Title:
Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit mindestens einem Substrat (10), welches jeweils mindestens eine funktionalisierte Substratoberfläche (12) aufweist, mindestens einer an der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche (12) angeordneten Biegestruktur (14), welche jeweils mindestens einen Verankerungsbereich (14a) und einen an dem mindestens einen Verankerungsbereich (14a) gehaltenen freitragenden Bereich (14b) umfasst, und mindestens einem Biegestruktur-getragenen sensitiven Element (18) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung (20) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element (18) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung (20), wobei das mindestens eine sensitive Element (18) mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) teilweise abdeckt, und wobei die mindestens eine Trägerfläche (22) zumindest zeitweise gewölbt ist, wobei der mindestens eine freitragende Bereich (14b) in seinem Inneren jeweils eine mechanische Eigenspannung aufweist, wodurch seine Trägerfläche (22) konvex oder konkav gewölbt ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung.





Inventors:
Rohlfing, Franziska (71229, Leonberg, DE)
Rusanov, Radoslav (70499, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102016204251A
Publication Date:
09/21/2017
Filing Date:
03/15/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
B81B7/02; B81B3/00; B81C1/00; G01R33/07; G01V3/40
Foreign References:
201202061342012-08-16
Claims:
1. Sensorvorrichtung mit:
mindestens einem Substrat (10), welches jeweils mindestens eine funktionalisierte Substratoberfläche (12) aufweist;
mindestens einer an der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche (12) angeordneten Biegestruktur (14), welche jeweils mindestens einen Verankerungsbereich (14a) und einen an dem mindestens einen Verankerungsbereich (14a) gehaltenen freitragenden Bereich (14b) umfasst; und
mindestens einem Biegestruktur-getragenen sensitiven Element (18) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung (20) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element (18) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung (20), wobei das mindestens eine sensitive Element (18) mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) teilweise abdeckt, und wobei die mindestens eine Trägerfläche (22) zumindest zeitweise gewölbt ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine freitragende Bereich (14b) in seinem Inneren jeweils eine mechanische Eigenspannung aufweist, wodurch seine Trägerfläche (22) konvex oder konkav gewölbt ist.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) so konvex und/oder konkav gewölbt ist, dass die vorgegebene sensitive Richtung (20) jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements (18) in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit seiner Biegestruktur (14) funktionalisierten Substratoberfläche (12) verläuft.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) so konvex und/oder konkav gewölbt ist, dass die vorgegebene sensitive Richtung (20) jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements (18) parallel zu der mit seiner Biegestruktur (14) funktionalisierten Substratoberfläche (12) verläuft.

4. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindesten eine Vertiefung (28) in dem mindestens einen Substrat (10) ausgebildet ist und die mindestens eine Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) so konvex gewölbt ist, dass der mindestens eine freitragende Bereich (14b) zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung (28) hineinragt.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element (18) zumindest ein erstes sensitives Element (18-1) und ein zweites sensitives Element (18-2) umfasst, und wobei eine dem ersten sensitiven Element (18-1) zugeordnete erste sensitive Richtung (20-1) senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element (18-2) zugeordneten zweiten sensitiven Richtung (20-1) verläuft.

6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur (14) zumindest eine erste Biegestruktur (14-1) mit dem ersten sensitiven Element (18-1) und eine zweite Biegestruktur (14-2) mit dem zweiten sensitiven Element (18-2) umfasst.

7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur (14) zumindest eine doppelt gewölbte Biegestruktur (14) mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche (22), welche von dem ersten sensitiven Element (18-1) und dem zweiten sensitiven Element (18-2) teilweise abgedeckt ist, aufweist.

8. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung zusätzlich mindestens ein Biegestruktur-loses sensitives Element (34) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung (36) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element (34) abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung (36) umfasst, und wobei das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element (34) direkt oder indirekt an der damit funktionalisierten Substratoberfläche (12) so angeordnet ist, dass die mindestens eine vorgegebene sensitive Richtung (36) des mindestens einen Biegestruktur-losen sensitiven Elements (34) senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche (12) verläuft.

9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element (18) genau das erste sensitive Element (18-1) und das zweite sensitive Element (18-2) und als das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element (34) genau ein drittes sensitives Element (34) umfasst, und wobei die dem ersten sensitiven Element (18-1) zugeordnete erste sensitive Richtung (20-1) senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element (18-2) zugeordneten zweiten sensitiven Richtung (20-1) verläuft und eine dem dritten sensitiven Element (34) zugeordnete dritte sensitive Richtung (36) senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche (12) verläuft.

10. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element (18) und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element (34) zum Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in seiner jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ausgelegt ist.

11. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element (18) und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element (34) je ein Hall-Element ist.

12. Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit den Schritten:
Ausbilden mindestens einer Biegestruktur (14) an mindestens einer funktionalisierten Substratoberfläche (12) mindestens eines Substrats (10), wobei die mindestens eine Biegestruktur (14) jeweils mit mindestens einem Verankerungsbereich (14a) und einem an dem mindestens einen Verankerungsbereich (14a) gehaltenen freitragenden Bereich (14b) ausgebildet wird; und
Anordnen mindestens eines Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements (18) mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung (20) senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element (18) abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung (20) so, dass das mindestens eine sensitive Element (18) mindestens eine zumindest zeitweise gewölbte Trägerfläche (22) des mindestens einen freitragenden Bereichs (14b) teilweise abdeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine freitragende Bereich (14b) jeweils mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem Inneren so ausgebildet wird, dass seine Trägerfläche (22) konvex oder konkav gewölbt wird.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung.

