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DE102018208650A1 - SENSOR ARRANGEMENT, PARTICLE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING A SENSOR ARRANGEMENT - Google Patents

SENSOR ARRANGEMENT, PARTICLE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING A SENSOR ARRANGEMENT Download PDF

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DE102018208650A1
DE102018208650A1 DE102018208650.8A DE102018208650A DE102018208650A1 DE 102018208650 A1 DE102018208650 A1 DE 102018208650A1 DE 102018208650 A DE102018208650 A DE 102018208650A DE 102018208650 A1 DE102018208650 A1 DE 102018208650A1
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DE
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sensor arrangement
channel
semiconductor substrate
shaped
sensor
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German (de)
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Thoralf Kautzsch
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Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Original Assignee
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
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Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Sensoranordnung 100 ein Halbleitersubstrat 110 mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich 110-A, 110-B; eine Zwischenstruktur 120 in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 benachbart zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110; mindestens ein Empfangselement 130 in dem Halbleitermaterial zwischen der Zwischenstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110; und mindestens eine Durchgangsöffnung 140 von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der Zwischenstruktur 120, wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge Lund Kanalbreite Bvon zumindest 20:1 aufweist.According to one embodiment, a sensor assembly 100 includes a semiconductor substrate 110 having first and second opposing major surface areas 110-A, 110-B; an intermediate structure 120 in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 adjacent to the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110; at least one receiving element 130 in the semiconductor material between the intermediate structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110; and at least one through-hole 140 from the second main surface region 110-B of the semiconductor substrate 110 to the intermediate structure 120, wherein the at least one channel-shaped through-hole 140 has an aspect ratio between channel length L and channel width B of at least 20: 1.

Description

Technisches GebietTechnical area

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Sensoranordnung, auf einen Teilchensensor unter Verwendung der Sensoranordnung und ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Sensoranordnung und ein Beleuchtungselement als Teil eines Teilchensensors, wobei die Sensoranordnung zur Erfassung eines Abschattungssignals ausgebildet ist, das beispielsweise durch ein Feinstaubteilchen beim Durchlaufen der Verbindungslinie zwischen dem Beleuchtungselement und einem Lichterfassungselement der Sensoranordnung erhalten wird.Embodiments relate to a sensor arrangement, to a particle sensor using the sensor arrangement and also to a method for producing a sensor arrangement. In particular, exemplary embodiments relate to a sensor arrangement and a lighting element as part of a particle sensor, wherein the sensor arrangement is designed to detect a shading signal which is obtained, for example, by a fine dust particle passing through the connecting line between the lighting element and a light detection element of the sensor arrangement.

Hintergrundbackground

Partikelverunreinigungen bzw. Feinstaub in der Umgebungsluft umfassen ein Gemisch aus Feststoffen und Flüssigkeitströpfchen. Neben der Feinstaubbelastung in der Umgebungsatmosphäre ist auch die Erfassung und Kontrolle von Partikeln, z. B. in Reinräumen zum Verarbeiten von Halbleitern, oder allgemein von Partikeln in einem Fluid, z. B. in Gasen oder Flüssigkeiten, erforderlich, wobei Gase und Flüssigkeiten zusammengefasst als Fluide bezeichnet werden. Solche Partikel können in einem breiten Größenspektrum vorkommen, wobei Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 µm als Feinstaub (PM2,5) bezeichnet werden, während Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 2,5 und 10 µm als Grobstaub (PM10) bezeichnet werden.Particulate matter in the ambient air comprises a mixture of solids and liquid droplets. In addition to the particulate matter pollution in the ambient atmosphere, the detection and control of particles, eg. In clean rooms for processing semiconductors, or generally particles in a fluid, e.g. In gases or liquids, with gases and liquids collectively referred to as fluids. Such particles can be found in a wide range of sizes, with particles less than 2.5 microns in diameter being termed particulate matter (PM2.5), while particles having an average diameter between 2.5 and 10 microns are referred to as grit (PM10) become.

Zur Erfassung und Messung von Partikeln bzw. Feinstaub werden gegenwärtig unterschiedliche Vorgehensweisen eingesetzt. So können Partikel durch mikromechanische Systeme erfasst werden, die die Änderung eines physikalischen Parameters, wie z. B. die Verschiebung der Resonanzfrequenz, messen, wobei die Änderung durch abgesetzte Partikel auf einem Mikrobalken verursacht wird.For the detection and measurement of particles or particulate matter, different approaches are currently used. So particles can be detected by micromechanical systems, the change of a physical parameter, such. As the shift of the resonant frequency measure, the change is caused by settled particles on a micro-beam.

Eine andere mögliche Vorgehensweise zur quantitativen Ermittlung des vorhandenen Feinstaubs besteht darin, einen mechanischen Luftfilter einzusetzen und diesen im Anfangszustand und nach der Filterung eines vorgegebenen Volumens des zu untersuchenden Gases zu wiegen, und um daraus den Anteil von Feinstaub in dem zu untersuchenden Gas, z. B. der Umgebungsatmosphäre, zu ermitteln.Another possible procedure for the quantitative determination of the existing particulate matter is to use a mechanical air filter and to weigh this in the initial state and after filtering a given volume of the gas to be examined, and from the proportion of particulate matter in the gas to be examined, for. As the ambient atmosphere to determine.

Zur Feinstaubermittlung kann ferner beispielsweise eine Streulichtmessung zur Ermittlung von Partikeln durchgeführt werden, wobei aber eine Streulichtmessung keine Informationen über einen Volumenfluss des zu untersuchenden Gases bietet und ferner keine Partikelzählung ermöglicht.For fine dust determination, it is also possible, for example, to carry out a scattered light measurement for determining particles, but a scattered light measurement offers no information about a volume flow of the gas to be investigated and, moreover, does not permit particle counting.

Die DE 10 2017 112 632 A1 bezieht sich beispielsweise auf einen Teilchensensor und ein Verfahren zum Erfassen von Teilchen in einem Fluid.The DE 10 2017 112 632 A1 refers, for example, to a particle sensor and a method for detecting particles in a fluid.

ZusammenfassungSummary

Auf dem Gebiet der Erfassung von Partikeln bzw. Feinstaub besteht ein ständiger Bedarf nach zuverlässig und genau arbeitenden Sensoranordnungen, die mit einer ausreichend hohen Genauigkeit die gewünschten Messergebnisse erfassen können. Ferner besteht ein Bedarf nach einem entsprechenden Herstellungsverfahren für solche Sensoranordnungen.In the field of the detection of particles or particulate matter, there is a constant need for reliable and accurate sensor arrangements that can capture the desired measurement results with sufficiently high accuracy. Furthermore, there is a need for a corresponding manufacturing method for such sensor arrangements.

Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden unabhängigen Patentansprüche erfüllt werden. Weiterbildungen des vorliegenden Konzepts sind in den Unteransprüchen definiert.Such a need may be met by the subject matter of the present independent claims. Further developments of the present concept are defined in the subclaims.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Sensoranordnung ein Halbleitersubstrat mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich; eine Zwischenstruktur in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats benachbart zu dem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, mindestens einem Empfangselement bzw. mindestens eine Fotodiodenstruktur in dem Halbleitermaterial zwischen der Zwischenstruktur und dem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, und mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung von dem zweiten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats zu der Zwischenstruktur, wobei die kanalförmigen Durchgangsöffnungen ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge und Kanalbreite von zumindest 20:1 aufweisen.According to one embodiment, a sensor arrangement comprises a semiconductor substrate having first and second opposing major surface areas; an intermediate structure in the semiconductor material of the semiconductor substrate adjacent the first main surface region of the semiconductor substrate, at least one receiving element or at least one photodiode structure in the semiconductor material between the intermediate structure and the first main surface region of the semiconductor substrate, and at least one channel-shaped through opening from the second main surface region of the semiconductor substrate to the intermediate structure wherein the channel-shaped through holes have an aspect ratio between channel length and channel width of at least 20: 1.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Teilchensensor die (obige) Sensoranordnung und eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Flächenlichtquelle, zumindest einer kollimierten Einzellichtquelle oder einer Mehrzahl von kollimierten Einzellichtquellen, wobei die Sensoranordnung und die Beleuchtungseinrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, um einen Fluidkanal für eine Fluidströmung zwischen der Sensoranordnung und der Beleuchtungseinrichtung vorzusehen.According to an exemplary embodiment, a particle sensor comprises the (above) sensor arrangement and a lighting device with a surface light source, at least one collimated individual light source or a plurality of collimated individual light sources, wherein the sensor arrangement and the illumination device are arranged at a distance from one another to form a fluid channel for fluid flow between the sensor arrangement and to provide the lighting device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung folgende Schritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einer isolierenden Zwischenstruktur benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats; Erzeugen mindestens eines Fotodiodenelements und mindestens einer CMOS-Auswerteschaltung an dem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats; und Erzeugen mindestens einer kanalförmigen Durchgangsöffnung ausgehend von einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats zu der isolierenden Zwischenstruktur mittels eines rückseitigen Bosch-Ätzungsvorgangs, so dass die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung ein Aspektverhältnis zwischen Kanalbreite und Kanallänge von zumindest 20:1 aufweist.According to an exemplary embodiment, a method for producing a sensor arrangement comprises the following steps: providing a semiconductor substrate having an insulating intermediate structure adjacent to a first main surface area of the semiconductor substrate; Generating at least one photodiode element and at least one CMOS evaluation circuit on the first Main surface area of the semiconductor substrate; and producing at least one channel-shaped through-opening from a second opposing main surface area of the semiconductor substrate to the insulating intermediate structure by means of a backside Bosch etching process, such that the at least one channel-shaped through-opening has an aspect ratio between channel width and channel length of at least 20: 1.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren und Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2a eine prinzipielle Querschnittsansicht einer Kavität, z.B. einer Oxidausgekleideten SON-Kavität der Zwischenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2b eine prinzipielle Querschnittsansicht eines SOI-Substrats (SOI = silicon on insulator = Silizium auf Isolator) mit einer isolierenden Zwischenschicht, z.B. einer Oxidzwischenschicht, der (isolierenden) Zwischenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3a eine vergrößerte Prinzipdarstellung im Querschnitt einer Fotodiodenstruktur für die Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3b eine graphische Darstellung von beispielhaften Fotoströmen von Standardfotodioden im Vergleich zu einem typischen Fotostrom der Fotodiodenstruktur von 2a;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht einer kanalförmigen Durchgangsöffnung der Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 5 eine schematische Prinzipdarstellung im Querschnitt eines Teilchensensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 6 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Exemplary embodiments of apparatus and / or methods are described in more detail below by way of example with reference to the accompanying figures and drawings. It shows:
  • 1 a schematic cross-sectional view of a sensor arrangement according to an embodiment;
  • 2a a schematic cross-sectional view of a cavity, such as a oxide-lined SON cavity of the intermediate structure according to an embodiment;
  • 2 B a schematic cross-sectional view of an SOI substrate (SOI = silicon on insulator = silicon on insulator) with an insulating intermediate layer, for example, an oxide interlayer, the (insulating) intermediate structure according to an embodiment;
  • 3a an enlarged schematic representation in cross section of a photodiode structure for the sensor arrangement according to an embodiment;
  • 3b a graphical representation of exemplary photocurrents of standard photodiodes compared to a typical photocurrent of the photodiode structure of 2a ;
  • 4 a schematic cross-sectional view of a channel-shaped passage opening of the sensor arrangement according to an embodiment;
  • 5 a schematic schematic diagram in cross section of a particle sensor according to an embodiment; and
  • 6 a schematic flowchart of a method for producing a sensor arrangement according to an embodiment.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele im Detail anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the figures, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements, objects, functional blocks and / or method steps are provided with the same reference numerals in the different figures, so that those shown in the different embodiments Description of these elements, objects, functional blocks and / or method steps with each other is interchangeable or can be applied to each other.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung nicht maßstäblich dargestellt sein.Various embodiments will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the figures, the strengths of lines, layers, and / or regions may not be drawn to scale for clarity.

Im Folgenden wird nun anhand von 1 in Form einer schematischen Querschnittsansicht eine Sensoranordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Sensoranordnung 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 110 bzw. einen Halbeiterchip (Die) mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich 110-A, 110-B. In dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 ist benachbart zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 eine Zwischenstruktur bzw. ein Zwischenbereich 120 angeordnet. Die Zwischenstruktur 120 kann z.B. eine isolierende Zwischenstruktur in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 aufweisen.The following will now be based on 1 in the form of a schematic cross-sectional view of a sensor arrangement 100 described according to an embodiment. The sensor arrangement 100 includes a semiconductor substrate 110 or a semiconductor chip (die) having a first and a second opposing main surface area 110-A . 110-B , In the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 is adjacent to the first major surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 an intermediate structure or an intermediate area 120 arranged. The intermediate structure 120 For example, an insulating intermediate structure in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 respectively.

In dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 ist ferner mindestens ein optisches Empfangselement, wie z.B. eine Fotodiodenstruktur, 130 zwischen der Zwischenstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 angeordnet. Ferner ist mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der isolierenden Zwischenstruktur 120 angeordnet, wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge l140 und Kanalbreite b140 (mit l140/b140) von zumindest 20:1 aufweist.In the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 is further at least one optical receiving element, such as a photodiode structure, 130 between the intermediate structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 arranged. Furthermore, at least one channel-shaped passage opening 140 from the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 to the insulating intermediate structure 120 arranged, wherein the at least one channel-shaped passage opening 140 an aspect ratio between channel length 140 and channel width b 140 (with l 140 / b 140 ) of at least 20: 1.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 ferner eine Mehrzahl von optischen Empfangselementen, wie z.B. Fotodiodenstrukturen, 130 zwischen der Zwischenstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 angeordnet sein. Ferner kann eine Mehrzahl von kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der isolierenden Zwischenstruktur 120 angeordnet sein, wobei die kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 auch ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge l140 und Kanalbreite b140 (mit l140/b140) von zumindest 20:1 aufweisen.According to an embodiment, in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 a plurality of optical receiving elements, such as photodiode structures, 130 between the intermediate structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 be arranged. Further, a plurality of channel-shaped through holes 140 from the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 to the insulating intermediate structure 120 be arranged, wherein the channel-shaped through holes 140 also an aspect ratio between channel length 140 and channel width b 140 (with l 140 / b 140 ) of at least 20: 1.

Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 weist beispielsweise eine Breite b140 von 5 bis 30 µm und von etwa 10 µm auf, wobei die Länge l140 der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung im Bereich der Dicke des Halbleitersubstrats 110 bzw. der Waferdicke in einem Bereich von 300 bis 500 µm und bei etwa 400 µm liegen kann. Die Breite b140 der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 sollte nicht unter der Größe der Wellenlänge λ0 der Messstrahlung, d. h. des zu erfassenden Lichts, sein.The at least one channel-shaped passage opening 140 has, for example, a width b 140 from 5 to 30 microns and from about 10 microns, wherein the length 140 the at least one channel-shaped passage opening in the region of the thickness of the semiconductor substrate 110 or the wafer thickness may be in a range of 300 to 500 microns and at about 400 microns. The width b 140 the at least one channel-shaped passage opening 140 should not be below the size of the wavelength λ 0 the measuring radiation, ie the light to be detected, be.

