Membranbereich M ist in dessen Zentrum eine Heizeinrichtung HE, durch welche der Membranbereich M auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizbar ist. Oberhalb der Heizeinrichtung HE ist in dem Membranbereich M ein Sensorbereich SB angeordnet, welcher beispielsweise einen auf Metalloxid basierten-Dickfilm oder auf Metalloxid basierten-Dünnfilm und darin eingebettete Elektroden aufweist, um somit beispielsweise eine Gassensorvorrichtung zu realisieren. On the front side VS, a closed membrane region M, which is arranged above the rear cavern K, is formed from a functional layer FS on the front side VS of the MEMS sensor substrate MC. The functional layer FS and thus the membrane region M can be composed of a single layer, for example silicon oxide, silicon nitride or silicon carbide or of a layer sequence, for example of silicon oxide and silicon nitride layers, in or on which additional metal conductor tracks are located, which have the functions of Heater or electrodes may have. Integrated in the membrane region M is in the center of a heater HE, through which the membrane region M can be heated to a predetermined temperature. Above the heating device HE, a sensor region SB is arranged in the membrane region M, which has, for example, a metal-oxide-based thick film or metal oxide-based thin film and electrodes embedded therein, thus realizing, for example, a gas sensor device.
Die Klebung der Kleberschicht KL ist nicht umlaufend (beispielsweise punktuell oder streifenförmig), d. h. bedeckt nicht die gesamte Rückseite RS, sodass das Gasvolumen innerhalb der Rückseitenkaverne K beim Heizbetrieb der Heizeinrichtung HE expandieren kann, also im Gasaustausch mit der Umgebung entstehen kann. Damit wird vermieden, dass der Membranbereich M beim Sensorbetrieb ständigen Druckwechseln unterworfen ist, welche einen Verschleiß des Membranbereichs M bedingen könnten. Offenbarung der Erfindung The adhesion of the adhesive layer KL is not circumferential (for example, punctiform or strip-shaped), d. H. does not cover the entire rear side RS, so that the gas volume inside the rear cavern K can expand during the heating operation of the heating device HE, that is, it can be created in gas exchange with the environment. This avoids that the membrane region M is subjected to constant pressure changes during sensor operation, which could cause wear of the membrane region M. Disclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. The invention provides a micromechanical sensor device according to claim 1 and a corresponding manufacturing method according to claim 11. Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, dass der The idea underlying the present invention is that the
Membranbereich ein oder mehrere Druckausgleichlöcher für einen Druckausgleich der Rückseitenkaverne aufweist. Membrane area one or more pressure equalization holes for a pressure compensation of the back cavern.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit, bei miniaturisiertem Sensorsubstrat eine vollständig oder im Wesentlichen ringförmig umlaufende Klebung zu schaffen und trotz einer derartigen ringförmigen Klebung einen hinreichenden Gasaustausch zu realisieren. Es kann somit vermieden werden, dass das Sensorsubstrat während notwendiger Ausheizschritte bei der Aufbau- und Verbindungstechnik aufgrund von Gasexpansionen verkippt und somit ein nachfolgender Drahtbondprozess nicht möglich ist. Des Weiteren können die Druckwechsel beim Heizbetrieb der Heizeinrichtung vermieden bzw. The present invention thus makes it possible to provide a completely or essentially annular peripheral bond in the case of a miniaturized sensor substrate and to realize a sufficient gas exchange despite such an annular bond. It can thus be avoided that the sensor substrate is tilted during necessary annealing steps in the assembly and connection technique due to gas expansions and thus a subsequent Drahtbondprozess is not possible. Furthermore, the pressure changes during heating operation of the heater can be avoided or
ausgeglichen werden. Weitere Vorteile sind eine hohe Fertigungssicherheit für weiterverarbeitende Schritte, Die Druckausgleichlöcher können so positioniert dimensioniert werden, dass die vorteilhaften Eigenschaften einer eingespannten geschlossenen Membran gegenüber einer an Stegen aufgehängten Membran gewahrt bleiben. Für eine ausreichende Belüftung reichen bereits Löcher im Bereich von einigen μηη Durchmesser. be compensated. Further advantages are high manufacturing reliability for further processing steps. The pressure compensation holes can be dimensioned in such a way that the advantageous properties of a clamped closed membrane over a membrane suspended from webs are maintained. For a sufficient ventilation already holes in the range of a few μηη diameter.
