WO2001065222A1 - Strukturkörper, insbesondere infrarot-sensor, und verfahren zur erzeugung einer mikrostruktur aus einem funktionswerkstoff - Google Patents

Strukturkörper, insbesondere infrarot-sensor, und verfahren zur erzeugung einer mikrostruktur aus einem funktionswerkstoff Download PDF

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WO2001065222A1
WO2001065222A1 PCT/DE2001/000539 DE0100539W WO0165222A1 WO 2001065222 A1 WO2001065222 A1 WO 2001065222A1 DE 0100539 W DE0100539 W DE 0100539W WO 0165222 A1 WO0165222 A1 WO 0165222A1
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WO
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functional material
recess
structural body
structuring layer
filled
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Application number
PCT/DE2001/000539
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Inventor
Volker Becker
Thorsten Pannek
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Definitions

  • Structural body in particular infrared sensor, and method for producing a micro structure from a functional material
  • the invention relates to a structural body, in particular an infrared sensor, and a method for producing a microstructure from a functional material, according to the preamble of the independent claims.
  • thermoelectrically or thermoresistively Radiation in heat, which is then measured thermoelectrically or thermoresistively using thermocouples or bolometers.
  • thermocouples or bolometers A prerequisite for the highest possible sensitivity of such a sensor is the most efficient conversion of infrared radiation into heat, which is often achieved by means of a suitable absorber material.
  • thermocouples of the IR sensors are always applied in the area of the so-called “hot” contacts of the thermocouples of the IR sensors, so that the absorber materials are at least indirectly thermally conductive to these “hot” contacts or areas of the thermocouples.
  • microdosing technology for example using a piston or screw dispenser
  • a piston or screw dispenser to apply the smallest amounts of lacquer to substrates using a metering needle.
  • the geometry of the structures produced by dispensing is severely limited due to the lack of photolithographic structuring.
  • the application of lacquers using microdosing technology has so far only been possible in the form of dots or lines on the surface of a corresponding substrate. In many cases, however, the circular shape of punctiform structures is not desirable.
  • the object of the present invention was to develop a method with which microstructures of a functional material with lateral structural geometries that go beyond lines and circles can be realized.
  • the structural body according to the invention and the method according to the invention for producing a microstructure from a functional material has the advantage over the prior art that it is possible to produce recesses or cavern structures in the area of the surface of a structuring layer in almost any geometry.
  • the method according to the invention and the functional material used have the advantage that the Processing of the functional material or standard processes can be used in the course of the method according to the invention, and the structuring of lacquers or functional materials that cannot be processed photolithographically is also possible.
  • the structural body according to the invention and the method according to the invention have the advantage that a significantly increased resolution, in particular location resolution, is thereby achieved in the manufacture of infrared sensors. This results from the now almost arbitrary shape of the recess filled with the functional material, for which an angular shape is often particularly advantageous for heat distribution reasons.
  • the lateral delimitation of the recesses produced also prevents excessive flow of the filled functional material.
  • the lateral boundaries also prevent the overflow filled functional material during possibly subsequent process steps with critical temperatures.
  • the filling is advantageously checked or carried out with the aid of image processing.
  • FIG. 1 shows a structural body in the form of an infrared sensor
  • FIG. 2 shows a cross section through FIG. 1 before the functional material is filled in
  • FIG. 3 shows the method step following FIG. 2 when filling the functional material
  • FIG. 4 shows a section through FIG Filling the functional material and its flowing.
  • FIG. 1 shows an infrared sensor 5 as an example of a structural body, the functioning and basic structure of which is already known from the application DE 199 32 308.9.
  • FIG. 1 shows a supporting body 12 made of a material which is preferably a good heat conductor, such as silicon, which has a cavern 20 on the back and which has a structured tion layer 11 in the form of an at least partially self-supporting membrane.
  • the thickness of the structuring layer 11 is typically in the range from 300 nm to 100 ⁇ m, in particular 1 ⁇ m to 20 ⁇ m. It preferably consists of a material which is poorly thermally conductive with respect to the material of the support body 12, such as an oxide or nitride, in particular silicon oxide or silicon nitride, or of porous silicon.
  • a suitable material for the supporting body 12 is also a silicon compound or a metal such as copper, aluminum, gold, silver, cobalt or nickel.
  • thermocouples On the surface of the structuring layer 11, in a manner known per se, a large number of thermocouples arranged in a cross or star arrangement are provided as microcomponents 17. These thermocouples each consist of a first thermal material 15 and a second thermal material 16 in the form of thin conductor tracks applied to the surface of the structuring layer 11. These conductor tracks are alternately constructed from the first thermal material 15 and the second thermal material 16, so that a thermal contact is formed in the area of the transition from the first thermal material 15 to the second thermal material 16.
