Sensorelement und Verfahren zur Herstellung eines Sensorele ments

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbe sondere einen Temperatursensor. Die vorliegende Erfindung be trifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Senso relements, vorzugsweise eines Temperatursensors.

Um Temperatursensoren, speziell NTC (NTC = Negative Tempera- ture Coefficient) basierte Thermistoren, in heutige, elektri sche Systeme zu integrieren, müssen die Dimensionen der Sen sorelemente in modere Packaging-Designs passen, die im mikro- meter- und sogar im nanometer-skaligen Bereich liegen. Um diesen Miniaturisierungsgrad zu erreichen, werden Sensoren als dünne Filme auf Trägerstrukturen mit elektrischen An schlüssen abgeschieden und als diskretes Bauelement beschrie ben.

Bislang sind NTC Thermistoren als „bare die" (ungehäuster Halbleiterchip) oder in SMD (Surface Mounted Device) Bauweise auf Leiterplatten verfügbar. Für die Integration von Tempera tursensorelementen in beispielsweise MEMS- (Mikro Elektro Me chanisches System) oder SESUB- (Semiconductor Embedded in Substrate) Strukturen sind diese technischen Lösungen jedoch nicht geeignet. Für diese Systeme sind sehr kleine Elemente notwendig, die darüber hinaus noch mit geeigneten Kontaktie rungsverfahren integrierbar sein müssen. Klassische Lötver fahren für SMD Bauformen oder Drahtbondtechnologien für „bare dies" können dafür nicht verwendet werden. Daher sind bislang keine Temperatursensoren als diskrete Bauelemente für eine direkte Integrierung für MEMS oder SESUB Strukturen verfüg bar.

Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß einem Aspekt wird ein Sensorelement beschrieben. Das Sensorelement ist zur Messung einer Temperatur ausgebildet. Das Sensorelement ist ein Temperatursensor. Das Sensorelement weist wenigstens eine Trägerschicht auf. Die Trägerschicht weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Träger schicht weist ein Trägermaterial auf. Vorzugsweise weist die Trägerschicht Silicium, Siliciumcarbid oder Glas (silicati- sches oder borosilicatisches Glas) auf.

Das Sensorelement weist ferner wenigstens eine Funktions schicht oder Sensorschicht auf. Das Sensorelement kann auch mehr als eine Funktionsschicht aufweisen, beispielsweise zwei oder drei Funktionsschichten. Die Funktionsschicht weist ein Material auf (Sensormaterial), das einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand hat. Vorzugsweise weist die Funkti onsschicht eine NTC Charakteristik auf.

Die Funktionsschicht ist bevorzugt an der Oberseite der Trä gerschicht angeordnet. Die Funktionsschicht bedeckt die Ober seite der Trägerschicht vorzugsweise vollständig. Die Funkti onsschicht ist unmittelbar auf der Oberseite der Träger schicht ausgebildet. Insbesondere befindet sich das Sensorma terial form- und materialschlüssig auf dem Material der Trä gerschicht. Alternativ dazu ist das Sensormaterial direkt in dem Material der Trägerschicht lokal oder als Schicht er zeugt. Durch die spezielle Zusammensetzung kann das Sensorelement sehr kompakt ausgeführt werden. Beispielsweise weist das Sen sorelement eine Breite von vorzugsweise kleiner oder gleich 500 gm auf, zum Beispiel 100 gm oder 250 pm. Das Sensorele ment 1 weist ferner eine Länge von vorzugsweise kleiner oder gleich 500 pm auf, zum Beispiel 100 pm oder 250 pm. Das Sen sorelement weist vorzugsweise eine Höhe bzw. Dicke von klei ner oder gleich 100 pm, beispielsweise 50 pm auf.

Folglich ist das Sensorelement sehr kompakt ausgeführt, so dass es als komplettes Bauelement in ein elektrisches System, wie eine Leiterplatte oder einen Siliciumchip integriert wer den kann. Insbesondere ist das Sensorelement dazu ausgebildet als diskretes Bauelement direkt in ein elektrisches System eingebettet zu werden. Beispielsweise ist das Sensorelement zur direkten Integration in eine MEMS Struktur und/oder in eine SESUB Struktur ausgebildet.

