(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白金からなる抵抗素子（４）が配置された誘電性支持層（２）を有するセンサにおいて、抵抗素子（４）と膜（２）との間に珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）又は珪化タングステン（ＷＳｉ2）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着層（２２）が配置されていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
誘電性支持層のための材料として酸化珪素、窒化珪素、オキシ窒化珪素又は炭化珪素もしくはこれらの材料の層列が設けられている、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
Ｐｔ抵抗素子（４）が１００〜２００ｎｍの厚さを有し、かつ珪化白金層が２〜８ｎｍの厚さを有する、請求項１又は２記載のセンサ。
【請求項４】
支持層（２）の上面及び抵抗素子（４）を被覆する被覆層が設けられており、かつ抵抗素子（４）と被覆層（９，２５）の間に珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）又は珪化タングステン（ＷＳｉ2）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着層（２４）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項５】
支持層（２）の上に白金からなる少なくとも１つの温度プローブ（５）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項６】
白金層（２３）を誘電性支持層（２１）の上に塗被するセンサの製造方法において、白金層（２３）と支持層（２１）の間に珪化白金層（２２）、又は少なくとも部分的に後からの熱処理工程において珪化白金に転化される珪素層を塗被すること特徴とする、センサの製造方法。
【請求項７】
白金層（２３）を誘電性支持層（２１）の上に塗被するセンサの製造方法において、白金層（２３）と支持層（２１）の間に珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）又は珪化タングステン（ＷＳｉ２）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ２）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ２）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ２）を塗被すること特徴とする、センサの製造方法。
【請求項８】
白金層（２３）をプラズマエッチング法により構造化する、請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
支持層（２１）をシリコン板の熱酸化により形成する、請求項６から８までのいずれか１項記載のの方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白金からなる抵抗素子上に誘電性支持層を有するセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許出願公開第０３７５３９９号明細書から、既に、白金からなる加熱素子が配置されたマイクロブリッジを有するセンサは公知である。このようなセンサは、有利には質量流センサとして使用される。加熱素子を構造化する白金層の誘電性支持層への十分に良好な付着を保証するためには、金属酸化物がＰｔとＳＩ3Ｎ4との間の付着媒介層として使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、白金からなる抵抗素子上に誘電性担体を有するセンサにおいて、誘電性支持層に対する白金抵抗の持続的付着が、室温、高温並びに乾燥雰囲気及び高湿度雰囲気においても保証されるセンサ及びその製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、冒頭に記載のセンサにおいて、抵抗素子と膜との間に珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）又は珪化タングステン（ＷＳｉ2）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着層が配置されていることにより解決される。
【０００５】
更に、もう１つの前記課題は、白金層を誘電性支持層の上に塗被するセンサの製造方法において、白金層と支持層の間に珪化白金層、又は少なくとも部分的に後からの熱処理工程において珪化白金に転化される珪素層を塗被することことにより解決される。
【０００６】
更に、前記課題は、白金層を誘電性支持層の上に塗被するセンサの製造方法において、白金層と支持層の間に珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）又は珪化タングステン（ＷＳｉ２）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ２）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ２）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ２）を塗被することにより解決される。
【０００７】
前記の本発明によるセンサ及びその製造方法は、従来の技術に比して、白金層の誘電性支持層に対する改良された付着が達成され、該付着は、室温に対して明らかに高い温度（＞２５０℃）及び高い空気湿度に長時間負荷した際でも安定性を維持する。更に、本発明によるセンサは、特に簡単な方法で製造することができる。
【０００８】
