(57)【要約】  本発明は、半導体基板（２）上に構成されたダイヤフラム層（３）を備えたガスセンサであって、該ダイヤフラム層（３）上で評価領域（８）内に金属製の評価構造体（７）が配置され、かつ評価領域（８）の外に金属製の加熱構造体（９）が配置されており、評価構造体（７）及び加熱構造体（９）上に配置されたガス感応層（１０）を備えており、該ガス感応層（１０）が加熱構造体（９）によって加熱可能であって、ガス感応層（１０）の電気抵抗が評価構造体（７）によって評価可能であって、加熱構造体（９）が、ダイヤフラム層（３）の上側で接着を行う酸化層（６）上に配置されていて、カバー酸化層（１１）によってガス感応層（１０）から分離されている形式のものに関する。確実な機能形式を得るために、このガスセンサにおいては、評価領域（８）内で、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層（１３）がダイヤフラム層（３）と評価構造体（７）との間に配置されているか、又は評価構造体（７）が評価領域（８）内で加熱構造体（９）に応じて、カバー酸化層（１１）によってガス感応層（１０）から分離されており、カバー酸化層（１１）が接触孔（１２）を有していて、該接触孔（１２）が、評価構造体（７）とガス感応層（１０）との間の直接的な接触を形成するために、それぞれ評価構造体（７）の表面の中央領域を露出している。
2006528766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（２）上に構成されたダイヤフラム層（３）を備えたガスセンサであって、該ダイヤフラム層（３）上で評価領域（８）内に金属製の評価構造体（７）が配置され、かつ評価領域（８）の外に金属製の加熱構造体（９）が配置されており、評価構造体（７）及び加熱構造体（９）上に配置されたガス感応層（１０）を備えており、該ガス感応層（１０）が加熱構造体（９）によって加熱可能であって、ガス感応層（１０）の電気抵抗が評価構造体（７）によって評価可能であって、加熱構造体（９）が、ダイヤフラム層（３）の上側で接着を行う酸化層（６）上に配置されていて、カバー酸化層（１１）によってガス感応層（１０）から分離されている形式のものにおいて、
評価領域（８）内で、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層（１３）がダイヤフラム層（３）と評価構造体（７）との間に配置されていることを特徴とする、ガスセンサ。
【請求項２】
接着剤層（１３）が評価構造体（７）に応じてパターン形成されている、請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
半導体基板（２）上に構成されたダイヤフラム層（３）を備えたガスセンサであって、該ダイヤフラム層（３）上で評価領域（８）内に金属製の評価構造体（７）が配置され、かつ評価領域（８）の外に金属製の加熱構造体（９）が配置されており、評価構造体（７）及び加熱構造体（９）上に配置されたガス感応層（１０）を備えており、該ガス感応層（１０）が加熱構造体（９）によって加熱可能であって、ガス感応層（１０）の電気抵抗が評価構造体（７）によって評価可能であって、加熱構造体（９）が、ダイヤフラム層（３）の上側で接着を行う酸化層（６）上に配置されていて、カバー酸化層（１１）によってガス感応層（１０）から分離されている形式のものにおいて、
評価構造体（７）が評価領域（８）内で加熱構造体（９）に応じて、カバー酸化層（１１）によってガス感応層（１０）から分離されており、カバー酸化層（１１）が接触孔（１２）を有していて、該接触孔（１２）が、評価構造体（７）とガス感応層（１０）との間の直接的な接触を形成するために、それぞれ評価構造体（７）の表面の中央領域を露出していることを特徴とする、ガスセンサ。
【請求項４】
カバー酸化層（１１）が、少なくとも評価構造体（７）の評価領域（８）内で化学量論比の酸化物より成っている、請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】
カバー酸化層（１１）が少なくとも加熱構造体（９）の領域内で、カバー酸化層（１１）を加熱構造体（９）に比較的良好に接続させるために、化学量論比を下回る酸化物より成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項６】
ダイヤフラム層（３）が窒化層（５）より形成されており、該窒化層（５）が、半導体基板（２）に隣接する酸化層（４）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項７】