In einer Ausführungsform weist die Funktionsschicht eine Dünnfilm Schicht, insbesondere eine Dünnfilm NTC Schicht, auf. Mit anderen Worten, die Funktionsschicht weist nur eine sehr geringe Dicke auf. Beispielsweise weist die Funktions schicht eine Dicke d von 10 nm < d d 1 pm auf, zum Beispiel 500 nm. Auf diese Weise wird ein sehr kleines, diskretes Bau element zur Verfügung gestellt, dass problemlos in bestehende Strukturen eingebettet werden kann.

In einer Ausführungsform weist die Funktionsschicht ein halb leitendes Material basierend auf Siliciumcarbid in der hexa gonalen, Wurfzit-ähnlichen Struktur oder der kubischen Phase im Zinkblende Strukturtyp auf. Alternativ dazu kann die Funk tionsschicht ein Metallnitrid im Wurtzit Strukturtyp aufwei sen. Diese Materialien ermöglichen das Abscheiden der Funkti- onsschicht auf der Trägerschicht als stabile Dünnfilm Sensor schicht. Damit kann ein zuverlässiges und kompaktes Sensorel ement zur Verfügung gestellt werden.

In einer Ausführungsform weist das Sensorelement eine Schutz schicht auf. Die Schutzschicht ist an einer Oberseite des Sensorelements angeordnet. Die Schutzschicht bedeckt die Oberseite des Sensorelements vorzugsweise vollständig.

Beispielsweise ist die Schutzschicht auf einer Oberseite der Funktionsschicht ausgebildet. Die Schutzschicht kann aber auch auf Strukturen ausgebildet sein, die auf der Funktions schicht angeordnet sind. Die Schutzschicht schützt das Senso relement vor äußeren Einflüssen. Vorzugsweise weist die Schutzschicht S1O ₂ auf.

In einer weiteren Ausführungsform kann auch wenigstens eine Seitenfläche, bevorzugt alle Seitenflächen, des Sensorele ments von einer Schutzschicht überzogen sein. Diese Schutz schicht weist ebenfalls vorzugsweise S1O ₂ auf. Insbesondere besteht diese Schutzschicht vorzugsweise aus S1O ₂ .

In einer Ausführungsform weist das Sensorelement wenigstens eine Durchführung auf. Das Sensorelement kann auch mehr als eine Durchführung aufweisen, beispielsweise zwei oder vier Durchführungen. Die Durchführung weist ein metallisches Mate rial auf. Die Durchführung durchdringt die Trägerschicht vollständig. Mit anderen Worten, die Durchführung reicht von der Funktionsschicht an der Oberseite der Trägerschicht bis hin zur Unterseite der Trägerschicht. Die Unterseite der Trä gerschicht ist dabei diejenige Seite der Trägerschicht bzw. des Sensorelements, welche auf dem elektronischen System, in welches das Sensorelement integriert wird, bzw. auf einer Komponente des elektronischen Systems, aufliegt.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Durchführung zusätzlich auch die Funktionsschicht vollständig durchdrin gen. In diesem Fall reicht die Durchführung von einer Ober seite der Funktionsschicht durch die Funktionsschicht und die Trägerschicht hindurch bis hin zur Unterseite der Träger schicht .

An der Unterseite der Trägerschicht ist ferner wenigstens ein Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung des Sensorele ments ausgebildet. Das Sensorelement kann aber auch mehr als ein Kontaktelement aufweisen, beispielsweise zwei oder vier Kontaktelemente. Das Kontaktelement ist an der Unterseite der Trägerschicht unmittelbar mit der Durchführung verbunden.

Das Kontaktelement kann beispielsweise einen Bump oder eine dünne Elektrode aufweisen. Durchführung und Kontaktelement stellen die elektrischen Kontakt- und Verbindungsflächen dar, mit Hilfe derer das Sensorelement elektrisch kontaktiert wer den kann. Klassische Lötverfahren für SMD Bauformen oder Drahtbonden zur elektrischen Kontaktierung können demnach entfallen. Damit ist das Sensorelement hervorragend dazu ge eignet in eine MEMS oder SESUB Struktur integriert zu werden.

In einer Ausführungsform weist das Sensorelement ferner we nigstens eine Deckelektrode auf. Die Deckelektrode weist bei spielsweise Au, Ni, Cr, Ag, W, Ti oder Pt auf. Die Deckelekt rode ist zur elektrischen Kontaktierung der Funktionsschicht von einer Oberseite der Funktionsschicht her ausgebildet. Da mit kann das Sensorelement auf zuverlässige Weise von der Un terseite her über die Durchführung und das Kontaktelement und von der Oberseite her über die Deckelektrode kontaktiert wer den.