更に、珪化白金（ＰｔＳｉ2）、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）、珪化タングステン（ＷＳｉ2）、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）、珪化チタン（ＴｉＳｉ2）、珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる使用付着層は、白金層の特性、特に温度の関数としての抵抗に影響を及ぼさないことが判明した。金属酸化物の複雑な塗被に比較して、金属珪化物からなる付着層は特に簡単に製造することができる。
【０００９】
本発明の有利な実施態様によれば、誘電性支持層のための材料として酸化珪素、窒化珪素、オキシ窒化珪素又は炭化珪素もしくはこれらの材料の層列が設けられている。
【００１０】
別の実施態様によれば、Ｐｔ抵抗素子が１００〜２００ｎｍ、有利には１４０〜１６０ｎｍの厚さを有し、かつ珪化白金層が２〜８ｎｍ、有利には３〜６ｎｍの厚さを有する。
【００１１】
更に別の実施態様によれば、支持層の上面及び抵抗素子を被覆する被覆層が設けられており、かつ抵抗素子と被覆層の間に珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）又は珪化タングステン（ＷＳｉ2）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着層が配置されている。
【００１２】
更に別の実施態様によれば、支持層の上に白金からなる少なくとも１つの温度プローブが配置されている。
【００１３】
本発明によるセンサの製造方法の有利な実施態様によれば、白金層を構造化する、もう１つの有利な実施態様によれば、支持層をシリコン板の熱酸化により形成する。
【００１４】
Ｓｉ空洞上に閉じた膜を構成することができる支持層のための材料としては、珪素を含有する多数の材料（種々の被覆法に基づきＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉｘＮｙ等）が適切であることが立証された。支持層（膜）と白金との間の付着層としては、僅かな熱に起因する応力が付加的に侵入するに過ぎない薄い金属珪化物層が適切であることが立証された。白金層の典型的な寸法は、１４０〜１６０ｎｍである。金属珪化物層は、一般に３〜６ｎｍの厚さである。加熱素子を保護するために、誘電性被覆層を設けることができる。この場合には、加熱素子と被覆層との間に前記の金属珪化物の１つからなる付着層が設けられる。
【００１５】
【実施例】
次に、図示の実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１には、センサ１が示され、この場合には膜２は単結晶シリコンからなるフレーム３に張設されている。膜２の上に加熱素子４が配置されている。加熱素子４の両側に、温度プローブ５が配置されている。加熱素子４及び温度プローブ５は、フレーム４上に配置されたリード線６を介して電気的に接続されている。リード線６は接続領域７で終わり、これらの領域に加熱素子４及び温度プローブ５の接触のための接続線を取り付けることができる。図２に、膜２の領域内のセンサ１の横断面図が示されている。該図面から明らかなように、フレーム３及び膜２の寸法は、センサ１の背面から出発して膜２まで拡がる切欠８によって決まる。図２には、加熱素子４及び温度プローブ５の幾何学的寸法は誇張して示されている。更に、上面にはもう１つの被覆層９が設けられており、該被覆層は膜２の上面及びまた温度プローブ５を被覆する。
【００１７】
図２に示されたセンサは、その原理が欧州特許出願公開第３７５３９９号明細書から公知の質量流センサである。温度プローブ５の下の加熱素子４は、薄い白金層から構造化された抵抗素子である。加熱素子４を通って、加熱素子４の周囲の膜の加熱を行う電流が導かれる。温度プローブ５で、電気抵抗を測定することにより、膜の温度を測定することができる。このようなセンサの上面に流れ、特に空気流が擦過すると、それに結び付いた質量流により膜２から熱が奪われる。この場合、流動の強度に依存して、膜の温度が低下せしめられ、その場合流動方向に依存して加熱素子４の両側に配置された温度プローブ５は異なった温度値を表示する。選択的に、加熱素子４のみを膜上に設けかつこの加熱された素子の抵抗の測定に質量流を検出することも可能である。
【００１８】
センサ１の製造は、上面に膜層が塗被されたシリコン板から出発して行う。この膜層の上に、まず全面に白金層を塗被し、該白金層を別の工程で構造化することにより加熱素子４及び温度プローブ５を製造する。該白金層から、同時にまた、加熱素子４及び温度プローブ５とはその幅により区別されるリード線６及び接続領域７を構造化することもできる。リード線の大きな幅に基づき、これらのリード線の抵抗は加熱素子４及び温度プローブ５の抵抗よりも明白に小さい。次いで、必要に応じてなお被覆層９を塗被する。もう１つの工程では、シリコンウエーハの背面から、膜２まで達する切欠８を設ける。このような多数のセンサを１枚のシリコン板に製造し、該ウエーハを次いで多数の個々のセンサ１に分割することができる。
【００１９】
図３には、加熱素子４の部分の膜の拡大断面図が示されている。膜２は、誘電性膜層２１から形成する。この誘電性膜層２１は、例えば二酸化珪素、窒化珪素、オキシ窒化珪素又は炭化珪素（ＳｉＣ）又は少なくとも２つのこれらの層のサンドウィッチ状の順序からなっていてもよい。これらの材料は、単結晶シリコンからなるフレームに張設される膜のために特に好適である。しかしながら、別の材料、例えばセラミック材料又はガラスも好適である。しかしながら、有利であるのは、最後の層として、特に簡単な手段及び特に良好な品質をもってシリコン板上に製造できる酸化珪素を有する層配列である。膜層２１の上には、珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）、珪化タングステン（ＷＳｉ2）、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着媒介層２２が設けられている。珪化白金（ＰｔＳｉ2）、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）、珪化タングステン（ＷＳｉ2）、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）、珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる層２２に上に、次いで白金層が配置されている。所望である限り、加熱素子４及び場合により設けられた温度プローブ５にも被覆層を施すことができる。この場合、被覆層は、誘電性層２５から形成される、該誘電性層２５のために場合により珪化白金（ＰｔＳｉ2）又は珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）又は珪化タングステン（ＷＳｉ2）又は珪化タンタル（ＴａＳｉ2）又は珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）からなる付着媒介層２４を設けることもできる。