Wie in 1 ferner dargestellt ist, weist das Halbleitersubstrat 110 beispielsweise ferner einen sogenannten „BEOL-Metallisierungsschichtstapel“ bzw. „BEOL-Stapel“ 150 (BEOL = Back-End-of-Line) auf. Das Halbleitersubstrat 110 kann beispielsweise ein in einem FEOL-Prozess (FEOL = Front-End-of-Line) prozessierter Halbleiterwafer, wie z. B. ein Silizium-Wafer, mit den Fotodiodenstrukturen 130 und optional mit einer integrierten Schaltungsanordnung bzw. ASIC (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit) oder allgemein mit CMOS-Bauelementen 160 sein, auf dem in einem BEOL-Prozess der BEOL-Schichtstapel 150 aufgebracht wird. Der BEOL-Schichtstapel (auch Verdrahtungsschichtstapel) 150 ist beispielsweise vorgesehen, um für die FEOL-Bauelemente, wie z.B. die Fotodiodenstrukturen 130, vorzusehen, d. h. vorgegebene Verbindungen zwischen FEOL-Bauelementen untereinander und/oder Verbindungen mit Anschlusskontakten an der Oberseite des Schichtstapels 150 bereitzustellen. Die in einem Isolationsmaterial 154 eingebetteten Metallisierungsstrukturen 152 des BEOL-Schichtstapels 150 weisen beispielsweise ein Metall- oder Metalllegierungsmaterial auf, wie z. B. Kupfer, Aluminium, etc. Die umgebende Isolationsschicht 154 weist beispielsweise ein dielektrisches Material, wie z. B. Siliziumnitrid SiN, auf.As in 1 is further shown, the semiconductor substrate 110 for example, also a so-called "BEOL metallization layer stack" or "BEOL stack" 150 (BEOL = back-end-of-line). The semiconductor substrate 110 For example, a semiconductor wafer processed in a FEOL process (FEOL = front-end-of-line), such as e.g. As a silicon wafer, with the photodiode structures 130 and optionally with an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or in general with CMOS devices 160 on which in a BEOL process the BEOL layer stack 150 is applied. The BEOL layer stack (also known as wiring layer stack) 150 is provided, for example, for the FEOL devices, such as the photodiode structures 130 to provide, ie predetermined connections between FEOL components with each other and / or connections with connection contacts on the top of the layer stack 150 provide. The in an insulation material 154 embedded metallization structures 152 of the BEOL layer stack 150 For example, have a metal or metal alloy material, such as. As copper, aluminum, etc. The surrounding insulation layer 154 For example, has a dielectric material, such. As silicon nitride SiN, on.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann also optional angrenzend an den ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 mindestens eine CMOS-Schaltungsanordnung 160 angeordnet sein, die ausgebildet sein kann, um Ausgangssignale der mindestens einen Fotodiodenstruktur 130 auszulesen und aufzubereiten.Thus, according to one embodiment, optionally adjacent to the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 at least one CMOS circuit arrangement 160 be arranged, which may be configured to output signals of the at least one photodiode structure 130 read out and prepare.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von Fotodiodenstrukturen 130 vorgesehen sein, wobei die optionale CMOS-Schaltungsanordnung 160 ausgebildet sein kann, um bei einer Mehrzahl von Fotodiodenstrukturen 130 z.B. benachbarte Fotodiodenstrukturen 130 paarweise antiparallel auszulesen und das ausgelesene Ausgangssignal hochpasszufiltern .According to one embodiment, a plurality of photodiode structures 130 be provided, with the optional CMOS circuitry 160 may be formed to a plurality of photodiode structures 130 eg adjacent photodiode structures 130 read in pairs antiparallel and high-pass filter the output signal read.

In dem Messbereich können beispielsweise auch Teilchen (Feinstaubteilchen) an der Sensoranordnung 100, z.B. an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Substrats 110 anhaften, und durch ein zumindest teilweises Bedecken einer der kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 zu einer Verfälschung des Messsignals führen. Um eine solche Verfälschung des Messsignals zu verhindern, kann eine antiparallel Schaltung von zwei Empfangselementen, wie z.B. Fotodioden bzw. Fotodiodenelementen, 130 mit einer nachfolgenden Hochpassschaltung 162 eingesetzt werden, um nur noch Änderungen der Differenzsignale zu erfassen. Über Änderungen des Differenzsignals kann eine direkte Aussage über die jeweilige Partikelgröße getroffen werden.In the measuring range, for example, particles (fine dust particles) on the sensor arrangement 100 , eg at the second main surface area 110-B of the substrate 110 adhere, and by at least partially covering one of the channel-shaped through holes 140 lead to a distortion of the measurement signal. In order to prevent such a falsification of the measurement signal, an anti-parallel circuit of two receiving elements, such as photodiodes or photodiode elements, 130 with a subsequent high pass circuit 162 be used to detect only changes in the differential signals. About changes in the difference signal, a direct statement about the respective particle size can be made.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 jeweils einem Empfangselement 130 zugeordnet sein.According to one embodiment, a channel-shaped passage opening 140 each a receiving element 130 be assigned.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann optional eine transparente Schutzschicht bzw. ein transparenter rückseitiger Deckel 170 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 angeordnet sein und die in dem Halbleitersubstrat 110 angeordnete, mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 überdecken, um eine Paketkonfiguration zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die transparente Schutzschicht 170 als ein für die Wellenlänge λ0 der elektromagnetischen Messstrahlung durchlässiger Glaswafer ausgebildet sein.According to one embodiment, optionally, a transparent protective layer or a transparent back cover 170 at the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 be arranged and in the semiconductor substrate 110 arranged, at least one channel-shaped passage opening 140 cover to get a package configuration. According to one embodiment, the transparent protective layer 170 as one for the wavelength λ 0 be formed of the electromagnetic measuring radiation permeable glass wafer.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Halbleitersubstrat 110 ein erstes und ein zweites, aneinander angeordnetes Teilsubstrat 110-1, 110-2 aufweisen, wobei in dem ersten Teilsubstrat 110-1 das mindestens eine Empfangselement 130 (die mindestens eine Fotodiodenstruktur) angeordnet ist, und wobei in dem zweiten Teilsubstrat 110-2 die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 angeordnet ist. Der Verbindungsbereich oder Zwischenbereich zwischen dem ersten und zweiten Teilsubstrat 110-1, 110-2 kann die Zwischenstruktur 120 bilden. Das erste und zweite Teilsubstrat 110-1, 110-2 können das gleiche Material, z.B. Halbleitermaterial bzw. Silizium, aufweisen. Das zweite Teilsubstrat 110-2 kann auch ein zu dem Material (z.B. Si) des ersten Teilsubstrats 110-1 unterschiedliches Material, z.B. auch ein Glas- oder Kunststoffmaterial, aufweisen.According to an embodiment, the semiconductor substrate 110 a first and a second, juxtaposed sub-substrate 110-1 . 110-2 , wherein in the first sub-substrate 110-1 the at least one receiving element 130 (the at least one photodiode structure) is arranged, and wherein in the second sub-substrate 110-2 the at least one channel-shaped passage opening 140 is arranged. The connection area or intermediate area between the first and second sub-substrates 110-1 . 110-2 can the intermediate structure 120 form. The first and second sub-substrate 110-1 . 110-2 may comprise the same material, eg semiconductor material or silicon. The second sub-substrate 110-2 may also be one to the material (eg, Si) of the first sub-substrate 110-1 different material, for example, a glass or plastic material, have.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Halbleitersubstrat 110 ein erstes und ein zweites, aneinander angeordnetes Teilsubstrat 110-1, 110-2 aufweisen, wobei in dem ersten Teilsubstrat 110-1 eine Mehrzahl von Empfangselementen 130 (z.B. Fotodiodenstrukturen) angeordnet ist, und wobei in dem zweiten Teilsubstrat 110-2 eine Mehrzahl von kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 angeordnet ist.According to an embodiment, the semiconductor substrate 110 a first and a second, juxtaposed sub-substrate 110-1 . 110-2 , wherein in the first sub-substrate 110-1 a plurality of receiving elements 130 (eg, photodiode structures), and wherein in the second sub-substrate 110-2 a plurality of channel-shaped through holes 140 is arranged.

Ausführungsbeispiele beziehen sich somit auf eine Sensoranordnung 100, die in einem Halbleitersubstrat bzw. dieser Halbleiterchip (Die) 110 implementiert ist und beispielsweise mindestens eine Chip-interne Fotodiode bzw. Fotodiodenstruktur 130 oder auch eine Sequenz von Chip-internen Fotodioden bzw. Fotodiodenstrukturen 130 und optional eine Ausleseschaltungsanordnung 160, 162 aufweist. Diese Sensoranordnung 100 in dem Halbleitersubstrat 110 kann zur Auswertung bzw. Quantifizierung und optional zum Zählen von Partikeln 190 in der Umgebungsatmosphäre, z. B. Luft, verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 110 weist beispielsweise mindestens eine rückseitig geätzte, kanalförmige Durchgangsöffnung bzw. mindestens einen Graben 140 oder eine Sequenz von rückseitig geätzten, kanalförmigen Durchgangsöffnungen bzw. Gräben 140 auf, wobei diese kanalförmige(n) Durchgangsöffnung(en) 140 als Apertur(en) für ankommende Lichtsignale dient/dienen. Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 stoppt beispielsweise wenige Mikrometer unterhalb der mindestens einen Fotodiodenstruktur 130 in dem Halbleitersubstrat 110, wobei die mindestens eine Fotodiodenstruktur 130 Änderungen der Beleuchtungsstärke erfasst.Embodiments thus relate to a sensor arrangement 100 used in a semiconductor substrate or this semiconductor chip (die) 110 is implemented and, for example, at least one chip-internal photodiode or photodiode structure 130 or even a sequence of internal chip Photodiodes or photodiode structures 130 and optionally a readout circuitry 160 . 162 having. This sensor arrangement 100 in the semiconductor substrate 110 can be used for evaluation or quantification and optionally for counting particles 190 in the ambient atmosphere, eg. As air, can be used. The semiconductor substrate 110 has, for example, at least one channel-shaped passage opening etched back on the back side or at least one trench 140 or a sequence of back-etched, channel-shaped through-holes or trenches 140 on, with this channel-shaped passage opening (s) 140 serve as an aperture (s) for incoming light signals. The at least one channel-shaped passage opening 140 For example, it stops a few microns below the at least one photodiode structure 130 in the semiconductor substrate 110 wherein the at least one photodiode structure 130 Changes in illuminance recorded.

Diese Konfiguration der Sensoranordnung 110 ermöglicht somit eine direkte Messung von Partikelgröße, Luftströmungsgeschwindigkeit, Partikelanzahl und Partikelgesamtlast. Im Gegensatz zu Systemen, die auf einer Lichtstreuung basieren, ist mit der vorliegenden Sensoranordnung 100 die Erfassung von Partikelgröße und Luftströmungsgeschwindigkeit möglich. Ferner ist gemäß der vorliegenden Sensoranordnung 110 das Messergebnis von Reflektivitätscharakteristika der Partikel 190 unabhängig. Ferner ermöglicht die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung bzw. der mindestens eine Graben 140 und dessen rückseitige Ausrichtung das sog. „Sichtfeldproblem“ (field-of-view problem), so dass eine genaue Erfassung und Messung auch von kleinen Partikeln möglich ist. Das Sichtfeld bezeichnet den Bereich im Bildwinkel des optischen Erfassungselements 130, innerhalb dessen Ereignisse oder Veränderungen erfasst werden können, wenn z.B. ein Feinstaubteilchen die Verbindungslinie zwischen dem Beleuchtungselement und einem Lichterfassungselement der Sensoranordnung durchläuft.This configuration of the sensor arrangement 110 thus allows a direct measurement of particle size, air flow velocity, particle number and total particle load. Unlike systems based on light scattering, with the present sensor arrangement 100 the detection of particle size and air flow rate possible. Furthermore, according to the present sensor arrangement 110 the measurement result of reflectivity characteristics of the particles 190 independently. Furthermore, the at least one channel-shaped passage opening or the at least one trench permits 140 and its backward orientation, the so-called "field of view problem", so that an accurate detection and measurement of small particles is possible. The field of view designates the area in the image angle of the optical detection element 130 within which events or changes can be detected, for example, when a particulate matter passes through the connection line between the lighting element and a light sensing element of the sensor array.

Im Folgenden wird nun anhand der weiteren 2a-b, 3a-b und 4 beispielhaft weitere mögliche Implementierungen und Ausgestaltungen der unterschiedlichen Elemente der Sensoranordnung 100 gemäß dem vorliegenden Konzept beschrieben.The following will now be based on the other 2a-b . 3a-b and 4 by way of example, further possible implementations and configurations of the different elements of the sensor arrangement 100 described in accordance with the present concept.

In 2a ist nun eine Vergrößerung des gekennzeichneten und eingekreisten Bereichs „A“ von 1 dargestellt, wobei die (z. B. isolierende) Zwischenstruktur 120 beispielsweise eine Kavität oder eine SON-Kavität 122 (SON = Silicon-on-nothing) aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die SON-Kavität 122 mit einem isolierenden Material 124 ausgekleidet, d. h. beispielsweise mit einer Oxid-Liner-Schicht 124. Der mit dem isolierenden Material 124 bedeckte bzw. ausgekleidete Wandbereich 124-A der Kavität 122 ist beispielsweise röhrensegmentförmig ausgebildet, so dass der Wandbereich bzw. Oberflächenbereich 124-A der SON-Kavität 122 parallel zueinander verlaufende, benachbarte Riffelungen 126, wie z.B. Vertiefungen bzw. Gräben 126, aufweist. Die Auskleidung 124 der Kavität 122 kann eine Dicke in einem Bereich von 100 nm bis 600 nm oder von 200 nm bis 500 nm aufweisen.In 2a is now an enlargement of the marked and circled area "A" of 1 wherein the (eg insulating) intermediate structure 120 for example, a cavity or a SON cavity 122 (SON = Silicon-on-nothing). In one embodiment, the SON cavity is 122 with an insulating material 124 lined, ie, for example, with an oxide liner layer 124 , The one with the insulating material 124 covered or lined wall area 124-A the cavity 122 is, for example, tubular segment-shaped, so that the wall area or surface area 124-A the SON cavity 122 mutually parallel, adjacent corrugations 126 , such as depressions or trenches 126 , having. The lining 124 the cavity 122 may have a thickness in a range of 100 nm to 600 nm or 200 nm to 500 nm.

Die Riffelung 126 des Wandbereichs 124-A der SON-Kavität 122 kann beispielsweise durch das Einstellen der Prozessparameter bei dem Venezia-Prozess (= SON-Prozess für SON-Kavitäten), z. B. über die Prozesstemperatur, den Prozessdruck und die Prozessdauer, eingestellt werden. Ferner wird nach dem SON-Prozess eine Auskleidung, z. B. aus einem Oxidmaterial 124 der Kavität 122 erreicht, d. h. die Kavität 122 ist mit dem isolierenden Material 126, z. B. einem Oxidmaterial, ausgekleidet. Die Dicke des isolierenden Die Auskleidung 124 der Kavität 122 kann eine Dicke in einem Bereich von 100 nm bis 600 nm oder von 200 nm bis 500 nm aufweisen.The ribbing 126 of the wall area 124-A the SON cavity 122 For example, by setting the process parameters in the Venezia process (= SON process for SON cavities), e.g. B. on the process temperature, the process pressure and the duration of the process can be adjusted. Further, after the SON process, a liner, e.g. B. of an oxide material 124 the cavity 122 reached, ie the cavity 122 is with the insulating material 126 , z. As an oxide material, lined. The thickness of the insulating The lining 124 the cavity 122 may have a thickness in a range of 100 nm to 600 nm or 200 nm to 500 nm.