Vorzugsweise ist die Deckelektrode unmittelbar auf der Funk tionsschicht angeordnet. Insbesondere ist die Deckelektrode auf der Oberseite der Funktionsschicht abgeschieden. Die De ckelektrode kann auf die Funktionsschicht aufgesputtert sein. Die Deckelektrode weist einen dünnen Metallfilm auf. Vorzugs weise ist die Deckelektrode eine Dünnschicht-Elektrode. Die Deckelektrode kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebil det sein. Beispielsweise weist die Deckelektrode eine Dicke d von 10 nm < d d 1 pm auf, zum Beispiel 500 nm. Auf diese Wei se wird ein sehr kompaktes Bauelement zur direkten Integrati on in ein elektrisches System zur Verfügung gestellt.

In einer Ausführungsform weist das Sensorelement wenigstens zwei Deckelektroden auf. Vorzugsweise sind die Deckelektroden nebeneinander angeordnet. Die jeweilige Deckelektrode bedeckt dabei lediglich einen Teil der Oberseite der Funktions schicht .

Die Deckelektroden sind durch wenigstens eine Aussparung bzw. wenigstens einen Spalt räumlich und elektrisch voneinander getrennt. Durch die Größe (insbesondere die Breite) der Aus sparung und damit die Größe des Abstands zwischen den De ckelektroden kann der Widerstand des Sensorelements variiert bzw. eingestellt werden.

An Stelle einer Aussparung kann auch eine kammartig ineinan- dergreifende Struktur zwischen den beiden Deckelektroden vor gesehen sein. Auf diese Weise wird die Fläche zwischen den Deckelektroden vergrößert. Ferner wird durch die kammartige Struktur der Widerstand des Sensorelements und auch eine Streuung des Widerstands verringert.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements beschrieben. Vorzugsweise wird durch das Ver fahren das oben beschriebene Sensorelement hergestellt. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf das Sensorelement oder das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den jeweiligen anderen Aspekt offenbart und umgekehrt, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des jeweiligen Aspekts erwähnt wird. Das Verfahren weist die fol genden Schritte auf:

A) Bereitstellen eines Trägermaterials zur Ausbildung der Trägerschicht (Wafer). Das Trägermaterial weist vorzugsweise Si, SiC oder Glas auf. Die durch das Trägermaterial ausgebil dete Trägerschicht dient zur Stabilisierung des Sensorele ments.

B) Ausbildung von wenigstens einer Durchführung. Die Durch führung durchdringt in diesem Ausführungsbeispiel das Träger material vollständig. Mit anderen Worten es wird ein Durch bruch durch das Trägermaterial erzeugt, welcher später mit einem metallischen Material aufgefüllt wird.

C) Füllen der wenigstens einen Durchführung mit einem metal lischen Material, beispielsweise galvanisch. Das metallische Material kann beispielsweise Kupfer oder Gold aufweisen.

D) Beschichten des Trägermaterials mit einem Sensormaterial zur Ausbildung der Funktionsschicht. Das Sensormaterial kann eine Dünnschicht mit einer NTC Charakteristik aufweisen. Das Beschichten erfolgt vorzugsweise mittels eines PVD („physical vapour deposition") Prozesses, eines CVD („Chemical vapour deposition") Prozesses oder galvanisch. Die dabei resultie rende Funktionsschicht ist vorzugsweise eine Dünnfilm NTC Schicht.

Optional kann anschließend ein Temperschritt erfolgen.

E) Vereinzeln der Sensorelemente. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen von Photolack und anschließendem Plasmaätzen oder Sägen und Einkerben von Funktionsschicht und Träger schicht erfolgen.

Durch das Verfahren wird ein zuverlässiges und kompaktes dis kretes Sensorelement erzeugt, welches sich auf einfache Art und Weise in bestehende elektrische Systeme integrieren lässt.

In einer Ausführungsform erfolgt vor Schritt E) ein Abschei den von wenigstens einer Deckelektrode auf eine Oberseite des Sensormaterials. Dieser Schritt ist optional, das heißt das resultierende Sensorelement kann auch ohne Deckelektrode aus gebildet sein und nur über die Durchführungen und Kontaktele mente von der Unterseite her kontaktiert werden.

