Einige Sensoren weisen neben einem Meßkanal einen Referenzkanal zur Durchführung zweier paralleler oder unter verschiedenen Bedingungen durchgeführter Messungen auf. Bei Gassensoren mit Referenzkanal werden zwei separate Chips von im Allgemeinen verschiedenen Wafern in einem Ge- häuse montiert. Derartige Gassensoren weisen im Allgemeinen eine mit einer Kaverne unterätzte Membran auf. Der Innendruck des Sensors bzw. der Ka- verneninnendruck sowie weitere Parameter wie z. B. Dotierung und Kavernen- tiefe können jedoch bei den verschiedenen Sensoren deutlich voneinander abweichen, so dass sich bei Gassensoren unterschiedliche Messeigenschaf- ten und daher hohe Ungenauigkeiten bei dem Vergleich der Messungen er- geben. Auch treten durch die Herstellung von zwei Sensoren und deren An- bringung in einem Gehäuse entsprechend hohe Herstellungskosten auf.

Weiterhin sind Beschleunigungssensoren bekannte, bei denen auf ei- nem Chip zwei parallel betriebene Messstrukturen ausgebildet sind. Die Kon- taktierung erfolgt durch Kontaktpads bzw. Außenanschlüsse auf einer Chip- seite. Bei aufwendigeren Anschlüssen des Sensors in einem Gehäuse kann die Kontaktierung an den Leiterrahmen bzw. Leadframe des Gehäuses gege- benenfalls aufwendig sein.

Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren

zu seiner Herstellung weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine hohe räumliche Integration zweier Messstrukturen möglich ist. Er- findungsgemäß werden beide Messstrukturen auf einem Chip ausgebildet und unter einer Kappe in einem gemeinsamen Zwischenraum aufgenommen.

Durch die räumliche Nähe, den gleichen Gasinhalt, insbesondere auch den gleichen Innendruck sowie die direkte Wärmeankopplung über Kappe und Substrat des Messchips werden sehr gute Gleichlaufeigenschaften erreicht.

Hierbei ermöglicht vorteilhafterweise eine mehrseitige Anordnung der Kontaktbereiche eine bessere Ausnutzung der Kontaktpins des Verpackungs- gehäuses. Grundsätzlich ist erfindungsgemäß z. B. auch eine einseitige Aus- bildung eines größeren Kontaktbereichs möglich, der z. B. zu drei Seiten hin kontaktiert werden muss Der erfindungsgemäße Sensor kann insbesondere ein Gassensor sein, der Infrarot-Strahlung in einem Messwellenlängenbereich und einem Refe- renzwellenlängenbereich detektiert. Durch die Absorption von Infrarot- Strahlung in bestimmten Wellenlängenbereichen kann die Konzentration von Einzelgasen in einem Gasgemisch, z. B. von C02 in der Umgebungsluft, er- mittelt werden. Ein derartiger Gassensor kann z. B. zur Ermittlung der Luftqua- lität im Innenraum eines Pkw sowie zur Feststellung von Leckagen bei einer Klimaanlage mit C02-Kühimittel verwendet werden. Weiterhin sind auch se- lektive Gasmessungen für andere Gase und Anwendungen möglich. Der er- findungsgemäße Sensor weist mindestens zwei auf einem Chip ausgebildete Messbereiche auf, die in einem gemeinsamen Zwischenraum unter einem gemeinsamen Kappen-Chip angeordnet sind. Grundsätzlich können hierbei auch mehr als zwei Messbereiche vorgesehen sein. Durch die direkte Wär- mekopplung zwischen den Messbereichen über das Substrat und die gemein- same Kappe sowie durch den gleichen Gasinhalt in dem Zwischenraum wer- den die jeweiligen Messbedingungen sehr gut angeglichen.

Der erfindungsgemäße Aufbau mit zwei Messbereichen auf einem Chip und lediglich einer Kappe bietet auch Kostenvorteile bei der Herstellung ge- genüber der separaten Anfertigung von zwei Sensoren. Weiterhin muss in einem Sensor-Modul lediglich ein Chip aufgesetzt und kontaktiert werden.

Bei der Anbringung in einem Gehäuse kann sowohl eine Chip on Chip als auch eine Flip-Chip-Technik angewandt werden, bei der der Mess-Chip auf einen Auswertechip aufgesetzt wird. Hierbei kann eine hohe Raumausnut- zung gewährleistet werden, da die Außenanschlüsse gleichmäßig verteilt werden können und somit der Verdrahtungsaufwand auf dem Auswertechip geringer ist.