Wie im Nachfolgenden noch erörtert wird, kann die Auskleidungsschicht 124 auch als Ätzstopp-Schicht beim Ätzen der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 bis zu der mindestens einen Kavität 122 dienen. Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 stoppt an dem Auskleidungsoxid 124, so dass auf diese Weise durch die Riffelung des Wandbereichs 124-A der Kavität 122 eine selbsteingestellte bzw. selbstjustierte, lichteinfangende Struktur bereitgestellt wird. Es wird somit eine Kombination von mindestens einer rückseitig geätzten, kanalförmigen Durchgangsöffnung bzw. mindestens einem Graben 140 als mindestens ein Lichtkanal und eine Silicon-on-Nothing-Verarbeitung mit der mindestens einen Kavität 122 unterhalb des mindestens einen optischen Erfassungselements bzw. der mindestens einen Fotodiode 130 genutzt, um ein selbstjustiertes Einfangen von Licht beim Kombinieren von dem mindestens einen rückseitigen Graben 140 und mindestens einen röhrenförmigen Silicon-on-Nothing-Hohlraum 122 zu erhalten, wobei durch die geätzten Regionen Licht in die Fotodiodenregion 130 eingekoppelt wird.As will be discussed below, the liner layer 124 also as an etching stop layer during the etching of the at least one channel-shaped passage opening 140 up to the at least one cavity 122 serve. The at least one channel-shaped passage opening 140 stops at the lining oxide 124 , so in this way by the corrugation of the wall area 124-A the cavity 122 a self-aligned light-trapping structure is provided. It is thus a combination of at least one back-etched, channel-shaped passage opening or at least one trench 140 as at least one light channel and a silicon-on-nothing processing with the at least one cavity 122 below the at least one optical detection element or the at least one photodiode 130 used to provide self-aligned capture of light when combining from the at least one back-side trench 140 and at least one silicon-on-nothing tubular cavity 122, wherein light enters the photodiode region through the etched regions 130 is coupled.

In die mindestens eine frei-geätzte Region der mindestens einen Kavität 122, bei der die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 die Kavität 122 erreicht, koppelt die strukturierte Oberfläche bzw. der strukturierte Wandbereich 124-A das in die Kavität 122 einfallende Licht in die Siliziumregion mit der mindestens einen Fotodiodenstruktur 130 ein, die zu dem Grabenboden bzw. den Riffelungen 126 benachbart ist. In den Regionen „B“ mit röhrenförmigen, verschlossenen Hohlräumen 122', bei denen das massive Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 nicht durch den mindestens einen Graben 140 entfernt wurde, kann einfallendes Licht äußerst effizient zurückgewiesen bzw. zurückgeworfen werden. Bei einem Siliziumsubstrat 110 ist massives Siliziummaterial unterhalb der mindestens einen SON-Kavität 122, d.h. zwischen der mindestens einen SON-Kavität 122 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Siliziumsubstrats 110, vorhanden, so dass einfallendes Licht zurückgewiesen und eine CMOS-Schaltungsanordnung 160, 162 vor nachteiliger lichtinduzierter Trägererzeugung geschützt wird. Dies liegt an dem hohen Brechungsindex, z. B. von Silizium, begründet, der zu einem äußerst kleinen Winkel der Totalreflexion führt, d. h. ungefähr 15° in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ0 der Messstrahlung, d. h. des einfallenden Lichts. Die röhrenförmigen Kavitätsbereiche können beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 bis 2,0 µm aufweisen.In the at least one free-etched region of the at least one cavity 122 in which the at least one channel-shaped passage opening 140 the cavity 122 reaches, couples the structured surface or the structured wall area 124-A that in the cavity 122 incident light into the silicon region having the at least one photodiode structure 130 one to the trench bottom or the corrugations 126 is adjacent. In the regions " B "With tubular, closed cavities 122 ' in which the massive semiconductor material of the semiconductor substrate 110 not through the at least one ditch 140 can be removed, incidental Light can be rejected or thrown back extremely efficiently. For a silicon substrate 110 is massive silicon material below the at least one SON cavity 122 ie between the at least one SON cavity 122 and the first main surface area 110-A of the silicon substrate 110 , present, so that incident light rejected and a CMOS circuitry 160 . 162 is protected from adverse light-induced carrier generation. This is due to the high refractive index, e.g. As silicon, which leads to an extremely small angle of total reflection, ie about 15 ° as a function of the wavelength λ 0 the measuring radiation, ie the incident light. The tubular cavity regions may, for example, have a diameter of between 0.5 and 2.0 μm.

2b zeigt eine weitere schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der (z.B. isolierenden) Zwischenstruktur 120 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 2b ist wiederum eine vergrößerte, alternative Darstellung des Bereichs „A“ von 1. 2 B shows a further schematic cross-sectional view of another exemplary embodiment of the (eg insulating) intermediate structure 120 according to a further embodiment. 2 B is again an enlarged, alternative representation of the area "A" of 1 ,

Wie in 2b dargestellt ist, weist die isolierende Zwischenstruktur 120 beispielsweise eine isolierende Zwischenschicht 128 eines SOI-Substrats (SOI = Silicon-on-Isolator = Silizium-auf-Isolator) 110 auf. Das Substrat 110 kann also als ein sogenanntes „SOI-Substrat“ ausgebildet sein, bei dem eine relativ dünne Halbleiterschicht bzw. Siliziumschicht 110-1 durch eine isolierende Schicht 128, z. B. eine BOX-Schicht (BOX = Buried Oxide = vergrabenes Oxid) von dem weiteren Substratbereich 110-2, z. B. einem Siliziumsubstrat, getrennt ist. Wie in 2b dargestellt ist, sind die Empfangselemente bzw. Fotodiodenstrukturen 130 in dem Substratabschnitt 110-1 angeordnet, wobei die kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140-A den weiteren Substratabschnitt 110-2 bis zu der isolierenden Schicht 128 durchlaufen. Die isolierende Zwischenschicht 128 kann beispielsweise als eine Zwischenoxidschicht 128 des SOI-Substrats 110 ausgebildet sein.As in 2 B is shown, the insulating intermediate structure 120 for example, an insulating intermediate layer 128 an SOI substrate (SOI = silicon-on-insulator) 110 on. The substrate 110 Thus, it may be formed as a so-called "SOI substrate" in which a relatively thin semiconductor layer or silicon layer 110-1 through an insulating layer 128 , z. B. a BOX layer (BOX = buried oxide = buried oxide) from the other substrate area 110-2 , z. B. a silicon substrate, is separated. As in 2 B is shown, are the receiving elements or photodiode structures 130 in the substrate section 110-1 arranged, wherein the channel-shaped through holes 140-A the further substrate section 110-2 up to the insulating layer 128 run through. The insulating intermediate layer 128 may, for example, as an intermediate oxide layer 128 of the SOI substrate 110 be educated.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann die z.B. isolierende Zwischenstruktur 120 eine beliebige Struktur aus z. B. einem isolierenden Material aufweisen, die einerseits bei dem Ätzvorgang der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 als eine Ätzstopp-Schicht wirksam ist und ferner für ein in die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 eintretendes Licht mit der Messwellenlänge λ0 bzw. dem Messwellenlängenbereich Δλ0 transparent ist.According to embodiments, the example insulating intermediate structure 120 any structure of z. B. an insulating material, on the one hand in the etching of the at least one channel-shaped passage opening 140 is operative as an etch stop layer and further into the at least one channel shaped passage opening 140 incoming light with the measuring wavelength λ 0 or the measuring wavelength range Δλ 0 is transparent.

Im Folgenden wird nun anhand der in 3a dargestellten schematischen Querschnittsansicht der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise eines als Fotodiodenstruktur ausgebildeten Empfangselements 130 in dem Halbleitersubstrat 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. 3a entspricht wiederum dem vergrößert dargestellten Abschnitt „A“ von 1.The following is now based on the in 3a illustrated schematic cross-sectional view of the basic structure and operation of a trained as a photodiode structure receiving element 130 in the semiconductor substrate 110 described according to an embodiment. 3a again corresponds to the enlarged section "A" of 1 ,

Wie in 3a dargestellt ist, ist die mindestens eine Fotodiodenstruktur 130 in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 zwischen der (isolierenden) Zwischenschichtstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 angeordnet. In 3a ist lediglich beispielhaft die Zwischenstruktur 122 als SON-Kavität 122 dargestellt, wobei die Ausführungen gleichermaßen auf den Fall anwendbar sind, wenn die Zwischenstruktur 120 als SOI-Zwischenoxidschicht 128 (vgl. 2b) ausgebildet ist.As in 3a is the at least one photodiode structure 130 in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 between the (insulating) interlayer structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 arranged. In 3a is merely an example of the intermediate structure 122 as SON-cavity 122 the embodiments are equally applicable to the case when the intermediate structure 120 as SOI intermediate oxide layer 128 (see. 2 B) is trained.

Die in 3a dargestellte Fotodiodenstruktur 130 weist einen aktiven Halbleiterbereich 132 mit einem ersten Dotierungstyp und einen wannenförmigen Halbleiterbereich 134 mit einem zweiten Dotierungstyp auf, wobei der aktive Halbleiterbereich 132 innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 angeordnet ist. Wie in 3a ferner dargestellt ist, sind eine Kontaktanschlussleitung 136 zum Kontaktieren des aktiven Halbleiterbereichs 132 und eine Kontaktanschlussleitung 138 zum Kontaktieren des wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 vorgesehen. Die Kontaktanschlussleitung 136 ist beispielsweise über einen hoch-dotierten Bereich 132-1 in dem Halbleitersubstrat 110 mit dem aktiven Halbleiterbereich 132 verbunden, während die Kontaktanschlussleitung 138 über den hoch-dotierten Bereich 134-1 mit dem wannenförmigen Halbleiterbereich 134 elektrisch verbunden ist. Die Kontaktanschlussleitungen 136, 138 sind zum Ansteuern bzw. Auslesen der Fotodiodenstrukturen 130 vorgesehen.In the 3a illustrated photodiode structure 130 has an active semiconductor region 132 with a first doping type and a trough-shaped semiconductor region 134 with a second doping type, wherein the active semiconductor region 132 within the trough-shaped semiconductor region 134 is arranged. As in 3a is further shown, are a contact lead 136 for contacting the active semiconductor region 132 and a contact lead 138 for contacting the trough-shaped semiconductor region 134 intended. The contact connection line 136 is, for example, over a highly-doped area 132-1 in the semiconductor substrate 110 with the active semiconductor region 132 connected while the contact lead 138 over the highly-doped area 134-1 with the trough-shaped semiconductor region 134 electrically connected. The contact leads 136 . 138 are for driving or reading the photodiode structures 130 intended.

Der wannenförmige Halbleiterbereich 134 ist nun ausgebildet, um beispielsweise bei einer entsprechenden elektrischen Vorspannung die in dem aktiven Halbleiterbereich 132 fotogenerierten Ladungsträger (und insbesondere die Minoritätsladungsträger) möglichst innerhalb des aktiven Halbleiterbereichs 132 zu halten, bzw. von einem Randbereich des aktiven Halbleiterbereichs 132 entfernt zu halten, um eine unerwünschte Oberflächenrekombination der in dem aktiven Halbleiterbereich 132 fotogenerierten Ladungsträger zu verhindern bzw. zumindest zu verringern.The trough-shaped semiconductor region 134 is now formed, for example, at a corresponding electrical bias in the active semiconductor region 132 photogenerated charge carriers (and in particular the minority carriers) as far as possible within the active semiconductor region 132 or from an edge region of the active semiconductor region 132 to keep away unwanted surface recombination in the active semiconductor region 132 to prevent or at least reduce photogenerated charge carriers.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann das mindestens eine Empfangselement bzw. die mindestens eine Fotodiodenstruktur 130 als CMOS-Bildsensorelement oder streifenförmig ausgebildetes Fotodiodenelement ausgebildet sein. Das mindestens eine streifenförmig ausgebildete Fotodiodenelement erstreckt sich dabei beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene von 3a.According to embodiments, the at least one receiving element or the at least one photodiode structure 130 be formed as a CMOS image sensor element or strip-shaped photodiode element. The at least one strip-shaped photodiode element extends, for example, perpendicular to the plane of 3a ,

Wie in 3a dargestellt ist, ist die Fotodiodenstruktur bzw. Fotodiode 130 oberhalb der kanalförmigen Durchgangsöffnung 140, d. h. zwischen der Zwischenstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110, angeordnet. As in 3a is the photodiode structure or photodiode 130 above the channel-shaped passage opening 140 ie between the intermediate structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 arranged.

3a weist dabei die anhand von 2a beschriebene, selbstjustierte, lichteinfangende SON-Kavität 122 auf, wobei, wie bereits angegeben, auch die anhand von 2b dargestellte Zwischenstruktur 120 eingesetzt werden kann. 3a indicates the basis of 2a described, self-aligned, light-capturing SON cavity 122 auf, where, as already stated, the basis of 2 B illustrated intermediate structure 120 can be used.

Wie in 3a ferner dargestellt ist, weist die Fotodiodenstruktur 130 eine Dotierung eines sogenannten „taschenartigen“ Emitters benachbart zu der SON-Kavität 122 auf. So kann beispielsweise der aktive Halbleiterbereich 132 als eine p-Wanne (Basis) ausgebildet sein, während der wannenförmige Halbleiterbereich 134 als eine n-Wanne (Emitter) ausgebildet sein kann. Die Begriffe „n“ und „p“ beziehen sich auf den jeweiligen Dotierungstyp des Halbleitermaterials der Substratbereiche 132, 134. Typische Dotierungen für den Emitter (die n-Wanne) liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 1019 und 1020 cm-3, wobei typische Dotierungen für die Basis (die p-Wanne) in einem Bereich zwischen 1015 - 1017 cm-3 liegen.As in 3a is further shown, the photodiode structure 130 a doping of a so-called "pocket-like" emitter adjacent to the SON cavity 122 on. For example, the active semiconductor region 132 be formed as a p-well (base), while the trough-shaped semiconductor region 134 as an n-well (emitter) can be formed. The terms "n" and "p" refer to the respective doping type of the semiconductor material of the substrate regions 132 . 134 , Typical dopings for the emitter (the n-well) are for example in a range between 10 19 and 10 20 cm -3 , with typical dopants for the base (the p-well) in a range between 10 15 - 10 17 cm -3 lie.

Wie in 3a dargestellt ist, weist der wannenförmige Halbleiterbereich 140 eine „Emitterdotierung“ am Boden 130-A der Fotodiodenstruktur 130 auf, d. h. benachbart zu der Zwischenstruktur 120, um Rekombinationsverluste von in dem aktiven Bereich 132 fotogenerierten Ladungsträgern zu verhindern bzw. zumindest zu verringern. Bei der Erzeugung der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 zu der Zwischenstruktur 120 kann es zu einer Oberflächenbeschädigung des an die Fotodiodenstruktur angrenzenden Halbleitermaterials des Halbleitersubstrats 10 kommen, was eine starke Oberflächenrekombination von fotogenerierten Ladungsträgern in dem daran angrenzenden Halbleiterbereich verursachen kann. Die Emittertasche 134 dient somit für Ladungsträger, die in der Basisregion 132 erzeugt werden, als Abschirmung vor einer Oberflächenrekombination.As in 3a is shown, the trough-shaped semiconductor region 140 an "emitter doping" on the ground 130-A the photodiode structure 130 on, ie adjacent to the intermediate structure 120 to recombination losses of in the active region 132 To prevent or at least reduce photogenerated charge carriers. In the production of at least one channel-shaped passage opening 140 to the intermediate structure 120 it may be a surface damage of the adjacent to the photodiode structure semiconductor material of the semiconductor substrate 10 which can cause strong surface recombination of photogenerated carriers in the adjacent semiconductor region. The emitter bag 134 thus serves for charge carriers in the base region 132 be generated as a shield against surface recombination.

Um den Einfluss von Störstellen bzw. Rekombinationszentren an oberflächennahen Bereichen des Halbleitermaterials des Halbleitersubstrats 110 zu verringern, die beispielsweise aufgrund des Herstellungsprozesses (z. B. Plasmaätzprozesses) der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140, angrenzend an die mindestens eine Fotodiodenstruktur auftreten können und zu einer Verringerung des resultierenden Messsignals der Fotodiodenstruktur(en) 130 führen können, wird gemäß Ausführungsbeispielen eine spezielle Ausgestaltung der an die Zwischenstruktur(en) 120, z. B. die SON-Kavität(en) 122, angrenzenden Fotodiodenstruktur(en) eingesetzt.To the influence of impurities or recombination centers at near-surface areas of the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 For example, due to the manufacturing process (eg plasma etching process) of the at least one channel-shaped through-opening 140 , adjacent to which at least one photodiode structure can occur and to a reduction of the resulting measurement signal of the photodiode structure (s) 130 lead, according to embodiments, a special embodiment of the intermediate structure (s) 120 , z. The SON cavity (s) 122 , adjacent photodiode structure (s) used.