Das Abscheiden der Deckelektrode erfolgt vorzugsweise mittels eines PVD Prozesses, eines CVD Prozesses oder galvanisch. Die dabei resultierende Deckelektrode ist vorzugsweise eine Dünn film Elektrode.

In einer Ausführungsform wird Schritt D) vor Schritt B) durchgeführt. Mit anderen Worten, die Beschichtung des Trä germaterials mit dem Sensormaterial kann vor der Ausbildung der wenigstens einen Durchführung erfolgen. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel ragt die Durchführung in die Funktionsschicht hinein und wird von dieser umschlossen. Vorzugsweise durch dringt die Durchführung die Trägerschicht und die Funktions schicht vollständig.

Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maß stabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Dar stellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.

Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Es zeigen:

Figur 1 ein Sensorelement in einer ersten Ausfüh- rungsform

Figur 2 ein Sensorelement in einer zweiten Aus- führungsform

Figur 3 ein Sensorelement in einer dritten Aus- führungsform

Figur 4 ein Sensorelement in einer vierten Aus- führungsform

Figur 5 ein Sensorelement in einer fünften Aus- führungsform

Figuren 6 bis 10 ein Verfahren zur Herstellung eines

Sensorelements. Die Figur 1 zeigt ein Sensorelement 1 gemäß einer ersten Aus führungsform. Das Sensorelement 1 ist vorzugsweise zur Mes sung einer Temperatur ausgebildet. Das Sensorelement 1 weist wenigstens eine Trägerschicht 2 bzw. einen Wafer 2 auf. Die Trägerschicht 2 weist eine Oberseite 2a und eine Unterseite 2b auf. Die Trägerschicht 2 weist ein Trägermaterial, vor zugsweise Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC) oder Glas auf. Die Trägerschicht 2 dient der mechanischen Stabilisierung des Sensorelements 1.

Das Sensorelement 1 weist ferner wenigstens eine Funktions schicht 5 oder Sensorschicht 5 auf. In diesem Ausführungsbei spiel weist das Sensorelement 1 genau eine Funktionsschicht 5. Aber es sind auch mehrere Funktionsschichten 5 vorstell bar, beispielsweise zwei, drei oder vier Funktionsschichten 5, die beispielsweise nebeneinander oder übereinander ange ordnet sein können.

Die Funktionsschicht 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Oberseite 2a der Trägerschicht 2 angeordnet. Die Funkti onsschicht 5 bedeckt die Oberseite 2a der Trägerschicht 2 vorzugsweise vollständig. Die Funktionsschicht 5 ist form- und materialschlüssig auf der Trägerschicht 2 angeordnet. Al ternativ dazu ist die Funktionsschicht 5 direkt in dem Trä germaterial lokal oder als Schicht erzeugt.

Die Funktionsschicht 5 weist ein Material auf, das einen tem peraturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, vorzugs weise ein Material mit NTC R/T Charakteristik. Vorzugsweise ist die Funktionsschicht 5 als Dünnfilm NTC Schicht auf der Trägerschicht 2 ausgebildet. Die Funktionsschicht 5 weist ei ne sehr geringe Dicke von kleiner oder gleich 1 pm auf. Beispielsweise weist die Funktionsschicht 5 ein halbleitendes Material basierend auf SiC in der hexagonalen, Wurtzit- ähnlichen Struktur oder der kubischen Phase im Zinkblende Strukturtyp auf. Das Siliciumcarbid kann dabei in reiner Form, dotiert (beispielsweise mit Ti, Cr, N, Be, B, Al, Ga) oder als Mischkristall (beispielsweise (SiC) _x (A1N)i- _x ) vorlie gen, bzw. intermetallische Phasen wie zum Beispiel AI4S1C4, Ti3SiC2 oder Y3S12C2 enthalten.

Alternativ dazu kann die Funktionsschicht 5 auch auf Metall nitriden im Wurtzit Strukturtyp basieren, wie A1N oder GaN. A1N kann in reiner Form, als Mischkristall (beispielsweise (A1cTίi-c)(N _y Oi- _y ) oder Al _x Gai- _x N, mit 0 < x, y < 1) oder dotiert (beispielsweise mit Si, Mg, C, Ge, Se oder Zn) vorliegen.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Trägerschicht 2 fer ner zwei Durchführungen 3 auf. Alternativ dazu kann das Sen sorelement 1 auch nur eine Durchführung 3 (siehe hierzu die Figur 3) oder gar keine Durchführung 3 (siehe hierzu die Fi gur 4) aufweisen. Ferner sind auch mehr als zwei Durchführun gen 3, beispielsweise drei oder vier Durchführungen vorstell bar (nicht explizit dargestellt).