Insbesondere bei größeren Sensoren kann in dem Zwischenraum zwi- schen den beiden Messbereichen eine Waferbondstützstelle ausgebildet sein, so dass der Gassensor größeren Belastungen ausgesetzt werden kann. Somit kann er insbesondere auch nachfolgend in einem gemoldetem Gehäuse un- tergebracht werden, ohne durch die beim Meiden auftretenden Drücke einge- drückt zu werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnun- gen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Chipanordnung eines Gassensors ge- mäß einer ersten Ausführungsform mit um 180° zu einander gedrehten Messbereichen und Kontaktbereichen auf zwei Sei- ten ; Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Gassensor gemäß einer weiteren Ausführungsform mit gegenüber Fig. 1 einer zusätzlichen Wå- ferbondstützstelle in der Mitte der Chips ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Chipanordnung eines Sensors mit Kontaktbereichen auf zwei gegenüberliegenden Seiten und unterbrochener mittlerer Waferbondstützstelle ; Fig. 4a eine Draufsicht auf eine Chipanordnung eines Gassensors ge- mäß einer weiteren Ausführungsform mit Kontaktbereicheri auf zwei gegenüberliegenden Seiten und Hilfsstrukturen für die Kappenprozessierung am Rand des Chips ; Fig. 4b eine Draufsicht auf eine Chipanordnung eines Gassensors ge- mäß einer weiteren Ausführungsform mit einem großen Kon- taktbereich auf einer Seite, einer Waferbondstützstelle als opti- scher Trennung und einer gemeinsamen Kappenvertiefung ; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Chipanordnung eines Gassensors ge- mäß einer weiteren Ausführungsform mit einander gegenüber- liegenden Messbereichen, Kontaktebereichen auf vier Seiten und Hilfsstrukturen für die Kappenprozessierung am Rand des Chips ; Fig. 6 einen Schnitt durch eine beispielhafte Messstruktur ; Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch ein Sensormodul gemäß einer Aus- führungsform der Erfindung mit einem auf einen Auswertechip gesetzten Sensor in einem gemeldeten Gehäuse ; Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch ein Sensormodul gemäß einer wei- teren Ausführungsform mit einem Gassensor, der mit einem Leadframe kontaktiert und in ein Gehäuse eingemoldet ist.

Ein Gassensor 1 weist gemäß Fig. 1 einen Mess-Chip 2 aus Silizium

und einen auf dem Messchip 2 in einem Verbindungsbereich 3 befestigten Kappen-Chip 4 aus Silizium auf. Zwischen dem Kappen-Chip 4 und dem Mess-Chip 2 ist gemäß dem Vertikalschnitt der Fig. 6 ein Zwischenraum 5 gebildet, der gegenüber dem Außenraum durch den Verbindungsbereich 3 zwischen dem Mess-Chip 2 und dem Kappen-Chip 4 vakuumdicht abgedichtet ist. Der Verbindungsbereich 3 kann insbesondere durch eine Seal-Glas- Verbindung mit z. B. einem niedrigschmelzenden Bleiglas gebildet sein.

Auf dem Mess-Chip 2 sind in einer lateralen Richtung Y zueinander versetzt, z. B. direkt angrenzend, zwei Messbereiche 6, 7 ausgebildet, die bei dieser Ausführungsform auch in einer zu der lateralen Richtung Y orthogonal verlaufenden Längsrichtung X etwas zueinander versetzt sind. Die Messbe- reiche 6, 7 können insbesondere zur Messung von Infrarot-Strahlung in ver- schiedenen Wellenlängenbereichen oder zur Messung von Beschleunigun- gen, z. B. auch einer gleichen Beschleunigung in einer ersten Messung und als Referenz dienenden zweiten Messung, ausgebildet sein.

Gemäß der Ausführungsform als Infrarot-Sensor bzw. Gassensor nach Fig. 6 ist jeder Messbereich 6 bzw. 7 durch Mikrostrukturierung des Mess- Chips 2 ausgebildet und weist in an sich bekannter Weise gemäß Fig. 6 eine durch eine Kaverne 9 unterätzte Membran 10, eine auf der Membran 10 aus- gebildete Thermopile-Struktur 12 aus zwei kontaktierten, z. B. sich überlap- penden Leiterbahnen aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien, z. B. ein Metall und Polysilizium, sowie eine auf der Thermopile-Struktur 12 aufgetra- gene Absorberschicht 14 auf.

