DE10046510A1 - Sensorbauteil mit einem in einem Kanal isoliert, umströmbar gelagerten, elektrisch leitenden, länglichen Element und Herstellverfahren hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Sensorbauteiles mit einem umströmbar gelagerten, elektrisch leitenden, länglichen Element in einem Kanal, bei dem nach dem Abscheiden einer Isolationsschicht und einem darauf folgenden Abscheiden einer elektrisch leitenden Beschichtung auf einem Hilfssubstrat die elektrisch leitende Beschichtung bis auf zur Bildung des länglichen Elementes und dessen Zuleitungen benötigte Restbereiche unter Strukturierung weggeätzt wird. DOLLAR A Um ein solches Verfahren vergleichsweise einfach durchführen zu können, wird erfindungsgemäß unmittelbar nach der Strukturierung auf die die Restbereiche (8a) und (8b) tragende Seite (9) des Hilfssubstrats (1) ein Abdeckteil (10) befestigt, das einen Hohlraum (12) um die Restbereiche (8a) und (8b) bildet. Das Hilfssubstrat (1) wird bis auf eine den Restbereichen (8a) und (8b) der elektrisch leitenden Beschichtung (6) unmittelbar benachbarte Tragschicht (2) weggeätzt, die in der Nähe der Restbereiche (8a) und (8b) unter Erzielung der umströmbaren Lagerung des länglichen Elements (13) weggeätzt wird. Abschließend wird ein Deckelteil (14) auf die benachbarte Tragschicht (2) aufgebracht. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein nach dem obigen Verfahren hergestelltes Sensorbauteil.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen ei­ nes Sensorbauteils mit einem umströmbar gelagerten, elekt­ risch leitenden, länglichen Element in einem Kanal, bei dem nach dem Abscheiden einer Isolationsschicht und einem darauf folgenden Abscheiden einer elektrisch leitenden Beschichtung auf einem Hilfssubstrat, die elektrisch leitende Beschichtung bis auf die zur Bildung des länglichen Elements und dessen Zuleitungen benötigten Restbereiche unter Strukturierung weg­ geätzt wird.

Ein solches Verfahren ist aus Steiner/Lang "Micromachining applications of porous silicon" (Thin Solid Films, 255 (1995), pages 52-58) bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Hilfssubstrat so vorbereitet, dass es auf einer Seite eine Isolationsschicht aufweist (durch thermische Oxidation aufge­ bracht). Auf diese Isolationsschicht wird eine mit Phosphor n-dotierte Polysiliziumschicht mittels CVD (Chemical Vapor Deposit) abgelagert. Danach wird auf die Polysiliziumschicht und eine Sandwichstruktur aus NiCr und Gold durch Sputtern abgelagert, wodurch eine elektrisch leitende Beschichtung auf dem Hilfssubstrat vervollständigt ist. In einem ersten photo­ lithographischen Schritt werden die NiCr- und die Gold­ schicht, die später die Bondpads bilden, strukturiert und an­ schließend mittels nasschemischem Ätzen freigeätzt. In einem zweiten photolithographischen Schritt erfolgt das Strukturie­ ren und Ätzen eines später ein Sensorelement bildenden, länglichen, elektrisch leitenden Elementes aus der Polysilizium­ schicht. Allerdings verbleibt ein während der photolithogra­ phischen Schritte aufgebrachter Photolack weiterhin auf der nunmehr freigeätzten Struktur, um diese im nächsten Prozessschritt so gut wie möglich zu schützen, bei dem in dem Hilfssubstrat eine halbschalenförmige, poröse Siliziumschicht unter dem strukturierten und geätzten länglichen Element er­ zeugt wird. Nach weiteren Zwischenschritten wird abschließend der kanalartige Hohlraum um das längliche Element geschlos­ sen, indem ein Deckelteil auf die Anordnung aufgebracht wird. Dieses Deckelteil weist an seiner Oberfläche mindestens eine rinnenartige Vertiefung auf, die derart über dem halbschalen­ förmigen Hohlraum des Tragkörpers positioniert wird, dass die rinnenartige Vertiefung des Deckelteils zusammen mit einem halbschalenförmigen Hohlraum des Hilfssubstrats einen kanal­ artigen Hohlraum ergibt, der das längliche Element vollstän­ dig umschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorbauteil mit einem elektrisch leitenden, länglichen Element feiner Struktur in einem Kanal vergleichsweise einfach herstellen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs angegebenen Art erfindungsgemäß unmittelbar nach der Strukturierung auf die die Restbereiche und tragende Seite des Hilfssubstrats ein Abdeckteil befestigt, das einen Hohl­ raum um die Restbereiche bildet, das Hilfssubstrat bis auf eine den Restbereichen der elektrisch leitenden Beschichtung unmittelbar benachbarte Tragschicht weggeätzt, diese be­ nachbarte Tragschicht in der Nähe der Restbereiche unter Er­ zielung der umströmbaren Lagerung des länglichen Elements weggeätzt und abschließend ein Deckelteil auf die benachbarte Tragschicht aufgebracht. Dabei kann - abhängig von der Ausführung der elektrischen Beschichtung das längliche Element aus Metall, leitendem Silizium oder leitendem Kunst­ stoff bestehen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht sich vor­ teilhaft die Herstellung des Sensorelements mit einem längli­ chen Element feiner Struktur in einem Kanal, weil unmittelbar nach dem Strukturieren und Ätzen einer elektrisch leitenden Beschichtung ein Abdeckteil auf die die Restbereiche tragende Seite des Hilfssubstrats aufgebracht wird und der das längli­ che Element bildende Restbereich der elektrisch leitenden Be­ schichtung so vollkommen vor chemischen und mechanischen Ein­ flüssen geschützt ist. Zusätzlich ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass das Hilfssubstrat bis auf die den Restbereichen der elektrisch leitenden Beschichtung unmittelbar benachbarte Tragschicht weggeätzt werden kann, ohne dass die Restbereiche der elektrisch leitenden Beschichtung beansprucht werden. Durch die unterstützende Tragfunktion des Abdeckteils kann so zudem die benachbarte Tragschicht derart strukturiert werden, dass sich bereits dadurch eine umströmbare Lagerung des läng­ lichen Elements ergibt.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeu­ gen eines umströmbar gelagerten, länglichen Elements in einem Kanal eines Sensors ergeben sich aus den Unteransprüchen. So kann die Fertigung des Deckelteils und des Abdeckteils unab­ hängig vom eigentlichen Herstellungsprozess des länglichen Elementes erfolgen. Das erlaubt zum einen eine preiswerte und qualitativ sehr hochwertige Massenproduktion des Deckelteils und des Abdeckteils und zum anderen auch die Verwendung unterschiedlicher Materialien wie zum Beispiel Kunststoff. Wei­ terhin besteht durch die unabhängige Vorfertigung des Deckel­ teils und des Abdeckteils eine große Flexibilität in der Gestaltung der rinnenartigen Vertiefungen der dem länglichen Element jeweils zugewandten Fläche.