Die jeweilige Durchführung 3 durchdringt die Trägerschicht 2 vollständig. Mit anderen Worten, die Durchführung 3 ragt von der Oberseite 2a bis zur Unterseite 2b der Trägerschicht 2. Die Durchführung 3 weist ein metallisches Material auf, bei spielsweise Kupfer oder Gold.

Das in Figur 1 gezeigte Sensorelement 1 weist ferner zwei Kontaktelemente 4 auf. Die Kontaktelemente 4 sind an der Un terseite 2a der Trägerschicht 2 angeordnet. Die Kontaktele mente 4 sind direkt bzw. unmittelbar an den Durchführungen 3 ausgebildet. Die Kontaktelemente 4 stehen in elektrischem und mechanischem Kontakt mit den Durchführungen 3. Die Kontakte lemente 4 dienen zur elektrischen Kontaktierung des Sensorel ements 1. Ferner kann das Sensorelement 1 über die Kontakte lemente 4 beispielsweise auf andere Komponenten eines elektrischen Systems gestackt werden.

Die Kontaktelemente 4 können beispielsweise als Bumps oder als dünne Elektrode ausgeführt sein. Die Kontaktelemente 4 weisen ein Metall, beispielsweise Kupfer, Gold oder lötbare Legierungen auf. Die Durchführungen 3 dienen dazu die Funkti onsschicht 5 an der Oberseite 2a der Trägerschicht 2 mit den Kontaktelementen 4 an der Unterseite 2a der Trägerschicht 2 zu verbinden und damit die Funktionsschicht 5 elektrisch zu kontaktieren. Damit wird ein robustes und verlässliches Sen sorelement 1 bereit gestellt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht explizit darge stellt) ist an einer Oberseite la des Sensorelements 1 ferner eine Schutzschicht 7 angeordnet. Die Schutzschicht 7 ist in diesem Fall unmittelbar auf der Funktionsschicht 5 ausgebil det. Die Schutzschicht 7 bedeckt eine Oberseite 5a der Funk tionsschicht 5 vollständig. Die Schutzschicht 7 weist vor zugsweise S1O2 auf. Die Schutzschicht 7 dient dem Schutz der Funktionsschicht 5 und des Sensorelements 1 vor äußeren Ein flüssen (siehe hierzu auch Figur 2).

Das Sensorelement 1 ist durch seine spezielle Kontaktierung (Durchführungen 3, Kontaktelemente 4) und den speziellen Schichtaufbau (Dünnfilm NTC Schicht) so konzipiert, dass es als komplettes Bauelement in einem Si-Chip oder auf eine Lei terplatte integriert werden kann. Insbesondere ist das Senso- relement 1 dazu ausgebildet als diskretes Bauelement in MEMS oder SESUB Strukturen integriert zu werden.

Insgesamt ist das Sensorelement 1 sehr kompakt ausgeführt.

Das Sensorelement 1 weist eine sehr geringe Abmessung auf.

Das Sensorelement 1 weist eine Breite von vorzugsweise klei ner oder gleich 500 gm auf, beispielsweise 50 pm, 100 pm, 250 pm, 300 pm, 400 pm oder 450 pm. Das Sensorelement 1 weist ei ne Länge von vorzugsweise kleiner oder gleich 500 pm auf, beispielsweise 50 pm, 100 pm, 250 pm, 300 pm, 400 pm oder 450 pm. Vorzugsweise weist das Sensorelement 1 eine rechteckige Grundform auf. Das Sensorelement 1 weist eine Höhe (Ausdeh nung in Stapelrichtung) von vorzugsweise kleiner oder gleich 100 pm, beispielsweise 10 pm, 50 pm oder 80 pm auf.

Durch die kompakte Bauweise und die Kontaktierung mittels den Durchführungen 3 und den Kontaktelementen 4 eignet sich das Sensorelement 1 hervorragend zur Integration in MEMS oder SESUB Strukturen.