Ein robuster Klebeprozess kann trotz geringer Klebefläche (typische A sturdy gluing process can be carried out despite a small adhesive surface (typical
Sensorelementdimension lateral kleiner oder gleich 1 mm x 1 mm) erreicht werden. Der Gasaustausch ist für Vakuum- und Wärmeleitfähigkeitssensoren von besonderem Vorteil, da hier das Messprinzip darauf basiert, dass die Wärmeableitung eines Sensor element dimension laterally less than or equal to 1 mm x 1 mm) can be achieved. Gas exchange is of particular advantage for vacuum and thermal conductivity sensors, since the measuring principle is based on the fact that the heat dissipation of a
Heizelementes mit der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Gases variiert. Ohne Belüftung kann nur das Gas oberhalb der Membran zur Messung beitragen, mit Belüftung trägt auch das Gas unterhalb zum Messsignal bei. Heating element varies with the thermal conductivity of the surrounding gas. Without ventilation, only the gas above the membrane can contribute to the measurement, with ventilation also the gas below contributes to the measurement signal.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind das oder die Druckausgleichlöcher in unterschiedlicher Größe vorgesehen. Somit kann eine Optimierung hinsichtlich mechanischer Stabilität erreicht werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind das oder die Druckausgleichlöcher in einem äußeren Randbereich des Membranbereichs außerhalb des Sensorbereichs und der Heizeinrichtung angeordnet. Damit wirken sich die Druckausgleichlöcher nicht auf die Sensorfunktion aus. Um eine möglichst hohe mechanische Stabilität der Membran sicherstellen zu können, werden die Löcher idealerweise in Bereichen der Membran eingebracht, welche ein Stressminimum besitzen oder sich in deren Nähe befinden. According to a preferred embodiment, the one or more pressure equalization holes are provided in different sizes. Thus, an optimization in terms of mechanical stability can be achieved. According to a preferred embodiment, the pressure equalization holes or the pressure compensation holes are arranged in an outer edge region of the membrane region outside the sensor region and the heating device. Thus, the pressure equalization holes do not affect the sensor function. In order to be able to ensure the highest possible mechanical stability of the membrane, the holes are ideally introduced into regions of the membrane which have a stress minimum or are located in the vicinity thereof.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung verläuft die Seitenwand der According to a further preferred development, the side wall of the
Rückseitenkaverne in wesentlichen senkrecht zur Vorderseite. Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung. Rear cavern essentially perpendicular to the front. This allows for further miniaturization.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Rückseite mittels eines According to a further preferred development, the rear side is by means of a
Kleberbereichs derart auf einem Trägersubstrat aufgeklebt, dass die Rückseitenkaverne an der Rückseite hermetisch verschlossen ist. Dies erhöht die Stabilität bei steigender Miniaturisierung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Rückseite mittels eines Kleberbereichs auf einem Trägersubstrat aufgeklebt, wobei ein Druckausgleichkanal für einen Druckausgleich der Rückseitenkaverne im Sensorsubstrat vorgesehen ist. Dies verbessert den Druckausgleich weiter, ohne die Stabilität zu reduzieren. Adhesive area glued on a support substrate such that the backside cavern is hermetically sealed at the back. This increases the stability with increasing miniaturization. According to a further preferred refinement, the rear side is adhesively bonded to a carrier substrate by means of an adhesive region, wherein a pressure compensation channel is provided for pressure equalization of the rear cavern in the sensor substrate. This further improves pressure equalization without reducing stability.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Rückseite mittels eines Kleberbereichs auf einem Trägersubstrat aufgeklebt, wobei ein Druckausgleichkanal für einen Druckausgleich der Rückseitenkaverne im Trägersubstrat vorgesehen ist. Dies verbessert den Druckausgleich noch weiter, ohne die Stabilität zu reduzieren. According to a further preferred development, the rear side is adhesively bonded to a carrier substrate by means of an adhesive region, a pressure equalization channel being provided for pressure equalization of the rear cavern in the carrier substrate. This further improves pressure balance without reducing stability.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Heizeinrichtung im According to a further preferred development, the heating device is in
