[发明专利]微机械传感器设备的制造方法和相应的微机械传感器设备

说明书

本发明提出一种微机械传感器设备和一种相应的制造方法。微机械传感器设备配备有衬底(1)，该衬底具有膜片区域(M)，其中，在膜片区域(M)上构造有多个传感器层区域(S1‑S3)，所述传感器层区域具有相应的结构化传感器层(200；300；400)；和各个电极装置(L1a、L1b；L2a、L2b；L3a、L3b)，传感器层区域(S1‑S3)能够通过所述电极装置电连接所述膜片区域(M)的外部，其中，所述传感器层区域(S1‑S3)这样结构化，使得所述传感器层区域具有1到10微米之间的数量级的长度和宽度尺寸。

技术领域

本发明涉及一种用于微机械传感器设备的制造方法和一种相应的微机械传感器设备。

背景技术

虽然也可以应用任意的微机械构件，但本发明和本发明所基于的问题参照具有基于硅的、带有加热装置(加热板)的气体传感器的构件来阐述。

微加热板是用于微机械传感器的重要部件。所述微加热板在为了工作原理需要升高温度的传感器原理中使用。这里首先要提到的是具有化学传感器原理的气体传感器：所期望的化学反应在室温时并不发生，而是需要一定的活化能并且由此需要升高的运行温度。这种类型的常规传感器例如是金属氧化物-气体传感器，该金属氧化物-气体传感器典型地必须在250℃到400℃之间运行。

除了化学传感器之外，加热板也可以用于具有物理传感器原理的传感器，例如热导传感器、皮拉尼元件(真空传感器)或流量传感器。

根据现有技术，微加热板要么制造为封闭式膜片要么通过悬挂式膜片制造，例如在Micromachined metal oxide gas sensors:opportunities to improve sensorperformance，Isolde Simon等，Sensors and Actuators B 73(2001)，1–26页中描述的那样。

这种具有根据现有技术所述的微加热板的传感器元件具有典型地大于1mm x 1mm的横向尺寸。为了达到消费电子产品的、例如在智能手机中存在的要求，现在力求达到小于约1mm x 1mm的横向尺寸的小型化并且同时要求降低功率需求。除了在特定加热器设计方面的挑战之外，由此可供用于芯片粘接的面积越来越小，并且由此针对用于制造的构造和连接技术方面的挑战也增加。

例如借助于OMM技术制造的悬挂式膜片关于“芯片处理”和粘接方面具有优点，因为在此芯片可以整面地粘接在背面上并且由此可能的粘接面积比在以下膜片中大得多，该膜片通过湿化学露出(例如通过KOH)或者例如通过DRIE(深反应离子蚀刻)的干蚀刻从后面露出。然而，封闭式膜片(所述封闭式膜片典型地受拉应力)通过不同的涂覆方法具有关于稳固性和复杂性方面的优点，使得该封闭式膜片即使在高度小型化系统中粘接面积较小的情况下还能够保持存在。

近期在市场上提供组合的压力、湿度、温度和气体传感器。气体传感器为了良好的气体反应(催化转化)必须在升高的温度、例如大约200至400℃的情况下运行并且因此在膜片中在具有加热器的小型化加热板上实施。在膜片大小为300x 300μm²的情况下，加热板-硅衬底的典型尺寸是0.9x 0.5mm²。加热板的加热功率必要时应这样确定，使得共同集成在一个特别小的壳体(例如3x 3x 0.9mm³)中的其他传感器不受到过度影响。

在此，气体传感器的真正敏感的材料(该材料的阻抗被测量)通过目前已知的方法、即例如通过滴涂方法施加到膜片表面上，其中，由此可以处理湿化学制造的材料“传感器膏”。在这种方法中存在对于进一步小型化的限制，因为这里不仅预给定所施加微滴的最小尺寸，而且大多数也预给定所述微滴的形状，因为所述材料经常不期望地自流动。

气体传感器的其他制造方法为了气体敏感材料的沉积而使用喷墨方法或者具有用于沉积的阴影掩膜的薄层技术。在所有方法中，可达到的最小尺寸明显被限界。例如小于约100x 100μm²的尺寸对于以气体敏感的材料涂覆的面积大小来说是不能实现的。