Da durch das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren bereits eine umströmbare Lagerung des länglichen Elements durch das Strukturieren und Ätzen der benachbarten Tragschicht erzielt wird, muss die Oberfläche des verwendeten Deckelteils nicht unbedingt rinnenartig strukturiert sein, sondern kann zum Beispiel auch vollkommen plan ausgeführt werden, was die Her­ stellung des Deckelteils und seine Anbringung an der Trag­ schicht wesentlich vereinfacht.

Da bei dem Verfahren zumindest für das Strukturieren und Ätzen der benachbarten Tragschicht vorteilhafter Weise ein Trockenätzverfahren zur Anwendung kommt, reduziert sich ge­ genüber dem bekannten Verfahren, bei dem Nassätzverfahren zur Anwendung kommen, der chemische Angriff auf die das längliche Element bildenden Restbereiche der auf das Hilfssubstrat auf­ gebrachten elektrisch leitenden Beschichtung. Hierdurch wird zum einen die Qualität und Einheitlichkeit der produzierten, länglichen Elemente erhöht und zum anderen eine Möglichkeit zur Produktion noch feinerer Elementstrukturen geschaffen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Sensorbauteil mit einem an seiner einen Seite eine rinnenartige Vertiefung auf­ weisenden Abdeckteil, einem elektrisch leitenden, länglichen Element, das sich umströmbar über die rinnenartige Vertiefung des Abdeckteils erstreckt und einem vorgefertigten Deckelteil, das die rinnenartige Vertiefung unter Wahrung eines Ab­ standes zum länglichen Element unter Bildung eines kanalarti­ gen Hohlraums abschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich zu den aus dem oben bezeichneten Aufsatz bekannten Sensorbauteil relativ einfach herstellbares Sensorbauteil mit einem längli­ chen Element feiner Struktur zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Abdeckteil erfindungsge­ mäß zwei längs der rinnenartigen Vertiefung verlaufende Trag­ schienen auf, an denen isoliert das längliche Element gehal­ ten ist; über diese Tragschienen erstreckt sich auf ihrer von dem Abdeckteil abgewandten Seite ein Deckelteil, welches zu­ sammen mit dem Abdeckteil und den Tragschienen den kanalarti­ gen Hohlraum mit dem darin umströmbar gelagerten, länglichen Element bildet.