Membranbereich eingebracht und der Sensorbereich oberhalb der Heizeinrichtung auf dem Membranbereich vorgesehen. So ist eine effiziente Heizfunktion gewährt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Sensorbereich einen Gassensorbereich oder einen Wärmeleitfähigkeitssensorbereich oder einen Membrane area introduced and provided the sensor area above the heater on the membrane area. So is granted an efficient heating function. According to a further preferred development, the sensor region comprises a gas sensor region or a heat conductivity sensor region or a
Infrarotsensorbereich oder einen Massenflusssensorbereich. Infrared sensor area or a mass flow sensor area.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen das oder die According to a further preferred development, the one or more
Druckausgleichlöcher einen Durchmesser von 1 bis 50 μηη, vorzugsweise 1 bis 10 μηη, auf. Dies verringert den mechanischen Einfluss der Druckausgleichlöcher und reicht für die gewünschte Druckausgleichfunktion. Vorzugsweise befinden sich die Pressure equalization holes have a diameter of 1 to 50 μηη, preferably 1 to 10 μηη on. This reduces the mechanical influence of the pressure equalization holes and is sufficient for the desired pressure compensation function. Preferably, the are
Druckausgleichslöcher in Bereichen des Membranbereichs mit geringem mechanischem Stress und/oder befinden sich die Druckausgleichlöcher im Bereich der Heizeinrichtung und des Sensorbereichs. Pressure equalization holes in areas of the membrane area with low mechanical stress and / or are the pressure equalization holes in the area of the heater and the sensor area.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert. Further features and advantages of the present invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Fig. 1 a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical
Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Sensor device according to a first embodiment of the present invention
Erfindung, und zwar Fig. 1 a) im Querschnitt und Fig. 1 b) in Draufsicht; Fig. 2a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischenInvention, namely Fig. 1 a) in cross-section and Figure 1 b) in plan view. Fig. 2a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical
Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 2a) in Draufsicht und Fig. 2b) in Seitenansicht; und Sensor device according to a second embodiment of the present invention, namely Fig. 2a) in plan view and Fig. 2b) in side view; and
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer mikromechanischen Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a micromechanical
Sensorvorrichtung zur Erläuterung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik. Ausführungsformen der Erfindung  Sensor device for explaining the problem underlying the present invention. Embodiments of the invention
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical
Elemente. Fig. 1 a), b) sind schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 1 a) im Querschnitt und Fig. 1 b) in Draufsicht. Elements. Fig. 1 a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical sensor device according to a first embodiment of the present invention, namely Fig. 1 a) in cross section and Fig. 1 b) in plan view.
In Fig. 1 a), b) bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Trägersubstrat, beispielsweise ein In Fig. 1 a), b) reference numeral 1 denotes a carrier substrate, for example a
Keramik-Trägersubstrat oder eine Leiterplatte. Ein MEMS-Sensorsubstrat MC, welcher eine Vorderseite VS und eine Rückseite RS aufweist, ist mit einer Kleberschicht KL an seiner Rückseite RS auf das Trägersubstrat 1 geklebt. Die Klebung der Kleberschicht KL ist umlaufend, was die Stabilität bei fortschreitender Miniaturisierung unterstützt. Der MEMS-Sensorsubstrat MC weist eine Rückseitenkaverne K, welche sich von der Rückseite RS bis hin zur Vorderseite VS erstreckt. Die Seitenwand S der Ceramic carrier substrate or a printed circuit board. A MEMS sensor substrate MC, which has a front side VS and a rear side RS, is glued to the carrier substrate 1 with an adhesive layer KL on its rear side RS. The adhesion of the adhesive layer KL is circumferential, which promotes stability with advancing miniaturization. The MEMS sensor substrate MC has a backside cavern K which extends from the rear side RS to the front side VS. The side wall S of