温度抵抗が、加熱構造体（９）の領域内で接着を行う酸化層（６）上に設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項８】
評価構造体（７）と、加熱構造体（９）と、温度抵抗とが、同じ金属材料有利には白金より成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項９】
評価構造体（７）が、同一平面上に設けられたフィンガ状に互いにかみ合う２つの電極を備えたインターデジタル構造体として構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項１０】
ガスセンサを製造するための方法において、次の方法段階を有している、つまり、
ａ）半導体基板（２）を準備し、
ｂ）半導体基板（２）の前側にダイヤフラム層（３）を被着し、
ｃ）ダイヤフラム層（３）の上側に接着を行う酸化層（６）を形成し、
ｄ）接着を行う酸化層（６）をパターン形成して、ダイヤフラム層（３）上に酸化物が存在しない評価領域（８）を形成し、
ｅ）半導体基板（２）の前側に、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層（１３）を被着し、
ｆ）評価領域（８）の外側で接着剤層（１３）を取り除き、
ｇ）半導体基板（２）の前側に金属化層を被着し、
ｈ）評価領域（８）の外側において接着を行う酸化層（６）上に加熱構造体（９）をパターン形成し、評価領域（８）内において接着剤層（１３）上に評価構造体（７）をパターン形成し、
ｉ）半導体基板（２）の前側にカバー酸化層（１１）を被着し、
ｊ）評価領域（８）内でカバー酸化層（１１）を大きい面に亘って酸化エッチングして、評価構造体（７）の表面を露出させ、
ｋ）ダイヤフラム層（３）に達するまで、半導体基板（２）の裏側をエッチングし、
ｌ）半導体基板（２）の前側にガス感応層（１０）を被着する、
方法段階を有している、ガスセンサを製造するための方法。
【請求項１１】
接着剤層（１３）を、評価構造体（７）に応じて付加的にパターン形成する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
ガスセンサを製造するための方法であって、次の方法段階を有している、つまり、
ａ）半導体基板（２）を準備し、
ｂ）半導体基板（２）の前側にダイヤフラム層（３）を被着し、
ｃ）ダイヤフラム層（３）の上側に接着を行う酸化層（６）を形成し、
ｄ）接着を行う酸化層（６）上に金属化層を被着し、
ｅ）加熱構造体（９）及び評価構造体（７）をパターン形成し、
ｆ）半導体基板（２）の前側にカバー酸化層（１１）を被着し、
ｇ）カバー酸化層（１１）に、評価構造体（７）の表面のそれぞれ中央領域を露出する接触孔（１２）を、酸化エッチングし、
ｈ）ダイヤフラム層（３）に達するまで、半導体基板（２）の裏側をエッチングし、
ｉ）半導体基板（２）の前側にガス感応層（１０）を被着する、
方法段階を有している、ガスセンサを製造するための方法。
【請求項１３】
カバー酸化層（１１）を、少なくとも評価領域（８）内で、化学量論比の酸化層（１１ｂ）より形成する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
カバー酸化層（１１）を、少なくとも加熱構造体（９）の領域内で、化学量論比を下回る酸化層（１１ａ）より形成し、それによって加熱構造体（９）に対する比較的良好な接続性が得られるようにする、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
ダイヤフラム層（３）を、半導体基板（２）に隣接する酸化層（４）を有する窒化層（５）によって形成する、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
接着を行う酸化層（６）上で加熱構造体（９）の領域内に、温度抵抗をパターン形成する、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
ガス感応層（１０）を、ペーストの形で被着し、次いで焼結する、請求項１０から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
ガス感応層を、スパッタ法又はＣＶＤ法で被着し、部分的に焼結する、請求項１０から１６までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ及び、ガスセンサを製造するための方法に関する。
【０００２】
