Beschreibung

Titel

Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements sowie Sensorelement

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements mit einer Verkappung sowie ein derartiges Sensorelement.

Sensorelemente mit Verkappungen sind beispielsweise aus der DE 101 04 868 Al bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Verkappung mittels eines Bondglases, wodurch eine verbesserte Ausnutzung eines Wafers zur Herstellung von Sensorelementen erreicht wird.

Ferner ist es bekannt, zur Verkappung sogenannte Kappenwafer zu verwenden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass zwei Wafer zur Herstellung des Sensorelements notwendig sind, wodurch die Herstellkosten entsprechend verteuert werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements mit einer Verkappung weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es besonders kostengünstig durchführbar ist. Dadurch kann erfindungsgemäß eine signifikante Reduzierung der Herstellungskosten für Sensorelemente mit Verkappung er- reicht werden. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren dabei die Schritte des

Bereitstellens eines Substrats mit einer Sensorstruktur, wobei die Sensorstruktur mittels eines Opfermaterials in dem Substrat erzeugt wird. Anschließend wird eine Verkappung aus Zeolith auf die Sensorstruktur und das noch im Substrat befindliche Opfermaterial aufgebracht. Als nächster Schritt wird das Opfermaterial entfernt, wobei die Entfernung des Opfermaterials durch das Zeolith hindurch er-

folgt. Um Verschmutzungen der Sensorstruktur bzw. ein Zerstören der Sensorstruktur durch aufgebrachtes Zeolith als Verkappung zu vermeiden, wird das Opfermaterial erst nach Herstellung der Verkappung aus Zeolith entfernt.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Als Zeolith wird vorzugsweise ein Zeolith aus der Gruppe der Alumosilikate verwendet.

Vorzugsweise wird das Zeolith für die Verkappung mittels einer Suspension aufgebracht. In einem anschließenden Schritt erfolgt eine Trocknung der Suspension, so dass das Zeolith auf dem Substrat verbleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Opfermaterial mittels eines ätzgases in einem Gasphasenprozess entfernt. Dieser Prozess kann besonders einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Als ätzgas wird dabei besonders bevorzugt CLF ₃ -GaS- und/oder HF-Dampf verwendet.

Um ein möglichst einfaches Entfernen des Opfermaterials zu ermöglichen, um- fasst das Opfermaterial vorzugsweise Si oder SiGe oder SiO ₂ .

Besonders bevorzugt wird das Zeolith derart aufgebracht, dass das Zeolith eine definierte Porengröße aufweist. Dadurch können gewünschte Eigenschaften des herzustellenden Sensorelements in Abhängigkeit vom Einsatzzweck des Sen- sorelements erreicht werden. Die Porengröße des Zeoliths ist dabei vorzugsweise zwischen ca. 1 nm bis ca. 1 μm. Besonders bevorzugt ist die Porengröße kleiner als 100 nm.

Weiter bevorzugt wird auf das Zeolith eine Schutzschicht aufgebracht. Hierdurch kann ein Schutz des Zeoliths sowie seiner darunter befindlichen Sensorstruktur erreicht werden. Die Schutzschicht kann dabei gasdicht sein, so dass das Zeolith vollständig versiegelt ist. Hierbei ist dann besonders bevorzugt, dass die Porengröße des Zeoliths sehr klein ist. Ferner kann hierbei eine gewünschte Atmosphäre im Bereich der Sensorstruktur eingeschlossen werden. Alternativ kann

die Schutzschicht auch definiert gasdurchlässig sein, wenn die Sensorstruktur beispielsweise zur Erfassung von bestimmten Gasen ausgelegt ist.

Die Schutzschicht wird auf das Zeolith vorzugsweise mittels eines Sputterverfah- rens oder mittels eines CVD-Verfahrens, insbesondere eines PECVD-Verfahrens

(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Eine Schichtdicke ist dabei vorzugsweise zwischen 10 nm und 100 nm.

Es sei angemerkt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere mikromechanische Sensorelemente verkappt werden können.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensorelement, welches ein Substrat, eine Sensorstruktur und eine Verkappung umfasst, wobei die Verkappung aus Zeolith hergestellt ist und über der Sensorstruktur angeordnet ist. Die Ver- kappung deckt somit die Sensorstruktur ab und schützt diese.

Die Verkappung weist dabei besonders bevorzugt eine gleichmäßige Dicke über der Sensorstruktur auf.

Die Sensorstruktur des erfindungsgemäßen Sensorelements umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Fingerelementen, welche mit einem Ende am Substrat fixiert sind und deren anderes Ende freiliegt. Hierdurch können beispielsweise Bewegungen der Fingerelemente durch die Sensorstruktur erfasst werden.

Weiter bevorzugt umfasst das Sensorelement eine Beschichtung, welche über der Verkappung aus Zeolith angeordnet ist. Die Beschichtung kann beispielsweise gasdicht ausgebildet sein. Ferner kann die Beschichtung eine Schutzfunktion für das Zeolith und/oder die Sensorstruktur aufweisen. Alternativ kann die Beschichtung auch definiert gasdurchlässig sein, wobei die Beschichtung Poren mit vorbestimmten maximalen öffnungsquerschnitten aufweist. Die Dicke der Beschichtung ist vorzugsweise zwischen 10 nm und 100 nm. Eine durchlässige Beschichtung wird insbesondere für Gassensoren verwendet.