  • thermocouple junctions of the thermocouples are alternately at least indirectly thermally conductive stand and with the Tragkorper 12 in combination the other hand abwech ⁇ nately to the center of a star or cross-shaped arrangement, the thermocouples are oriented toward, that is located in the cantilevered portion of the patterning layer 11 be ⁇ find, so that this thermal contacts as possible away from the Tragkorper 12 are removed and thus the lowest possible heat conduction or heat dissipation up passes over the Tragkorper 12th
  • the arrangement of the microcomponents 17 in the form of thermocouples which is known per se and thus explained in FIG.
  • the material pairs platinum / polysilicon, aluminum / poly-silicon or p- are suitable as first thermo material 15 and second thermo material 16. doped poly-silicon / n-doped poly-silicon.
  • FIG. 1 further shows that the structuring layer 11 has at least one recess 19 in the form of a cavern structure in some areas, which is at least largely filled with a functional material 10 and thus forms a microstructure 18.
  • the recess 19 or the microstructure 18 is arranged on the one hand in the immediate vicinity of the “hot” thermal contacts, but on the other hand in such a way that the recess 19 or the microstructure 18 does not cover the thermocouples or microcomponents 17, ie the recess 19 is located in the free area delimited by the thermocouples in the center of the structuring layer 11 according to FIG. 1.
  • the microcomponents 17 in a known manner as thermocouples buried within the structuring layer 11. elements.
  • the recess 19 can also be placed above the “hot” thermal contacts of the thermocouples, the recess 19 then preferably reaching as close as possible in depth to the buried “hot” thermal contacts, but preferably extending the recess 19 out of the structure the structuring layer 11 is not completely exposed.
  • the recess 19 is preferably placed in such a way and dimensioned with respect to its lateral extent and depth that the functional material 10 filled into the recess 19 is at least indirectly thermally conductive with the thermocouples arranged as microcomponents 17 on the surface of the structuring layer 11.
  • the functional material 10 filled into the recess 19 is at least indirectly thermally conductive with the thermocouples arranged as microcomponents 17 on the surface of the structuring layer 11.
  • Functional material 10 is only thermally conductive in connection with the "hot” thermal contacts of the thermocouples, due to the heat-absorbing properties of the functional material 10, and the resulting strengthening of the temperature gradient across the individual thermocouples, an increase in the sensitivity and measuring accuracy of the thermocouples and thus the entire infrared sensor 5 is reached.
  • the functional material 10 filled into the recess 19 is, for example, a dispensable lacquer in the form of an infrared absorber material, which is optionally provided with a filler. Suitable functional materials 10 of this type are described in the application DE 199 52 126.3.
  • the recess 19 is preferably a cavern structure structured on the surface out of the structuring layer 11 and having a rectangular, square, round or cruciform surface shape in plan view. It has a typical depth of 10 nm to 10 ⁇ m, in particular 200 nm to 2 ⁇ m, ne typical length from 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, in particular from 100 ⁇ m to 600 ⁇ m, and a width from 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, in particular from 100 ⁇ m to 600 ⁇ m.
  • the explained structure of the infrared sensor 5 according to FIG. 1 has the effect that the supporting body 12 forms a heat sink, while the functional material 10 is a material that absorbs warm and / or electromagnetic radiation, so that a particularly strong heat absorption occurs at this point.
  • FIG. 2 shows the first method step for producing the recess 19 in the region of the structuring layer 11 in a simplified manner.
  • a suitable etching mask For this purpose, using a suitable etching mask, a known cavern etching of the material of the structuring layer 11 is carried out, starting from the surface of the structuring layer 11. This cavern etching takes place, for example, using a known dry or wet chemical etching process, the etching masking used being the later geometry of the microstructure
  • the recess 19 is thus first structured out of the structuring layer 11 in such a way that a negative structure of the microstructure 18 to be produced thereafter is formed at least approximately in the area of the structuring layer 11.
  • the surface shape of the structured recess is
  • the cavern 20 forms, which extends in depth to the structuring layer 11.
  • the surface shape of this cavern 20, viewed from the rear of the supporting body 12, is also rectangular.
  • the cavern 20 is preferably dimensioned such that it is in all Dimensions, ie length, width and depth, is significantly larger than the recess 19.
  • the cavern 20 can also be etched before the recess 19 is produced. The preceding etching of the recess 19 is preferred, however, since this relieves the structuring layer 11.
  • FIG. 3 shows the method step following the structuring of the recess 19 and the cavern 20, the recess 19 being at least largely compatible with that at this stage with the aid of a microdosing device known per se, in particular a piston dispenser or a screw dispenser liquid functional material 10 is filled.
  • a microdosing device known per se, in particular a piston dispenser or a screw dispenser liquid functional material 10 is filled.
  • this filling is preferably carried out with the aid of a microdosing device with integrated image processing or checked with the aid of an image processing device.