ガス検出のための半導体ガスセンサは、種々異なる構成のものが公知である。このようなガスセンサは、工業分野での安全システムに、また最近では自動車工業分野でも多く用いられている。自動車工業分野においては、ガスセンサは、例えば有害ガスが車内に侵入するのを阻止する目的で、換気弁を自動制御するために使用される。
【０００３】
このような公知のガスセンサは、ガス感応層を有しており、このガス感応層は、減少されたガス又は酸化されたガスによって負荷されると、表面伝導率が変化し、ひいては電気抵抗が変化する。この抵抗変化は、適当な評価構造体によって測定信号として評価される。例えば数１００℃に達するガスセンサの運転温度は、組み込まれた加熱構造体を介して生ぜしめられ、この加熱構造体は、複数の波形模様（maaenderartig；メアンダ状）で構成されている。ガスセンサの運転温度を調節し、かつ監視するために、大抵の場合、加熱構造体の領域内に温度抵抗が設けられている。
【０００４】
ガス感応層は、一般的に、半導体の金属酸化物例えばＳｎＯ２又はＷＯ３より成っている。相応のドーピング材料によるガス感応層のドーピング、及び運転温度の選択によって、各ガスの選択性に影響を及ぼすことが可能である。
【０００５】
ガス感応層の固有の抵抗は非常の高いので、評価構造体は一般的にインターデジタル構造体（ＩＤＴ；“Interdigited Transdusers”）より成っており、このインターデジタル構造体は、同一平面に配置された、コーム（櫛）状又はフィンガ状の互いにかみ合う２つの電極を有している。このような構造は、異なる極性を有する各フィンガ間に形成された抵抗の並列接続性に相当しており、それによって測定抵抗は減少され、ガスセンサの感度は高められる。
【０００６】
公知のガスセンサは、半導体基板のベース上にマイクロマシニングにより形成された複数のダイヤフラムセンサである。ダイヤフラム上に、加熱構造体、評価構造体及びガス感応層を配置することによって、ガスシステムの熱容量が減少され、それによってガスセンサの入力（Leistungsaufnahme）が低下する。
【０００７】
このような形式のガスセンサを製造する際に、まず加熱構造体、評価構造体、及び場合によっては温度抵抗が、ダイヤフラム上の加熱構造体の領域内に被着される。ダイヤフラムの上側面は、この構造体をダイヤフラム上に確実に接着させるために、一般的に酸化層を備えている。次いでカバー酸化層が析出され、このカバー酸化層が、評価構造体の領域内において、エッチング溶液を用いて酸化エッチングすることによって、評価構造体の表面に達する大きい面に亘ってまで取り除かれ、次いでガス感応層が被着される。
【０００８】
評価構造体の全表面がカバー酸化物から露出され、それによってガス感応層との全面的な接触が確実に得られるようにするために、カバー酸化物の酸化エッチングは一般的に長すぎるエッチング時間で実施される（オーバーエッチング）。しかしながらこの場合、評価構造体が短すぎるエッチング時間で実施される（アンダーエッチング）危険性がある。何故ならば、酸化エッチングのために用いられたエッチング溶液は評価構造体の下側の接着を行う酸化層に達し、この酸化層を部分的に腐食するからである。これによってダイヤフラム上での評価構造体の接着は低下されるので、評価構造体は、ガスセンサの使用時間中に、部分的に剥離して、確実な機能が保証されなくなる。
【０００９】
その他の問題点は、評価構造体特に加熱構造体の抵抗値が、ガスセンサの使用時間に亘って変化する、という点にある。電気的な「流動性；Drift」と呼ばれるガスセンサの慢性的な変化は、熱的なストレス作用の結果である。何故ならば、ガスセンサは運転中に、２つの作業温度間の永久的なサイクルで作業するからである。これによって構造体内の材料転移、例えば結晶の成長又は結晶粒界の変動が生じて、抵抗変化が発生する。電気的な流動性は、特に自動車工業分野で用いられるガスセンサにおいて発生する。何故ならば自動車工業分野では、使用に応じて著しく変化する、例えば−３０℃〜＋１５０℃の間の周囲温度が、付加的な熱負荷を生ぜしめるからである。
【００１０】
ガス感応層の非常に高い抵抗値、例えばMΩ範囲の抵抗値を測定する評価構造体においては、抵抗変化は無視することができる。しかしながら加熱構造体においては加熱出力が変化し、ひいてはガスセンサの運転温度が変化することになる。同様に、抵抗変化とは、加熱構造体の領域内に配置された温度抵抗のことである。これによってガスセンサの正確な温度はもはや規定できなくなる。
【００１１】
従って電気的な流動性は、ガスセンサの使用時間中の確実に安定した機能を妨げる。ガスセンサは所定の時間毎に使用されるか、又は調整し直してから使用されるが、そのためには高価な費用がかかる。従って特に自動車工業分野においてこのような方法は有効ではない。
【００１２】