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Eine gasdichte Beschichtung wird beispielsweise für Inertialsensoren zur Verwendung in Fahrzeugen verwendet.

Zeichnung

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht, die die Herstellung einer Sen- sorstruktur mittels eines Opfermaterials zeigt,

Figur 2 eine schematische Schnittansicht, welche das Sensorelement nach dem Aufbringen der Verkappung zeigt,

Figur 3 eine schematische Schnittansicht, welche das Sensorelement nach Entfernen des Opfermaterials zeigt, und

Figur 4 eine schematische Schnittansicht, welche einen weiteren Verfahrensschritt des Aufbringens einer Beschichtung darstellt.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail näher erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Bereitstellen eines Substrats 1 mit einer Sensorstruktur 2. Wie in Figur 1 gezeigt, wird die Sensorstruktur 2 in das Substrat 1 mittels eines Opfermaterials 3 eingebracht. Die Sensorstruktur 2 dieses Ausführungsbeispiels umfasst drei Sensorelemente 2a, 2b, 2c, deren eines Ende am Substrat 1 fixiert ist und deren anderes Ende frei ist. Als Opfermaterial wird beispielsweise SiGe verwendet, welches mittels eines Gasphasenprozesses entfernt werden kann.

Nach dem Herstellen der Sensorstruktur 2 wird, wie in Figur 2 gezeigt, in einem nächsten Schritt eine Kappe bzw. Verkappung 4 über die Sensorstruktur 2 und das Opfermaterial 3 aufgebracht. Die Verkappung 4 kann beispielsweise mittels einer Suspension aufgebracht werden und anschließend getrocknet werden. Die Verkappung 4 um- schließt die Sensorstruktur 2 derart, dass sie von der Umgebung separiert ist. Die Verkappung 4 ist aus einem Zeolith, wobei die Porengröße des Zeoliths definiert einstellbar ist. Der Zeolith besteht vorzugsweise aus Aluminium und Silizium. Somit ist er kompatibel zu den gängigen Halbleiterprozessen.

Nachdem die Verkappung aus Zeolith aufgebracht ist und getrocknet ist, wird in einem nächsten Schritt das Opfermaterial 3 entfernt. Dies wird mittels Gasphasenätzen durchgeführt. Je nach verwendetem Opfermaterial wird hierbei ein spezielles ätzgas, z.B. CIF ₃ oder HF-Dampf, verwendet. Nachdem das Opfermaterial 3 entfernt wurde, sind die drei Fingerelemente 2a, 2b, 2c freiliegend im Substrat 1 angeordnet. Ein Hohl- räum zwischen den Fingerelementen 2a, 2b, 2c der Sensorstruktur 2 ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet.

Die Verwendung des Zeoliths hat ferner den Vorteil, dass sie halbleiterkompatibel ist und daher die entsprechenden Prozesse und Anlagen genutzt werden können, welche schon zur Herstellung der Sensorstruktur verwendet werden. Von daher kann die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorelements sehr einfach sein. Die Struktur des Zeoliths kann betreffend die Morphologie sehr definiert eingestellt werden, wobei neben der Porengröße auch eine Porenstruktur bzw. ein Verzweigungsgrad der Porenstruktur eingestellt werden kann.

Da der Zeolith die Porenstruktur aufweist, kann eine Entfernung des Opfermaterials 3 durch den Zeolith hindurch erfolgen. Hierbei wird insbesondere auf ein nasschemisches ätzen verzichtet, da beim Trocknen das sogenannte Sticking auftreten kann, bei welchem die Fingerelemente am Substrat ankleben können.

Ein wie in Figur 3 gezeigtes Sensorelement kann beispielsweise als Gassensor verwendet werden. Das Zeolith ist hierbei gasdurchlässig, so dass das entsprechende Gas an die Sensorstruktur 2 gelangen kann.

In Figur 4 ist alternativ noch ein weiterer Verfahrensschritt dargestellt, welcher das Aufbringen einer zusätzlichen Beschichtung 6 zeigt. Die Beschichtung 6 hat eine Schutzfunktion für das Zeolith 4 und kann noch weitere Funktionen übernehmen. Beispielsweise kann die Beschichtung 6 gasdicht ausgeführt sein, so dass die Sensor- struktur 2 gasdicht im Substrat 1 angeordnet ist. Ferner kann hierbei ein gewünschtes

Gas im Hohlraum 5 im Bereich der Sensorstruktur 2 eingeschlossen werden. Es sei angemerkt, dass bei Aufbringen einer Beschichtung 6 vorzugsweise die Porengröße des Zeoliths derart gewählt ist, dass sie möglichst klein ist, z.B. zwischen ca. 10 nm bis 100 nm, so dass ein einfaches Verschließen der Zeolithstruktur möglich ist. Als Schich- tabscheideverfahren können beispielsweise Sputterverfahren oder PECVD-Verfahren verwendet werden. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise als Inertialsensor verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine besonders kostengünstige Verkap- pung von Sensorelementen mittels eines Zeolith 4 beschrieben. Insbesondere können hierbei die im Halbleiterprozess vorhandenen Geräte und Verfahren verwendet werden, wodurch die Herstellung von verkappten Sensorelementen signifikant verbilligt werden kann.