Die Figur 2 zeigt ein Sensorelement 1 in einer zweiten Aus führungsform. Im Unterschied zu dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Sensorelement 1 weist das Sensorelement 1 ge mäß Figur 2 zusätzlich eine Deckelektrode 6 auf. Die De ckelektrode 6 ist auf der Oberseite 5a der Funktionsschicht 5 angeordnet. Insbesondere ist die Deckelektrode 6 unmittelbar auf der Funktionsschicht 5 aufgebracht. In diesem Ausfüh rungsbeispiel bedeckt die Deckelektrode 6 die Oberseite 5a der Funktionsschicht 5 vollständig. Die Funktionsschicht 5 kann mittels der Deckelektrode 6 von der Oberseite her kon taktiert werden. Die unterseitige Kontaktierung erfolgt über die Durchführungen 3 und Kontaktelemente 4. Die Deckelektrode 6 weist ein metallisches Material, bevor zugt Au, Ni, Cr, Ag, W, Ti oder Pt auf. Vorzugsweise ist die Deckelektrode 6 auf der Funktionsschicht 5 abgeschieden, zum Beispiels mittels eines PVD oder CVD Prozesses oder galva nisch. Bevorzugt ist die Deckelektrode 6 auf der Funktions schicht 5 aufgesputtert. Die Deckelektrode 6 ist eine Dünn schichtelektrode. Mit anderen Worten, die Deckelektrode 6 weist bevorzugt einen dünnen Metallfilm auf. Die Deckelektro de 6 weist eine Dicke d bzw. Höhe von > 100 nm und < 1 pm auf, beispielsweise 500 nm.

In diesem Ausführungsbeispiel weist das Sensorelement 1 fer ner die bereits in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebene Schutzschicht 7 auf. Die Deckelektrode 6 ist daher im gezeig ten Fall zwischen Funktionsschicht 5 und Schutzschicht 7 an geordnet. Anders ausgedrückt, die Schutzschicht 7 ist in die sem Ausführungsbeispiel unmittelbar auf der Deckelektrode 6 ausgebildet .

In einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht explizit dargestellt) kann die Schutzschicht 7 aber auch entfallen. In diesem Fall bildet die Deckelektrode 6 die Oberseite des Sen sorelements 1. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Mög lichkeit eine zusätzliche Kontaktierung, beispielsweise durch Drahtbonden auf der Deckelektrode 6 zu realisieren (nicht ex plizit dargestellt).

In Bezug auf alle weiteren Merkmale des Sensorelements 1 ge mäß Figur 2 wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.

Die Figur 3 zeigt ein Sensorelement 1 in einer dritten Aus führungsform. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Senso relement 1 lediglich eine Durchführung 3 und ein Kontaktele- ment 4 auf, wodurch die Funktionsschicht 5 von der Unterseite her kontaktiert wird. Das Kontaktelement 4 kann wie bereits beschrieben als Bump oder als dünne Elektrode ausgeführt sein.

Das Sensorelement 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel fer ner die bereits in Zusammenhang mit Figur 2 beschriebene De ckelektrode 6 auf. Anders als bei Figur 2 ist die Deckelekt rode 6 in diesem Ausführungsbeispiel zur (oberseitigen) Kon taktierung der Funktionsschicht 5 zwingend erforderlich.

In Bezug auf alle weiteren Merkmale des Sensorelements 1 ge mäß Figur 3 wird auf die Beschreibung zu Figur 1 und zu Figur 2 verwiesen.

Die Figur 4 zeigt ein Sensorelement 1 in einer vierten Aus führungsform. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Senso relement 1 keine Durchführungen 3 und auch keine Kontaktele mente 4 an der Unterseite 2a der Trägerschicht 2 auf. Viel mehr wird die Funktionsschicht 5 hier ausschließlich von der Oberseite her kontaktiert. Insbesondere weist das Sensorele ment 1 zwei Deckelektroden 6a, 6b zum elektrischen Anschluss des Sensorelements 1 auf. Die Deckelektroden 6a, 6b sind un mittelbar auf der Funktionsschicht 5 ausgebildet, vorzugswei se abgeschieden, wie bereits in Zusammenhang mit Figur 2 er läutert wurde. Die Deckelektroden 6a, 6b sind nebeneinander auf der Funktionsschicht 5 angeordnet.