Durch einen solchen Aufbau des erfindungsgemäßen Sensorbauteils steht ein im Vergleich zu dem bekannten Sensorbauteil wesentlich einfacher herstellbares Sensorbau­ teil zur Verfügung. Das resultiert im wesentlichen daraus, dass das längliche Element isoliert an den Tragschienen gela­ gert ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Sensorbauteil nicht nur mit einem vorgefertigten Abdeckteil, sondern auch mit einem vorgefertigten Deckelteil ausgeführt werden kann. Dadurch, dass das erfindungsgemäße Sensorbauteil auch ein vorgefertigtes Deckelteil aufweisen kann, vereinfacht sich nicht nur die Herstellung, sondern erhöht sich gleichzeitig auch die Uniformität und die Qualität der erfindungsgemäßen Sensorbauteile.

Weitere Vorteile das erfindungsgemäße Sensorelement betref­ fend ergeben sich aus den Unteransprüchen. So besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorbauteils darin, dass das längliche Element isoliert derart an den beiden Tragschienen gelagert ist, so dass sich allein dadurch eine umströmbare Lagerung des länglichen Elements ergibt. Dabei muss die Oberfläche des Deckelteils nicht unbedingt eine rin­ nenartige Oberflächenstruktur aufweisen, sondern kann zum Beispiel auch vollkommen plan als Platte ausgeführt werden.

Eine weitere Vereinfachung bezüglich der Herstellbarkeit lässt sich beim erfindungsgemäßen Sensorelement durch die Verwendung identischer Deckel- und Abdeckteile erreichen, da bei einem geraden Verlauf der rinnenartigen Strukturierung das Deckelteil dem Abdeckteil entspricht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in den

Fig. 1 bis 10 die einzelnen Herstellschritte des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils dargestellt, wobei die

Fig. 4a und 5a Draufsichten und die übrigen Figuren Schnittdarstellungen wiedergeben.

Als Basis für das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen ei­ nes Sensorbauteils mit einem umströmbar gelagerten, längli­ chen Element in einem Kanal dient ein Hilfssubstrat 1 mit ei­ ner Tragschicht 2 aus Silizium auf einer Isolationsschicht 3 aus Siliziumoxid, die ihrerseits auf einer Schicht 4 aus Si­ lizium ruht. (vgl. Fig. 1). Auf dem Hilfssubstrat 1 werden in einem ersten Prozessschritt zwei Isolationsschichten 5a und 5b abgelagert (vgl. Fig. 2). Wie in Fig. 3 dargestellt, wird im folgenden Prozessschritt auf eine der beiden Isolations­ schichten 5a und 5b (vgl. 5a in Fig. 3), eine elektrisch leitende Beschichtung 6 aufgebracht, die aus mehreren Einzel­ schichten 7a und 7b besteht und als Basis für die Strukturie­ rung des zur Bildung des länglichen Elements benötigten Be­ reichs dient. Dabei besteht die Einzelschicht 7a aus NiCr und die Einzelschicht 7b vorzugsweise aus Au. Nach der Ablagerung der beschriebenen, elektrisch leitenden Beschichtung 6 wird diese derart mit Hilfe von photolithographischen Schritten und Ätzschritten strukturiert und geätzt, dass nur noch die für das längliche Element und dessen Zuleitung benötigten Be­ reiche 8a und 8b der elektrisch leitenden Beschichtung 6 verbleiben (vgl. Fig. 4 und Draufsicht gemäß Fig. 4a). Diesem Strukturieren und Ätzen der elektrisch leitenden Beschichtung 6 folgt ein Trockenätzschritt, bei dem all die Bereiche der Isolationsschichten 5a und 5b entfernt werden, die nicht durch die zur Bildung des länglichen Elementes benötigten Restbereiche 8a und 8b der elektrisch leitenden Beschichtung 6 überdeckt sind (vgl. Fig. 5 und Draufsicht gemäß Fig. 5a). Im nächsten Prozessschritt wird auf die die Restbereiche 8a und 8b der elektrisch leitenden Beschichtung 6 tragende Seite 9 des Hilfssubstrats 1 derart ein Abdeckteil 10 mit einer rinnenartigen Vertiefung 11 in seiner Oberfläche befestigt, dass sich ein Hohlraum 12 um den Restbereich 8a und Teile der Restbereiche 8b der elektrisch leitenden Beschichtung 6 bil­ det (vgl. Fig. 6). Anschließend wird das Hilfssubstrat 1 der­ art durch Ätzschritte bearbeitet, dass das Hilfssubstrat 1 bis auf die Tragschicht 2 weggeätzt wird, die den Restberei­ chen 8a und 8b der elektrisch leitenden Beschichtung 6 unmit­ telbar benachbart ist (vgl. Fig. 7 und Fig. 8). Dadurch, dass die benachbarte Tragschicht 2 von ihrer einen Seite nunmehr vollständig zugänglich ist, kann sie in der Nähe des Restbereiches 8a der elektrisch leitenden Beschichtung 6 so struk­ turiert und geätzt werden, dass das längliche Element 13 umströmbar gelagert entsteht. Abschließend wird auf die Reste der benachbarte Tragschicht 2 ein Deckelteil 14 aufgebracht, das einen das längliche Element 13 umgebenden, kanalartigen Hohlraum 15 abschließt.