  • a temperature treatment which at least temporarily lowers the viscosity of the liquid functional material 10, is optionally carried out.
  • suitable temperatures are typically between 50 ° C and 130 C C.
  • a flowing of the charged functional material 10 is the one hand, achieved a gleicholitaryige coverage as possible or off the recess produced stuffing 19 ensure, on the other hand is determined by the lateral boundary of the However, recess 19 at the same time prevents excessive flow of the filled functional material 10.
  • the limitation also prevents the filled functional material 10 from flowing away, possibly during the subsequent one Process steps with critical temperatures, ie temperatures significantly lower the viscosity of the filled functional material 10.
  • FIG. 4 finally shows how the recess 19 is filled by the functional material 10, so that the finished microstructure 18 has formed.
  • the liquid functional material 10 is finally cured in a manner known per se, for example by UV curing or a temperature treatment.
  • microstructures 18 can be used, for example, as mechanical protection of sensitive sensor elements or actuator elements, serve for example for an inertial mass of an acceleration sensor.

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Abstract

Es wird ein Strukturkörper, insbesondere ein Infrarot-Sensor (5), mit einem Tragkörper (12) und einer mit dem Tragkörper (12) zumindest bereichsweise in Verbindung stehenden Strukturierungsschicht (11) vorgeschlagen, wobei die Strukturierungsschicht (11) zumindest bereichsweise mindestens ein Mikrobauelement (17) aufweist. Die Strukturierungsschicht (11) ist weiter bereichsweise mit mindestens einer Ausnehmung (19) versehen, die zumindest weitgehend mit einem ausgehärteten Funktionswerkstoff (10), insbesondere einem Infrarot-Absorberwerkstoff, gefüllt ist, der beim Einfüllen flüssig war. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur (18) aus einem Funktionswerkstoff (10) vorgeschlagen, bei dem zunächst im Bereich der Oberfläche einer Strukturierungsschicht (11) eine Ausnehmung (19) aus der Strukturierungsschicht (11) herausstrukturiert wird, die zumindest näherungsweise eine Negativstruktur der zur erzeugenden Mikrostruktur (18) bildet, und bei dem dann die erzeugte Ausnehmung (19) zumindest weitgehend mit einem zunächst flüssigen Funktionswerkstoff (10) gefüllt wird. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung des vorgeschlagenen Strukturkörpers bzw. Infrarot-Sensors (5) sowie auch zum mechanischen Schutz empfindlicher Mikrobauelemente (17).

Description

Strukturkorper, insbesondere Infrarot-Sensor, und Verfahren zur Erzeugung einer MikroStruktur aus einem Funktionswerkstoff
Die Erfindung betrifft einen Strukturkorper, insbesondere einen Infrarot-Sensor, und ein Verfahren zur Erzeugung einer MikroStruktur aus einem Funktionswerkstoff, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Viele Infrarot-Sensoren, wie sie beispielsweise in der Anmeldung DE 199 32 308.9 vorgeschlagen worden sind, beruhen auf dem Prinzip der Umwandlung von elektromagnetischer
Strahlung in Warme, die dann thermoelektrisch oder thermore- sistiv mit Hilfe von Thermoelementen bzw. Bolometern gemessen wird. Voraussetzung für eine möglichst hohe Empfindlichkeit eines derartigen Sensors ist eine möglichst effiziente Umsetzung von Infrarot-Strahlung in Warme, was vielfach durch ein geeignetes Absorbermaterial erreicht wird.
Neben herkömmlichen Absorbermaterialien wie beispielsweise schwarzgefarbtes Gold oder strukturierte Mehrschichtsysteme ist dazu in der Anmeldung DE 199 52 126.3 bereits eine einfache und kostengünstige Alternative vorgeschlagen worden. Im Einzelnen werden dort strukturierte organisch/anorganische Polymere, beispielsweise Fotolacke, die zur Verbesserung ihrer Eigenschaften gegebenenfalls mit Füllstoffen versehen sein können, vorgeschlagen. Beim Einsatz von Absorberschichten in IR-Sensoren ist es stets notwendig, dass diese Schichten lediglich an bestimmten Stellen auf der Oberflache der IR-Sensoren aufgebracht werden, und eine definierte laterale Geometrie aufweisen.
Konkret werden Infrarot-Absorbermaterialien stets im Bereich der sogenannten „heißen" Kontakte der Thermoelemente der IR- Sensoren aufgebracht, so dass die Absorbermaterialien zumindest indirekt wärmeleitend mit diesen „heißen" Kontakten bzw. Bereichen der Thermoelemente in Verbindung stehen.