Stand der Technik

In der US 2012/0206134 A1 ist ein Magnetfeldsensor beschrieben, welcher zum Ausführen seiner Messungen mindestens ein sensitives Element mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Fläche einsetzt. Das mindestens eine sensitive Element ist nahe an einer Spitze eines Biegebalkens befestigt, wobei der Biegebalken zwei sich entlang seiner Ausdehnung erstreckende und voneinander beabstandete Elektroden umfasst und mittels einer an den Elektroden anliegenden oszillierenden Spannung abwechselnd konkav und konvex wölbbar ist. Mittels dieses Verformens des Biegebalkens soll ein Raumwinkelbereich eines Magnetfelds mittels des mindestens einen Biegebalken-getragenen sensitiven Elements abrasterbar/abfahrbar sein.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausbildung mindestens eines freitragenden Bereichs für mindestens eine Biegestruktur mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem jeweiligen Inneren ist mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands und kostengünstig realisierbar. Damit schafft die vorliegende Erfindung vorteilhafte Möglichkeiten zum Verwenden von sensitiven Elementen mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Fläche derart, dass auch geneigt zu einer funktionalisierten Substratoberfläche ausgerichtete Feldkomponenten eines physikalischen Feldes, insbesondere Feldkomponenten mit einem Neigungswinkel zu der mit dem jeweiligen sensitiven Element funktionalisierten Substratoberfläche zwischen 45° und 135°, mittels des jeweiligen sensitiven Elements messbar sind. Die vorliegende Erfindung erweitert damit eine Einsatzmöglichkeit von kostengünstigen sensitiven Elementen, welche herkömmlicherweise aufgrund der Vorgabe ihrer sensitiven Richtung noch beschränkt ist. Damit trägt die vorliegende Erfindung zur Reduzierung von Herstellungskosten für Sensorvorrichtungen bei.

Die jeweilige mechanische Eigenspannung in dem mindestens einen freitragenden Bereich der mindestens einen Sensorvorrichtungs-eigenen Biegestruktur bietet eine permanente Wölbung von dessen Trägerfläche, welche wahlweise konvex oder konkav sein kann. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung benötigt somit keine Energie zum lediglich zeitweisen Bewirken der Wölbung der mindestens einen Trägerfläche. Die vorliegende Erfindung trägt damit auch zur Reduzierung eines Energieverbrauchs von Sensorvorrichtungen bei.

Beispielsweise kann die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs so konvex und/oder konkav gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit seiner Biegestruktur funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. Insbesondere kann die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs so konvex und/oder konkav gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung jedes Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements parallel zu der mit seiner Biegestruktur funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. Während herkömmlicherweise parallel zu der funktionalisierten Substratoberfläche ausgerichtete Komponenten eines physikalischen Feldes mittels eines daran angeordneten sensitiven Elements nicht/kaum erfassbar waren, bietet die hier beschriebene Ausführungsform der Sensorvorrichtung eine kostengünstige Möglichkeit zum Ausführen derartiger Messungen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist mindesten eine Vertiefung in dem mindestens einen Substrat ausgebildet und die mindestens eine Trägerfläche des mindestens einen freitragenden Bereichs ist so konvex gewölbt, dass der mindestens eine freitragende Bereich zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung hineinragt. Durch das „Hineinbiegen“ des mindestens einen freitragenden Bereichs zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung sinkt ein Risiko eines Beschädigens/Brechens des jeweiligen freitragenden Bereichs aufgrund seines Kontakts/Anstoßens an ein nahe an der damit funktionalisierten Substratoberfläche liegenden Objekt. Außerdem trägt das „Hineinbiegen“ des mindestens einen freitragenden Bereichs zumindest teilweise in die mindestens eine Vertiefung zur Reduzierung einer Bauhöhe der jeweiligen Sensorvorrichtung bei.

Vorzugsweise umfasst die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element zumindest ein erstes sensitives Element und ein zweites sensitives Element, wobei eine dem ersten sensitiven Element zugeordnete erste sensitive Richtung senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element zugeordneten zweiten sensitiven Richtung verläuft. Damit können auch senkrecht zueinander angeordnete Feldkomponenten eines physikalischen Feldes, insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtete Feldkomponenten mit einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135° zu der mit dem ersten sensitiven Element und dem zweiten sensitiven Element funktionalisierten Substratoberfläche, leicht und verlässlich gemessen werden.

Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung als die mindestens eine Biegestruktur zumindest eine erste Biegestruktur mit dem ersten sensitiven Element und eine zweite Biegestruktur mit dem zweiten sensitiven Element umfassen. Als Alternative dazu kann die Sensorvorrichtung auch als die mindestens eine Biegestruktur zumindest eine doppelt gewölbte Biegestruktur mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche, welche von dem ersten sensitiven Element und dem zweiten sensitiven Element teilweise abgedeckt ist, aufweisen. Die beiden hier beschriebenen Ausführungsformen der Sensorvorrichtung ermöglichen leicht ein Ausrichten der ersten sensitiven Richtung des ersten sensitiven Elements senkrecht zu der zweiten sensitiven Richtung des zweiten sensitiven Elements. Zusätzlich lässt sich mittels der zumindest einen doppelt gewölbten Biegestruktur ein Flächenbedarf auf der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche für das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element reduzieren.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Sensorvorrichtung zusätzlich mindestens ein Biegestruktur-loses sensitives Element mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung, wobei das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element direkt oder indirekt an der damit funktionalisierten Substratoberfläche so angeordnet ist, dass die mindestens eine vorgegebene sensitive Richtung des mindestens einen Biegestruktur-losen sensitiven Elements senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche verläuft. Dies steigert eine Einsetzbarkeit dieser Weiterbildung der Sensorvorrichtung. Insbesondere kann der gleiche Elementtyp/Sensortyp sowohl für das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element als auch für das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element eingesetzt werden. Dies reduziert einen Arbeitsaufwand zum Herstellen der Weiterbildung der Sensorvorrichtung und senkt deren Herstellungskosten.

Bevorzugter Weise umfasst die Sensorvorrichtung als das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element genau das erste sensitive Element und das zweite sensitive Element und als das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element genau ein drittes sensitives Element, wobei die dem ersten sensitiven Element zugeordnete erste sensitive Richtung senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element zugeordneten zweiten sensitiven Richtung verläuft und eine dem dritten sensitiven Element zugeordnete dritte sensitive Richtung senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche verläuft.

Das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element können beispielsweise zum Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in seiner jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kann damit zur Messung von Magnetfeldern, insbesondere zur Messung des Erdmagnetfeldes, eingesetzt werden. Damit können die oben beschriebenen Vorteile der Sensorvorrichtung für eine Vielzahl von Funktionen (z.B. Navigation) und Geräten (wie z.B. Smartphones) genutzt werden.

Vorzugsweise sind das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element und/oder das mindestens eine Biegestruktur-lose sensitive Element je ein Hall-Element. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Steigerung einer Einsetzbarkeit der Hall-Elemente bei und erlaubt damit eine Ausnutzung von deren Vorteilen (wie z.B. eine hohe Empfindlichkeit, eine hohe Genauigkeit, ein niedriger Energieverbrauch und geringe Herstellungskosten) für eine Vielzahl von Anwendungen.

Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen des korrespondierenden Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung gewährleistet. Es wird darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungen der Sensorvorrichtungen weiterbildbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sensorvorrichtung;

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensorvorrichtung;

3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Sensorvorrichtung;

4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Sensorvorrichtung;

5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Sensorvorrichtung; und

6a und 6b schematische Darstellungen eines Halbleiterschichtaufbaus zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sensorvorrichtung.

Die in 1 schematisch dargestellte Sensorvorrichtung hat ein Substrat 10 mit einer funktionalisierten Substratoberfläche 12, an welcher eine Biegestruktur 14 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann z.B. ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, sein. Eine Ausbildbarkeit der Sensorvorrichtung ist jedoch nicht auf ein bestimmtes Material für das Substrat 10 limitiert. Vorzugsweise ist die Biegestruktur 14 als MEMS-Struktur (Micro-Electro-Mechanical-System) ausgebildet. Die Biegestruktur 14 kann aus mindestens einem Halbleitermaterial, mindestens einem elektrisch isolierenden Material und/oder mindestens einem Metall gebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Ausbildung der Biegestruktur 14 nicht auf die Verwendung eines bestimmten Materials dafür limitiert ist. Vorteilhafte Beispiele für das mindestens eine Material der Biegestruktur 14 sind unten noch angegeben.

Die Biegestruktur 14 umfasst einen Verankerungsbereich 14a und einen an dem Verankerungsbereich 14a gehaltenen freitragenden Bereich 14b. Der Verankerungsbereich 14a kann direkt an der funktionalisierten Substratoberfläche 12 oder (direkt) an einer die funktionalisierte Substratoberfläche 12 zumindest teilweise abdeckenden Schicht 16 (bzw. einem die funktionalisierte Substratoberfläche 12 zumindest teilweise abdeckenden Schichtaufbau) verankert sein. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1 der Verankerungsbereich 14a (direkt) auf einer die funktionalisierte Substratoberfläche 12 des Substrats 10 zumindest teilweise abdeckenden Isolierschicht 16 (z.B. aus Siliziumoxid) befestigt. Ebenfalls nur beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1 die Biegestruktur 14 als ein Biegebalken oder ein Cantilever ausgebildet, bei welchem sich der (balkenförmige/stegförmige) freitragende Bereich 14b in eine vorgegebene Richtung von dem Verankerungsbereich 14a weg erstreckt. Ein Beispiel für eine weitere vorteilhafte Biegestrukturform ist unten noch beschrieben.

Die Sensorvorrichtung der 1 ist mit einem (Biegestruktur-getragenen) sensitiven Element 18 mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung 20 ausgestattet. Darunter ist zu verstehen, dass das sensitive Element 18 zum Ermitteln/Messen einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung 20 ausgelegt ist. (Andere Feldkomponenten des gleichen physikalischen Feldes in senkrecht zu der sensitiven Richtung 20 ausgerichteten Raumrichtungen sind in der Regel höchstens ungenau mittels des sensitiven Elements 18 ermittelbar.) Das sensitive Element 18 ist (baulich) so ausgelegt, dass die sensitive Richtung 20 des sensitiven Elements 18 senkrecht zu einer von dem sensitiven Element 18 abgedeckten Fläche ausgerichtet ist. Ein sensitives Element 18 mit einer derart vorgegebenen sensitiven Richtung 20 senkrecht zu der davon abgedeckten Fläche ist in der Regel vergleichsweise kostengünstig herstellbar, weist einen relativ niedrigen Flächen- und/oder Bauraumbedarf auf und benötigt relativ wenig Energie zum Ermitteln der jeweiligen Feldkomponente des physikalischen Feldes. Wie nachfolgend jedoch erklärt wird, kann das sensitive Element 18 bei der Sensorvorrichtung der 1 im Vergleich zum Stand der Technik weitläufiger eingesetzt werden.

Das (Biegestruktur-getragenen) sensitive Element 18 deckt eine Trägerfläche 22 des freitragenden Bereichs 14b teilweise ab. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1 die Trägerfläche 22 eine von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichtete Oberfläche des freitragenden Bereichs 14b. Alternativ kann die Trägerfläche 22 z.B. auch eine zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 gerichtete Innenfläche des freitragenden Bereichs 14b sein.

Zusätzlich weist der freitragende Bereich 14b in seinem Inneren eine mechanische Eigenspannung auf, wodurch seine Trägerfläche 22 konvex oder konkav gewölbt ist. Aufgrund der konvexen oder konkaven Wölbung der Trägerfläche 22 liegt das Biegestruktur-getragene sensitive Element 18 in einer Stellung in Bezug zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche 12, in welcher seine vorgegebene sensitive Richtung 20 geneigt zu der Substratoberfläche 12 ausgerichtet ist. Aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14b kann das (Biegestruktur-getragene) sensitive Element 18 deshalb auch zum Ermitteln/Messen einer geneigt zu der Substratoberfläche 12 ausgerichteten Feldkomponente des physikalischen Feldes eingesetzt werden. (Wäre die Trägerfläche 22 parallel zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgebildet, so wäre die vorgegebene sensitive Richtung 20 des darauf liegenden sensitiven Elements 18 senkrecht zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichtet und eine Verwendbarkeit des sensitiven Elements 18 auf ein Ermitteln/Messen einer senkrecht zu der Substratoberfläche 12 ausgerichteten Feldkomponente des physikalischen Feldes beschränkt.) Während herkömmlicherweise ein Sensorelement mit einer senkrecht zu einer von dem sensitiven Element 18 abgedeckten Fläche ausgerichteten Messrichtung in der Regel nur zum Bestimmen einer senkrecht zur funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichteten Feldkomponente einsetzbar ist, ist eine Funktionalität/Einsetzbarkeit des sensitiven Elements 18 gesteigert. Außerdem benötigt die Sensorvorrichtung (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14b) keine Energie zum lediglich zeitweisen Bewirken einer Wölbung der mindestens einen Trägerfläche 22. Ebenso kann auf das Ausbilden von elektrischen Komponenten zum aktiven/zeitweisen Bewirken einer Wölbung der mindestens einen Trägerfläche 22 verzichtet werden. Zusätzlich ist die gewünschte mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14b vergleichsweise leicht und mit einem relativ geringen Arbeitsaufwand ausbildbar.

Die vorteilhafte mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14, welche die gewünschte konvexe oder konkave Wölbung der Trägerfläche 22 (permanent) bewirkt, ist eine mechanische Spannung, die im Inneren des freitragenden Bereichs 14 herrscht selbst wenn keine äußeren Kräfte an dem freitragenden Bereich 14b angreifen und sich dieser in einem thermischen Gleichgewicht befindet. Die mechanische Eigenspannung kann auch als ein (implementierter) Spannungs-Gradient oder als ein (implementierter) Stress-Gradient im Inneren des freitragenden Bereichs 14b (bzw. als ein intrinsischer Spannungs-Gradient oder als ein intrinsischer Stress-Gradient) bezeichnet werden. Die mechanische Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14b verursacht eine plastische Verformung des freitragenden Bereichs 14b mit der gewünschten konvexen oder konkaven Wölbung seiner Trägerfläche 22.

In der Ausführungsform der 1 umfasst die Biegestruktur 14 (zumindest) eine erste Schicht 24 mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine die erste Schicht 24 (direkt oder indirekt) abdeckende zweite Schicht 26 mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten ungleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt (nach dem Bilden der Biegestruktur 14) ein Abkühlen/Erwärmen der Schichten 24 und 26 auf Raumtemperatur die gewünschte konvexe oder konkave Wölbung der Trägerfläche 22. Beispielsweise weist die erste Schicht 24 einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher kleiner als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Schicht 26 ist. Außerdem wird es bevorzugt, wenn beim Auftragen der Schichten 24 und 26 zumindest die zweite Schicht 26 eine Ausgangstemperatur über der Raumtemperatur aufweist. Ein Abkühlen insbesondere der zweiten Schicht 26 (mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) von der erhöhten Ausgangstemperatur auf Raumtemperatur zieht in diesem Fall die zweite Schicht 26 stärker als die erste Schicht 24 zusammen und es ergibt sich (aufgrund des auftretenden Stressgradienten) die in 1 gezeigte konkave Krümmung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichteten) Trägerfläche 22. Entsprechend kann auch, sofern die erste Schicht 24 einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten größer als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Schicht 26 aufweist, eine konvexe Krümmung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichteten) Trägerfläche 22 bewirkt werden. (Ein möglicher Einfluss eines Drifts über Temperatur kann über ein Temperatur-Mess-Element in beiden Fällen kompensiert werden.)

Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorteilhafte mechanische Eigenspannung zum Bewirken der gewünschten konvexen oder konkaven Wölbung der Trägerfläche 22 auch mittels einer intrinsischen Eigenschaft mindestens einer Schicht der Biegestruktur 14 bewirkbar ist. Dies ist unten noch genauer ausgeführt.

Beispielsweise kann die sensitive Richtung 20 des Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements 18 (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14) in einem Neigungswinkel zwischen 45° und 135°, insbesondere in einem Neigungswinkel zwischen 65° und 115°, zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 (permanent) ausgerichtet sein. In diesem Fall kann das (Biegestruktur-getragene) sensitive Element 18 auch zum (direkten) Bestimmen/Messen von Feldkomponenten im Neigungswinkel zwischen 45° und 135° (bzw. zwischen 65° und 115°) zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 eingesetzt werden.

Insbesondere kann die Trägerfläche 22 des freitragenden Bereichs 14b konkav oder konvex so gewölbt sein, dass die vorgegebene sensitive Richtung 20 des Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements 18 parallel zu der mit seiner Biegestruktur 14 funktionalisierten Substratoberfläche 12 verläuft. Das sensitive Element 18 kann in diesem Fall auch zum (direkten) Bestimmen/Messen einer parallel zu der Substratoberfläche 12 ausgerichteten Feldkomponente eingesetzt werden.

In der Ausführungsform der 1 ist die Trägerfläche 22 des freitragenden Bereichs 14b (aufgrund der mechanischen Eigenspannung im Inneren des freitragenden Bereichs 14b) konkav gewölbt. Die Biegestruktur 14 weist eine maximale Höhe h1 zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 auf.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensorvorrichtung.

Bei der Ausführungsform der 2 ist eine Vertiefung 28 in dem Substrat 10 ausgebildet. Außerdem ist die Trägerfläche 22 des freitragenden Bereichs 14b (aufgrund der mechanischen Eigenschaften in seinem Inneren) so konvex gewölbt, dass der freitragende Bereich 14b zumindest teilweise in die Vertiefung 28 hineinragt. Durch dieses „Hineinbiegen/Versenken“ der Biegestruktur 14 in die Vertiefung 28 ist eine maximale Höhe h2 der Biegestruktur 14 zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 (verglichen mit der maximalen Höhe h1 der zuvor beschriebenen Ausführungsform) reduzierbar. Dies trägt auch zu einer Reduzierung einer Bauhöhe der Sensorvorrichtung bei. Zusätzlich ist der zumindest teilweise in die Vertiefung 28 „hineingebogene/versenkte“ freitragende Bereich 14b vor einem unerwünschten Anstoßen mit einem Objekt geschützt und weist deshalb ein geringeres Beschädigungsrisiko/Bruchrisiko auf. In diesem Fall kann die Biegestruktur 14 somit auch aus einem vergleichsweise fragilen Material gebildet sein, ohne dass ein Auftreten von Beschädigungen daran zu befürchten ist.

In der Ausführungsform der 2 wird die Biegestruktur 14/der freitragende Bereich 14b beispielhaft nur aus einem Material, wie beispielsweise Siliziumcarbid, ausgebildet. Allerdings ist das Material der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b so abgeschieden, dass zwischen einem näher an der funktionalisierten Substratoberfläche 12 liegenden ersten Teil 30 der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b und einem zweiten Teil/Rest 32 der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b, welcher im Vergleich mit dem ersten Teil 30 einen größeren (mittleren) Abstand zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 aufweist, die gewünschte mechanische Eigenspannung vorliegt. Beispielsweise ist der erste Teil 30 der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b weniger kompressiv vorgespannt als der zweite Teil 32 der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b, was die in 2 dargestellte konvexe Wölbung der (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichteten) Trägerfläche 22 bewirkt. Entsprechend kann auch der erste Teil 30 der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b stärker kompressiv vorgespannt sein als der zweite Teil 32 und die (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichtete) Trägerfläche 22 ist konkav gewölbt. In beiden Fällen können ein Wert der mechanischen Eigenspannung, eine Schichtdicke des Materials der Biegestruktur 14/des freitragenden Bereichs 14b und eine Länge des freitragenden Bereichs 14b so gewählt werden, dass die sensitive Richtung 20 des (Biegestruktur-getragenen) sensitiven Elements 18 in einem vorteilhaften Neigungswinkel, z.B. in einem Neigungswinkel von 90°, zur damit funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichtet ist, so dass selbst Feldkomponenten parallel zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 gemessen werden können.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Sensorvorrichtung.

Die Sensorvorrichtung der 3 weist ein erstes sensitives Element 18-1 und ein zweites sensitives Element 18-2 als Biegestruktur-getragene sensitive Elemente 18-1 und 18-2 auf. Lediglich beispielhaft hat die Sensorvorrichtung eine erste Biegestruktur 14-1 mit dem sensitiven Element 18-1 und eine zweite Biegestruktur 14-2 mit dem zweiten sensitiven Element 18-2. Auch die Ausbildung der ersten Biegestruktur 14-1 auf einer ersten funktionalisierten Substratoberfläche 12-1 eines ersten Substrats 10-1 und der zweiten Biegestruktur 14-2 auf einer zweiten funktionalisierten Substratoberfläche 12-2 eines zweiten Substrats 10-2 ist lediglich optional. Beispielsweise können die erste Biegestruktur 14-1 und die zweite Biegestruktur 14-2 mit ihren unten beschriebenen Ausrichtungen auch auf einem gemeinsamen Substrat 10 ausgebildet sein. Ebenso können die beiden Biegestruktur-getragenen sensitiven Elemente 18-1 und 18-2 auch auf einer gemeinsamen Biegestruktur angeordnet sein, wie unten noch beschrieben ist.

In der Ausführungsform der 3 sind die Biegestrukturen 14-1 und 14-2 so zueinander angeordnet, dass sich der freitragende Bereich 14b-1 der ersten Biegestruktur 14-1 von seinem Verankerungsbereich 14a-1 weg in eine erste Richtung 14c-1 erstreckt, während sich der freitragende Bereich 14b-2 der zweiten Biegestruktur 14-2 von seinem Verankerungsbereich 14a-2 weg in eine zweite Richtung 14c-2 erstreckt, die senkrecht zu der ersten Richtung 14c-1 ausgerichtet ist. Dies bewirkt, dass eine dem ersten sensitiven Element 18-1 zugeordnete erste sensitive Richtung 20-1 senkrecht zu einer dem zweiten sensitiven Element 18-2 zugeordneten zweiten sensitiven Richtung 20-2 verläuft.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Sensorvorrichtung.

Die in 4 schematisch dargestellte Sensorvorrichtung hat zwei an einem gemeinsamen Substrat 10 ausgebildete Biegevorrichtungen 14-1 und 14-2 mit je einem sensitiven Element 18-1 und 18-2. Erneut sind die Biegevorrichtungen 14-1 und 14-2, bzw. die sensitiven Elemente 18-1 und 18-2 so angeordnet, dass die dem ersten sensitiven Element 18-1 zugeordnete erste sensitive Richtung 20-1 senkrecht zu der dem zweiten sensitiven Element 18-2 zugeordneten zweiten sensitiven Richtung 20-2 verläuft.

Außerdem umfasst die Sensorvorrichtung ein Biegestruktur-loses sensitives Element 34 mit einer vorgegebenen sensitiven Richtung 36 senkrecht zu einer von dem Biegestruktur-losen sensitiven Element 34 abgedeckten Teilfläche zum Ermitteln einer Feldkomponente des physikalischen Feldes in der vorgegebenen sensitiven Richtung 36. Das Biegestruktur-lose sensitive Element 34 ist (direkt oder indirekt) an der funktionalisierten Substratoberfläche 12 so angeordnet, dass die vorgegebene sensitive Richtung 36 des Biegestruktur-losen sensitiven Elements 34 senkrecht zu der damit funktionalisierten Substratoberfläche 12 verläuft.

Die Sensorvorrichtung der 4 kann somit zur Erfassung aller drei Raumrichtungen des physikalischen Felds eingesetzt werden. Insbesondere können die sensitiven Richtungen 20-1, 20-2 und 36 senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Andernfalls können jedoch auch Mischkomponenten mittels der sensitiven Elemente 18-1, 18-2 und 34 gemessen werden und daraus die dreidimensionale Verteilung des physikalischen Feldes berechnet werden.

Lediglich beispielhaft sind in der Ausführungsform der 4 die (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichteten) Trägerflächen 22 der zwei Biegestrukturen 14-1 und 14-2 konvex so verformt, dass ihre freitragenden Bereiche 14b-1 und 14b-2 in die Vertiefung 28 hineinragen. In einer alternativen Ausführungsform können die (von der funktionalisierten Substratoberfläche 12 weg gerichteten) Trägerflächen 22 der Biegestrukturen 14-1 und 14-2 auch konkav so verformt sein, dass ihre freitragenden Bereiche 14b-1 und 14b-2 von der Substratoberfläche 12 weg gebogen/hochgestellt sind.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Sensorvorrichtung.

In der Ausführungsform der 5 hat die Sensorvorrichtung eine doppelt gewölbte Biegestruktur mit einer zweidimensional konvex oder konkav gewölbten Trägerfläche 22, welche von dem ersten sensitiven Element 18-1 und dem zweiten sensitiven Element 18-2 teilweise abgedeckt ist. Beispielsweise kann der freitragende Bereich 14b als zweidimensionale Biegeplatte ausgebildet sein. Als eine erste Wölbung 38a kann die Trägerfläche 22 um eine zwischen dem Verankerungsbereich 14a und einem von dem Verankerungsbereich 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs 14b liegende erste Wölbungsachse/Biegeachse 38 gewölbt sein. Außerdem kann die Trägerfläche 22 auch eine zweite Wölbung 40a um eine durch den Verankerungsbereich 14a und dem davon weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs 14b verlaufende zweite Wölbungsachse/Biegeachse 40 haben. Eine Ausrichtung der ersten Wölbungsachse 38 senkrecht zu der zweiten Wölbungsachse 40 ist optional. (Eine Verformbarkeit der zweidimensionalen Biegeplatte insbesondere um die zweite Wölbungsachse 40 ist optionaler Weise gesteigert, indem eine erste Breite des Verankerungsbereichs 14a entlang der ersten Wölbungsachse 38 kleiner als zweite Breite der zweidimensionalen Biegeplatte entlang der ersten Wölbungsachse 38 ist.)

Die erste Wölbung 38a und die zweite Wölbung 40a können wahlweise konvexe oder konkave Wölbungen 38a und 40a sein. Vorzugsweise liegt das erste sensitive Element 18-1 auf der zweiten Wölbungsachse/Biegeachse 40 nahe an dem von dem Verankerungsbereich 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs 14b. Eine Stellung des ersten sensitiven Elements 18-1 zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 wird somit lediglich/hauptsächlich von der ersten Wölbung 38a der Trägerfläche 22 um die erste Wölbungsachse 38, jedoch nicht/kaum von der zweiten Wölbung 40a der Trägerfläche 22 um die zweite Wölbungsachse 40 beeinträchtigt. Demgegenüber wird für das zweite sensitive Element 18-2 eine Lage auf der Trägerfläche 22 bevorzugt, in welcher das zweite sensitive Element 18-2 nahe an dem von dem Verankerungsbereich 14a weg gerichteten Ende des freitragenden Bereichs 14b liegt und einen möglichst großen Abstand zu einer Projektion der zweiten Wölbungsachse 40 auf die Trägerfläche 22 hat. Eine Stellung des zweiten sensitiven Elements 18-2 in Bezug zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 wird somit sowohl von der ersten Wölbung 38a des freitragenden Bereichs 14b um die erste Wölbungsachse 38 als auch von der zweiten Wölbung 40a des freitragenden Bereichs 14b um die zweite Wölbungsachse 40 beeinträchtigt. Damit kann die zweite sensitive Richtung 20-2 des zweiten sensitiven Elements 18-2 in einem vergleichsweise großen Neigungswinkel, insbesondere in einem Neigungswinkel von (nahezu) 90°, zu der ersten sensitiven Richtung 20-1 des ersten sensitiven Elements 18-1 ausgerichtet sein.

Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen basieren auf einer Technologie, mittels welcher mindestens eine geneigt zu der mindestens einen funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichtete Komponenten eines physikalischen Feldes erfasst werden können. Es wird auch darauf hingewiesen, dass bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen auf Feldumlenkelemente verzichtet werden kann. Dies ermöglicht eine weitere Kostenersparnis. Außerdem kann die Technologie der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen zu Erfassen/Messen von zwei oder drei Komponenten des physikalischen Feldes mit derselben Messmethode genutzt werden.

Es ist bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen nicht notwendig, dass die sensitiven Richtungen 20, 20-1 und 20-2 der Biegestruktur-getragenen sensitiven Elemente 18, 18-1 und 18-2 parallel zur funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichtet sind. Stattdessen kann, insbesondere wenn die senkrecht zu der Substratoberfläche 12 ausgerichtete Feldkomponente (z.B. mittels des Biegestruktur-losen sensitiven Elements 34) ermittelt ist, mindestens eine parallel zur funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichtete Feldkomponente aus mindestens einem Messwert des mindestens einen Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements 18, 18-1 und 18-2 (und evtl. der senkrecht zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 ausgerichteten Feldkomponente) hergeleitet werden. (Der mindestens eine Neigungswinkel des mindestens einen Biegestruktur-getragenen sensitiven Elements 18, 18-1 und 18-2 zu der funktionalisierten Substratoberfläche 12 ist mittels einer Eichmessung leicht messbar und anschließend auf einer Auswerteeinrichtung hinterlegbar.)

Alle oben beschriebenen Sensorvorrichtungen weisen eine hohe Messempfindlichkeit, eine hohe Messgenauigkeit und (selbst bei einem Always-on-Betrieb) einen niedrigen Energieverbrauch auf.

Insbesondere können alle oben beschriebenen Sensorvorrichtungen zur Ermittlung/Messung von Magnetfeldern eingesetzt werden. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element 18, 18-1 und 18-2 und eventuell das Biegestruktur-lose sensitive Element 34 zum Ermitteln/Messen einer Feldkomponente eines magnetischen Feldes in ihren jeweils vorgegebenen sensitiven Richtungen 20, 20-1, 20-2 und 36 ausgelegt sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen auch zum Ermitteln von Feldkomponenten anderer physikalischer Felder, wie beispielsweise elektrischer Felder, ausgelegt sein können.

Beispielsweise kann das mindestens eine Biegestruktur-getragene sensitive Element 18, 18-1 und 18-2 und eventuell das Biegestruktur-lose sensitive Element 34 je ein Hall-Element (z.B. ein Hall-Kreuz oder ein Hall-Bar aus Silizium und/oder Graphen) sein. Eine Magnetfeld-Sensierung mit mindestens einem Hall-Element ist eine Messmethode mit hoher Genauigkeit, wobei ausgenutzt wird, dass bewegte Ladungsträger in einem Leiter des Hall-Elements durch ein aktuell vorliegendes Magnetfeld mittels einer resultierenden Lorentzkraft senkrecht zu einer Ebene eines Flusses der bewegten Ladungsträger abgelenkt werden. Die aus diesem Grund senkrecht zum Fluss der Ladungsträger abfallende Spannung, welche häufig auch als Hall-Spannung bezeichnet wird, kann gemessen und zur Berechnung einer in der vorgegebenen sensitiven Richtung 20 und 36 liegenden Feldkomponente des Magnetfelds verwendet werden. Herkömmlicherweise konnten Hall-Elemente (aufgrund ihrer Ausbildung als Flächenelemente) nur zur Bestimmung einer Feldkomponente eines Magnetfelds senkrecht zu einer funktionalisierten Halbleiteroberfläche 12 eingesetzt werden. Bei den oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können Hall-Elemente jedoch zum Ermitteln der Raumkomponenten des Magnetfelds in drei geneigt zueinander ausgerichteten sensitiven Richtungen 20 und 36 eingesetzt werden. Damit können die Vorteile von Hall-Elementen zur dreidimensionalen Bestimmung des Magnetfelds genutzt werden, wie beispielsweise eine hohe Empfindlichkeit, ein geringer Energieverbrauch und eine Verwendbarkeit eines kostengünstigen ASIC.

Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können z.B. in einem Smartphone oder einem Tablet eingesetzt werden. Verwendbar sind die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen jeweils insbesondere als separates Bauteil (zum Beispiel mit Bluetooth-Verbindung zum Smartphone/Tablet). Die oben beschriebenen Sensorvorrichtungen können auch als Sensoren in mobilen Plattformen (wie beispielsweise einem Fahrzeug, einem Transporter, einem Container) oder als Sensoren in stationären Anwendungen (insbesondere als Smart-Home Sensor-Element für den Wohnbereich) eingesetzt werden.

6a und 6b zeigen schematische Darstellungen eines Halbleiterschichtaufbaus zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine Sensorvorrichtung.

Wie in 6a schematisch wiedergegeben ist, wird beim Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens mindestens eine Biegestruktur 14 an mindestens einer funktionalisierten Substratoberfläche 16 mindestens eines Substrats 10 ausgebildet. Die mindestens eine Biegestruktur 14 wird jeweils mit mindestens einem Verankerungsbereich 14a und einem an dem mindestens einen Verankerungsbereich 14a gehaltenen freitragenden Bereich 14b ausgebildet. Beispielsweise wird zuerst eine Opferschicht 42 gebildet, welche die funktionalisierte Substratoberfläche 12 oder eine die funktionalisierte Substratoberfläche 12 zumindest teilweise abdeckende Schicht 16 (bzw. einen die funktionalisierte Substratoberfläche 12 zumindest teilweise abdeckenden Schichtaufbau) teilweise abdeckt, wobei jedoch eine Position des späteren Verankerungsbereichs 16a freiliegend bleibt/freigelegt wird. Anschließend kann das mindestens eine Material der Biegestruktur 14 so abgeschieden werden, dass die Opferschicht 42 zumindest teilweise abgedeckt wird.

Die Opferschicht 42 kann beispielsweise Siliziumgermanium (SiGe) sein. In der Ausführungsform der 6a wird die Biegestruktur 14 aus Siliziumcarbit (SiC) gebildet. Dabei wird der mindestens eine freitragende Bereich 14b der mindestens einen Biegestruktur 14 jeweils mit einer mechanischen Eigenspannung in seinem Inneren so ausgebildet, dass lediglich der Kontakt zwischen dem mindestens einen freitragenden Bereich 14b und der Opferschicht 42 eine Verwölbung des mindestens einen freitragenden Bereichs 14b verhindert.

In einem weiteren Verfahrensschritt, welcher ebenfalls mittels der 6a wiedergegeben ist, wird mindestens ein Biegestruktur-getragenes sensitives Element 18 so angeordnet, dass das mindestens eine sensitive Element 18 mindestens eine (später gewölbte) Trägerfläche 22 des mindestens einen freitragenden Bereichs 14b teilweise abdeckt. Unter dem mindestens einen sensitiven Element 18 ist ein Sensorelement mit je einer vorgegebenen sensitiven Richtung 20 senkrecht zu mindestens einer von dem jeweiligen sensitiven Element 18 abgedeckten Fläche zum Ermitteln einer Feldkomponente eines physikalischen Feldes in der jeweils vorgegebenen sensitiven Richtung 20 zu verstehen. Als optionale Weiterbildung kann noch eine (nicht-skizzierte) Schutz- und/oder Passivierschicht auf dem mindestens einen sensitiven Element 18 abgeschieden werden, welche dieses vor Umwelteinflüssen schützt. Die Schutz- und/oder Passivierschicht kann beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiN) oder Bornitrid (BN) sein.

Wie in 6b wiedergegeben ist, wird die Opferschicht 42 anschließend entfernt. Beispielsweise kann die Opferschicht 42 aus Siliziumgermanium mit ClF3 oder XeF2 in Gasphase weggeätzt werden. Dies bewirkt ein Freistellen des freitragenden Bereichs 14b, wobei die mechanische Eigenspannung in seinem Inneren bewirkt, dass seine Trägerfläche 22 konvex oder konkave gewölbt wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 2012/0206134 A1 [0002]