本発明の課題は、信頼性の高い確実な機能性を特徴とする改良されたガスセンサ、及びこのガスセンサを製造するための方法を提供することである。
【００１３】
この課題は、請求項１又は３、若しくは請求項１０又は１２に記載した方法によって解決される。その他の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明によれば、冒頭に述べた形式の、半導体基板上に構成されたダイヤフラム層を備えたガスセンサであって、該ダイヤフラム層上で評価領域内に金属製の評価構造体が配置され、かつ評価領域の外に金属製の加熱構造体が配置されており、評価構造体及び加熱構造体上に配置されたガス感応層を備えており、該ガス感応層が加熱構造体によって加熱可能であって、ガス感応層の電気抵抗が評価構造体によって評価可能であって、加熱構造体が、ダイヤフラム層の上側で接着を行う（haftvermittelnde）酸化層上に配置されていて、カバー酸化層によってガス感応層から分離されている形式のものにおいて、評価領域内で、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層（Haftevrmittlerschicht）がダイヤフラム層と評価構造体との間に配置されている。
【００１５】
従来の接着を行う酸化層の代わりに、評価領域内にこのような接着剤層を使用することによって、ガスセンサの製造中にカバー酸化層の酸化層エッチングにおいて、評価構造体がアンダーエッチングされる危険性は、効果的に避けることができる。これによって、ダイヤフラム層上に評価構造体が持続的に接着し、ひいてはガスセンサの確実な機能性が得られる。
【００１６】
変化実施例によれば、接着剤層が評価構造体に応じてパターン形成されており、それによって、例えば半導体の接着媒体層を使用した場合に発生する接着媒体層に亘っての妨害的な平行な漏れ電流が抑制される。
【００１７】
本発明によればさらに、半導体基板上に構成されたダイヤフラム層を備えたガスセンサであって、該ダイヤフラム層上で評価領域の内側に金属製の評価構造体が配置され、かつ評価領域の外側に金属製の加熱構造体が配置されており、評価構造体及び加熱構造体上に配置されたガス感応層を備えており、該ガス感応層が加熱構造体によって加熱可能であって、ガス感応層の電気抵抗が評価構造体によって評価可能であって、加熱構造体が、ダイヤフラム層の上側で接着を行う酸化層上に配置されていて、カバー酸化層によってガス感応層から分離されている形式のものにおいて、評価構造体が評価領域内で加熱構造体に応じて、カバー酸化層によってガス感応層から分離されており、カバー酸化層が接触孔を有していて、該接触孔が、評価構造体とガス感応層との間の直接的な接触を形成するために、それぞれ評価構造体の表面の中央領域を露出している。
【００１８】
ガスセンサのこのような構成によっても、確実な機能性が保証される。何故ならば、ガスセンサを製造する際に、エッチングによってカバー酸化層に接触孔が形成され、この接触孔が、それぞれ評価構造体の上側面の中央領域だけを露出しているので、カバー酸化層の酸化層エッチング時に、評価構造体の下側の接着を行う酸化層が腐食され、それによってダイヤフラム層上における評価構造体の強固な接着が得られる。
【００１９】
被着されたガス感応層はガスセンサの製造時に焼結プロセスにさらされ、この際に特に、カバー酸化層によって覆われた評価構造体の表面と、接触孔を介して露出された評価構造体の表面との間の移行領域に、種々異なる熱機械的な応力が発生し、この応力が、評価構造体内の材料転移又は評価構造体の部分的な破断を生ぜしめることさえあるので、カバー酸化層は、有利な実施例では、少なくとも評価構造体の評価領域内で化学量論比の（stoechiometrische；化学量論的な）酸化物より成っている。この化学量論比の酸化物の、評価構造体に対する接着性は、化学量論比を下回る（unterstoechiometrische）酸化物（酸化物成分の量が少ない）よりも低く、またこの化学量論比の酸化物は、評価構造体内にわずかな熱応力を伝達するだけである。従って評価構造体は、より大きい運動の自由度を有しているので、焼結プロセス時における評価構造体の面内の材料転移は、妨害を受けることなく十分に実施され得る。
【００２０】
本発明の有利な実施態様によれば、加熱構造体及び温度抵抗にカバー酸化層を比較的良好の接続するために、カバー酸化層は、少なくとも加熱構造体及び付加的な温度抵抗の領域内で、化学量論比を下回る酸化物より成っている。これによって、加熱構造体及び温度抵抗の電気的な流動性の前記のような問題は避けられる。何故ならば、熱的なストレス作用によってガスセンサの運転中に発生する材料転移は、加熱構造体及び温度抵抗内で抑制され、それによって、ガスセンサの使用時間中に亘って安定した機能が得られる。
