用于制造至少一个膜片装置的方法、用于微机械的传感器的膜片装置和构件制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于制造至少一个用于量热探测气体的微机械的传感器的膜片装置的方法，其中：提供晶片状的衬底；将至少一个参考容积在形成至少局部覆盖参考容积的参考膜片的情况下通过表面或容积微机械工艺由前侧引入晶片状的衬底中；将至少一个与至少一个参考容积相邻的测量容积由晶片状的衬底的背侧或前侧在形成测量膜片的情况下引入衬底中；将晶片状的盖衬底施加到晶片状的衬底的前侧上。此外还公开一种膜片装置和构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造至少一个膜片装置的方法、用于微机械的传感器的膜片装置和构件
本专利技术涉及一种用于制造至少一个膜片装置的方法，所述至少一个膜片装置用于用于量热地(kalorimetrisch)探测气体的微机械的传感器，以及一种膜片装置以及具有这样的膜片装置的构件。
技术介绍
对于氢气的探测可以应用基于量热原理的传感器。这样的传感器通常由膜片组成，在膜片上布置有加热元件。这样的加热元件可以以不变的电流/电压或以不变的功率通过控制电子部件来运行。由此相比于环境温度实现温度过高。这样的传感器的功能原理基于氢气的导热能力，氢气以1810μW/cmK高于空气的具有值260μW/cmK的导热能力。如果氢气位于加热元件的环境中，那么由于氢气的较高的导热能力并与之伴随的较大的热导出而使加热元件的温度下降。在此减小加热元件的电阻。该电阻变化导致附加的加热功率，该附加的加热功率必须通过控制电子部件来施加，以便将加热元件保持在不变的温度。附加的热功率与氢气的浓度呈正比。因为导热能力与环境温度有关，所以可以借助另一温度传感器、例如利用另一铂电阻在膜片的相邻的区域中测量环境温度。在膜片的环境中的空气湿气在考虑空气的导热能力时同样是重要的，且必须通过附加的传感器或测量数据的更昂贵的分析处理来考虑。由于大量要考虑的因素，使得控制电子部件的设计变得困难，因为要考虑大的测量范围和多个变量。然而，与之并行地在氢气探测中需要高的分辨率和精度。除了应用惠斯顿电桥以便滤除环境效应，此外可以改变运行电压，以便可以区分氢气与空气湿气。该区分特别是在如下情况下是必要的：对于燃料电池车辆应——例如但是不必须——证实在燃料电池单元堆叠的废气中的氢气。在彼处存在高的空气湿气。
技术实现思路
本专利技术基于的目的可以视为提出一种制造方法和改善的膜片装置，其降低对浓度测量的外部影响。该目的根据本专利技术借助独立权利要求的相应的内容解决。本专利技术有利的构型和扩展方案是各个从属权利要求的内容且由说明书得知。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于制造至少一个膜片装置的方法，所述至少一个膜片装置用于用于量热探测气体的微机械的传感器。在根据本专利技术的解决方案的一个方法步骤中，提供晶片状的衬底。该晶片状的衬底优选可以是掺杂的或未经掺杂的半导体。优选可以将由例如氧化物、氮化物、一氧化氮(Oxid-Nitrit)或二氧化氮(Oxid-Nitrit-Oxid)或诸如此类组成的热和电绝缘的涂层施加到晶片状的衬底上。热和电绝缘的层在下文中理想地形成蚀刻停止层。有利地如此选择材料，使得空气湿气不可积聚(einlagern)到层中或者穿过层扩散。晶片状的衬底优选已经包括用于构成热元件的能导电的结构，例如由铂、铝、钼、钨、铜、金、银、掺杂的硅或诸如此类组成，其具有或没有增附剂层(Haftvermittlerschichten)，该增附剂层由铝、钛、钽或其氧化物或氮化物以及诸如此类组成。该结构例如可以被装备、喷镀或蒸镀，这些步骤的组合同样是可能的。此外，晶片状的衬底具有另一电隔离部，其通过金属化例如由氧化物或氮化物或诸如此类组成。隔离层的另一功能是保护或分离免受环境影响、如灰尘和湿气。在根据本专利技术的方法中，将至少一个参考容积在形成至少局部地覆盖参考容积的参考膜片的情况下通过表面微机械的或容积微机械的工艺由晶片状的衬底的前侧引入晶片状的衬底中。这例如可以通过湿蚀刻或牺牲层蚀刻实现。替代或附加地对于该方法步骤，可以将至少一个参考容积在形成至少局部覆盖参考容积的参考膜片的情况下通过PorSi工艺、借助或不借助接下来通过例如干蚀刻步骤或云沟槽(Cloudtrench)移除多孔的硅由前侧引入晶片状的衬底中。替代地可以仅仅使用一个工艺或各个工艺的组合。参考容积可以例如在金属层中应用惠斯顿测量电桥的情况下用作用于气体测量的参考。参考容积可以构型成朝晶片状的衬底的两个表面的方向敞开或封闭，在敞开的实施方案中能够实现与在环境中的气体和/或气体混合物的交换。在封闭的变型中可以在参考容积中包围确定的气体和/或气体混合物。在另一方法步骤中，将与至少一个参考容积相邻的至少一个测量容积由晶片状的衬底的背侧或前侧在形成测量膜片的情况下引入晶片状的衬底中。测量容积同样可以如参考容积那样借助适合的表面微机械工艺引入晶片状的衬底中。此外，也可以使用由分别由各向异性的和各向同性的蚀刻方法和/或各向异性的和各向同性的蚀刻方法的组合构成的容积微机械工艺。这例如可以通过牺牲层蚀刻和/或湿蚀刻实施。对此替代或附加地，将至少一个参考容积可以在形成至少局部覆盖测量容积的测量膜片的情况下、并且将首先封闭的测量容积通过PorSi工艺、在结合或不结合紧接着移除多孔的硅的情况下由前侧引入晶片状的衬底中。另一可能的工艺控制是由晶片状的衬底的前侧作用的表面微机械工艺和/或容积微机械工艺以及PorSi工艺，以便同时产生参考容积和测量容积。该方法具有缩短的工艺控制的优点，且由背侧作用的容积微机械工艺可考虑用于使测量容积气体引导地敞开。