Die Fotodiodenstruktur 130 weist also eine p-Wanne (Basis = aktiver Halbleiterbereich) 132 innerhalb einer n-Wanne (Emitter = wannenförmiger Halbleiterbereich) 134 auf. Das aktive p-Gebiet 132 weist also beispielsweise ein umgebendes, umlaufendes n-Diffusionsgebiet 134 auf. Daher sind die durch das Licht erzeugten (fotogenerierten) Ladungsträger entfernt von den „gestörten“ Halbleiterbereichen innerhalb der umgebenden n-Wanne bzw. n-Tasche von störenden Rekombinationszentren entfernt, so dass es zu keiner bzw. zu einer äußerst geringen unerwünschten Rekombination von Minoritätsladungsträgern an solchen störenden Rekombinationszentren kommt.The photodiode structure 130 has a p-well (base = active semiconductor region) 132 within an n-well (emitter = trough-shaped semiconductor region) 134 on. The active p-region 132 Thus, for example, has a surrounding, circumferential n-diffusion region 134 on. Therefore, the (photo-generated) photogenerates generated by the light are removed from the "disordered" semiconductor regions within the surrounding n-well or n-pocket of interfering recombination centers, thus leaving little or no undesirable minority recombination of minority carriers such interfering recombination centers comes.

Bei der in 3a dargestellten Ausgestaltung der Fotodiodenstrukturen 130 in Kombination mit der als Lichtfalle ausgebildeten SON-Kavität 132 in der Zwischenstruktur 120 mittels der von der Rückseite 110-B durchgeführten Kanäle 140 und dem speziellen Wannen-Design bzw. Taschen-Design (Pocket-Design) der Fotodiodenstruktur kann ein sehr hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung des in die Fotodiodenstruktur 130 einfallenden Lichts in das auszulesende Messsignal erhalten werden.At the in 3a illustrated embodiment of the photodiode structures 130 in combination with the SON cavity designed as a light trap 132 in the intermediate structure 120 by means of the back 110-B carried out channels 140 and the special pocket design of the photodiode structure can have a very high conversion efficiency into the photodiode structure 130 incident light to be read in the measurement signal.

Die Ausgestaltung der an die Kavität(en) 122 angrenzenden Fotodiode(n) 130 mittels einer p-Wanne 132 innerhalb einer n-Wanne 134, d.h. einem das aktive p-Gebiet 132 umgebenden umlaufenden n-Diffusion 134 ermöglicht, dass die durch das Licht erzeugten Ladungsträger entfernt von den „gestörten“ Halbleiterbereichen (im n-Bereich = umgebende n-Wanne bzw. n-Tasche) bleiben, so dass es zu keiner bzw. zu einer äußerst geringen unerwünschten Rekombination von Minoritätsladungsträgern an solchen störenden Rekombinationszentren kommt.The design of the cavity (s) 122 adjacent photodiode (s) 130 by means of a p-tub 132 inside a n-tub 134 ie one the active p-region 132 surrounding circumferential N-diffusion 134 allows the charge carriers generated by the light to remain away from the "disturbed" semiconductor regions (in the n-region = surrounding n-well or n-pocket), so that there is no or very little unwanted recombination of minority carriers such interfering recombination centers comes.

Die in 3a dargestellten Ausgestaltung der mindestens einen Fotodiodenstruktur 130 zeigt also beispielhaft eine Kombination der als Lichtfalle ausgebildeten SON-Kavität 132 in der Zwischenstruktur 120 mit dem Wannen-Design (Pocket-Design) der Fotodiodenstruktur 130.In the 3a illustrated embodiment of the at least one photodiode structure 130 So, for example, shows a combination of trained as a light trap SON-cavity 132 in the intermediate structure 120 with the pocket design of the photodiode structure 130 ,

In 3b ist nun eine graphische Darstellung von typischen Fotoströmen von Standardfotodioden im Vergleich zu einem typischen Fotostrom der Fotodiodenstruktur von 3a für unterschiedliche Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten dargestellt. Wie aus 3b ersichtlich ist, weist der in 3a dargestellte taschenartige Emitteraufbau der Fotodiodenstruktur 130 (durchgezogene Linie) einen deutlich erhöhten Fotostrom gegenüber Standardfotodioden mit unterschiedlichen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten auf.In 3b is now a graphical representation of typical photocurrents of standard photodiodes compared to a typical photocurrent of the photodiode structure of FIG 3a shown for different surface recombination rates. How out 3b can be seen, the in 3a shown pocket-like emitter structure of the photodiode structure 130 (solid line) a significantly increased photocurrent compared to standard photodiodes with different surface recombination on.

Im Folgenden wird nun anhand der in 4 dargestellten, schematischen Querschnittsansicht eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 der Sensoranordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der Zwischenstruktur 120 weist beispielsweise ein Aspektverhältnis AV zwischen Kanallänge l140 und Kanalbreite b140 (AV = l140/b140) von zumindest 20:1 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 ein Aspektverhältnis von zumindest 30:1, 40:1 oder 60:1 auf, um einen Streuanteil der elektromagnetischen Messstrahlung, d. h. des einfallenden Lichts, der in die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 mit einer Einfallswinkelabweichung von zumindest 1°, 2° oder 5° gegenüber einer Mittelachse 142 der kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 einfällt, optisch auszukoppeln. The following is now based on the in 4 illustrated, schematic cross-sectional view of a channel-shaped passage opening 140 the sensor arrangement 100 described according to an embodiment. The at least one channel-shaped passage opening 140 from the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 to the intermediate structure 120 has, for example, an aspect ratio AV between channel length 140 and channel width b 140 (AV = l 140 / b 140 ) of at least 20: 1. According to one embodiment, the at least one channel-shaped passage opening 140 an aspect ratio of at least 30: 1, 40: 1 or 60: 1, to a Streu portion of the electromagnetic measuring radiation, ie the incident light, in the at least one channel-shaped through hole 140 with an angle of incidence deviation of at least 1 °, 2 ° or 5 ° with respect to a central axis 142 the channel-shaped through holes 140 comes in, optically decouple.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die optische Auskopplung des Streulichts durch eine optische Einkopplung und/oder Absorption des Streulichts in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 in einem Seitenwandbereich 140-A umlaufende Korrugationen bzw. Riffelungen 144 aufweisen.According to one embodiment, the optical coupling out of the scattered light is effected by an optical coupling and / or absorption of the scattered light in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 , According to one embodiment, the at least one channel-shaped passage opening 140 in a sidewall area 140-A circumferential corrugations or corrugations 144 respectively.

Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung bzw. der mindestens eine Graben 140 kann für eine effektive Sichtfeldreduzierung ausgebildet sein. Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 kann mit einem Aspektverhältnis von bis zu 60:1 oder sogar höher hergestellt werden. Dies ist möglich, da beispielsweise Bosch-Ätzverfahren mit einer extremen Selektivität bezüglich Siliziumoxid-Materialien ausgeführt werden können. Auf diese Weise kann eine rückseitig, d. h. von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B, in das Halbleitersubstrat 110 geätzte kanalförmige Durchgangsöffnung 140 einen Blickwinkel bereitstellen, der in einem Bereich von etwa 1° oder zwischen 0,5° und 2° liegt. Eine übliche Verarbeitung, d. h. beispielsweise ein Bosch-Ätzverfahren, erzeugt an den Rändern 140-A der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 Verwerfungen bzw. Wellungen (Riffelungen) 144. Diese Verwerfungen 144 sind für eine effektive Streulichtbeseitigung vorteilhaft, da Licht in massives Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, eingekoppelt wird. Ferner werden fotogenerierte Ladungsträger an der plasmabeschädigten Oberfläche der kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 mit einer hohen Rekombinationsgeschwindigkeit beseitigt. In 4 ist nun mittels der Pfeile die effektive Beseitigung von Streulicht durch die Verwerfungen bzw. Riffelungen 144 dargestellt, wobei das Streulicht in das massive Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110, z. B. Silizium, eingekoppelt wird.The at least one channel-shaped passage opening or the at least one trench 140 can be designed for effective field of view reduction. The at least one channel-shaped passage opening 140 can be made with an aspect ratio of up to 60: 1 or even higher. This is possible because, for example, Bosch etching processes can be carried out with an extreme selectivity with respect to silicon oxide materials. In this way, a back, ie from the second main surface area 110-B , in the semiconductor substrate 110 etched channel-shaped passage opening 140 provide a viewing angle that is in the range of about 1 ° or between 0.5 ° and 2 °. Conventional processing, ie, for example, a Bosch etch process, produces at the edges 140-A the at least one channel-shaped passage opening 140 Distortions or corrugations (corrugations) 144 , These faults 144 are advantageous for effective stray light removal, since light in solid semiconductor material such. As silicon, is coupled. Furthermore, photo-generated charge carriers on the plasma-damaged surface of the channel-shaped through holes 140 eliminated with a high recombination rate. In 4 is now by means of the arrows the effective elimination of stray light through the faults or corrugations 144 shown, wherein the scattered light in the massive semiconductor material of the semiconductor substrate 110 , z. As silicon, is coupled.

Zusammenfassend kann also hinsichtlich der in 4 dargestellten kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 angegeben werden, dass aufgrund der durchgeführten Bosch-Ätzung zum Erstellen der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 (auch Lichtkanal) eine gewisse Riffelung 144 des Wandbereichs 140-A der mindestens einen Durchgangsöffnung 140 entsteht, wobei diese Riffelung 144 der Wandbereiche 140-A der mindestens einen geätzten kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 zu einer weiteren effektiven Streulichtauskopplung aufgrund des großen Aspektverhältnisses von zumindest 20:1 oder höher führt. So wird bereits geringfügig schräg einfallendes Streulicht in die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 äußerst effektiv durch die Riffelung bzw. Verwerfungen 144 reflektiert und in den Seitenwandbereich 140-A des Halbleitermaterials des Halbleitersubstrats 110, z. B. in das Siliziummaterial, absorbiert. Damit kann eine äußerst gute und effektive „Lichtfalle“ mittels der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 erhalten werden.In summary, therefore, in terms of in 4 illustrated channel-shaped passage opening 140 be specified that due to the performed Bosch etch to create the at least one channel-shaped through hole 140 (also light channel) a certain corrugation 144 of the wall area 140-A the at least one passage opening 140 arises, with this corrugation 144 the wall areas 140-A the at least one etched channel-shaped passage opening 140 results in a further effective scattered light extraction due to the large aspect ratio of at least 20: 1 or higher. Thus, already slightly obliquely incident stray light is in the at least one channel-shaped passage opening 140 extremely effective due to the corrugation or distortions 144 reflected and in the sidewall area 140-A the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 , z. B. in the silicon material absorbed. This can be an extremely good and effective "light trap" means of at least one channel-shaped passage opening 140 to be obtained.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 einer Fotodiodenstruktur 120 zugeordnet sein. Ist nun beispielsweise an einer Kavität 122 ein Fotodiodenpaar 130 angeordnet, sind zumindest zwei kanalförmige Durchgangsöffnungen 140 pro Kavität bzw. SON-Kavität in dem Halbleitersubstrat 110 erforderlich, wobei die Anzahl der kanalförmigen Durchgangsöffnungen mehrere hundert bis zu über 1000 Durchgangsöffnungen pro Kavität 122 betragen kann.According to one embodiment, a channel-shaped passage opening 140 a photodiode structure 120 be assigned. Is now for example on a cavity 122 a pair of photodiodes 130 arranged, are at least two channel-shaped through holes 140 per cavity or SON-cavity in the semiconductor substrate 110 required, wherein the number of channel-shaped through holes several hundred to over 1000 through holes per cavity 122 can amount.

Bezugnehmend auf die 1 bis 4 werden nun nochmals einige Ausführungsbeispiele und deren Funktionalitäten beispielhaft zusammengefasst.Referring to the 1 to 4 Now again some examples and their functionalities are summarized by way of example.

Ausführungsbeispiele beziehen sich somit auf eine Sensoranordnung 100, die in einem Halbleitersubstrat bzw. dieser Halbleiterchip (Die) 110 implementiert ist und beispielsweise mindestens eine Chip-interne Fotodiode bzw. Fotodiodenstruktur 130 oder auch eine Sequenz von Chip-internen Fotodioden bzw. Fotodiodenstrukturen 130 und optional eine Ausleseschaltungsanordnung 160, 162 aufweist. Diese Sensoranordnung 100 in dem Halbleitersubstrat kann zur Auswertung bzw. Quantifizierung und optional zum Zählen von Partikeln 190 in der Umgebungsatmosphäre verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 110 weist beispielsweise mindestens eine rückseitig geätzte, kanalförmige Durchgangsöffnung bzw. Graben 140 auf, wobei diese mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 als Apertur für ankommende Lichtsignale dient. Die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 stoppt beispielsweise wenige Mikrometer unterhalb des mindestens einen Empfangselements bzw. der mindestens einen Fotodiodenstruktur 130 in dem Halbleitersubstrat 110, wobei das mindestens eine Empfangselement 130 Änderungen der Beleuchtungsstärke erfasst.Embodiments thus relate to a sensor arrangement 100 used in a semiconductor substrate or this semiconductor chip (die) 110 is implemented and, for example, at least one chip-internal photodiode or photodiode structure 130 or also a sequence of chip-internal photodiodes or photodiode structures 130 and optionally a readout circuitry 160 . 162 having. This sensor arrangement 100 in the semiconductor substrate can for evaluation or quantification and optionally for counting particles 190 be used in the ambient atmosphere. The semiconductor substrate 110 has, for example, at least one channel-shaped passage opening or trench etched back on the back side 140 on, this at least one channel-shaped passage opening 140 serves as an aperture for incoming light signals. The at least one channel-shaped passage opening 140 stops for example, a few micrometers below the at least one receiving element or the at least one photodiode structure 130 in the semiconductor substrate 110 , wherein the at least one receiving element 130 Changes in illuminance recorded.

Bei einem Ausführungsbeispiel dient eine sogenannte „SON-Kavität“ 122 (SON = Silicon-On-Nothing = Silizium-auf-Nichts) mit einer Oxidauskleidung 124 als die isolierende Zwischenstruktur 120 und damit als Stoppschicht für einen rückseitigen Ätzschritt zum Herstellen der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140.In one embodiment, a so-called "SON cavity" is used 122 (SON = Silicon-On-Nothing) with an oxide lining 124 as the insulating intermediate structure 120 and thus as a stop layer for a back-side etching step for producing the at least one channel-shaped passage opening 140 ,

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Zwischenstruktur 120 in dem Halbleitersubstrat 110 als eine isolierende Zwischenschicht 128, z. B. als eine Zwischenoxidschicht, eines SOI-Substrats 110 (SOI = Silicon-on-Isolator = Silizium-auf-Isolator) eingesetzt werden, die dann als die Ätzstoppschicht wirksam ist.In a further embodiment, the intermediate structure 120 in the semiconductor substrate 110 as an insulating intermediate layer 128 , z. As an intermediate oxide layer, an SOI substrate 110 (SOI = silicon-on-insulator), which then acts as the etch stop layer.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Halbleitersubstrat 110 ein erstes und ein zweites, aneinander angeordnetes Teilsubstrat 110-1, 110-2 aufweisen, wobei in dem ersten Teilsubstrat 110-1 die mindestens eine Fotodiodenstruktur 130 angeordnet ist, und wobei in dem zweiten Teilsubstrat 110-2 die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 130 angeordnet ist. Der Verbindungsbereich zwischen dem ersten und zweite Teilsubstrat 110-1, 110-2 bildet die Zwischenstruktur 120.In a further embodiment, the semiconductor substrate 110 a first and a second, juxtaposed sub-substrate 110-1 . 110-2 , wherein in the first sub-substrate 110-1 the at least one photodiode structure 130 is arranged, and wherein in the second sub-substrate 110-2 the at least one channel-shaped passage opening 130 is arranged. The connection area between the first and second sub-substrate 110-1 . 110-2 forms the intermediate structure 120 ,

Diese Konfiguration der Sensoranordnung 100 ermöglicht somit eine direkte Messung von Partikelgröße, Luftströmungsgeschwindigkeit, Partikelanzahl und Partikelgesamtlast. Im Gegensatz zu Systemen, die auf einer Lichtstreuung basieren, ist mit der vorliegenden Sensoranordnung 100 die Erfassung von Partikelgröße und Luftströmungsgeschwindigkeit möglich. Ferner ist gemäß der vorliegenden Sensoranordnung 100 das Messergebnis von Reflektivitätscharakteristika der Partikel unabhängig. Ferner ermöglichen die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung bzw. der mindestens eine Graben 140 und deren rückseitige Ausrichtung das sogenannte „Sichtfeldproblem“, so dass eine genaue Erfassung und Messung auch von kleinen Partikeln möglich ist.This configuration of the sensor arrangement 100 thus allows a direct measurement of particle size, air flow velocity, particle number and total particle load. Unlike systems based on light scattering, with the present sensor arrangement 100 the detection of particle size and air flow rate possible. Furthermore, according to the present sensor arrangement 100 the measurement result of reflectivity characteristics of the particles independently. Furthermore, the at least one channel-shaped passage opening or the at least one trench make it possible 140 and their backward alignment, the so-called "field of view problem", so that an accurate detection and measurement of small particles is possible.