Rückseitenkaverne K weist im Unterschied zur oben hinsichtlich Fig. 3 beschriebenen Rückseitenkaverne vertikale Flanken auf, welche von einem anisotropen Ätzen beim Herstellungsprozess herrühren. Dies unterstützt die Miniaturisierung. Dadurch dass die Seitenwand S eine gerade vertikale Form annimmt und im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Membranbereichs M bzw. der Vorderseite VS verläuft, kann bei vorgegebener Größe des Membranbereichs eine möglichst kleine Sensorvorrichtung dargestellt werden. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit ist hierfür die Anwendung eines Backside cavern K, in contrast to the backside cavern described above with respect to FIG. 3, has vertical flanks, which originate from an anisotropic etching in the production process. This supports the miniaturization. As a result of the fact that the side wall S assumes a straight vertical shape and runs essentially perpendicular to the plane of the membrane region M or the front side VS, the smallest possible sensor device can be produced for a given size of the membrane region. A particularly preferred option for this is the application of a
Trockenätzprozesses (DRIE). Auf der Vorderseite VS ist aus einer Funktionsschicht FS auf der Vorderseite VS des MEMS-Sensorsubstrats MC ein geschlossener Membranbereich M ausgebildet, der oberhalb der Rückseitenkaverne K angeordnet ist. Der Funktionsschicht FS und damit der Membranbereich M kann aus einer einzelnen Schicht, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid bzw. aus einer Schichtenfolge, beispielsweise ausDry etching process (DRIE). On the front side VS, a closed membrane region M, which is arranged above the rear cavern K, is formed from a functional layer FS on the front side VS of the MEMS sensor substrate MC. The functional layer FS and thus the membrane region M may consist of a single layer, for example silicon oxide, silicon nitride or silicon carbide or of a layer sequence, for example
Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten, aufgebaut sein, in bzw. auf der sich zusätzliche Metallleiterbahnen befinden, die die Funktionen eines Heizers bzw. von Elektroden haben können. Integriert in den Membranbereich M ist in dessen Zentrum eine Heizeinrichtung HE, durch welche der Membranbereich M auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizbar ist. Oberhalb der Heizeinrichtung HE ist in dem Membranbereich M ein Sensorbereich SB angeordnet, welcher beispielsweise einen auf Metalloxid basierenden Dickfilm oder auf Metalloxid basierenden Dünnfilm auf Elektrodenstrukturen aufweist, um somit Silicon oxide and Siliziumnitridschichten be constructed, in or on the additional metal tracks are located, which may have the functions of a heater or of electrodes. Integrated in the membrane region M is in the center of a heater HE, through which the membrane region M can be heated to a predetermined temperature. Above the heating device HE, a sensor region SB is arranged in the membrane region M, which has, for example, a metal-oxide-based thick film or metal oxide-based thin film on electrode structures, in order thus
beispielsweise eine Gassensorvorrichtung zu realisieren. For example, to realize a gas sensor device.
Im Unterschied zur MEMS-Sensorvorrichtung, welche im Zusammenhang mit Figur 3 oben erläutert wurde, weist der Membranbereich M bei der ersten Ausführungsform Druckausgleichlöcher L1 , L2, L3, L4, L5, L6 auf, welche im Randbereich des In contrast to the MEMS sensor device, which was explained in connection with FIG. 3 above, the membrane region M in the first embodiment has pressure equalization holes L1, L2, L3, L4, L5, L6 which are located in the edge region of the
Membranbereichs M außerhalb der Heizeinrichtung HE und dem darüber angeordneten Sensorbereich SB angeordnet sind. Membrane region M outside of the heater HE and arranged above the sensor area SB are arranged.
Diese Druckausgleichslöcher weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 1 und 50 μηη, bevorzugt zwischen 1 und 10 μηη auf. Bevorzugt werden die Druckausgleichlöcher L1 - L6 in Gebieten des Membranbereichs M angeordnet, welche geringen mechanischen Stress aufweisen. Neben dem Druckausgleicheffekt können die Druckausgleichslöcher auch die thermische Isolierung des Membranbereichs M verbessern. These pressure equalization holes preferably have a diameter between 1 and 50 μm, preferably between 1 and 10 μm. Preferably, the pressure equalization holes L1 - L6 are arranged in regions of the membrane region M, which have low mechanical stress. In addition to the pressure compensation effect, the pressure compensation holes can also improve the thermal insulation of the membrane region M.
Fig. 2a), b) sind schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 2a) in Draufsicht und Fig. 2b) in Seitenansicht. Fig. 2a), b) are schematic representations for explaining a micromechanical sensor device according to a second embodiment of the present invention, namely Fig. 2a) in plan view and Fig. 2b) in side view.