【００２１】
本発明によればさらに、ガスセンサを製造するための方法が提案されている。提案された本発明の方法によれば、まず半導体基板を準備し、半導体基板の前側にダイヤフラム層を被着し、ダイヤフラム層の上側に接着を行う酸化層を形成し、この接着を行う酸化層をパターン形成して、ダイヤフラム層上に酸化物が存在しない評価領域を形成し、半導体基板の前側に、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層を被着し、評価領域の外側で接着剤層を取り除き、半導体基板の前側に金属化層を被着し、評価領域の外側において接着を行う酸化層上に加熱構造体をパターン形成し、評価領域内において接着剤層上に評価構造体をパターン形成し、半導体基板の前側にカバー酸化層を被着し、評価領域内でカバー酸化層を大きい面に亘って酸化エッチングして、評価構造体の表面を露出させ、ダイヤフラム層に達するまで、半導体基板の裏側をエッチングし、半導体基板の前側にガス感応層を被着する、方法段階を有している。
【００２２】
この方法によって、評価領域内で接着剤層を有する前記ガスセンサを製造することができる。付加的な接着剤層によって、カバー酸化層の酸化エッチング時における評価構造体のアンダーエッチングは避けられ、これによって、ダイヤフラム層上に評価構造体を持続して接着させることができ、ひいてはガスセンサの確実な機能形式が可能となる。
【００２３】
この方法によって、カバー酸化層内で接触孔を備えた前記ガスセンサを製造することができる。接触孔は、それぞれ評価構造体の表面の中央領域だけを露出し、評価構造体の側方の領域がカバー酸化層で覆われるように、エッチングされるので、評価構造体の下側に存在する接着を行う酸化層がエッチングされることは避けられ、これによってダイヤフラム層上に評価構造体が強固に接着し、ひいてはガスセンサの確実の機能形式が得られる。
【００２４】
有利な実施例では、ガス感応層がペースト状の形で被着され、次いで焼結される。次に、個別のガスの選択可能性を調節するために、ペーストの形状で提供されたガス感応層に、前もって提供された種々異なるドーピング材料が施される。
【００２５】
本発明を以下に図面を用いて詳しく説明する。
【００２６】
図１は、ガスセンサの概略的な平面図、
図２は、本発明によるガスセンサの第１実施例の断面図、
図３は、本発明によるガスセンサの第２の実施例の断面図、
図４は、本発明によるガスセンサの第３実施例の断面図である。
【００２７】
図１には、従来技術により公知のガスセンサ１の構造が概略的に示されている。ガスセンサ１は外部に、波形模様（maaenderartig；メアンダ状）に形成されたほぼ円形の金属製の加熱構造体９を有しており、この加熱構造体９に導線を介して電気エネルギーが供給されるようになっている。加熱構造体９内に、円形の制限された金属製の評価構造体７が配置されており、この評価構造体７に同様に電気導線１４が設けられている。評価構造体７及び加熱構造体９は、半導体基板上の図示していないダイヤフラム層上に配置されており、これによってシステム全体の熱容量及びひいてはガスセンサ１の出力が減少される。
【００２８】
加熱構造体９及び評価構造体７上に、図１に示していないガス反応式の層が被着されており、この層は、ほぼ、加熱構造体９によって制限された面全体を覆う。加熱構造体９を介して数１００℃の運転温度に加熱され得るガス感応層は、減少された又は酸化されたガスで負荷されるとその抵抗が変化する。この抵抗変化は、評価構造体７の測定信号として評価される。
【００２９】
ガス感応層は一般的に非常に高い抵抗を有しているので、評価構造体７は、同一平面上でフィンガ状に互いにかみ合う２つの電極を備えたインターデジタル（interdigital）構造で構成されている。この構造は、異なる極性を有する各電極フィンガ間に形成された抵抗の並列接続に相当し、これによってガス感応式の層の測定抵抗が減少され、ガスセンサ１の感度が高められる。
【００３０】
ダイヤフラム層上における加熱構造体９と評価構造体７と導線１４，１５の十分な接着を保証するために、ダイヤフラム層の表面に接着を行う酸化層が設けられている。加熱構造体９を絶縁するために、加熱構造体９とガス感応層との間にカバー酸化層が形成されており、このカバー酸化層はさらに、導線１４，１５を介して、導線１４，１５の図示していない接点面又は底部面まで延びている。ガスセンサ１を製造する際に、このカバー酸化層は一般的に、ＣＶＤ析出プロセス（Chemical Vapour deposition；化学気相成長）の範囲内で、ダイヤフラム層上に既にパターン形成（strukturieren；構造化）されている加熱構造体９、評価構造体７並びに配線１４，１５上に全面的に施される。次いでカバー酸化層は、後で施されるガス感応層と評価構造体７との接触を可能にするために、図１に破線の円で示した評価領域８内で、評価構造体７の表面から全面的に取り除かれる。
【００３１】
取り除きは、一般的に湿式のエッチングプロセス（例えばエッチング溶液としてフッ化水素が使用される）によって行われる。施されたカバー酸化層は、析出均質性によって異なる箇所で異なる厚さを有しているので、評価構造体７の表面全体が評価領域８内でカバー酸化層から露出されることを保証するために、エッチングプロセスは大抵の場合、オーバーエッチング時間で実施される。
【００３２】
しかしながらオーバーエッチング時間を設定すると、評価構造体７がアンダーエッチングされる危険性がある。何故ならば使用されたエッチング溶液は電極フィンガ間の領域を介して、評価構造体７の下側の接着を行う酸化層に達し、この酸化層を部分的に腐食するからである。これによってダイヤフラム層上における評価構造体７の接着性は低下するので、評価構造体７はガスセンサ１の使用時間中に、このガスセンサ１から剥がすことができ、それによってもはやガスセンサ１の確実な機能形式が保証されなくなる。評価構造体７のアンダーエッチングの危険性を避けるために、以下に図面を用いて説明されている、本発明によるガスセンサの種々異なる実施例がある。
【００３３】
図２には、本発明によるガスセンサの第１実施例の断面図が示されている。ガスセンサ１ａは、シリコンより成る半導体基板２を有しており、この半導体基板２は空洞部２１を備えており、この空洞部２１上にダイヤフラム層３が配置されている。このダイヤフラム層３は、半導体基板２に隣接する酸化層４と窒化層５とから成る層の連続として構成されていて、上側の評価領域８の外側で、接着を行う酸化層６を有している。
【００３４】
接着を行う酸化層６上に金属性の加熱構造体９が配置されていて、加熱構造体９の領域内に図２に示されていない温度抵抗が配置されている。加熱構造体９及び温度抵抗上にさらに、絶縁のためのカバー酸化層１１が配置されている。評価領域８の内側に、インターデジタル構造として構成された、電極フィンガを有する金属製の評価構造体７が配置されている。この構造上にガス感応層１０が設けられていて、このガス感応層１０は加熱構造体９によって加熱可能で、ガス感応層１０の電気抵抗が評価構造体７によって評価可能である。温度抵抗及び、同様に図２に示されていない、内実の基板２上に配置された基準抵抗によって、ガスセンサ１ａの運転温度を監視することができる。
【００３５】
金属製の構造体、評価構造体７、加熱構造体９並びに温度抵抗のための材料として、有利には白金（platin）が使用される。この材料は、抵抗の高い温度係数を特徴としており、それによって一方では加熱構造体９の加熱効率を良好に調節可能であり、また他方では温度抵抗に関するガスセンサ１ａの温度を高い精度で測定することができる。また、白金は、高い化学的な安定性を有する不活性材料である。
【００３６】
従来技術により公知のガスセンサとの相違点は、評価構造体７が、酸化エッチングの影響を受けない接着媒体層１３上に配置されている、という点にある。例えばシリコンより成る接着剤層１３は、評価構造体７の各電極フィンガ間の妨害となる漏れ電流を避けるために、評価構造体７に応じてパターン形成されている。
【００３７】
以下に記載された本発明によるガスセンサ１ａの製造法を用いて、接着剤層１３の有利な作用について説明する。まず、半導体基板２が準備され、この半導体２の上側面に酸化層４と、ダイヤフラム３を形成するための窒化層５とが被着される。この場合、酸化層４は例えば半導体ウェーハ２を熱的に酸化させることによって形成され、ＣＶＤ析出法によって窒化層５が被着される。次いで接着を行う酸化層６がダイヤフラム層３の上側に全面的に形成される。これは、再酸化と称呼される窒化層５の表面的な熱変換又はＣＶＤ酸化析出によって可能である。
【００３８】
次いで、接着を行う酸化層６は、酸化エッチングによって、酸化されない評価領域８がダイヤフラム層３上に形成されるように、パターン形成される。次いで、酸化エッチングの影響を受けない接着剤層１３が、半導体基板２の前側に全面的に被着され、評価領域８の外側で取り除かれ、評価領域８内で、後から形成される評価構造体７に応じてパターン形成される。これは例えばイオン放射式エッチングプロセスによって実施される。
【００３９】
次いで金属化層が、半導体基板２の前側に全面的に被着され、これが評価領域８の内側で加熱構造体９及び評価構造体７内にパターン形成される。パターン形成（構造化）は、やはりイオン放射プロセスによって実施することができる。次いでカバー酸化層１１が全面的に、ＣＶＤ析出プロセスを介して半導体基板２の前側に被着される。