Die jeweilige Deckelektrode 6a, 6b kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die jeweilige Deckelektrode 6a, 6b ist vorzugsweise eine Dünnschichtelektrode. Die jewei lige Deckelektrode 6a, 6b weist vorzugsweise wenigstens eine gesputterte Metallschicht auf. Beispielsweise weist die je weilige Deckelektrode 6a, 6b Au, Ni, Cr, Ag, W, Ti oder Pt auf. Vorzugsweise weist die jeweilige Deckelektrode 6a, 6b eine Dicke bzw. Höhe zwischen 100 nm und 1 mpi auf.

Die Deckelektroden 6a, 6b bilden in diesem Ausführungsbei spiel die Oberseite des Sensorelements 1. Alternativ dazu (nicht explizit dargestellt) kann aber auch eine Schutz schicht 7 vorgesehen sein, die auf den Deckelektrode 6a, 6b angeordnet ist.

Die Deckelektroden 6a, 6b sind elektrisch voneinander ge trennt. Zu diesem Zweck ist wenigstens eine Aussparung bzw. einen Spalt 8 zwischen den Deckelektroden 6a, 6b ausgebildet, wie in Figur 4 dargestellt ist. Diese Aussparung 8 trennt die Deckelektroden 6a, 6b räumlich und elektrisch. Mit der Größe (horizontale Ausdehnung, also Ausdehnung senkrecht zur Sta pelrichtung) der Aussparung 8 kann der Widerstand des Senso relements 1 eingestellt werden. Wird die Aussparung 8 ver kleinert, so sinkt der Widerstand. Dadurch wird aber auch ei ne Streuung des Widerstands vergrößert. Um dies zu vermeiden bzw. um die Fläche zwischen den Deckelektroden 6a, 6b zu ver größern und damit den Widerstand zu verringern, kann auch ei ne Kammstruktur zwischen den Deckelektroden 6 vorgesehen sein (nicht explizit dargestellt). Die Deckelektroden 6 sind in diesem Fall ineinandergreifend nebeneinander angeordnet.

Die Figur 5 zeigt ein Sensorelement 1 in einer fünften Aus führungsform. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Senso relement 1 zwei Durchführungen 3, zwei Kontaktelemente 4, so wie zwei Deckelektroden 6 auf.

Im Vergleich zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durchdringen in diesem Ausführungsbeispiel die Durchführungen 3 nicht nur die Trägerschicht 2 sondern auch die Funktions- Schicht 5 vollständig. Insbesondere ragt die jeweilige metal lische Durchführung 3 in die Funktionsschicht 5 und wird von dieser umschlossen. Die jeweilige Durchführung erstreckt sich damit von der Unterseite 2b der Trägerschicht 2 durch die Trägerschicht 2 und die Funktionsschicht 5 hindurch bis hin zur Oberseite 5a der Funktionsschicht 5.

An der Oberseite der jeweiligen Durchführung 3 ist jeweils eine Deckelektrode 6 ausgebildet. Auch die jeweilige De ckelektrode 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise in die Funktionsschicht 5 eingebettet. Die De ckelektroden 6 bilden damit zumindest teilweise die Oberseite 5a der Funktionsschicht 5.

Unmittelbar auf der Funktionsschicht 5 ist die Schutzschicht 7 ausgebildet. Die Schutzschicht 7 bedeckt in diesem Fall die Oberseite 5a der Funktionsschicht 5, welche zumindest teil weise durch die Deckelektroden 6 gebildet wird.

Die unterseitige Kontaktierung erfolgt über Durchführungen 3 und Kontaktelemente 4, beispielsweise Bumps. Es können dabei auch mehr als die in Figur 5 dargestellten Durchführungen vorgesehen sein, beispielsweise vier Durchführungen. Ferner befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel eine Schutz schicht 7 an der Oberseite la des Sensorelements 1.

Die Figuren 6 bis 10 zeigen ein Verfahren zur Herstellung ei nes Sensorelements 1. Vorzugsweise wird durch das Verfahren das Sensorelement 1 gemäß einem der oben beschriebenen Aus führungsbeispiele hergestellt. Alle Merkmale die in Zusammen hang mit dem Sensorelement 1 beschrieben wurden, finden daher auch für das Verfahren Anwendung und umgekehrt. In einem ersten Schritt A) wird ein Trägermaterial 10 zur Ausbildung der oben beschriebenen Trägerschicht 2 bereitge stellt (siehe Figur 6 oben). Vorzugsweise weist das Trägerma terial 10 Si, SiC oder Glas auf.