Im Folgenden wird nun anhand von 5 in einer schematische Querschnittsansicht der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise eines Teilchensensors 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.The following will now be based on 5 in a schematic cross-sectional view of the basic structure and the basic operation of a particle sensor 200 described according to an embodiment.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Teilchensensor 200 die Sensoranordnung 100, wie sie im Vorhergehenden anhand der 1 bis 4 beispielhaft beschrieben wurde, und ferner eine Beleuchtungseinrichtung 210 mit einer Flächenlichtquelle 212 oder einer mindestens einer kollimierten Einzellichtquelle 214 oder einer Mehrzahl von kollimierten Einzellichtquellen 214 auf. Als kollimierte Einzellichtquelle 214 kann beispielsweise eine LED oder Laserdiode mit einer Mikrooptik zur Strahlbündelung verwendet werden.According to one embodiment, the particle sensor 200 the sensor arrangement 100 , as stated above on the basis of 1 to 4 has been described by way of example, and also a lighting device 210 with a surface light source 212 or at least one collimated single light source 214 or a plurality of collimated individual light sources 214 on. As a collimated single light source 214 For example, an LED or laser diode with a micro-optic for beam focusing can be used.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Sensoranordnung 100 und die Beleuchtungseinrichtung 210 beabstandet zueinander angeordnet sind, um eine Fluidkanal 220 für eine Fluidströmung 222 zwischen der Sensoranordnung 110 und der Beleuchtungseinrichtung 210 vorzusehen. Dazu kann beispielsweise eine Abstandshalteranordnung 216 vorgesehen sein, die mit der Sensoranordnung 110 und der Beleuchtungseinrichtung 210 mechanisch verbunden ist, um die Breite b220 des Fluidkanals 220 einzustellen.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 and the lighting device 210 spaced apart from each other to form a fluid channel 220 for a fluid flow 222 between the sensor arrangement 110 and the lighting device 210 provided. For this example, a spacer assembly 216 be provided with the sensor assembly 110 and the lighting device 210 mechanically connected to the width b 220 of the fluid channel 220 adjust.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 110 ausgebildet sein, um Partikel bzw. Grob- oder Feinstaubpartikel 190, die sich in einem Fluidstrom 222 zwischen der Sensoranordnung 110 und der Beleuchtungseinrichtung 210 befinden, mittels einer Flankenermittlung des Partikels 190 zu erfassen.According to one embodiment, the sensor arrangement 110 be formed to particles or coarse or fine dust particles 190 that is in a fluid stream 222 between the sensor arrangement 110 and the lighting device 210 located by means of a flank detection of the particle 190 capture.

Die Ermittlung der Partikelgröße kann mittels einer Flankenermittlung der Partikel 190 erfolgen, indem eine differenzielle Auswertung der mindestens einen Fotodiode 130 erfolgt, d.h. bei einem differenziellen Auslesen der mindestens einen Fotodiode 130 ergibt sich eine Signalflanke beim Eintritt und beim Austritt des jeweiligen Partikels aus dem Durchleuchtungsbereich zwischen Lichtquelle 210 und Empfangselement 130. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die optionale CMOS-Schaltungsanordnung 160 ausgebildet sein, um bei einer Mehrzahl von Fotodiodenstrukturen 130 z.B. benachbarte Fotodiodenstrukturen 130 paarweise antiparallel auszulesen und das ausgelesene Ausgangssignal hochpasszufiltern, um z.B. Änderungen der Differenzsignale zu erfassen. Über Änderungen des Differenzsignals kann eine direkte Aussage über die jeweilige Partikelgröße getroffen werden.The determination of the particle size can be done by means of a flank detection of the particles 190 done by a differential evaluation of the at least one photodiode 130 takes place, ie in a differential readout of the at least one photodiode 130 results in a signal edge at the entrance and exit of the respective particle from the transillumination area between the light source 210 and receiving element 130 , According to one embodiment, the optional CMOS circuitry 160 be configured to be in a plurality of photodiode structures 130 eg adjacent photodiode structures 130 read in pairs antiparallel and high-pass filter the output signal read, for example, to detect changes in the differential signals. About changes in the difference signal, a direct statement about the respective particle size can be made.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 100 also ausgebildet sein, um bei einem differenziellen Auslesen des mindestens einen Fotodiodenelements 130 sowohl eine Signalflanke beim Eintritt als auch beim Austritt des jeweiligen Partikels 190 aus dem Durchleuchtungsbereich zwischen der Lichtquelle 212, 214 der Beleuchtungseinrichtung 210 und der zugeordneten Fotodiodenstruktur 130 der Sensoranordnung 110 zu erhalten.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 be configured to at a differential readout of the at least one photodiode element 130 both a signal edge at the entrance and at the exit of the respective particle 190 from the transillumination area between the light source 212 . 214 the lighting device 210 and the associated photodiode structure 130 the sensor arrangement 110 to obtain.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 100 ferner ausgebildet sein, um basierend auf den erhaltenen Signalflanken die jeweilige Partikelgröße, die Anzahl der Partikel 190 in dem Fluidstrom 222 und/oder die Fluidgeschwindigkeit v222 zwischen der Sensoranordnung 100 und der Beleuchtungseinrichtung 210 zu ermitteln.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 be further designed to based on the obtained signal edges the respective particle size, the number of particles 190 in the fluid stream 222 and / or the fluid velocity v 222 between the sensor arrangement 100 and the lighting device 210 to determine.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Teilchensensor 200 ferner eine Fluidströmungserzeugungseinrichtung 230 aufweisen, die ausgebildet ist, um die Fluidströmung 222 zwischen der Sensoranordnung 100 und der Beleuchtungseinheit 210 mit der Fluidgeschwindigkeit v222 zu erzeugen. Die Fluidströmungserzeugungseinrichtung 230 kann ferner ausgebildet sein, um eine Mindestströmungsgeschwindigkeit vMIN aufrechtzuerhalten, um ein Anhaften von Partikeln bzw. Grob- oder Feinstaubpartikeln 190 an der Sensoranordnung 100 und/oder der Beleuchtungseinrichtung 210 aufgrund der Sinkgeschwindigkeit der zu erfassenden Partikel 190 in dem Fluidstrom 222 relativ zu der Sensoranordnung 100 oder der Beleuchtungseinrichtung 210 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.According to one embodiment, the particle sensor 200 a fluid flow generation device 230 which is adapted to the fluid flow 222 between the sensor arrangement 100 and the lighting unit 210 with the fluid velocity v 222 to create. The fluid flow generation device 230 may also be configured to a minimum flow rate v MIN To maintain adherence of particles or coarse or fine dust particles 190 at the sensor arrangement 100 and / or the lighting device 210 due to the rate of descent of the particles to be detected 190 in the fluid stream 222 relative to the sensor arrangement 100 or the lighting device 210 to prevent or at least reduce.

Die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit vMIN des zu untersuchenden Fluids ergibt sich beispielsweise folgendermaßen. Die sich in dem zu untersuchenden Fluid befindlichen und zu erfassenden Partikel 190 weisen ein „Sinkgeschwindigkeit“ auf, wobei gilt: je höher die Partikelgröße ist, umso größer ist die Sinkgeschwindigkeit. Daher sollte eine ausreichende hohe Strömungsgeschwindigkeit VMIN vorhanden sein, so dass basierend auf der Sinkgeschwindigkeit der zu erfassenden Partikel 190 (Feinstaubpartikel) die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit v222 ≥ vMIN durch die Messanordnung vorzusehen ist, um möglichst ein Anhaften von Partikeln 190 an einem Element des Teilchensensors 200 selbst zu verhindern.The required flow velocity v MIN The fluid to be examined is obtained, for example, as follows. The particles located and to be detected in the fluid to be examined 190 have a "sink rate", where: the higher the particle size, the greater the sink rate. Therefore, a sufficiently high flow velocity VMIN should be present, so that based on the rate of descent of the particles to be detected 190 (Particulate dust particles) the required flow velocity v 222 ≥ v MIN is to be provided by the measuring arrangement in order to minimize the adhesion of particles 190 on an element of the particle sensor 200 to prevent yourself.

Bezugnehmend auf die 1 bis 5 werden nun nochmals einige Ausführungsbeispiele und deren Funktionalitäten beispielhaft zusammengefasst.Referring to the 1 to 5 Now again some examples and their functionalities are summarized by way of example.

Das von dem mindestens einen Erfassungselement 130 erfasste Abschattungssignal, das durch ein Feinstaubteilchen 190 beim Durchlaufen der Verbindungslinie zwischen Beleuchtungselement 210 und Lichterfassungselement 130 erzeugt wird, kann gemäß Ausführungsbeispielen sehr genau erfasst werden. Da aber die Spotgröße der (möglichst gut kollimierten) Lichtquelle 210, z.B. ein Halbleiterlaser mit optionaler Mikrooptik 214, schwierig abbildbar auf einem Bildsensor bzw. eine Fotodiode 130 ist (siehe Lichtschrankenprinzip), wird das Streulichtunterdrückungsprinzip mittels langer Kanäle 140 von der Rückseite 110-B in dem Halbleitersubstrat 110 bis zu der mindestens einen an der Vorderseite liegenden Fotodiode 130 vorgeschlagen.That of the at least one detection element 130 captured shading signal passing through a particulate matter 190 when passing through the connecting line between the lighting element 210 and light sensing element 130 is generated, can be detected very accurately according to embodiments. But because the spot size of the (well collimated) light source 210 , eg a semiconductor laser with optional micro-optics 214 , difficult to image on an image sensor or a photodiode 130 is (see light barrier principle), the scattered light suppression principle by means of long channels 140 from the back 110-B in the semiconductor substrate 110 up to the at least one front-side photodiode 130 proposed.

Die jeweilige Fotodiodengröße (z.B. 5×5 µm) kann dabei in der Größenordnung der zu erfassenden Partikel liegen. Als Fotodiodenanordnung 130 kann z.B. mindestens ein CMOS-Bildsensor (CCD) oder auch mindestens ein einfach aufzubauender Diodenstreifen (in 3a in die Zeichenebene hinein) und entlang der gesamten Breite b220 des Fluidkanals 220 des zu untersuchenden Fluidstroms 222 angeordnet sein.The respective photodiode size (eg 5 × 5 μm) can be of the order of magnitude of the particles to be detected. As a photodiode array 130 For example, at least one CMOS image sensor (CCD) or at least one easy to build diode strip (in 3a into the drawing plane) and along the entire width b 220 of the fluid channel 220 of the fluid flow to be examined 222 be arranged.

Durch das vorliegende Konzept kann störendes Streulicht durch die zu erfassenden Partikel 190, die sich nicht im Lot zwischen der Lichtquelle 210 und dem Lichtsensor 13 befinden, weitestgehend eliminiert werden. Dazu wird gemäß dem vorliegenden Konzept von der Rückseite aus eine „Boschätzung“ mit einem Aspektverhältnis von zumindest 20:1 (40:1 oder höher) bis zu mindestens einer an der Vorderseite 110-A gelegenen Kavität 122 mit dem mindestens einen daran angeordneten Lichtsensorelement 130, z.B. Fotodiode, durchgeführt, so dass eine effektive Streulichtunterdrückung erreicht werden kann. Mittels der Boschätzung kann somit eine äußerst hohe Streulichtimmunität bzw. Streulichtunterdrückung der Messanordnung 200 mittels eines beherrschten Herstellungsprozesses an der Sensoranordnung 100 erhalten werden.Due to the present concept can disturbing scattered light through the particles to be detected 190 that are not in the balance between the light source 210 and the light sensor 13 be eliminated as much as possible. To this end, according to the present concept, a "boule estimate" is made from the back side with an aspect ratio of at least 20: 1 (40: 1 or higher) to at least one at the front 110-A located cavity 122 with the at least one light sensor element arranged thereon 130 , For example, photodiode performed so that an effective stray light suppression can be achieved. By means of the Bo estimate can thus be an extremely high immunity to scattered light or scattered light suppression of the measuring arrangement 200 by means of a controlled manufacturing process on the sensor arrangement 100 to be obtained.

Es wird somit mindestens ein tiefer bzw. langer Kanal 140 von der Rückseite 110-B des Halbleiterwafers 110 bis zu einer mit einem Oxid-Liner 124 ausgekleideten Kavität 122 (bzw. Kavitäten) durchgeführt, wobei die Oxidschicht 124 in der Kavität 122 als Ätzstoppschicht wirksam ist. In einem zusätzlichen Prozessschritt kann die an dem Zugang bzw. den Zugängen zu der mindestens einen Kavität 122 vorhandene Oxidschicht 124 des Linermaterials entfernt werden.It is thus at least one deep or long channel 140 from the back 110-B of the semiconductor wafer 110 up to one with an oxide liner 124 lined cavity 122 (or cavities) carried out, wherein the oxide layer 124 in the cavity 122 is effective as an etch stop layer. In an additional process step, the at the access or access to the at least one cavity 122 existing oxide layer 124 of the liner material.

Das Siliziummaterial des Siliziumwafers 110 weist für einen Winkel von größer 15° an einer Grenzfläche zwischen Siliziummaterial und Luft eine Totalreflexionseigenschaft von Licht auf, so dass mittels des mindestens einen tiefen Kanals 140 eine rückseitige „Lichtfalle“ für Streulicht erzeugt wird.The silicon material of the silicon wafer 110 For an angle greater than 15 ° at an interface between silicon material and air has a total reflection property of light, so that by means of at least one deep channel 140 a backside "light trap" for stray light is generated.