Bei der zweiten Ausführungsform ist zusätzlich im Sensorsubstrat MC ein In the second embodiment, in addition, in the sensor substrate MC
Druckausgleichkanal AK vorgesehen, welcher sich im auf das Trägersubstrat 1 aufgeklebten Zustand (hier nicht gezeigt) in einem freien Bereich der Kleberschicht KL befindet, so dass durch den Druckausgleichkanal AK ein zusätzlicher Druckausgleich möglich ist. Bei der zweiten Ausführungsform sind daher nur vier Druckausgleichlöcher L1 , L3, L4, L6 vorgesehen. Je nach Gestaltung des Druckausgleichkanal AK kann auch auf die Druckausgleichlöcher L1 , L3, L4, L6 verzichtet werden. Ansonsten ist die zweite Ausführungsform identisch zur ersten Ausführungsform. Pressure equalization channel AK provided, which is in the adhered to the carrier substrate 1 state (not shown here) in a free region of the adhesive layer KL, so that through the pressure equalization channel AK an additional pressure compensation is possible. In the second embodiment, therefore, only four pressure equalizing holes L1, L3, L4, L6 are provided. Depending on the design of the pressure compensation channel AK can also be dispensed with the pressure equalization holes L1, L3, L4, L6. Otherwise, the second embodiment is identical to the first embodiment.
Bei einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zum Druckausgleichkanal AK im Sensorsubstrat MC ein Druckausgleichkanal im In a further embodiment (not shown), in addition to or as an alternative to the pressure compensation channel AK in the sensor substrate MC, a pressure compensation channel in
Trägersubstrat 1 unterhalb der Rückseitenkaverne K vorgesehen werden. Carrier substrate 1 are provided below the Rückseitenkaverne K.
Beim Herstellen der MEMS-Sensorvorrichtung gemäß der ersten bzw. der zweiten Ausführungsform können die Druckausgleichlöcher entweder durch einen Ätzprozess, beispielsweise einen Trockenätzprozess, oder durch einen Laserprozess hergestellt werden. In manufacturing the MEMS sensor device according to the first or second embodiment, the pressure equalizing holes may be manufactured either by an etching process, for example, a dry etching process, or by a laser process.
Da es sich bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren des Membranbereichs M um einen Freistellungsätzprozess von der Waferrückseite RS handelt, in dem eine unter dem Membranbereich M liegende Siliziumschicht mittels eines DRIE-Ätzprozesses entfernt wird, ist es vorteilhaft, wenn in einem Prozessschritt davor die Druckausgleichlöcher L1 - L6, bzw. L1 - L4 bereits in die Funktionsschicht FS und damit in den Membranbereich M eingebracht wurden. Im Zuge der Freistellung des Membranbereichs M werden diese geöffnet und ein Druckausgleich zwischen Vorder-und Rückseite des Membranbereichs M im späteren Sensorelement ermöglicht. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt. Since the described production method of the membrane region M is an excretion etching process from the wafer back RS, in which a silicon layer underlying the membrane region M is removed by means of a DRIE etching process, it is advantageous if in a process step before the pressure equalization holes L1 - L6 , or L1 - L4 have already been introduced into the functional layer FS and thus into the membrane region M. In the course of the exemption of the membrane area M, these are opened and a pressure equalization between the front and back of the membrane area M in the later sensor element is made possible. Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto. In particular, the materials and topologies mentioned are only examples and not limited to the illustrated examples.
Neben den bei der ersten bzw. zweiten Ausführungsform dargestellten Positionen der Druckausgleichlöcher sind auch andere Realisierungsformen denkbar, z. B. eine andere Anzahl von Löcher/Lochformen oder auch eine schlitzförmige Ausbildung o.ä. In addition to the positions of the pressure equalization holes shown in the first and second embodiments, other embodiments are conceivable, for. B. a different number of holes / hole shapes or a slot-shaped training o.ä.
Besonders bevorzugte Anwendungen für die erfindungsgemäße MEMS- Sensorvorrichtung sind generell alle Sensorvorrichtungen, die eine Membran aufweisen und eine Heizeinrichtung aufweisen, beispielsweise neben chemischen Gassensoren, wie Metalloxidgassensoren, Wärmeleitfähigkeitssensoren, Pirani-Elemente, Massenflusssensoren, wie Luftmassenmesser, Lambda-Sonden auf mikromechanischer Membran, Infrarot-Sensorvorrichtungen etc. Particularly preferred applications for the MEMS sensor device according to the invention are generally all sensor devices which have a membrane and have a heating device, for example in addition to chemical gas sensors, such as metal oxide gas sensors, thermal conductivity sensors, Pirani elements, Mass flow sensors, such as air mass meters, lambda probes on micromechanical membrane, infrared sensor devices, etc.