Zum Aufbringen von Absorbermaterialien beispielsweise auf IR-Sensoren wird bevorzugt bisher die Fotolithographie eingesetzt. Bei bestimmten dotierten Lacken, die mit Fullstof- fen, absorbierenden Zusätzen oder Farbstoffen versehen sind, ist eine derartige fotolithographische Strukturierung jedoch vielfach nicht möglich, da diese Lacke vielfach eine zu hohe Viskosität aufweisen, um mit der geforderten Homogenitat aufgeschleudert zu werden. Darüber hinaus ist bei derartigen Lacken vielfach die Absorption von Licht bereits so hoch, dass eine ausreichende Durchbelichtung nicht mehr gewahrleistet ist. Daneben weisen solche Lacke vielfach sehr lange Entwicklungszeiten auf, wahrend gleichzeitig bei der Entwicklung auf der Oberflache der IR-Sensoren vorhandene Alu- miniumstrukturen chemisch angegriffen werden. Schließlich eignen sich für fotolithographische Verfahren einsetzbare Lacke vielfach nicht zum Aufbringen von Absorberstrukturen auf dünnen Membranen, da diese Membranen bei der für die Fotolithographie ( „Spin-On-Technik") typischen Vakuumansaugung zerstört werden können.
Neben der Fotolithographie, bei der üblicherweise auf Grund der leichteren Verarbeitung Positivlacke auf ein Substrat aufgeschleudert, belichtet und entwickelt werden, sind aus der Mikromechanik und Mikroelektronik auch weitere Verfahren zum Aufbringen von Strukturieren von Lacken bereits bekannt.
So ist bereits vorgeschlagen worden, mit Hilfe der Mikrodo- siertechnik, beispielsweise unter Einsatz eines Kolben- oder Schneckendispensers , mit einer Dosiernadel kleinste Mengen von Lacken auf Substrate aufzubringen. In diesem Fall ist auf Grund der fehlenden fotolithographischen Strukturierung die Geometrie der durch Dispensen erzeugten Strukturen je- doch stark eingeschränkt. Im Einzelnen ist bisher das Aufbringen von Lacken mit Hilfe der Mikrodosiertechnik nur in Form von Punkten oder Linien auf der Oberflache eines entsprechenden Substrates möglich. Die kreisrunde Form punktu- ell aufgebrachter Strukturen ist jedoch in vielen Fallen nicht erwünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem MikroStrukturen eines Funktionswerkstoffes mit lateralen Strukturgeometrien, die über Linien und Kreise hinaus gehen, realisierbar sind. Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit diesem Verfahren Strukturkorper herzustellen, die beispielsweise als Infrarot-Sensoren geeignet sind.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemaße Strukturkorper und das erfindungsgemaße Verfahren zur Erzeugung einer MikroStruktur aus einem Funktionswerkstoff hat gegenüber dem Stand der Technik den Vor- teil, dass die Erzeugung von Ausnehmungen bzw. Kavernenstrukturen im Bereich der Oberflache einer Strukturierungs- schicht in nahezu beliebiger Geometrie möglich ist.
Darüber hinaus hat das erfindungsgemaße Verfahren und der eingesetzte Funktionswerkstoff den Vorteil, dass bei der Verarbeitung des Funktionswerkstoffes bzw. im Laufe des er- fmdungsgemaßen Verfahrens auf Standardprozesse zurückgegriffen werden kann, und auch die Strukturierung von nicht fotolithographisch verarbeitbaren Lacken bzw. Funktionswerkstoffen möglich ist.
Weiter ist auch die Strukturierung bzw. das Aufbringen von MikroStrukturen aus einem Funktionswerkstoff auf dünnen Membranen ohne weiteres möglich.
Schließlich hat der erfindungsgemaße Strukturkorper und das erfindungsgemaße Verfahren den Vorteil, dass damit bei der Herstellung von Infrarot-Sensoren eine deutlich erhöhte Auflosung, insbesondere Ortsauflosung, erreicht wird. Dies er- gibt sich aus der nunmehr nahezu beliebigen Form der mit dem Funktionswerkstoff gefüllten Ausnehmung, für die aus Warme- verteilungsgrunden eine eckige Form vielfach besonders vorteilhaft ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteranspruchen genannten Maßnahmen.
So ist es besonders vorteilhaft, wahrend des Einfullens und/oder nach dem Einfüllen des Funktionswerkstoffes in die Ausnehmung eine die Viskosität des flussigen Funktionswerkstoffes zumindest zeitweise erniedrigende Temperaturbehandlung vorzunehmen. Auf diese Weise wird ein Verfließen des eingefüllten Funktionswerkstoffes induziert und damit eine möglichst gleichmaßige Bedeckung der erzeugten Kavernen- Struktur bzw. Ausnehmung zu erzielt.
Gleichzeitig wird durch die laterale Begrenzung der erzeugten Ausnehmungen jedoch auch ein übermäßiges Verfließen des eingefüllten Funktionswerkstoffes verhindert. Zudem verhin- dern die lateralen Begrenzungen auch ein Überfließen des eingefüllten Funktionswerkstoffes wahrend eventuell nachfolgender Prozessschritte mit kritischen Temperaturen.
Mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens sind darüber hin- aus vorteilhaft nunmehr auch Ausnehmungen bzw. Absorberstrukturen realisierbar, die eine Kreuzform aufweisen.
Um eine möglichst hohe Positioniergenauigkeit des in die erzeugte Ausnehmung mittels einer Mikrodosier-Vorrichtung ein- gefüllten flüssigen Funktionswerkstoffes zu gewahrleisten, wird das Einfüllen im Übrigen vorteilhaft mit Hilfe einer Bildverarbeitung kontrolliert bzw. vorgenommen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in den nachfolgenden Beschreibungen naher erläutert.
Es zeigt Figur 1 einen Strukturkorper in Form eines Infra- rot-Sensors, Figur 2 einen Querschnitt durch Figur 1 vor dem Einfüllen des Funktionswerkstoffes, Figur 3 den auf Figur 2 folgenden Verfahrensschritt beim Einfüllen des Funktionswerkstoffes und Figur 4 einen Schnitt durch Figur 1 nach dem Einfüllen des Funktionswerkstoffes und dessen Verfließen.
Ausfuhrungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt als Beispiel für einen Strukturkorper einen Infrarot-Sensor 5 dessen Funktionsweise und prinzipiel- 1er Aufbau bereits aus der Anmeldung DE 199 32 308.9 bekannt ist .
Im Einzelnen zeigt Figur 1 einen Tragkorper 12 aus einem bevorzugt gut wärmeleitenden Material wie Silizium der ruck- seitig eine Kaverne 20 aufweist und der eine Strukturie- rungsschicht 11 in Form einer zumindest bereichsweise freitragenden Membran tragt. Die Dicke der Strukturierungsschicht 11 liegt typischerweise im Bereich von 300 nm bis 100 μm, insbesondere 1 μm bis 20 μm. Sie besteht bevorzugt aus einem gegenüber dem Material des Tragkorpers 12 schlecht wärmeleitenden Material wie beispielsweise einem Oxid oder Nitrid, insbesondere Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, oder aus porösem Silizium. Als Material für den Tragkorper 12 eignet sich weiter neben Silizium auch eine Siliziumverbin- düng oder ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Cobalt oder Nickel.
Auf der Oberflache der Strukturierungsschicht 11 sind in an sich bekannter Weise als Mikrobauelemente 17 eine Vielzahl von in Serie geschalteten, kreuz- oder sternförmig angeordneten Thermoelementen vorgesehen. Diese Thermoelemente bestehen jeweils aus einem ersten Thermomaterial 15 und einem zweiten Thermomaterial 16 in Form von dünnen, auf der Oberflache der Strukturierungsschicht 11 aufgebrachten Leiter- bahnen. Diese Leiterbahnen sind dabei abwechselnd aus dem ersten Thermomaterial 15 und dem zweiten Thermomaterial 16 aufgebaut, so dass sich im Bereich des Übergangs von dem ersten Thermomaterial 15 auf das zweite Thermomaterial 16 jeweils ein Thermokontakt bildet. Die Anordnung der Mikrobau- elemente 17 bzw. im konkreten Fall der Thermoelemente erfolgt weiter derart, dass die Thermokontakte der Thermoelemente abwechselnd zumindest indirekt wärmeleitend mit dem Tragkorper 12 in Verbindung stehen und andererseits abwech¬ selnd auf das Zentrum der Stern- oder kreuzförmigen Anord- nung der Thermoelemente hin orientiert sind, d. h. sich in dem freitragenden Bereich der Strukturierungsschicht 11 be¬ finden, so dass diese Thermokontakte möglichst weit von dem Tragkorper 12 entfernt sind und damit eine möglichst geringe Warmeleitung bzw. Warmeabfuhr über den Tragkorper 12 auf- tritt. Die in Figur 1 erläuterte, an sich bekannte Anordnung der Mikrobauelemente 17 in Form von Thermoelementen hat somit das Ziel, abwechselnd sogenannte „heiße" Thermokontakte in dem freitragenden Bereich bzw. in der Umgebung des Zentrums der Strukturierungsschicht 11 anzuordnen und demgegenüber abwechselnd sogenannte „kalte" Thermokontakte im Bereich der von dem Tragkorper 12 gestutzten Bereiche der Strukturierungsschicht 11 aufzubringen, so dass diese „kalten" Thermo- kontakte durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Tragkorpers 12 gegenüber den „heißen" Thermokontakten eine geringere Temperatur aufweisen. Auf diese Weise wird stets ein möglichst hoher Temperaturgradient zwischen den „heißen" Thermokontakten und den „kalten" Thermokontakten aufrechterhal- ten. Als erstes Thermomaterial 15 und zweites Thermomaterial 16 eignen sich beispielsweise die Materialpaare Platin/polySilizium, Aluminium/poly-Silizium oder p-dotiertes poly- Silizium/n-dotiertes poly-Silizium.