Im Folgenden wird nun anhand von 6 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung einer Sensoranordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.The following will now be based on 6 a basic flow diagram of a method 300 for producing a sensor arrangement 100 described according to an embodiment.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 zum Herstellen einer Sensoranordnung 100 folgende Schritte auf: Bereitstellen 310 eines Halbleitersubstrats 110 mit einer isolierenden Zwischenstruktur 120 benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110, Erzeugen 320 des mindestens einen optischen Empfangselements bzw. Fotodiodenelements 130 und mindestens einer optionalen weiteren CMOS-Auswerteschaltung 160, 162 an dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110, und Erzeugen 330 von mindestens einer kanalförmigen Durchgangsöffnung 130 ausgehend von einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der isolierenden Zwischenstruktur 120 mittels eines rückseitigen Bosch-Ätzungsvorgangs, so dass die kanalförmigen Durchgangsöffnungen 140 ein Aspektverhältnis AV zwischen Kanallänge 1140 und Kanalbreite b140 (mit AV = l140/b140) von zumindest 20:1 aufweisen.In one embodiment, the method 300 for producing a sensor arrangement 100 following steps: Deploy 310 a semiconductor substrate 110 with an insulating intermediate structure 120 adjacent to a first major surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 , Produce 320 the at least one optical receiving element or photodiode element 130 and at least one optional other CMOS evaluation 160 . 162 at the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 , and generating 330 of at least one channel-shaped passage opening 130 starting from a second, opposite major surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 to the insulating intermediate structure 120 by means of a backside Bosch etching process, so that the channel-shaped through holes 140 an aspect ratio AV between channel length 1 140 and channel width b 140 (with AV = l 140 / b 140 ) of at least 20: 1.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 330 des Waferbondens eines Glaswafers 170 an den zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann optional eine für die elektromagnetische Messstrahlung transparente Schutzschicht 170 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 angeordnet werden, um die mindestens eine in dem Halbleitersubstrat 110 angeordnete, kanalförmige Durchgangsöffnung 140 zu überdecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die transparente Schutzschicht 170 als ein für die Wellenlänge λ0 der elektromagnetischen Messstrahlung durchlässiger Glaswafer ausgebildet sein.In one embodiment, the method 300 one step 330 wafer-bonding a glass wafer 170 to the second major surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 on. According to one exemplary embodiment, a protective layer transparent to the electromagnetic measuring radiation may optionally be provided 170 at the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 be arranged to the at least one in the semiconductor substrate 110 arranged, channel-shaped passage opening 140 to cover. According to one embodiment, the transparent protective layer 170 as one for the wavelength λ 0 be formed of the electromagnetic measuring radiation permeable glass wafer.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 ferner einen Schritt 350 des Erzeugens eines wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 mittels eines ersten Dotierungsvorgangs in dem Halbleitersubstrat 110, und einen Schritt 360 des Ausbildens eines aktiven Halbleiterbereichs 132 der Fotodiodenelemente 130 mittels eines zweiten Dotiervorgangs innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 auf, wobei der wannenförmige Halbleiterbereich 134 und der aktive Halbleiterbereich 132 unterschiedliche Dotierungstypen aufweisen.In one embodiment, the method 300 a further step 350 the production of a trough-shaped semiconductor region 134 by means of a first doping process in the semiconductor substrate 110 , and one step 360 forming an active semiconductor region 132 the photodiode elements 130 by means of a second doping process within the trough-shaped semiconductor region 134 on, wherein the trough-shaped semiconductor region 134 and the active semiconductor region 132 have different doping types.

Die Fotodiodenstruktur 130 (vgl. 3a) weist somit einen aktiven Halbleiterbereich 132 mit einem ersten Dotierungstyp und einen wannenförmigen Halbleiterbereich 134 mit einem zweiten Dotierungstyp auf, wobei der aktive Halbleiterbereich 132 innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 angeordnet ist. Die Fotodiodenstruktur 130 weist also eine p-Wanne (Basis = aktiver Halbleiterbereich) 132 innerhalb einer n-Wanne (Emitter = wannenförmiger Halbleiterbereich) 134 auf. Das aktive p-Gebiet 132 weist also beispielsweise ein umgebendes, umlaufendes n-Diffusionsgebiet 134 auf. Daher sind die durch das Licht erzeugten (fotogenerierten) Ladungsträger entfernt von den „gestörten“ Halbleiterbereichen innerhalb der umgebenden n-Wanne bzw. n-Tasche von störenden Rekombinationszentren entfernt, so dass es zu keiner bzw. zu einer äußerst geringen unerwünschten Rekombination von Minoritätsladungsträgern an solchen störenden Rekombinationszentren kommt.The photodiode structure 130 (see. 3a) thus has an active semiconductor region 132 with a first doping type and a trough-shaped semiconductor region 134 with a second doping type, wherein the active semiconductor region 132 within the trough-shaped semiconductor region 134 is arranged. The photodiode structure 130 has a p-well (base = active semiconductor region) 132 within an n-well (emitter = trough-shaped semiconductor region) 134 on. The active p-region 132 Thus, for example, has a surrounding, circumferential n-diffusion region 134 on. Therefore, the (photo-generated) photogenerates generated by the light are removed from the "disordered" semiconductor regions within the surrounding n-well or n-pocket of interfering recombination centers, thus leaving little or no undesirable minority recombination of minority carriers such interfering recombination centers comes.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 370 des Durchführens eines SON-Prozesses zur Erzeugung der isolierenden Zwischenstruktur 120 in Form von SON-Kavitäten 122 benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 auf, wobei bei dem SON-Prozess zur Erzeugung der Kavitäten 122 eine Oxid-Auskleidungsschicht 124 an dem Wandbereich 124-A der Kavitäten 122 erzeugt wird, die bei dem Bosch-Ätzvorgang als Ätzstoppschicht 124 wirksam ist.In one embodiment, the method 300 one step 370 performing a SON process to create the insulating interlayer 120 in the form of SON cavities 122 adjacent to a first major surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 wherein in the SON process for generating the cavities 122 an oxide lining layer 124 on the wall area 124-A the cavities 122 which is used in the Bosch etching process as an etching stop layer 124 is effective.

Die SON-Kavität 122 kann beispielsweise durch das Einstellen der Prozessparameter bei dem Venezia-Prozess (= SON-Prozess für SON-Kavitäten), z. B. über die Prozesstemperatur, den Prozessdruck und die Prozessdauer, eingestellt werden. Ferner wird bei bzw. nach dem SON-Prozess eine Auskleidung, z. B. aus einem Oxidmaterial 124 der Kavität 122 erreicht, d. h. die Kavität 122 wird mit dem isolierenden Material 126, z. B. einem Oxidmaterial, ausgekleidet.The SON cavity 122 For example, by setting the process parameters in the Venezia process (= SON process for SON cavities), e.g. B. on the process temperature, the process pressure and the duration of the process can be adjusted. Further, at or after the SON process, a liner, for. B. of an oxide material 124 the cavity 122 reached, ie the cavity 122 comes with the insulating material 126 , z. As an oxide material, lined.

Bei einem Ausführungsbeispiel können bei dem SON-Prozess die mindestens eine Kavität 122 mit Korrugationen 126 versehenen Wandoberflächenbereichen 124-A ausgebildet werden, die eine erhöhte Erfassungs- und Einkopplungseffektivität der elektromagnetischen Messstrahlung in dem aktiven Halbleiterbereich 132 bewirken.In one embodiment, in the SON process, the at least one cavity 122 with corrugations 126 provided wall surface areas 124-A be formed, the increased detection and Einkopplungseffektivität the electromagnetic measuring radiation in the active semiconductor region 132 cause.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann bei dem Schritt des Bereitstellens eines Halbleitersubstrats 110 ein SOI-Substrat 110 (SOI = Silicon On Insulator) mit einer isolierenden Zwischenschicht 128 als die isolierende Zwischenstruktur 120 bereitgestellt werden. Das Substrat 110 kann also als ein sogenanntes „SOI-Substrat“ ausgebildet sein, bei dem eine relativ dünne Halbleiterschicht bzw. Siliziumschicht 110-1 durch eine isolierende Schicht 128, z. B. eine BOX-Schicht (BOX = Buried Oxide = vergrabenes Oxid) von dem weiteren Substratbereich 110-2, z. B. einem Siliziumsubstrat, getrennt ist.In one embodiment, in the step of providing a semiconductor substrate 110 an SOI substrate 110 (SOI = Silicon On Insulator) with an insulating intermediate layer 128 as the insulating intermediate structure 120 to be provided. The substrate 110 Thus, it may be formed as a so-called "SOI substrate" in which a relatively thin semiconductor layer or silicon layer 110-1 through an insulating layer 128 , z. B. a BOX layer (BOX = buried oxide = buried oxide) from the other substrate area 110-2 , z. B. a silicon substrate, is separated.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird also die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140, z.B. in Form mindestens eines Grabens an der Rückseite 110-B des Halbleitersubstrats bzw. Chips 110, unter Verwendung eines Bosch-Ätzverfahrens hergestellt. Diese mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 stoppt auf einem Auskleidungsoxid 124 an dem mindestens einen Silicon-on-Nothing-Hohlraum 122 direkt unterhalb bzw. angrenzend zu dem mindestens einen Empfangselement bzw. der mindestens einen Fotodiode 130.In some embodiments, therefore, the at least one channel-shaped passage opening 140 , eg in the form of at least one trench on the back side 110-B of the semiconductor substrate or chip 110 , made using a Bosch etching process. This at least one channel-shaped passage opening 140 stops on a lining oxide 124 at the at least one silicon-on-nothing cavity 122 directly below or adjacent to the at least one receiving element or the at least one photodiode 130 ,

Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Konfiguration zwei Halbleiterchips 110-1, 110-2, einen Chip 110-B mit Perforationen 140 und einen anderen Chip 110-A mit Dioden 130 und einer optionalen Schaltungsanordnung 160, 162. In further embodiments, the configuration comprises two semiconductor chips 110-1 . 110-2 , a chip 110-B with perforations 140 and another chip 110-A with diodes 130 and optional circuitry 160 . 162 ,

Das vorliegende Konzept unterstützt somit die Integration von Partikelsensoren mit minimalem Platzbedarf für Produkte und Geräte der nächsten Generation, indem eine Kombination aus mindestens einem rückseitig geätzten Bosch-Graben als Lichtkanal und einer Apertur und mindestens einer rückseitig beleuchteten Fotodiode oberhalb eines Silicon-on-Nothing (SON)-Hohlraums bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine Standard-CMOS-Verarbeitung, wenn der mindestens eine SON-Hohlraum gebildet ist. Die Kombination ergibt einen miniaturisierten und äußerst kompakten Entwurf für Feinstauberfassungsvorrichtungen mit einem extrem kleinen Sichtfeld.The present concept thus supports the integration of particle sensors with minimal space requirements for next-generation products and devices by combining a combination of at least one back-etched Bosch trench as the light channel and an aperture and at least one back-illuminated photodiode above a silicon-on-nothing. SON) cavity is provided. This enables standard CMOS processing when the at least one SON cavity is formed. The combination results in a miniaturized and extremely compact design for fine dust detection devices with an extremely small field of view.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Sensoranordnung 100 ein Halbleitersubstrat 110 mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich 110-A, 110-B; eine Zwischenstruktur 120 in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 benachbart zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110; mindestens ein Empfangselement 130 in dem Halbleitermaterial zwischen der Zwischenstruktur 120 und dem ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110; und mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 von dem zweiten Hauptoberflächenbereich 110-B des Halbleitersubstrats 110 zu der Zwischenstruktur 120, wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge l140 und Kanalbreite b140 von zumindest 20:1 aufweist.According to one embodiment, a sensor arrangement comprises 100 a semiconductor substrate 110 with a first and a second opposite major surface area 110-A . 110-B ; an intermediate structure 120 in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 adjacent to the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 ; at least one receiving element 130 in the semiconductor material between the intermediate structure 120 and the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 ; and at least one channel-shaped passage opening 140 from the second main surface area 110-B of the semiconductor substrate 110 to the intermediate structure 120 wherein the at least one channel-shaped passage opening 140 an aspect ratio between channel length 140 and channel width b 140 of at least 20: 1.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Zwischenstruktur 120 eine Kavität 122 oder eine SON-Kavität 122 (SON = Silicon-on-Nothing) aufweist und mit einer Auskleidungsschicht 124 (Oxid-Liner-Schicht) ausgekleidet sein.According to one embodiment, the intermediate structure 120 a cavity 122 or a SON cavity 122 (SON = Silicon-on-Nothing) and with a lining layer 124 (Oxide liner layer) to be lined.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die SON-Kavität 122 einen Wandbereich 124-A aufweisen, der röhrensegmentförmig ausgebildet ist, so dass der Wandbereich 124-A der SON-Kavität 122 parallel zueinander verlaufende, benachbarte Gräben 126 aufweist.According to one embodiment, the SON cavity 122 a wall area 124-A have, which is formed tube segment-shaped, so that the wall portion 124-A the SON cavity 122 parallel adjacent trenches 126 having.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Halbleitersubstrat 110 ein SOI-Substrat aufweisen, wobei die Zwischenstruktur eine isolierende Zwischenschicht 128 des SOI-Substrats (SOI = Silicon-on-Insulator) aufweist.According to an embodiment, the semiconductor substrate 110 an SOI substrate, wherein the intermediate structure is an insulating intermediate layer 128 of the SOI substrate (SOI = silicon-on-insulator).