Claims

Ansprüche claims
1 . Mikromechanische Sensorvorrichtung mit: einem Sensorsubstrat (MC) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS) und einer Rückseitenkaverne (K); wobei auf der Vorderseite (VS) ein im Wesentlichen geschlossener Membranbereich (M) ausgebildet ist, der oberhalb der Rückseitenkaverne (K) des Sensorsubstrats (MC) angeordnet ist; einem im oder auf dem Membranbereich (M) angeordneten Sensorbereich (SB); und einer im oder auf dem Membranbereich (M) angeordneten Heizeinrichtung (HE) zum Beheizen des Sensorbereichs (SB); wobei der Membranbereich (M) ein oder mehrere Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) für einen Druckausgleich der Rückseitenkaverne (K) aufweist. 1 . A micromechanical sensor device comprising: a sensor substrate (MC) having a front surface (VS) and a back surface (RS) and a backside cavern (K); wherein on the front side (VS) a substantially closed membrane region (M) is formed, which is arranged above the rear cavern (K) of the sensor substrate (MC); a sensor region (SB) arranged in or on the membrane region (M); and a heating device (HE) arranged in or on the membrane region (M) for heating the sensor region (SB); wherein the membrane region (M) has one or more pressure equalization holes (L1 - L6; L1 - L4) for pressure compensation of the backside cavern (K).
2. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das oder die 2. A micromechanical sensor device according to claim 1, wherein the or
Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) in unterschiedlicher Größe vorgesehen sind.  Pressure equalization holes (L1 - L6; L1 - L4) are provided in different sizes.
3. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oder die Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) in einem äußeren Randbereich des 3. A micromechanical sensor device according to claim 1 or 2, wherein the or the pressure equalization holes (L1 - L6; L1 - L4) in an outer edge region of the
Membranbereichs (M) außerhalb des Sensorbereichs (SB) und der Heizeinrichtung (HE) angeordnet sind. Membrane region (M) outside the sensor area (SB) and the heater (HE) are arranged.
4. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die 4. A micromechanical sensor device according to claim 1, 2 or 3, wherein the
Seitenwand (S) der Rückseitenkaverne (K) in wesentlichen senkrecht zur Vorderseite (VS) verläuft. Side wall (S) of the rear cavern (K) is substantially perpendicular to the front (VS).
5. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückseite (RS) mittels eines Kleberbereichs (KL) derart auf einem 5. Micromechanical sensor device according to one of the preceding claims, wherein the back (RS) by means of an adhesive region (KL) on such a
Trägersubstrat (1 ) aufgeklebt ist, dass die Rückseitenkaverne (K) an der Rückseite hermetisch verschlossen ist. Carrier substrate (1) is glued, that the rear cavern (K) is hermetically sealed at the back.
6. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rückseite (RS) mittels eines Kleberbereichs (KL) auf einem Trägersubstrat (1 ) aufgeklebt ist und wobei ein Druckausgleichkanal (AK) für einen Druckausgleich der 6. Micromechanical sensor device according to one of claims 1 to 5, wherein the back (RS) by means of an adhesive region (KL) is glued to a carrier substrate (1) and wherein a pressure compensation channel (AK) for pressure equalization of
Rückseitenkaverne (K) im Sensorsubstrat (MC) vorgesehen ist. Rear cavern (K) in the sensor substrate (MC) is provided.
7. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rückseite (RS) mittels eines Kleberbereichs (KL) auf einem Trägersubstrat (1 ) aufgeklebt ist und wobei ein Druckausgleichkanal (AK) für einen Druckausgleich der 7. Micromechanical sensor device according to one of claims 1 to 5, wherein the back side (RS) by means of an adhesive region (KL) on a carrier substrate (1) is glued and wherein a pressure equalization channel (AK) for pressure equalization of
Rückseitenkaverne (K) im Trägersubstrat (1 ) vorgesehen ist. Rear cavern (K) in the carrier substrate (1) is provided.
8. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizeinrichtung (HE) im Membranbereich (M) eingebracht ist und der 8. Micromechanical sensor device according to one of the preceding claims, wherein the heating device (HE) in the membrane region (M) is introduced and the
Sensorbereich (SB) oberhalb der Heizeinrichtung (HE) auf dem Membranbereich (M) vorgesehen ist. Sensor area (SB) above the heater (HE) on the membrane area (M) is provided.
9. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorbereich (SB) einen Gassensorbereich oder einen 9. Micromechanical sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor region (SB) a gas sensor region or a
Wärmeleitfähigkeitssensorbereich oder einen Infrarotsensorbereich oder einen Wärmeleitfähigkeitssensorbereich or an infrared sensor range or a
Massenflusssensorbereich umfasst. Includes mass flow sensor area.
10. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder die Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) einen Durchmesser von 1 bis 50 μηη, vorzugsweise 1 bis 10 μηη, aufweisen und sich vorzugsweise in Bereichen des Membranbereichs (M) mit geringem mechanischem Stress befinden und/oder sich die Druckausgleichlöcher im Bereich der Heizeinrichtung (HE) und des Sensorbereichs (SB) befinden. 10. Micromechanical sensor device according to one of the preceding claims, wherein the one or more pressure equalization holes (L1 - L6; L1 - L4) have a diameter of 1 to 50 μηη, preferably 1 to 10 μηη, and preferably in areas of the membrane area (M) with low mechanical stress and / or the pressure equalization holes in the area of the heater (HE) and the sensor area (SB) are located.
1 1 . Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung mit den Schritten: 1 1. Method for producing a micromechanical sensor device with the steps:
Bilden von einem Sensorsubstrat (MC) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS) und einer Rückseitenkaverne (K), wobei auf der Vorderseite (VS) ein im Forming a sensor substrate (MC) having a front side (VS) and a rear side (RS) and a rear side cavern (K), wherein on the front side (VS) an in
Wesentlichen geschlossener Membranbereich (M) ausgebildet wird, der oberhalb der Rückseitenkaverne (K) des Sensorsubstrats (MC) angeordnet ist; Bilden von einem im oder auf dem Membranbereich (M) angeordneten Sensorbereich (SB); Substantially closed diaphragm region (M) is formed, which is arranged above the rear cavern (K) of the sensor substrate (MC); Forming a sensor region (SB) arranged in or on the membrane region (M);
Bilden einer im oder auf dem Membranbereich (M) angeordneten Heizeinrichtung (HE) zum Beheizen des Sensorbereichs (SB); wobei der Membranbereich (M) derart ausgebildet wird, dass er ein oder mehrere Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) für einen Druckausgleich der Rückseitenkaverne (K) aufweist. Forming a heating device (HE) arranged in or on the membrane region (M) for heating the sensor region (SB); wherein the membrane portion (M) is formed to have one or more pressure equalizing holes (L1-L6; L1-L4) for pressure equalization of the rear cavern (K).
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das oder die Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L112. The method of claim 1 1, wherein the one or more pressure equalization holes (L1 - L6; L1
- L4) durch einen Ätzprozess gebildet werden. - L4) are formed by an etching process.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei die Rückseitenkaverne (K) derart in einem Trenchatzprozess gebildet wird, dass die Seitenwand (S) der Rückseitenkaverne13. The method of claim 1 1 or 12, wherein the rear cavern (K) is formed in a Trenchatzprozess such that the side wall (S) of the Rückseitenkaverne
(K) in wesentlichen senkrecht zur Vorderseite (VS) verläuft. (K) is substantially perpendicular to the front (VS).
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das oder die Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L114. A method according to claim 12, wherein the one or more pressure equalizing holes (L1-L6; L1
- L4) durch einen Plasmaätzprozess, einen nasschemischen Ätzprozess oder einen Laserprozess gebildet werden. L4) are formed by a plasma etching process, a wet chemical etching process or a laser process.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei der Membranbereich (M) durch einen Freistellungsatzprozess gebildet wird, in dem eine unter dem Membranbereich (M) liegende Opferschicht entfernt wird, wobei das oder die Druckausgleichlöcher (L1 - L6; L1 - L4) durch einen Plasmaätzprozess, einen nasschemischen Ätzprozess oder 15. The method according to claim 1, wherein the membrane region is formed by a release set process in which a sacrificial layer located below the membrane region is removed, the pressure compensation orifice (s) (L1-L6; L4) by a plasma etching process, a wet chemical etching process or
Laserprozess gebildet werden, bevor der Freistellungsätzprozess durchgeführt wird.  Laser process are formed before the Exemption etching process is performed.
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