Wie in Fig. 11 zu erkennen, besteht ein erfindungsgemäß her­ gestelltes Sensorbauteil 16 aus einem an seiner einen Seite eine rinnenartige Vertiefung 12 aufweisenden Abdeckteil 10, das zwei längs der rinnenartigen Vertiefung 12 verlaufende Tragschienen 17 und 18 aufweist, an denen isoliert ein läng­ liches Element 13 gehalten ist. Weiterhin weist das Sensor­ bauteil 16 ein vorgefertigtes Deckelteil 14 auf, das die rin­ nenartige Vertiefung 12 unter Wahrung eines Abstandes zum länglichen Element 13 unter Bildung eines kanalartigen Hohl­ raums 15 abschließt, wobei sich das Deckelteil 14 über die Tragschienen 17 und 18 auf ihrer von dem Abdeckteil 10 abge­ wandten Seite erstreckt. Das Abdeckteil 10 und das Deckelteil 14 bilden zusammen mit den Tragschienen 17 und 18 einen all­ seitig abgeschlossenen, kanalartigen Hohlraum 15, den das länglichen Element 13 freitragend durchsetzt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Sensorbauteils (15) mit einem umströmbar gelagerten, elektrisch leitenden, länglichen Ele­ ment (13) in einem Kanal (15), bei dem nach dem Abscheiden einer Isolationsschicht (5a) und (5b) und einem darauf fol­ genden Abscheiden einer elektrisch leitenden Beschichtung (6) auf einem Hilfssubstrat (1) die elektrisch leitende Beschich­ tung (6) bis auf die zur Bildung des länglichen Elements (13) und für dessen Zuleitungen benötigte Restbereiche (8a) und (8b) unter Strukturierung weggeätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
unmittelbar nach der Strukturierung auf die die Restberei­ che (8a) und (8b) tragende Seite (9) des Hilfssubstrats (1) ein Abdeckteil (10) befestigt wird, das einen Hohlraum (12) um die Restbereiche (8a) und (8b) bildet,
das Hilfssubstrat (1) bis auf eine den Restbereichen (8a) und (8b) der elektrisch leitenden Beschichtung (6) unmit­ telbar benachbarte Tragschicht (2) weggeätzt wird,
diese benachbarte Tragschicht (2) in der Nähe der Restbe­ reiche (8a) und (8b) unter Erzielung der umströmbaren La­ gerung des länglichen Elements (13) weggeätzt wird
und abschließend ein Deckelteil (14) auf die benachbarte Tragschicht (2) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdeckteil (10) und als Deckelteil (14) vorgefertigte Bauteile verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgefertigte Bauteile verwendet werden, die an ihren dem länglichen Element (13) zugewandten Flächen rinnenartige Ver­ tiefungen aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteile Kunststoff-Bauteile verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Wegätzen der benachbarten Tragschicht (2) durch Trockenätzen erfolgt.

6. Sensorbauteil mit
einem an seiner einen Seite eine rinnenartige Vertiefung (12) aufweisenden Abdeckteil (10),
einem elektrisch leitenden, länglichen Element (13), das sich umströmbar über die rinnenartige Vertiefung (12) des Abdeckteils (10) erstreckt, und
einem vorgefertigten Deckelteil (14), das die rinnenartige Vertiefung (12) unter Wahrung eines Abstandes zum längli­ chen Element (13) unter Bildung eines kanalartigen Hohl­ raums (15) abschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abdeckteil (10) zwei längs der rinnenartigen Vertie­ fung (12) verlaufende Tragschienen (17) und (18) aufweist, an denen isoliert das längliche Element (13) gehalten ist, und
sich über die Tragschienen (17) und (18) auf ihrer von dem Abdeckteil (10) abgewandten Seite ein Deckelteil (14) er­ streckt, wobei
das Abdeckteil (10) und das Deckelteil (14) zusammen mit den Tragschienen (17) und (18) den kanalartigen Hohlraum (15) mit dem darin umströmbar gelagerten, länglichen Ele­ ment (13) bilden.

7. Sensorbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (14) dem Abdeckteil (10) entspricht.

8. Sensorbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (10) eine Platte ist.