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die isolierende Zwischenschicht 128 eine Zwischenoxidschicht aufweisen.According to one embodiment, the insulating intermediate layer 128 have an intermediate oxide layer.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das mindestens eine Empfangselement 130 eine Fotodiodenstruktur 130 aufweisen, wobei die Fotodiodenstruktur 130 einen aktiven Halbleiterbereich 132 mit einem ersten Dotierungstyp und einen wannenförmigen Halbleiterbereich 134 mit einem zweiten Dotierungstyp aufweist, wobei der aktive Halbleiterbereich 132 innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs 134 angeordnet ist.According to one embodiment, the at least one receiving element 130 a photodiode structure 130 having the photodiode structure 130 an active semiconductor region 132 with a first doping type and a trough-shaped semiconductor region 134 having a second doping type, wherein the active semiconductor region 132 within the trough-shaped semiconductor region 134 is arranged.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der wannenförmige Halbleiterbereich 134 ausgebildet sein, um eine Oberflächenrekombination von fotogenerierten Ladungsträgern an einem Randbereich des aktiven Halbleiterbereichs 132 zu verringern.According to one embodiment, the trough-shaped semiconductor region 134 be formed to a surface recombination of photogenerated charge carriers at an edge region of the active semiconductor region 132 to reduce.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine Fotodiodenstruktur 140 ein CMOS-Bildsensorelement oder ein streifenförmig ausgebildetes Fotodiodenelement aufweisen.According to an embodiment, the at least one photodiode structure 140 have a CMOS image sensor element or a strip-shaped photodiode element.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 ein Aspektverhältnis A140 von zumindest 30:1, 40:1 oder 60:1 aufweisen, um einen Streuanteil der elektromagnetischen Messstrahlung, der in die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 mit einer Einfallswinkelabweichung von zumindest 1°, 2° oder 5° gegenüber einer Mittelachse der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung 140 einfällt, optisch auszukoppeln.According to one embodiment, the at least one channel-shaped passage opening 140 an aspect ratio A 140 of at least 30: 1, 40: 1 or 60: 1 to a Streu portion of the electromagnetic measuring radiation, in the at least one channel-shaped passage opening 140 with an incident angle deviation of at least 1 °, 2 ° or 5 ° with respect to a central axis of the at least one channel-shaped passage opening 140 comes in, optically decouple.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die optische Auskopplung des Streulichts durch eine optische Einkopplung und/oder Absorption des Streulichts in das Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 110 erfolgen.According to one embodiment, the optical coupling of the scattered light by an optical coupling and / or absorption of the scattered light in the semiconductor material of the semiconductor substrate 110 respectively.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 in einem Seitenwandbereich 142 umlaufende Korrugationen 144 aufweist.According to one embodiment, the at least one channel-shaped passage opening 140 in a sidewall area 142 circulating corrugations 144 having.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 einem Empfangselement 130 zugeordnet sein.According to one embodiment, a channel-shaped passage opening 140 a receiving element 130 be assigned.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann angrenzend an den ersten Hauptoberflächenbereich 110-A des Halbleitersubstrats 110 eine CMOS-Schaltungsanordnung in dem Halbleitermaterial angeordnet sein, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, um Ausgangssignale des mindestens einen Empfangselements 130 auszulesen und/oder aufzubereiten.According to one embodiment, adjacent to the first main surface area 110-A of the semiconductor substrate 110 a CMOS circuit arrangement be arranged in the semiconductor material, wherein the circuit arrangement is designed to output signals of the at least one receiving element 130 to read and / or prepare.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die CMOS-Schaltungsanordnung ausgebildet sein, um bei einer Mehrzahl von Empfangselementen (130) benachbarte Empfangselemente 130 paarweise antiparallel auszulesen und das ausgelesene Ausgangssignal hochpasszufiltern. According to an embodiment, the CMOS circuitry may be configured to be coupled to a plurality of receive elements (FIG. 130 ) adjacent receiving elements 130 read in pairs antiparallel and high-pass filter the output signal read.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine für die elektromagnetische Messstrahlung transparente Schutzschicht an dem zweiten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats angeordnet sein und die mindestens eine in dem Halbleitersubstrat angeordnete kanalförmige Durchgangsöffnung 140 überdecken.According to one exemplary embodiment, a protective layer transparent to the electromagnetic measuring radiation may be arranged on the second main surface area of the semiconductor substrate and the at least one channel-shaped through opening arranged in the semiconductor substrate 140 cover.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die transparente Schutzschicht als ein für die Wellenlänge der elektromagnetischen Messstrahlung durchlässiger Glaswafer ausgebildet sein.According to one embodiment, the transparent protective layer may be formed as a glass wafer permeable to the wavelength of the electromagnetic measuring radiation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Halbleitersubstrat ein erstes und ein zweites, aneinander angeordnetes Teilsubstrat aufweisen, wobei in dem ersten Teilsubstrat die Empfangselemente 130 angeordnet sind, und wobei in dem zweiten Halbleiterteilsubstrat die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung 140 angeordnet ist.According to an exemplary embodiment, the semiconductor substrate may have a first and a second sub-substrate arranged next to each other, wherein in the first sub-substrate the receiving elements 130 and wherein in the second semiconductor sub-substrate the at least one channel-shaped through-opening 140 is arranged.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Teilchensensor 200 folgende Merkmale: die Sensoranordnung 100, und eine Beleuchtungseinrichtung 210 mit einer Flächenlichtquelle, mit mindestens einer kollimierten Einzellichtquelle oder mit einer Mehrzahl von kollimierten Einzellichtquellen, wobei die Sensoranordnung 100 und die Beleuchtungseinrichtung 210 beabstandet zueinander angeordnet sind, um einen Fluidkanal für eine Fluidströmung zwischen der Sensoranordnung und der Beleuchtungseinrichtung vorzusehen.According to one embodiment, a particle sensor comprises 200 following features: the sensor arrangement 100 , and a lighting device 210 with a surface light source, with at least one collimated individual light source or with a plurality of collimated individual light sources, wherein the sensor arrangement 100 and the lighting device 210 spaced from one another to provide a fluid channel for fluid flow between the sensor assembly and the illumination device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 100 ausgebildet sein, um Feinstaubpartikel 190, die sich in einem Fluidstrom 222 zwischen der Sensoranordnung 100 und der Beleuchtungseinrichtung 210 befinden, mittels einer Flankenermittlung des Feinstaubpartikels 190 zu erfassen.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 be trained to fine particulate matter 190 that is in a fluid stream 222 between the sensor arrangement 100 and the lighting device 210 located by means of a flank detection of the particulate matter 190 capture.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 100 ausgebildet sein, um bei einem differenziellen Auslesen der Empfangselemente 130 sowohl eine Signalflanke beim Eintritt als auch beim Austritt des jeweiligen Partikels aus dem Durchleuchtungsbereich 220 zwischen der Lichtquelle 212, 214 der Beleuchtungseinrichtung 210 und dem zugeordneten Empfangselement 130 der Sensoranordnung 100 zu erhalten.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 be formed to a differential readout of the receiving elements 130 both a signal edge at the entrance and at the exit of the respective particle from the transillumination area 220 between the light source 212 . 214 the lighting device 210 and the associated receiving element 130 the sensor arrangement 100 to obtain.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 100 ferner ausgebildet sein, um basierend auf den erhaltenen Signalflanken die jeweilige Partikelgröße, die Anzahl der Partikel in dem Fluidstrom und/oder die Fluidgeschwindigkeit zwischen der Sensoranordnung 100 und der Beleuchtungseinrichtung 210 zu ermitteln.According to one embodiment, the sensor arrangement 100 Furthermore, it may be designed to determine the respective particle size, the number of particles in the fluid flow and / or the fluid velocity between the sensor arrangement based on the signal edges obtained 100 and the lighting device 210 to determine.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Teilchensensor 200 ferner eine Fluidströmungserzeugungseinrichtung 230 aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Fluidströmung 222 zwischen der Sensoranordnung 100 und der Beleuchtungseinheit 210 zu erzeugen.According to one embodiment, the particle sensor 200 a fluid flow generation device 230 which is adapted to a fluid flow 222 between the sensor arrangement 100 and the lighting unit 210 to create.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidströmungserzeugungseinrichtung 230 ferner ausgebildet sein, um eine Mindestströmungsgeschwindigkeit vMIN aufrechtzuerhalten, um ein Anhaften von Feinstaubpartikeln 190 an der Sensoranordnung 100 und/oder der Beleuchtungseinrichtung 210 aufgrund der Sinkgeschwindigkeit der zu erfassenden Partikel 190 in dem Fluidstrom 222 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.According to one embodiment, the fluid flow generation device 230 be further configured to a minimum flow rate v MIN maintain adherence of particulate matter 190 at the sensor arrangement 100 and / or the lighting device 210 due to the rate of descent of the particles to be detected 190 in the fluid stream 222 to prevent or at least reduce.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren 300 zum Herstellen einer Sensoranordnung 100 folgende Schritte aufweisen: Bereitstellen 310 eines Halbleitersubstrats mit einer isolierenden Zwischenstruktur benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, Erzeugen 320 mindestens eines Empfangselements an dem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, und Erzeugen 330 mindestens einer kanalförmigen Durchgangsöffnung ausgehend von einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats zu der isolierende Zwischenstruktur mittels eines rückseitigen Bosch-Ätzungsvorgangs, so dass die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge und Kanalbreite von zumindest 20:1 aufweist.According to one embodiment, a method 300 for producing a sensor arrangement 100 Have the following steps: Deploy 310 a semiconductor substrate having an insulating intermediate structure adjacent to a first main surface area of the semiconductor substrate 320 at least one receiving element on the first main surface area of the semiconductor substrate, and generating 330 at least one channel-shaped through-opening starting from a second, opposite main surface region of the semiconductor substrate to the insulating intermediate structure by means of a backside Bosch etching process, so that the at least one channel-shaped through-opening has an aspect ratio between channel length and channel width of at least 20: 1.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren 300 ferner folgenden Schritt aufweisen: Waferbonden 340 eines Glaswafers an den zweiten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats.According to one embodiment, the method 300 further comprising the step of: wafer bonding 340 a glass wafer to the second main surface area of the semiconductor substrate.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt des Erstellens des mindestens einen Fotodiodenelements folgende Teilschritte aufweisen: Erzeugen 350 eines wannenförmigen Halbleiterbereichs mittels eines ersten Dotierungsvorgangs in dem Halbleitersubstrat, und Ausbilden 360 eines aktiven Halbleiterbereichs de mindestens einen Fotodiodenelements mittels eines zweiten Dotiervorgangs innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs, wobei der wannenförmige Halbleiterbereich und der aktive Halbleiterbereich unterschiedliche Dotierungstypen aufweisen.According to an embodiment, the step of creating the at least one photodiode element may comprise the following substeps: generating 350 a trough-shaped semiconductor region by means of a first doping process in the semiconductor substrate, and forming 360 an active semiconductor region de at least one photodiode element by means of a second doping process within the trough-shaped semiconductor region, wherein the trough-shaped semiconductor region and the active semiconductor region have different doping types.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren 300 ferner folgenden Schritt aufweisen: Durchführen 370 eines SON-Prozesses zur Erzeugung der isolierenden Zwischenstruktur in Form von mindestens einer SON-Kavität benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, wobei bei oder nach dem SON-Prozess zur Erzeugung der mindestens einen Kavität eine Oxid-Auskleidungsschicht an dem Wandbereich der mindestens einen Kavität erzeugt wird, die bei dem Bosch-Ätzvorgang als Ätzstoppschicht wirksam ist. According to one embodiment, the method 300 further comprising the step of: performing 370 a SON process for producing the insulating intermediate structure in the form of at least one SON cavity adjacent to a first main surface area of the semiconductor substrate, wherein at or after the SON process for producing the at least one cavity, an oxide lining layer on the wall area of the at least one cavity which is effective as an etching stopper layer in the Bosch etching process.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei dem SON-Prozess die mindestens eine Kavität mit Korrugationen versehenen Wandoberflächenbereichen ausgebildet wird, die eine erhöhte Erfassungs- und Einkopplungseffektivität der elektromagnetischen Messstrahlung in dem aktiven Halbleiterbereich bewirken.According to an embodiment, in the SON process, the at least one cavity may be formed with corrugated wall surface areas that cause increased detection and coupling efficiency of the electromagnetic measurement radiation in the active semiconductor region.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei dem Schritt des Bereitstellens eines Halbleitersubstrats ein SOI-Substrat (SOI = Silicon On Insulator) mit einer isolierenden Zwischenschicht als die isolierende Zwischenstruktur bereitgestellt werden.According to an embodiment, in the step of providing a semiconductor substrate, a silicon on insulator (SOI) substrate having an insulating interlayer may be provided as the interlayer insulating structure.

Während sich Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, werden dementsprechend Ausführungsbeispiele derselben in den Figuren beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente.Accordingly, while embodiments are susceptible of various modifications and alternative forms, embodiments thereof are shown by way of example in the figures and described in detail herein. However, it should be understood that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but in contrast, the embodiments are intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the disclosure. Throughout the description of the figures, like reference numbers refer to the same or similar elements.

Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzten Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.). Ferner ist die Formulierung „zumindest ein“ Element so zu verstehen, dass ein Element oder eine Mehrzahl von Elementen vorgesehen sein können.It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, it may be directly connected or coupled to the other element, or intermediate elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly" connected to another element, "connected" or "coupled," there are no intermediate elements. Other expressions used to describe the relationship between elements should be construed in a similar fashion (e.g., "between" versus "directly between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.). Furthermore, the expression "at least one" element should be understood to mean that one element or a plurality of elements may be provided.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einem MEMS-Baustein beschrieben wurden, versteht es sich, dass einige Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Herstellungsverfahrens mit entsprechenden Verfahrensschritten zur Herstellung eines MEMS-Bausteins darstellen. So ist das Bereitstellen eines Blocks oder eines Bauelements auch als ein Verfahrensschritt oder ein Merkmal eines Verfahrensschrittes eines entsprechenden Verfahrens zu verstehen ist. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie unter Verwendung eines Mikroprozessors, eines programmierbaren Computers oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in the context of a MEMS device, it should be understood that some aspects are also a description of the corresponding fabrication process with corresponding steps in the fabrication of a MEMS device. Thus, the provision of a block or a component is also to be understood as a method step or a feature of a method step of a corresponding method. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device), such as using a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.

In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.In the foregoing detailed description, various features have been partially grouped together in examples to streamline the disclosure. This type of disclosure is not to be interpreted as the intention that the claimed examples have more features than are expressly stated in each claim. Rather, as the following claims reflect, the subject matter may be inferior to all features of a single disclosed example. Accordingly, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim being construed as a separate example of its own. While each claim may be construed as a separate example of its own, it should be understood that while dependent claims in the claims refer back to a specific combination with one or more other claims, other examples also include a combination of dependent claims with the subject matter of any other dependent claim or a combination of each feature with other dependent or independent claims. Such combinations are included unless it is stated that a specific combination is not intended. It is also intended that a combination of features of a claim with any other independent claim be included even if that claim is not directly dependent on the independent claim.

Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die spezifischen dort gezeigten und dargestellten Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Dieser Anmeldungstext soll alle Adaptionen und Variationen der hierin beschriebenen und erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist der vorliegende Anmeldungsgegenstand lediglich durch den Wortlaut der Ansprüche und den äquivalenten Ausführungsformen derselben begrenzt.Although specific embodiments have been illustrated and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that a variety of alternative and / or equivalent implementations may be substituted for the specific embodiments shown and illustrated herein without departing from the subject matter of the present application. This application text is intended to cover all adaptations and variations of the specific embodiments described and discussed herein. Therefore, the present application is only by the wording of the claims and the equivalent embodiments thereof.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Sensoranordnungsensor arrangement
110110
Substratsubstratum
110-A110-A
erster Hauptoberflächenbereich des Substratsfirst major surface area of the substrate
110-B110-B
zweiter Hauptoberflächenbereich des Substratssecond major surface area of the substrate
110-1110-1
erstes Teilsubstratfirst sub-substrate
110-2110-2
zweites Teilsubstratsecond sub-substrate
120120
Zwischenstrukturintermediate structure
122122
SON-KavitätSON cavity
122'122 '
röhrenförmigen Hohlräumetubular cavities
124124
Oxid-Liner-SchichtOxide liner layer
124-A124-A
Wandbereich der KavitätWall area of the cavity
126126
Riffelungencorrugations
128128
isolierende Zwischenschicht eines SOI-Substratsinsulating intermediate layer of an SOI substrate
130130
Empfangselementereceiving elements
132132
aktiver Halbleiterbereichactive semiconductor area
132-1132-1
hoch-dotierter Bereichhighly-doped area
134134
wannenförmiger Halbleiterbereichtrough-shaped semiconductor region
134-1134-1
hoch-dotierter Bereichhighly-doped area
136136
KontaktanschlussleitungContact cord
138138
weitere Kontaktanschlussleitungfurther contact connection cable
140140
kanalförmige Durchgangsöffnungenchannel-shaped through holes
140-A140-A
Wandbereich der kanalförmigen DurchgangsöffnungenWall portion of the channel-shaped through holes
142142
Mittelachse der kanalförmigen DurchgangsöffnungenCentral axis of the channel-shaped through holes
144144
umlaufende Korrugationencirculating corrugations
150150
Schichtstapellayer stack
152152
Verdrahtungsebenenwiring levels
154154
Isolationsmaterialinsulation material
160160
CMOS-SchaltungsanordnungCMOS circuitry
162162
HochpassschaltungHigh-pass circuit
170170
transparente Schutzschichttransparent protective layer
190190
Partikelparticle
200200
Teilchensensorparticle sensor
210210
Beleuchtungseinrichtunglighting device
212212
Flächenlichtquelle oder einer Mehrzahl von kollimierten EinzellichtquellenArea light source or a plurality of collimated individual light sources
214214
kollimierte Einzellichtquellencollimated single light sources
216216
AbstandshalteranordnungSpacer assembly
220220
Fluidkanalfluid channel
222222
Fluidstromfluid flow
300300
Herstellungsverfahrenproduction method
310 - 370310 - 370
Verfahrensschritte steps
AVAV
Aspektverhältnisaspect ratio
1140 1 140
Kanallängechannel length
b140 b 140
Kanalbreitechannel width
λ0 λ 0
Wellenlänge der elektromagnetischen MessstrahlungWavelength of the electromagnetic measuring radiation
b220 b 220
Breite des FluidkanalsWidth of the fluid channel
v222 v 222
Fluidgeschwindigkeitfluid velocity
vMIN v MIN
FluidmindestgeschwindigkeitFluid minimum speed

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017112632 A1 [0006]DE 102017112632 A1 [0006]

Claims (29)