【００２０】
次に本発明をまず珪化白金層の有利な実施例に付き説明する。酸化珪素層２１は、例えばシリコン板の表面の熱酸化により製造することができる。このような熱酸化物層は、特に高い品質を有する。付着媒介珪化物層２２は、酸化珪素層２１の上にまず薄いシリコン層を析出させることにより製造することができる。この析出は、例えばスパッタリング又は電子ビームで蒸発させるか又は気相からの化学的析出により行うことができる。化学的析出のためには、半導体技術から公知の、ポリシリコン薄膜の析出方法が適当である。こうして形成された珪素層の厚さは、数ｎｍ、有利には５ｎｍである。次いで、別の工程で白金層２３を塗被する。次いで、調質法、即ち層を５００℃より高い温度に加熱することにより、珪化白金層を形成する。この場合、初期に塗被されたシリコン層は、部分的に又は完全に塗被された白金との反応により珪化白金に転化される。白金層２３の層厚さは１００ｎｍよりも大きいので、塗被された白金の少量の部分だけが珪化白金の形成のために消耗される。従って、常に加熱素子もしくは温度プローブのための白金層の厚さは余分に残留する。シリコン層の珪化白金層への転化は、白金層の塗被の直後、白金層の構造化後又は被覆層の塗被後に行うことができる。図３には、珪化白金からなるもう１つの付着層２４、及び被覆層として作用する酸化珪素層２５が示されている。珪化白金層２４は、同様に、白金層２３の白金材料と反応する薄い珪素層の塗被より形成する。選択的に、珪化白金層２２及び２４は直接スパッタリング（Ｐｔ−Ｓｉターゲットのスパッタリング、ＳｉとＰｔの同時スパッタリング又はシランガス内でのＰｔの反応性スパッタリング）又は珪化白金の電子ビーム蒸発により塗被することができる。
【００２１】
図３の層構造の有利な製造は、熱酸化すべきシリコンウエーハの表面が酸化物約５００ｎｍの層厚さまで成長した状態から出発する。次いで、スパッタリング装置で、シリコン５ｎｍ、その上に白金１５０ｎｍ及びその上にシリコン５ｎｍをスパッタリング被覆する。引き続き、ホトレジストを塗被し、リソグラフィー法により構造化しかつ最後にそうして製造された構造をプラズマエッチング法により、上方シリコン層、白金層及び下方シリコン層からなる層構造体に転化する。この転化は、例えばイオンビームエッチングを用いたプラズマエッチング法により行うことができる。次いで、別の工程で、約４００ｎｍの厚さの酸化珪素層を、半導体技術から公知であるような、化学蒸着により製造する。その後、層配列を５００℃以上、有利には６５０℃以上の温度に加熱する調質工程を実施する。この調質工程の際に、珪素層の珪化白金層への転化が行われ、この場合白金層は消耗される。更に、この調質工程で白金層の特性は有利な影響を受ける。該センサの使用される測定原理においては、白金層の抵抗の温度依存性をできるだけ正確にかつ再現可能に調整するのが望ましい。このことは調質工程で達成される。更に、このようにして製造された抵抗の温度係数及び抵抗自体が長時間に亙り安定化される、即ちこの温度係数又は抵抗の長時間（数千作動時間）に亙る変化が低下せしめらることが保証される。この場合、実験的に、珪化白金は白金層の特性の長時間安定性に僅かな影響を及ぼすに過ぎないことが判明した。
【００２２】
更に、下方層２１は、１種の材料からだけでなく、異なった誘電性材料、例えば１つの層は酸化珪素及び１つの層は窒化層からなる層系列を使用することも可能である。
【００２３】
珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）、珪化タングステン（ＷＳｉ2）、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）、珪化チタン（ＴｉＳｉ2）又は珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）を有するセンサの製造は珪化白金層を有するセンサの製造に相当して行われるが、この場合には、唯一これらの薄い層を薄いシリコン層を加熱素子又は温度プローブの白金で変換することによっては形成できない点で異なる。従って、これらの層は、直接蒸着、スパッタリング又は化学析出により塗被する。金属珪化物ターゲットから出発してスパッタリング塗被することにより製造するのが特に簡単である。珪化白金層に比して、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）、珪化タングステン（ＷＳｉ2）、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）、珪化チタン（ＴｉＳｉ2）及び珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）は、該センサを１３００℃までの高温に熱処理することができる程極めて高い温度安定性の利点を有する。この場合、白金層内の電気抵抗の温度依存性を劣化することのある白金層内での珪素の拡散が起こらないように留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセンサの平面図である。
【図２】本発明によるセンサの断面図である。
【図３】本発明による膜の拡大断面図である。
【符号の説明】
２  支持層（膜）、  ４  抵抗素子、  ９，２５  被覆層、  ２１  誘電性支持層、  ２２  珪化白金層、  ２３  白金層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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