In Figur 1 ist weiter dargestellt, dass die Strukturierungsschicht 11 bereichsweise mindestens eine Ausnehmung 19 in Form einer Kavernenstruktur aufweist, die zumindest weitgehend mit einem Funktionswerkstoff 10 gefüllt ist und somit eine MikroStruktur 18 bildet. Die Ausnehmung 19 bzw. die Mi- krostruktur 18 ist dabei einerseits in unmittelbarer Nahe zu den „heißen" Thermokontakten angeordnet, andererseits jedoch derart, dass die Ausnehmung 19 bzw. die MikroStruktur 18 die Thermoelemente bzw. Mikrobauelemente 17 nicht überdeckt, d. h. die Ausnehmung 19 befindet sich in dem von den Thermo- elementen begrenzten freien Bereich im Zentrum der Strukturierungsschicht 11 gemäß Figur 1.
Alternativ sei an dieser Stelle betont, dass es ebenso möglich ist, die Mikrobauelemente 17 in bekannter Weise als in- nerhalb der Strukturierungsschicht 11 vergrabene Thermoele- mente auszufuhren. In diesem Fall kann die Ausnehmung 19 auch oberhalb der „heißen" Thermokontakte der Thermoelemente platziert sein, wobei die Ausnehmung 19 dann in der Tiefe bevorzugt möglichst nahe an die vergrabenen „heißen" Thermo- kontakte heranreicht, sie jedoch bevorzugt beim Herausstrukturieren der Ausnehmung 19 aus der Strukturierungsschicht 11 nicht ganz freilegt.
Die Ausnehmung 19 ist insgesamt bevorzugt derart plaziert und hinsichtlich ihrer lateralen Ausdehnung und Tiefe derart dimensioniert, dass der in die Ausnehmung 19 eingefüllte Funktionswerkstoff 10 bereichsweise zumindest indirekt wärmeleitend mit den als Mikrobauelementen 17 auf der Oberflache der Strukturierungsschicht 11 angeordneten Thermoelemen- ten in Verbindung steht. Insbesondere dadurch, dass der
Funktionswerkstoff 10 lediglich mit den „heißen" Thermokontakten der Thermoelemente wärmeleitend in Verbindung steht, wird auf Grund der warmeabsorbierenden Eigenschaften des Funktionswerkstoffes 10, und der dadurch entstehenden Ver- Stärkung des Temperaturgradienten über den einzelnen Thermoelementen, eine Steigerung der Empfindlichkeit und der Messgenauigkeit der Thermoelemente und damit des gesamten Infrarot-Sensors 5 erreicht.
Der in die Ausnehmung 19 eingefüllte Funktionswerkstoff 10 ist beispielsweise ein dispensierbarer Lack in Form eines Infrarot-Absorbermaterials, das gegebenenfalls mit einem Füllstoff versehen ist. Geeignete derartige Funktionswerkstoffe 10 sind in der Anmeldung DE 199 52 126.3 beschrieben.
Die Ausnehmung 19 ist bevorzugt eine oberflächlich aus der Strukturierungsschicht 11 herausstrukturierte Kavernenstruktur mit in Draufsicht rechteckiger, quadratischer, runder oder kreuzförmiger Oberflachenform. Sie weist eine typische Tiefe von 10 nm bis 10 μm, insbesondere 200 nm bis 2 μm, ei- ne typische Lange von 1 μm bis 1000 μm, insbesondere von 100 μm bis 600 μm, und eine Breite von 1 μm bis 1000 μm, insbesondere von 100 μm bis 600 μm, auf.
Der erläuterte Aufbau des Infrarot-Sensors 5 gemäß Figur 1 bewirkt insgesamt, dass der Tragkorper 12 eine Warmesenke bildet, wahrend der Funktionswerkstoff 10 ein warme- und/oder elektromagnetische Strahlung absorbierender Werkstoff ist, so dass an dieser Stelle eine besonders starke Warmeabsorption auftritt.
Die Figur 2 zeigt in vereinfachter Weise den ersten Verfahrensschritt zur Erzeugung der Ausnehmung 19 im Bereich der Strukturierungsschicht 11. Dazu wird unter Verwendung einer geeigneten Atzmaske eine an sich bekannte Kavernenatzung des Materials der Strukturierungsschicht 11, ausgehend von der Oberflache der Strukturierungsschicht 11, vorgenommen. Diese Kavernenatzung erfolgt beispielsweise über ein bekanntes trocken- oder nasschemisches Atzverfahren, wobei die einge- setzte Atzmaskierung die spatere Geometrie der MikroStruktur
18 bestimmt. Aus der Strukturierungsschicht 11 wird zunächst somit die Ausnehmung 19 derart herausstrukturiert, dass sich im Bereich der Oberflache der Strukturierungsschicht 11 zumindest naherungsweise eine Negativstruktur der danach zu erzeugenden Mikrostruktur 18 bildet. Im erläuterten Beispiel ist die Oberflachenform der herausstrukturierten Ausnehmung
19 rechteckig.