Sensoranordnung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Halbleitersubstrat (110) mit einem ersten und einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich (110-A, 110-B); einer Zwischenstruktur (120) in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats (110) benachbart zu dem ersten Hauptoberflächenbereich (110-A) des Halbleitersubstrats (110); mindestens einem Empfangselement (130) in dem Halbleitermaterial zwischen der Zwischenstruktur (120) und dem ersten Hauptoberflächenbereich (110-A) des Halbleitersubstrats (110); und mindestens einer kanalförmigen Durchgangsöffnung (140) von dem zweiten Hauptoberflächenbereich (110-B) des Halbleitersubstrats (110) zu der Zwischenstruktur (120), wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge (l140) und Kanalbreite (b140) von zumindest 20:1 aufweist.A sensor assembly (100) comprising: a semiconductor substrate (110) having first and second opposing major surface areas (110-A, 110-B); an intermediate structure (120) in the semiconductor material of the semiconductor substrate (110) adjacent to the first main surface region (110-A) of the semiconductor substrate (110); at least one receiving element (130) in the semiconductor material between the intermediate structure (120) and the first main surface area (110-A) of the semiconductor substrate (110); and at least one channel-shaped through-hole (140) from the second main surface region (110-B) of the semiconductor substrate (110) to the intermediate structure (120), the at least one channel-shaped through-hole (140) having an aspect ratio between channel length (l 140 ) and channel width (b 140 ) of at least 20: 1. Sensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Zwischenstruktur (120) eine Kavität (122) oder eine SON-Kavität (122) (SON = Silicon-on-Nothing) aufweist und mit einer Auskleidungsschicht (124) ausgekleidet ist.Sensor arrangement (100) according to Claim 1 wherein the intermediate structure (120) has a cavity (122) or a SON (Silicon On Nothing) cavity (122) and is lined with a lining layer (124). Sensoranordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die SON-Kavität (122) einen Wandbereich (124-A) aufweist, der röhrensegmentförmig ausgebildet ist, so dass der Wandbereich (124-A) der SON-Kavität (122) parallel zueinander verlaufende, benachbarte Gräben (126) aufweist.Sensor arrangement (100) according to Claim 2 wherein the SON cavity (122) has a wall portion (124-A) formed into a tube segment shape such that the wall portion (124-A) of the SON cavity (122) has adjacent trenches (126) parallel to each other. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat (110) ein SOI-Substrat aufweist, und wobei die Zwischenstruktur eine isolierende Zwischenschicht (128) des SOI-Substrats (SOI = Silicon-on-Insulator) aufweist.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor substrate (110) comprises an SOI substrate, and wherein the intermediate structure has an insulating intermediate layer (128) of the SOI substrate (SOI = silicon-on-insulator). Sensoranordnung (100) nach Anspruch 4, wobei die isolierende Zwischenschicht (128) eine Zwischenoxidschicht aufweist.Sensor arrangement (100) according to Claim 4 wherein the insulating intermediate layer (128) comprises an intermediate oxide layer. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Empfangselement (130) eine Fotodiodenstruktur (130) aufweist, wobei die Fotodiodenstruktur (130) einen aktiven Halbleiterbereich (132) mit einem ersten Dotierungstyp und einen wannenförmigen Halbleiterbereich (134) mit einem zweiten Dotierungstyp aufweist, wobei der aktive Halbleiterbereich (132) innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs (134) angeordnet ist.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one receiving element (130) has a photodiode structure (130), wherein the photodiode structure (130) has an active semiconductor region (132) with a first doping type and a trough-shaped semiconductor region (134) with a second doping type, wherein the active semiconductor region (132) within the trough-shaped semiconductor region (134) is arranged. Sensoranordnung (100) nach Anspruch 6, wobei der wannenförmige Halbleiterbereich (134) ausgebildet ist, um eine Oberflächenrekombination von fotogenerierten Ladungsträgern an einem Randbereich des aktiven Halbleiterbereichs (132) zu verringern.Sensor arrangement (100) according to Claim 6 wherein the well-shaped semiconductor region (134) is designed to reduce a surface recombination of photogenerated charge carriers at an edge region of the active semiconductor region (132). Sensoranordnung (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die mindestens eine Fotodiodenstruktur (130) ein CMOS-Bildsensorelement oder ein streifenförmig ausgebildetes Fotodiodenelement aufweist.Sensor arrangement (100) according to Claim 6 or 7 wherein the at least one photodiode structure (130) comprises a CMOS image sensor element or a strip-shaped photodiode element. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) ein Aspektverhältnis (A140) von zumindest 30:1, 40:1 oder 60:1 aufweist, um einen Streuanteil der elektromagnetischen Messstrahlung, der in die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) mit einer Einfallswinkelabweichung von zumindest 1°, 2° oder 5° gegenüber einer Mittelachse der mindestens einen kanalförmigen Durchgangsöffnung (140) einfällt, optisch auszukoppeln.The sensor assembly (100) of any one of the preceding claims, wherein the at least one channel shaped passage opening (140) has an aspect ratio (A 140 ) of at least 30: 1, 40: 1, or 60: 1 to produce a scatter proportion of the electromagnetic measurement radiation entering the at least one channel-shaped passage opening (140) with an incident angle deviation of at least 1 °, 2 ° or 5 ° with respect to a central axis of the at least one channel-shaped passage opening (140) incident optically decouple. Sensoranordnung (100) nach Anspruch 9, wobei die optische Auskopplung des Streulichts durch eine optische Einkopplung und/oder Absorption des Streulichts in das Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats (110) erfolgt.Sensor arrangement (100) according to Claim 9 , wherein the optical extraction of the scattered light by an optical coupling and / or absorption of the scattered light into the semiconductor material of the semiconductor substrate (110) takes place. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) in einem Seitenwandbereich (142) umlaufende Korrugationen (144) aufweisen.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one channel-shaped passage opening (140) in a side wall region (142) encircling corrugations (144). Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) einem Empfangselement (130) zugeordnet ist.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein a channel-shaped passage opening (140) is associated with a receiving element (130). Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei angrenzend an den ersten Hauptoberflächenbereich (110-A) des Halbleitersubstrats (110) eine CMOS-Schaltungsanordnung in dem Halbleitermaterial angeordnet ist, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, um Ausgangssignale der mindestens eines Empfangselements (130) auszulesen und/oder aufzubereiten.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein a CMOS circuit arrangement is arranged in the semiconductor material adjacent to the first main surface region (110-A) of the semiconductor substrate (110), wherein the circuit arrangement is designed to output signals of the at least one receiving element (130 ) read and / or prepare. Sensoranordnung (100) gemäß Anspruch 13, wobei die CMOS-Schaltungsanordnung ausgebildet ist, um bei einer Mehrzahl von Empfangselementen (130) benachbarte Empfangselemente (130) paarweise antiparallel auszulesen und das ausgelesene Ausgangssignal hochpasszufiltern.Sensor arrangement (100) according to Claim 13 , wherein the CMOS circuit arrangement is designed to read out adjacent receiving elements (130) in pairs in an antiparallel manner in a plurality of receiving elements (130) and to filter the read-out output signal high-pass. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine für die elektromagnetische Messstrahlung transparente Schutzschicht an dem zweiten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats angeordnet ist und die in dem Halbleitersubstrat angeordnete, mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) überdeckt.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein a protective layer transparent to the electromagnetic measuring radiation is arranged on the second main surface area of the semiconductor substrate and that in the Semiconductor substrate arranged, at least one channel-shaped passage opening (140) covered. Sensoranordnung (100) gemäß Anspruch 15, wobei die transparente Schutzschicht als ein für die Wellenlänge der elektromagnetischen Messstrahlung durchlässiger Glaswafer ausgebildet ist.Sensor arrangement (100) according to Claim 15 , wherein the transparent protective layer is formed as a transparent to the wavelength of the electromagnetic measuring radiation glass wafer. Sensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat ein erstes und ein zweites, aneinander angeordnetes Teilsubstrat aufweist, wobei in dem ersten Teilsubstrat die Empfangselemente (130) angeordnet sind, und wobei in dem zweiten Halbleiterteilsubstrat die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung (140) angeordnet ist.Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor substrate has a first and a second sub-substrate arranged next to one another, wherein the receiving elements (130) are arranged in the first sub-substrate, and wherein in the second semiconductor sub-substrate the at least one channel-shaped through-opening (140 ) is arranged. Teilchensensor (200) mit folgenden Merkmalen: einer Sensoranordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und einer Beleuchtungseinrichtung (210) mit einer Flächenlichtquelle, mit mindestens einer kollimierten Einzellichtquelle oder mit einer Mehrzahl von kollimierten Einzellichtquellen; wobei die Sensoranordnung (100) und die Beleuchtungseinrichtung (210) beabstandet zueinander angeordnet sind, um einen Fluidkanal für eine Fluidströmung zwischen der Sensoranordnung und der Beleuchtungseinrichtung vorzusehen.Particle sensor (200) with the following features: a sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, and an illumination device (210) with a surface light source, with at least one collimated individual light source or with a plurality of collimated individual light sources; wherein the sensor arrangement (100) and the illumination device (210) are arranged at a distance from one another in order to provide a fluid channel for fluid flow between the sensor arrangement and the illumination device. Teilchensensor (200) gemäß Anspruch 18, wobei die Sensoranordnung (100) ausgebildet ist, um Feinstaubpartikel (190), die sich in einem Fluidstrom (222) zwischen der Sensoranordnung (100) und der Beleuchtungseinrichtung (210) befinden, mittels einer Flankenermittlung des Feinstaubpartikels (190) zu erfassen.Particle sensor (200) according to Claim 18 wherein the sensor arrangement (100) is designed to detect fine dust particles (190), which are located in a fluid flow (222) between the sensor arrangement (100) and the illumination device (210), by means of flank detection of the fine dust particle (190). Teilchensensor (200) gemäß Anspruch 19, wobei die Sensoranordnung (100) ausgebildet ist, um bei einem differenziellen Auslesen der Empfangselemente (130) sowohl eine Signalflanke beim Eintritt als auch beim Austritt des jeweiligen Partikels aus dem Durchleuchtungsbereich (220) zwischen der Lichtquelle (212, 214) der Beleuchtungseinrichtung (210) und dem zugeordneten Empfangselement (130) der Sensoranordnung (100) zu erhalten.Particle sensor (200) according to Claim 19 in which the sensor arrangement (100) is designed to detect both a signal edge on entry and exit of the respective particle from the transillumination area (220) between the light source (212, 214) of the illumination device (210) during a differential reading of the receiving elements (130) ) and the associated receiving element (130) of the sensor arrangement (100). Teilchensensor (200) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Sensoranordnung (100) ferner ausgebildet, um basierend auf den erhaltenen Signalflanken die jeweilige Partikelgröße, die Anzahl der Partikel in dem Fluidstrom und/oder die Fluidgeschwindigkeit zwischen der Sensoranordnung (100) und der Beleuchtungseinrichtung (210) zu ermitteln.Particle sensor (200) after Claim 19 or 20 wherein the sensor arrangement (100) is further configured to determine the respective particle size, the number of particles in the fluid flow and / or the fluid velocity between the sensor arrangement (100) and the illumination device (210) on the basis of the obtained signal edges. Teilchensensor (200) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, ferner mit folgendem Merkmal: einer Fluidströmungserzeugungseinrichtung (230), die ausgebildet ist, um eine Fluidströmung (222) zwischen der Sensoranordnung (100) und der Beleuchtungseinheit (210) zu erzeugen.Particle sensor (200) according to one of Claims 18 to 21 , further comprising: a fluid flow generator (230) configured to generate a fluid flow (222) between the sensor assembly (100) and the lighting unit (210). Teilchensensor (200) nach Anspruch 22, wobei die Fluidströmungserzeugungseinrichtung (230) ferner ausgebildet ist, um eine Mindestströmungsgeschwindigkeit (vMIN) aufrechtzuerhalten, um ein Anhaften von Feinstaubpartikeln (190) an der Sensoranordnung (100) und/oder der Beleuchtungseinrichtung (210) aufgrund der Sinkgeschwindigkeit der zu erfassenden Partikel (190) in dem Fluidstrom (222) zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.Particle sensor (200) after Claim 22 wherein the fluid flow generating means (230) is further configured to maintain a minimum flow velocity (v MIN ) to adhere particulate matter (190) to the sensor assembly (100) and / or illumination means (210) due to the rate of descent of the particles to be detected ( 190) in the fluid stream (222) to prevent or at least reduce. Verfahren (300) zum Herstellen einer Sensoranordnung (100), mit folgenden Schritten: Bereitstellen (310) eines Halbleitersubstrats mit einer isolierenden Zwischenstruktur benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, Erzeugen (320) mindestens eines Empfangselements an dem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, und Erzeugen (330) mindestens einer kanalförmigen Durchgangsöffnung ausgehend von einem zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats zu der isolierende Zwischenstruktur mittels eines rückseitigen Bosch-Ätzungsvorgangs, so dass die mindestens eine kanalförmige Durchgangsöffnung ein Aspektverhältnis zwischen Kanallänge und Kanalbreite von zumindest 20:1 aufweist.Method (300) for producing a sensor arrangement (100), comprising the following steps: Providing (310) a semiconductor substrate having an insulating intermediate structure adjacent to a first main surface area of the semiconductor substrate, Generating (320) at least one receiving element at the first main surface area of the semiconductor substrate, and Producing (330) at least one channel-shaped through-opening from a second, opposite main surface area of the semiconductor substrate to the insulating intermediate structure by means of a backside Bosch etching process, such that the at least one channel-shaped through-opening has an aspect ratio between channel length and channel width of at least 20: 1. Verfahren (300) nach Anspruch 24, ferner mit folgendem Schritt: Waferbonden (340) eines Glaswafers an den zweiten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats.Method (300) according to Claim 24 further comprising wafer bonding (340) a glass wafer to the second major surface area of the semiconductor substrate. Verfahren (300) nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Schritt des Erstellens des mindestens einen Fotodiodenelements folgende Teilschritte aufweist: Erzeugen (350) eines wannenförmigen Halbleiterbereichs mittels eines ersten Dotierungsvorgangs in dem Halbleitersubstrat, und Ausbilden (360) eines aktiven Halbleiterbereichs des mindestens einen Fotodiodenelements mittels eines zweiten Dotiervorgangs innerhalb des wannenförmigen Halbleiterbereichs, wobei der wannenförmige Halbleiterbereich und der aktive Halbleiterbereich unterschiedliche Dotierungstypen aufweisen.Method (300) according to Claim 24 or 25 wherein the step of creating the at least one photodiode element comprises the following sub-steps: generating (350) a trough-shaped semiconductor region by means of a first doping process in the semiconductor substrate, and forming (360) an active semiconductor region of the at least one photodiode element by means of a second doping process within the trough-shaped semiconductor region, wherein the well-shaped semiconductor region and the active semiconductor region have different doping types. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, ferner mit folgendem Schritt: Durchführen (370) eines SON-Prozesses zur Erzeugung der isolierenden Zwischenstruktur in Form von mindestens einer SON-Kavität benachbart zu einem ersten Hauptoberflächenbereich des Halbleitersubstrats, wobei bei oder nach dem SON-Prozess zur Erzeugung der mindestens einen Kavität eine Oxid-Auskleidungsschicht an dem Wandbereich der mindestens einen Kavität erzeugt wird, die bei dem Bosch-Ätzvorgang als Ätzstoppschicht wirksam ist.Method (300) according to one of Claims 24 to 26 further comprising the step of: performing (370) a SON process for forming the insulating interlayer in the form of at least one SON cavity adjacent a first major surface area of the semiconductor substrate; wherein, during or after the SON process for producing the at least one cavity, an oxide lining layer is produced on the wall region of the at least one cavity, which is effective as an etching stop layer in the Bosch etching process. Verfahren (300) nach einem Anspruch 27, wobei bei dem SON-Prozess die mindestens eine Kavität mit Korrugationen versehenen Wandoberflächenbereichen ausgebildet wird, die eine erhöhte Erfassungs- und Einkopplungseffektivität der elektromagnetischen Messstrahlung in dem aktiven Halbleiterbereich bewirken.Method (300) according to Claim 27 wherein, in the SON process, the at least one cavity is provided with corrugated wall surface areas that cause increased detection and coupling efficiency of the electromagnetic measurement radiation in the active semiconductor region. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei bei dem Schritt des Bereitstellens eines Halbleitersubstrats ein SOI-Substrat (SOI = Silicon On Insulator) mit einer isolierenden Zwischenschicht als die isolierende Zwischenstruktur bereitgestellt wird.Method (300) according to one of Claims 24 to 26 wherein, in the step of providing a semiconductor substrate, a silicon on insulator (SOI) substrate having an insulating interlayer is provided as the interlayer insulating structure.
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