在该实施方式中，可以总体上省去晶片状的盖衬底(Kappensubstrat)，其此外在下文中更准确地定义。这例如在湿蚀刻工艺中是可能的且促成晶片装置的非常有利的制造形式，因为可以进一步减少传感器的材料成本和制造时间。在参考容积或测量容积或参考或测量空穴(Messkaverne)的制造中同时可以构成对容积进行限界的膜片。作为膜片、例如参考膜片和/或测量膜片的实施方案的优点在于：在最小化的功率消耗的情况下可以调节相对于环境的温度过高。通过膜片装置以及作为惠斯顿电桥的电设计，几乎不可以通过变化的环境条件、例如温度和空气湿度以及芯片的老化和由此伴随的传感器的漂移来影响传感器信号。在另一方法步骤中，将晶片状的盖衬底施加到晶片状的衬底的前侧上。将晶片状的盖衬底施加到晶片状的衬底的前侧上的优点在于提高机械稳定性和机械承载能力。晶片状的盖衬底实现固定的热边界条件，因此系统的可调整性和可重复性提高。在晶片状的盖衬底的封闭的实施方式中，在膜片以上可以实现另一空腔，该空腔例如充以不同导热的气体。特别是在导热差的气体或真空的情况下，提高所提出的测量设备的敏感度。基于所述方法步骤可以特别是借助在气体中和/或气体混合物中的导热能力、对流或辐射的原理实现用于微机械的传感器、特别是用于具有包括的参考容积用于探测气体、特别是氢气的双膜片芯片的简化的制造方法。在另一根据本专利技术的实施方式中，可以在晶片状的盖衬底中设计有通道结构，用于有目的地输送测量和参考气体。接着可以将晶片分离成多个晶片部段。相应的晶片部段可用于传感器的制造。根据方法的一个实施方式，晶片状的盖衬底在引入参考容积之后施加到晶片状的衬底上。由此可以将测量容积类似于参考容积通过由晶片状的衬底的前侧作用的表面微机械工艺和容积微机械工艺或PorSi工艺引入晶片状的衬底中。接着，可以将晶片状的盖衬底布置在经加工的晶片状的衬底上。通过根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造至少一个膜片装置(1)的方法(18)，所述至少一个膜片装置用于微机械的传感器，所述微机械的传感器用于量热地探测气体，其中：/n-提供(20)晶片状的衬底(4)；/n-将至少一个参考容积(6)在形成至少局部地覆盖所述参考容积(6)的参考膜片(2)的情况下通过表面微机械工艺或容积微机械工艺由前侧(V)引入(22)所述晶片状的衬底(4)中；/n-将至少一个测量容积(14)由所述晶片状的衬底(4)的背侧(R)或前侧(V)在形成测量膜片(10)的情况下引入(25)所述晶片状的衬底(4)中，所述至少一个测量容积与所述至少一个参考容积(6)相邻；/n-将晶片状的盖衬底(8)施加(23)到所述晶片状的衬底(4)的前侧(V)上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180517 DE 102018207689.81.一种用于制造至少一个膜片装置(1)的方法(18)，所述至少一个膜片装置用于微机械的传感器，所述微机械的传感器用于量热地探测气体，其中：
-提供(20)晶片状的衬底(4)；
-将至少一个参考容积(6)在形成至少局部地覆盖所述参考容积(6)的参考膜片(2)的情况下通过表面微机械工艺或容积微机械工艺由前侧(V)引入(22)所述晶片状的衬底(4)中；
-将至少一个测量容积(14)由所述晶片状的衬底(4)的背侧(R)或前侧(V)在形成测量膜片(10)的情况下引入(25)所述晶片状的衬底(4)中，所述至少一个测量容积与所述至少一个参考容积(6)相邻；
-将晶片状的盖衬底(8)施加(23)到所述晶片状的衬底(4)的前侧(V)上。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在引入(22)所述参考容积(4)之后，将所述晶片状的盖衬底(8)施加(23)到所述晶片状的衬底(4)上。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，在引入(25)所述至少一个测量容积(14)之后，将所述晶片状的盖衬底(8)施加(23)到所述晶片状的衬底上。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将所述至少一个测量容积(14)通过干蚀刻、沟槽工艺或湿蚀刻工艺引入(25)所述晶片状的衬底(4)中。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将所述晶片状的盖衬底(8)通过阳极的接合或低共熔的接合、借助玻璃原料的接合、粘合、钎焊或熔焊施加(23)到所述晶片状的衬底(4)的前侧(V)上。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在将所述晶片状的盖衬底(8)施加到所述晶片状的衬底(4)上的情况下，在所述至少一个参考膜片(2)与所述晶片状的盖衬底(8)之间和/或在所述至少一个测量膜片(10)与所述晶片状的盖衬底(8)之间形成至少一个如下的参考容积(6)：所述参考容积朝所述晶片状的盖衬底(8)的前侧(V)的方向敞开或封闭。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，将至少一个如下的测量容积(14)由所述晶片状的衬底(4)的背侧(R)气体引导地敞开：所述测量容积由所述晶片状的衬底(4)的前侧(V)在形成所述测量膜片(10)的情况下引入所述晶片状的衬底(4)中。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·米勒，T·S·弗赖，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE