GeWaDiS - Gezieltes Wachstum synthetischer Diamant-Schichten für Drucksensoren

06.05.2020

Sensoren sind vielfach aggressiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Die sensiblen Oberflächen der Sensoren werden durch Oberflächenpassivierungen geschützt. Besonders  synthetische Diamantschichten können die chemische Resistenz der Bauelemente erhöhen wenn sie kostengünstig, CMOS-kompatibel hergestellt und verarbeitet werden können. Im Projekt GeWaDiS wurden Diamantschichten gezielt auf relevante lokale Sensorbereiche  siliziumbasierter Sensoren aufgebracht, um eine Nachbearbeitung der Schichten (Strukturierung) zu vermeiden. Das Verfahren wurde an piezoresistiven Drucksensoren und Impedanzsensoren erprobt. Mit verschiedenen technologischen Ansätzen wurde nachgewiesen, dass:

  • eine synthetischen Diamantschichten als Passivierung von MEMS-Bauelementen erfolgreich implementiert werden können,
  • die Passivierqualität der Diamantschichten bei den untersuchten aggressiven Medien besser als die der Referenzpassivierung ist,
  • das Aufbringen der Diamantsaatschicht ganzflächig möglich ist,
  • das Aufbringen der Diamantsaatschicht lokal hoch selektiv über einen adaptieren Inkjet-Prozess auf ebenen Flächen sowie auch auf/in 3D-Strukturen erfolgen kann,
  • diese selektiv im Inkjetverfahren aufgebrachte Saatschicht im nachfolgenden Syntheseprozess zu einem hochselektiven Diamantwachstum führte, wodurch eine Strukturierung der Diamantschicht nicht mehr notwendig ist,
  • die Implementierung der Aufbringung der Diamantpassivierschicht im Niedertemperaturverfahren im Backendverfahren vielversprechend ist, da Kompatibilitätsaspekte und Reinheit außen vor gelassen werden können,
  • ein kostengünstiges und vereinfachtes Verfahren zum Aufbringen und Strukturieren von synthetischen Diamantschichten umgesetzt werden konnte.

Zusammenfassend stellen synthetische Diamantschichten eine sehr gute Passivierung von MEMS-Bauelementen gegenüber chemisch aggressiven Medien dar. Durch die entwickelte Prozessfolge,  welche ein lokales Wachstum der Schichten ermöglicht und damit die aufwändige Strukturierung verzichtet werden kann, ist eine einfache und unkomplizierte Implementierung bei der Herstellung von Siliziumsensorelementen möglich.