Danach erfolgt dann in an sich bekannter Weise eine Atzung der Ruckseite des Tragkorpers 12, so dass sich die Kaverne
20 ausbildet, die in der Tiefe bis zur Strukturierungsschicht 11 reicht. Im erläuterten Beispiel ist auch die Oberflachenform dieser Kaverne 20, von der Ruckseite des Tragkorpers 12 betrachtet, rechteckig. Im Übrigen ist die Kaverne 20 bevorzugt derart dimensioniert, dass sie in allen Dimensionen, d.h. Lange, Breite und Tiefe, deutlich großer als die Ausnehmung 19 ist. An dieser Stelle sei zudem betont, dass die Atzung der Kaverne 20 auch vor dem Erzeugen der Ausnehmung 19 vorgenommen werden kann. Die vorhergehende Atzung der Ausnehmung 19 ist jedoch bevorzugt, da dies die Strukturierungsschicht 11 entlastet.
Die Figur 3 zeigt den nach dem Herausstrukturieren der Ausnehmung 19 und der Kaverne 20 nachfolgenden Verfahrens- schritt, wobei mit Hilfe einer an sich bekannten Mikrodo- siervorric tung, insbesondere eines Kolbendispensers oder eines Schneckendispensers , die Ausnehmung 19 zumindest weitgehend mit dem in diesem Stadium noch flussigen Funktionswerkstoff 10 gefüllt wird. Um das Einfüllen des Funktions- Werkstoffes 10 in die Ausnehmung 19 mit möglichst hoher Präzision ausfuhren zu können, wird dieses Einfüllen bevorzugt mit Hilfe einer Mikrodosiervorrichtung mit integrierter Bildverarbeitung vorgenommen bzw. mit Hilfe einer Bildverar- beitungsvorrichung kontrolliert.
Darüber hinaus erfolgt wahrend des Einfullens und/oder nach dem Einfüllen des in diesem Stadium noch flussigen Funktionswerkstoffes 10 in die Ausnehmung 19 gegebenenfalls eine die Viskosität des flussigen Funktionswerkstoffes 10 zumin- dest zeitweise erniedrigende Temperaturbehandlung. Dazu geeignete Temperaturen liegen typischerweise zwischen 50°C und 130CC. Durch diese Temperaturbehandlung wird einerseits ein Verfließen des eingefüllten Funktionswerkstoffes 10 erreicht, um eine möglichst gleichmaßige Bedeckung bzw. Aus- fullung der erzeugten Ausnehmung 19 sicherzustellen, andererseits wird durch die laterale Begrenzung der Ausnehmung 19 jedoch gleichzeitig ein übermäßiges Verfließen des eingefüllten Funktionswerkstoffes 10 verhindert. Zudem verhindert die Begrenzung auch ein mögliches Verfließen des emgefull- ten Funktionswerkstoffes 10 wahrend eventuell nachfolgender Prozessschritte mit kritischen Temperaturen, d. h. Temperaturen die Viskosität des eingefüllten Funktionswerkstoffes 10 erheblich erniedrigen.
Die Figur 4 zeigt abschließend, wie die Ausnehmung 19 durch den Funktionswerkstoff 10 gefüllt ist, so dass sich die fertige Mikrostruktur 18 gebildet hat. Um eine weitere bzw. nachfolgende Änderung der Form dieser Mikrostruktur 18 in diesem Stadium zu vermeiden, wird der eingefüllte flussige Funktionswerkstoff 10 abschließend nun in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch UV-Hartung oder eine Temperaturbehandlung, ausgehartet.
Mit dem erläuterten Verfahren des Füllens der Ausnehmung 19 mit einem zunächst flussigen, dann ausgeharteten Funktionswerkstoff 10 mit Hilfe einer Mikrodosiervorrichtung können offensichtlich auch andere als rechteckige MikroStrukturen 18 erzeugt werden. So ist es ohne Weiteres möglich, diese MikroStrukturen 18 auch als Infrarot-Absorberstrukturen in Kreuzform zu realisieren. Beim Füllen einer kreuzförmigen Ausnehmung 19 muss lediglich ein linienformiges Auftragen bzw. Einfüllen des Funktionswerkstoffes 10 in zwei Schritten realisiert werden, wobei diese beiden Schritte beispielsweise zwei senkrecht zueinander verlaufende Verfahrwege umfas- sen.