Der Kappen-Chip 4 weist an seiner Unterseite eine geätzte Vertiefung 11 auf zur Ausbildung des Zwischenraums 5. Auf dem Kappen-Chip 4 können oberhalb der Messbereiche 6, 7 Strahlungsfilter mittels Klebstofl angebracht, die Infrarot-Strahlung S lediglich in vorgegebenen Wellenlängenbereichen durchlassen ; derartige Strahlungsfilter können alternativ hierzu auch an ande-

rer Stelle im optischen Strahlengang vorgesehen sein.

Zu detektierende Infrarot-Strahlung S tritt bei jedem der Messbereiche 6, 7 durch den Kappen-Chip 4 aus für Infrarot-Strahlung S transparentem Sidi- zium und den Zwischenraum 5 auf die Absorberschicht 14, wodurch diese in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität erwärmt wird. Hierdurch wird an der Thermopile-Struktur 12 eine Thermospannung erzeugt, die elektrisch ausge- lesen werden kann. Hierzu verlaufen Leiterbahnen 19 von der Thermopile- Struktur 12 der Messbereiche 6, 7 zu in Längsrichtung X anschließenden Kontaktbereichen 20, 22 mit Anschlusspads 21, 23 zur Kontaktierung des Gassensors 1.

Die im optischen Strahlengang vorgesehenen Strahlungsfilter lassen Infrarot-Strahlung in vorgegebenen unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durch, um eine quantitative Messung einer Gaszusammensetzung zu ermög- lichen. Durch die Referenzmessung des zweiten Messbereichs 7 kann die Messung des ersten Messbereichs 6 normiert bzw. korrigiert werden.

Die Kontaktbereiche 20, 22 des Mess-Chips 2 sind nicht von den Kap- pen-Chips 4 verdeckt und können somit mit Drahtbonds kontaktiert werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sind die Kontaktbereiche 20, 22 in lateraler Richtung Y zueinander versetzt und an in Längsrichtung X gegenü- berliegenden Seiten vorgesehen, d. h., die Messbereiche 6, 7 und die Kon- taktbereiche 20, 22 sind um einen mittleren Symmetriepunkt P um 180° ge- geneinander verdreht bzw. punktsymmetrisch hierzu angeordnet.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 insbesondere dahingehend, dass in der Mitte des Mess-Chips 2 eine Waferbondsstütztstelle 24 ausgebildet ist, auf der der Kappen-Chip 4 auf dem Mess-Chip 2 abgestützt ist. Hierzu kann der Kappen-Chip 4 z. B. einen nach

unten ragenden Steg aufweisen, d. h. im Bereich der Waferbondstützstelle 24 ist keine Vertiefung 11 im Kappen-Chip 4 ausgebildet. Die Waferbondstütz- stelle 24 kann z. B. durch eine Seal-Glas-Verbindung entsprechend derjenigen des Verbindungsbereiches 3 ausgebildet sein. Durch die zusätzliche Wafer- bondstützstelle 24 wird die Stabilität des Gassensors 1 gegenüber Belastun- gen von oben vergrößert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 liegen die Messbereiche 6, 7 in la- teraler Richtung Y nebeneinander. Die Kontaktbereiche 20, 22 liegen an in lateraler Richtung gegenüberliegenden Seiten des Mess-Chips 2 und werden wiederum von dem Kappen-Chip 4 ausgespart. In Längsrichtung X vor und hinter den Kontaktbereichen 20, 22 sind bei dieser Ausführungsform Hilfs- strukturen 25 für die Kappenprozessierung als Teile des Verbindungsberei- ches 3 ausgebildet ; entsprechend auch bei den Fig. 4a und 5. Bei der Ausfüh- rungsform der Fig. 3 ist in der Mitte des Mess-Chips 2 zwischen den Messbe- reichen 6, 7 eine unterbrochene Waferbondstützstelle 26 zur Erhöhung der.

Stabilität des Gassensors 1 ausgebildet. Die Waferbondstützstellen 24, 26 der Fig. 2, 3 unterteilen den gemeinsamen Zwischenraum 5 der Messbereiche 6, 7 jedoch nicht, so dass weiterhin ein Gasaustausch möglich ist. Bei der Aus- führungsform der Fig. 4a ist gegenüber Fig. 3 die unterbrochene Wafer- bondstützstelle 26 weggelassen, Waferbondstützstellen sind aber auch hier möglich.