【００４０】
評価構造体７の表面を露出するために、次いでカバー酸化層１１が、例えばエッチング溶液としてフッ化水素を用いた湿式エッチングプロセスによって、評価領域８内で大きい面に亘って取り除かれる。評価構造体７が、この酸化エッチングの影響を受けない接着剤層１３上に配置されているので、評価構造体７のアンダーエッチングの危険性は避けられる。図２に示されているように、全カバー酸化層１１がダイヤフラム層３の窒化層５までエッチングで取り除かれる。何故ならば、窒化層５は同様に、湿式酸化エッチングの影響を受けないからである。従って接着剤層１３は、評価構造体７をダイヤフラム層３上に確実に接着させ、それによってガスセンサ１ａの確実な機能形式を促進する。
【００４１】
以下の方法段階で、半導体基板２の裏側が、例えば苛性カリ溶液を用いてダイヤフラム層３が得られるまでエッチングされ、それによって空洞部２１が得られる。半導体基板２に対して減少されたエッチング率を有する酸化層４はこの場合、エッチングストッパとして機能し、このエッチングストッパでエッチング過程が所望に停止せしめられる。次いで半導体基板２の前側にガス感応層１０が形成される。この場合、ガス感応層１０は、スクリン印刷法又は分配法（Dispensverfahren）で、まずペースト状の形で被着され、次いで焼結される。ガス感応層１０はドーピング材料を有しており、それによってガスセンサ１ａは、特別なガスを検出するために反応する。ガス反応層がスパッター法又はＣＶＤ法によって被着するか、又は最適に焼結することも可能である。
【００４２】
選択的に、図２に示した本発明によるガスセンサ１ａを製造するための、本発明による方法の変化実施例も可能である。例えば、半導体基板２の前側に全面的に被着された、評価領域８の外側における接着剤層１３だけをまず取り除き、次いで同時に評価構造群７を小パターン形成することも可能である。ガス反応層１０が確実にエッチング作用に対して保護されている限りは、半導体基板２の後ろ側をエッチングするために、ガス感応層１０を被着することが可能である。
【００４３】
従来技術により知られている、製造方法における評価構造体７のアンダーエッチングの問題は、図３に示した、本発明によるガスセンサの第２実施例によって避けることができる。このガスセンサ１ｂにおいては、図２に示したガスセンサ１ａとは異なり、ダイヤフラム層３の上側に設けられた接着を行う酸化層６がパターン形成されておらず、さらに評価構造体７の下側の評価領域８内に存在している。カバー酸化層１１も評価領域８に亘って延在していて、接触孔１２を有しており、この接触孔１２は、それぞれ評価構造体７の上側面の中央領域だけを露出している。
【００４４】
このガスセンサ１ｂを製造する際に、酸化層４と窒化層５とから形成されたダイヤフラム層３を準備された半導体基板２上に被着した後で、かつ接着を行う酸化層６をダイヤフラム層３の上側に形成した後で、金属化層が析出され、この金属化層が相応に、加熱構造体９、評価構造体７及び温度抵抗にパターン形成される。
【００４５】
次いで、カバー酸化層１１が全面的に半導体基板２の前側に析出される。次いで、湿式のエッチングプロセスによって、接触孔１２がカバー酸化層１１内にエッチングされ、この接触孔１２が評価構造体７の上側面の中央領域だけを露出するので、評価構造体７の電極フィンガの上側はその側部がカバー酸化層１１によって覆われている。これによって、酸化エッチングの際に使用されたエッチング溶液が、評価構造体７の下側の接着を行う酸化層６に達して、この酸化層６を腐食することは避けられるので、ダイヤフラム層３上に評価構造体７を確実に接着させることができる。次いで、このガスセンサ１ｂにおいて相応に半導体基板２の裏側のエッチングを実施することができ、また半導体基板２の前側にガス感応層１０を被着することができ、この際にガス感応層１０は接触孔１２内に設けられる。
【００４６】
図３に示した本発明によるガスセンサ１ｂは、図２に示した本発明によるガスセンサ１ａとは異なり、評価構造体７のパターン形成及び接触孔１２のエッチングのために必要なマスク間の調整公差に基づいて、評価構造体７の各電極フィンガ間の間隔が非常に大きくなり、それによってガスセンサ１ｂの感度が低くなる、という欠点を有している。各電極フィンガ間の間隔が大きければ大きいほど、測定抵抗は大きくなる。何故ならば一方では電極フィンガ間で測定された長さに基づく抵抗が大きくなり、また他方では電極フィンガの数が少なくなり、ひいては所定の面上での並列接続の実現が困難になるからである。
【００４７】