In einem nächsten Schritt B) werden die oben beschriebenen Durchführungen 3 hergestellt. Dazu werden Vias / Durchbrüche 12 beispielsweise durch Photolithographie und anschließendem Plasmaätzen („dry etching") in dem Trägermaterial 10 erzeugt (siehe Figur 6 Mitte und unten). Alternativ lassen sich die Vias 12 auch mit einem Laser erzeugen (Laserdrilling).

Die Vias / Durchbrüche 12 werden in einem Schritt C) mit ei nem metallischen Material 13 (beispielsweise Kupfer) gefüllt, beispielsweise galvanisch (siehe hierzu Figur 7). Der bei der Photolithographie verwendete Photolack 11 (siehe Figur 6) wird anschließend abgewaschen.

In einem weiteren Schritt D) erfolgt das Beschichten des Trä germaterials 10 mit einem Sensormaterial 14 zur Ausbildung der Funktionsschicht 5 (siehe hierzu Figur 8). Das Sensorma terial 14 weist beispielsweise eine NTC Keramik auf. Die Be schichtung erfolgt bevorzugt durch einen PVD oder CVD Pro zess. Dabei wird ein dünner Sensorfilm auf dem Trägermaterial 10 erzeugt (Dünnfilm NTC). Optional kann nach Schritt D) ein Temperschritt erfolgen.

Der Verfahrensschritt D) kann in einem alternativen Ausfüh rungsbeispiel auch vor dem Erzeugen der Vias / Durchbrüche 12 (Schritt B)) erfolgen. In diesem Fall ragt das metallische Material 13 in die Funktionsschicht 5 hinein und wird von dieser umschlossen (siehe hierzu auch das in Zusammenhang mit Figur 5 beschriebene Ausführungsbeispiel). In einem weiteren Schritt erfolgt das Abscheiden von Elektro denmaterial 15 zur Ausbildung der wenigstens einen Deckelekt rode 6 (siehe hierzu Figur 9 in Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5). Das Elektrodenmaterial 15 weist vorzugsweise Au,

Ni, Cr, Ag, W, Ti oder Pt auf. Das Abscheiden erfolgt durch einen PVD oder CVD Prozess oder galvanisch. Es wird dabei ei ne einschichtige oder mehrschichtige dünne Deckelektrode 6 (Dünnschichtelektrode) erzeugt. Insbesondere wird die De ckelektrode 6 bei diesem Verfahrensschritt als dünner Elekt rodenfilm auf dem Sensormaterial 14 abgeschieden. Werden zwei Deckelektroden 6 abgeschieden, so wird eine Aussparung (siehe Figur 4) oder eine kammartige Struktur zur elektrischen Tren nung der Deckelektroden 6a, 6b vorgesehen.

In einem optionalen Schritt kann weiterhin das Ausbilden der Schutzschicht 7 durch Aufbringen des entsprechenden Materials (vorzugsweise SiCk) entweder auf das Sensormaterial 14 (Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1) oder auf das Elektrodenmate rial 15 (Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 2 bis 5) erfol gen.

In einem letzten Schritt E) werden die Sensorelemente 1 ver einzelt (siehe hierzu Figur 10). Dies erfolgt durch Aufbrin gen von Photolack 11 und anschließendem Plasmaätzen oder Sä gen der Funktionsschicht 5 und dem Teil des Trägermaterials 10 welcher die Höhe bzw. Dicke der späteren Trägerschicht 2 bestimmt (Einkerben).

Alternativ dazu kann das Abdünnen des Trägermaterials 10 auf der Unterseite in zwei Schritten erfolgen, wobei in einem ersten Schritt das Trägermaterial 10 flächig weggeätzt oder abgeschliffen wird, und in einem zweiten Schritt die Verein- zelung durch ein flächiges Ätzen erfolgt und die Kontaktele mente 4 freigelegt werden, ohne das Metall dabei zu oxidie ren. Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

1 Sensorelement la Oberseite des Sensorelements lb Unterseite des Sensorelements lc Seitenfläche des Sensorelements

2 Trägerschicht / Wafer

2a Oberseite der Trägerschicht

2b Unterseite der Trägerschicht

3 Durchführung

4 Kontaktelernent

5 Funktionsschicht / Sensorschicht

5a Oberseite der Funktionsschicht

6, 6a, 6b Deckelektrode

7 Schutzschicht

8 Aussparung

10 Trägermaterial

11 Photolack

12 Via

13 Metallisches Material

14 Sensormaterial

15 Elektrodenmaterial