Fig. 4b zeigt eine Ausführungsform, bei der die Messbereiche 6 und 7 in lateraler Richtung versetzt sind und eine Waferbondstützstelle 24 als opti- sche Trennung wirkt. Es ist an lediglich einer Seite des Mess-Chips 2 ein Kontaktbereich 29 von dem Kappen-Chip 4 freigelassen. Der Kontaktbereich 29 kann hierbei auch unterteilt sein.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des Gassensors 1 gezeigt, bei der auch an den weiteren in Längsrichtung gegenüber liegenden beiden Außen-

kanten jeweils ein Kontaktbereich 30, 31 vorgesehen und von dem Kappen- Chip 4 ausgespart ist. Der Mess-Chip 2 kann somit an sämtlichen vier Seiten kontaktiert werden. Auch bei dieser Ausführungsform sind die bei den Fig. 3, 4a beschriebenen Hilfsstrukturen 25 als Teile des Verbindungsbereiches 3 für die Kappenprozessierung bei der Vereinzelung der einzelnen Gassensoren 1 ausgebildet.

Die Messbereiche 6, 7 der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 entspre- chen in ihrem Aufbau der Darstellung der Fig. 6.

Die Herstellung der Gassensoren 1 der Fig. 1 bis 5 kann auf Wafer- ebene vor der Vereinzelung erfolgen und ist somit im grosstechnischen Maß- stab kostengünstig. Hierzu werden auf einem Messwafer zunächst jeweils die Messbereiche 6, 7 in an sich bekannter Weise strukturiert. Weiterhin wird auf einem Kappen-Wafer eine Strukturierung zur Ausbildung der späteren Kap- pen-Chips 4 vorgenommen, bei der die Kontaktbereiche 20, 22 durch Ätzen ausgespart werden und die Vertiefungen 11 in der Unterseite für die Zwi- schenräume 5 gebildet werden. Nachfolgend werden der Mess-Wafer und der Kappen-Wafer passend aufeinander gesetzt und mittels Seal-Glas die Verbin- dungsbereiche 3 sowie gegebenenfalls Waferbondstützstellen 24, 26 ausge- bildet. Anschließend können durch Vereinzeln, d. h. Sägen des gebildeten Waferstapels, direkt die Gassensoren 1 hergestellt werden.

Der erfindungsgemäße Gassensor 1 kann in unterschiedlichen Verpa- ckungen aufgenommen werden. In den Fig. 7, 8 sind Sensormodule 32, 33 mit gemoldeten Gehäusen als mögliche Ausführungsform gezeigt. Alternativ hierzu sind grundsätzlich jedoch auch z. B. Premoldgehäuse mit aufgesetztem Deckel oder keramische Gehäuse möglich.

Bei dem Sensormodul 32 der Fig. 7 ist der Gassensor 1 auf einem A- SIC (application specified integrated circuit) 34 aufgesetzt, z. B. über eine Kale-

berschicht 35 geklebt oder gelötet. Die Anschlusspads 21 des Gassensors 1 sind über Drahtbonds 36 mit dem ASIC 34 kontaktiert. Der ASIC 34 ist wie- derum auf einen Diepad 39 gesetzt. Weiterhin ist ein Leadframe 40 mit ein- zelnen Kontaktpins vorgesehen, der über Drahtbonds 36 mit dem AS ! C 34 kontaktiert ist. Diese Anordnung ist in ein Gehäuse 42 aus Kunststoff oder einem Mold-Compound eingemoldet bzw. eingespritzt. Zur Herstellung kann z. B. ein Gassensor 1 jeweils auf einen ASIC 34 gesetzt und über die Draht- bonds 36 mit diesem kontaktiert werden. Die ASICs 34 werden nachfolgend auf Diepads 39 einer Leadframestruktur aus mehreren zusammenhängenden Leadframes 40 gesetzt, danach werden die Gehäuse 42 gemeldet und an- schließend werden durch Durchtrennen der Leasframestruktur die einzelnen Sensormodule 32 vereinzelt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 8 ist der Gassensor 1 direkt auf ei- nem Diepad 39 mittels z. B. einer Kleberschicht 35 befestigt. Die Anschluss- pads 21 des Gassensors 1 sind über Drahtbonds mit dem Leadframe 40 kontaktiert, wobei diese Anordnung in ein Gehäuse 42 aus Mold-Compound oder Kunststoff eingemoldet ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 7, 8 kann eine Auswertung der Messsignale des Gassensors 1 direkt in dem ASIC 34 vorgenommen werden.

Grundsätzlich ist jedoch auch die Ausbildung einer integrierten Schaltung in dem Mess-Chip 2 zur Auswertung der Messsignale möglich.