電気的な流動性の問題は、熱機械的なストレス作用の結果として生じる。何故ならばガスセンサ１ａ，１ｂは、周囲温度と運転温度との間の永久的なサイクル内で作業し、それによって金属構造部内で材料転移が発生し、ひいては抵抗が変化するからである。
【００４８】
評価構造体７においては、高い測定抵抗に基づいて発生するガス感応層１０の抵抗変化を考慮する必要はない。しかしながら、例えばΩ範囲の抵抗を有する加熱構造体９においては、抵抗変化によって加熱効率が著しく変化し、ひいてはガスセンサ１ａ，１ｂの運転温度が著しく変化する。このことは、加熱構造体９の領域内に配置された温度抵抗にも当てはまり、従ってガスセンサ１ａ，１ｂの正確な温度をもはや規定することができなくなり、ひいてはガスセンサ１ａ，１ｂの使用時間に亘って確実に安定した機能が保証されなくなる。
【００４９】
このような電気的な流動性に関する問題は、図３に示した実施例に基づいて構成された、本発明の図４に示した第３実施例のガスセンサによれば、十分に解決されている。
【００５０】
このガスセンサ１ｃにおいては、２層のカバー酸化層１１が使用されており、この２層のカバー酸化層は、流動しやすい加熱構造体９及び温度抵抗及びその電気導線の領域内では化学量論比を下回る(unterstoechiometrische）酸化層１１ａより成っていて、シリコン・カバー酸化層つまり豊富なシリコンを含有する酸化物の場合、この酸化物上には化学量論比の酸化層１１ｂが配置されている。このカバー酸化層１１は例えば、既に構成されている金属構造部を有するダイヤフラム層３の上面に化学量論比を下回る酸化層１１ａを全面的に析出させ、次いで化学量論比を下回る酸化層１１ａをパターン形成し、次いで化学量論比の（化学量論的な）酸化層１１ｂを全面的に析出させることによって生ぜしめることができる。２つの酸化層１１ａ，１１ｂを被着することは、ＣＶＤ析出法によって可能である。
【００５１】
化学量論比を下回る酸化層１１ｂは、加熱構造体９及び温度抵抗に対する比較的良好な接続性を特徴としており、それによって、加熱構造体９及び温度抵抗内での抵抗変化を伴う熱的なストレス作用に基づく材料転移が抑制される。従って、ガスセンサ１ｃの使用期間に亘って安定した機能形式が可能である。
【００５２】
化学量論比を下回る酸化層１１ａ及び、評価構造体７に形成された化学量論比の酸化層１１ｂ（図３に示した実施例に従って接触孔１２を備えている）は、ガス感応層１０の焼結プロセスにおいて評価プロセスのために非常に効果的であることが証明されている。このプロセス時における高い温度に基づいて、カバー酸化層１１によってカバーされた表面と、接触孔１２を介して露出される評価構造体７の表面との間の移行領域に、種々異なる熱機械的な応力が生じ、この熱機械的な応力によって評価構造体７内に材料転移が生ぜしめられる。化学量論比の酸化層１１ｂは、化学量論比を下回る酸化物より成る層よりも低い、評価構造体７に対する接続性を有しており、従って化学量論比の酸化層１１ｂは、評価構造体７内に僅かな熱応力しか伝達しないので、焼結プロセス時における評価構造体７内の材料転移は、あまり問題にならない。
【００５３】
以上の実施例による本発明のガスセンサの代わりに、図２〜図４に示した実施例を組み合わせた実施例も可能である。例えば図２に示したガスセンサ１ａにおいて、加熱構造体９及び温度抵抗における電気的な流動性を避けるために、カバー酸化層１１が化学量論比を下回る酸化層として構成されていてもよい。
【００５４】
一般的に、ガスセンサにおいては、流動しやすい金属構造部を化学量論比を下回る酸化層で覆い、この金属構造部の被覆された表面と露出された表面との間に、剛性を高めるために、化学量論比の酸化層を使用すれば有利である。これは、カバーされていない接点面に隣接した箇所に、化学量論比のカバー酸化層を使用すれば有利である、例えば金属構造部の供給部のためにも当てはまる。
【００５５】
流動しやすい構造のためのカバー酸化層として化学量論比の酸化層を使用する、図４に示した特徴は、ガスセンサの独立した特徴としても実現可能である。この特徴は、別のセンサ、例えば空気量センサにおいても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施例によるガスセンサの概略的な平面図である。
【図２】本発明の第２の実施例によるガスセンサの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例によるガスセンサの断面図である。
【図４】本発明によるガスセンサの第３実施例の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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