Weiter sei betont, dass das erläuterte Verfahren nicht nur auf die Strukturierung von Absorberschichten für Infrarot- Sensoren 5 anwendbar ist, sondern dass es auch eingesetzt werden kann, um MikroStrukturen 18 beispielsweise in Form von Lackstrukturen in weitgehend beliebiger, jedoch definiert vorgegebener Form zu erzeugen. Derartige Mikrostruktu- ren 18 können beispielsweise als mechanischer Schutz von empfindlichen Sensorelementen oder Aktorelementen, bei- spielsweise für eine trage Masse eines Beschleunigungssensors, dienen.

Claims

Ansprüche
1. Strukturkorper, insbesondere Infrarot-Sensor (5), mit einem Tragkorper (12) und einer mit dem Tragkorper (12) zumindest bereichsweise in Verbindung stehenden Strukturie- rungsschicht (11), wobei die Strukturierungsschicht (11) zumindest bereichsweise mindestens ein Mikrobauelement (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschicht (11) bereichsweise mindestens eine Ausnehmung (19) aufweist, die zumindest weitgehend mit einem ausgeharteten, beim Einfüllen in die Ausnehmung (19) flussigen Funktionswerkstoff (10) gefüllt ist.
2. Strukturkorper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionswerkstoff (10) ein dispensierbarer Lack und/oder ein Infrarot-Absorbermaterial ist.
3. Strukturkorper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionswerkstoff (10) einen Füllstoff enthalt.
4. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionswerkstoff (10) zumindest indirekt bereichsweise mit dem Mikrobauelement (17) in Verbindung steht.
5. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrobauele¬ ment (17) ein Sensorelement und/oder ein Aktorelement, ins- besondere ein Thermoelement, eine trage Masse eines Beschleunigungssensors, oder ein Widerstandsdraht ist.
6. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschicht (11) eine bereichsweise freitragende Membran (11) ist.
7. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung
(19) eine oberflächlich aus der Strukturierungsschicht (11) herausstrukturierte Kavernenstruktur mit in Draufsicht rechteckiger, quadratischer, runder oder kreuzförmiger Oberflachenform ist.
8. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung
(19) eine Tiefe von 10 nm bis 10 μm, insbesondere von 200 nm bis 2 μm, eine Lange von 1 μm bis 1000 μm, insbesondere von 100 μm bis 600 μm, und eine Breite von 1 μm bis 1000 μm, insbesondere von 100 μm bis 600 μm, aufweist.
9. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkorper (12) zumindest bereichsweise aus einem Halbleiter wie Silizium oder einem Metall wie Cu, Au, AI, Ag, Co oder Ni besteht, und/oder dass die Strukturierungsschicht (11) zumindest bereichsweise aus einem Oxid oder Nitrid insbesondere einem Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, oder aus porösem Si- lizium besteht.
10. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschicht (11) bereichsweise mit mindestens einem Thermo- element versehen ist, das einerseits bereichsweise zumindest indirekt wärmeleitend mit dem Funktionswerkstoff (10) m Verbindung steht, und das andererseits bereichsweise zumin¬ dest indirekt wärmeleitend mit dem Tragkorper (12) in Ver- bmdung steht.
11. Strukturkorper nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkorper (12) eine Warmesenke bildet und der Funktionswerkstoff (10) ein Warme und/oder elektromagnetische Strahlung absorbierender Werkstoff ist.
12. Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur aus einem Funktionswerkstoff im Bereich der Oberflache einer Struktu- πerungsschicht , insbesondere Verfahren zur Erzeugung eines Strukturkorpers nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Strukturierungsschicht (11) zunächst eine Ausnehmung (19) herausstrukturiert wird, die zumindest naherungsweise eine Negativ- Struktur der zur erzeugenden Mikrostruktur (18) bildet, und dass dann die Ausnehmung (19) zumindest weitgehend mit einem zunächst flussigen Funktionswerkstoff (10) gefüllt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen der Ausnehmung (19) mit Hilfe einer Mikrodo- siervorπchtung, insbesondere mit Hilfe eines Kolbendispen- sers oder eines Schneckendispensers , erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass wahrend des Einfullens und/oder nach dem Einfüllen des flussigen Funktionswerkstoffes (10) m die Ausnehmung (19) eine die Viskosität des flussigen Funktions¬ werkstoffes (10) zumindest zeitweise erniedrigende Temperaturbehandlung vorgenommen wird.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass der zunächst flussige Funktionswerkstoff (10) nach dem Einfüllen in die Ausnehmung (19) ausgehartet wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllen des Funktionswerkstoffes (10) mit Hilfe einer Mikrodosiervorrichtung mit integrierter Bildverarbeitung erfolgt und/oder dass das Einfüllen des Funktionswerkstoffes (10) mit Hilfe einer Bildverarbeitungsvorrichtung kontrolliert wird.
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