JP2004505239A - 薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法、及び薄膜構成素子 - Google Patents

Abstract

薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法、並びに、薄膜構成素子が提案されており、ダイアフラム層（１０，２０）の非導電表面上に、測定素子、例えば、伸び測定ストリップ（３０）を構成するための抵抗層が堆積されており、測定素子の電気接触接続のためのコンタクト層系（４１）を当該測定素子上に、コンタクト層系の各領域とダイアフラム層（１０，２０）との間に測定素子（３０）の領域が位置しているように堆積されている。これは、例えば、コンタクト層系の各コンタクト接続部の対称に構成されたキャパシタンスを有する高圧センサを形成するのに使われる。

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも１つの、コンタクト接続部が設けられた機能層が堆積された基板を有する薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法及び薄膜構成素子に関する。そのような高圧センサは、自動車内の多数のシステムで使用されており、例えば、燃料噴射装置又はディーゼルコモンレール噴射装置で使用されている。自動化技術の領域でも、高圧センサは使用されている。このセンサの機能は、圧力によって生じるダイアフラムの機械的な歪を薄膜システムを用いて電気信号に変換することに基づいている。ドイツ連邦共和国特許公開第１００１４９８４号公報からは、その種の薄膜システムを有する高圧センサが既に公知であるが、実際には、コンタクト層及び容量の非対称性の領域内に、コンタクト層の製造条件に起因する面非対称性の結果として若干、層付着上の問題点が生じることがある。
【０００２】
発明の利点
独立請求項記載の要件を有する本発明の方法乃至本発明の薄膜構成素子は、エッジ部の被覆乃至エッジ部の損傷の問題点を回避して、層付着を改善するという利点を有している。つまり、コンタクト層系は一様な基板上に堆積されており、乃至層が越えるべき段差がないか、又は、非常に低い段差しかない。
【０００３】
従属請求項記載の手段によって、独立請求項記載の方法乃至薄膜構成素子を改善することができる。
【０００４】
特に有利には、コンタクト層系の各領域とダイアフラムとの間に、測定素子の領域が設けられており、容量の対称性が達成されている。つまり、面、従って、コンタクト接続部のキャパシタンスが（ダイアフラムに対して相対的に）、あまり正確でないエッチングによってではなくて、極めて正確にエッチングされた抵抗層によって、遮蔽マスク内に堆積されたコンタクト層系を特定することができるのである。更に、層付着を改善することができる。つまり、コンタクト層系は一様な基板上に堆積されており、従来技術とは異なり、少なくとも部分的にダイアフラム層の絶縁基板上に、抵抗層のエッチング過程の際、基板上への付着を劣化させるような残渣が残ることもない。更に、層が越えるべき段差は全くなく、その結果、エッジ部の被覆乃至エッジ部の損傷での効率上の問題点は回避される。
【０００５】
更に、有利には、抵抗層及びパッシベーション層を一緒にエッチングするとよく、つまり、このようにして、マスク面を節約して、高い歩留まりを達成することができる。更に、パッシベーション層が遮蔽マスクによってコーティングされる際に生じることがある残渣によってボンディング可能性が損なわれるのを回避することができる。
【０００６】
更に、抵抗層用の材料として、ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコンを使うと有利である。そうすることによって、抵抗層としてのポリシリコンの析出のために５００℃以上でＰＥＣＶＤプロセス工程を行わずにすみ、その代わり、１３０℃以下で使用可能なニッケルクロム乃至ニッケルクロムシリコンの析出のためにスパッタリングプロセスを使うことができる。そうすることによって、最大プロセス温度を明らかに低減することができる。
【０００７】
本発明の別の利点は、更に従属請求項及び以下の説明から得られる。
【０００８】
図面
以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【０００９】
その際、
図１は、第１の本発明の製造方法を示す図、
図２は、第２の本発明の製造方法の方法工程を示す図、
図３は、第３の本発明の製造方法を示す図、
図４は、第４の製造方法の方法工程を示す図、
図５は、第５の製造方法の方法工程を示す図
である。
【００１０】
実施例の説明
図１は、高圧センサの製造用の第１の本発明の方法を示す。先ず（図１ａ）、スチール製ダイアフラム１０のコーティングすべき表面上全面に、絶縁層２０が堆積される。続いて、伸び測定ストリップ用の本来の機能層が全面に堆積され；それから、この伸び測定ストリップ３０は、後続の工程で、フォトリソグラフによる構造化層を用いて形成される（図１ｂ）。それに続いて、コンタクト層乃至コンタクト層系４０が堆積され、その際、大抵、同様にフォトリソグラフにより構造化される（図１ｃ）。択一的に選択して、コンタクト層４０のフォトリソグラフによる構造化のために、遮蔽マスク技術を使ってもよい。所望の電気特性を調整するために、それに続いて補償過程を行う行うことができ、殊に、構造化された複数の圧電抵抗性伸び測定ストリップ乃至抵抗素子によって形成されたホイートストンブリッジの対称性を調整するように補償過程を行うことが屡々である。後続工程で（図１ｄ）、パッシベーション層５０が堆積され、このパッシベーション層の構造化は、同様にフォトリソグラフにより、又は、遮蔽マスク技術を用いることによって行うことができる。パッシベーション層がフォトリソグラフにより行われる場合、感光性レジストマスクとプラズマエッチング工程を用いて行われ、その際、エッチングガスとして、有利には、ＣＦ４／０２ガス混合気を使うことができる。遮蔽マスク技術を用いてパッシベーション層を構造化する際、遮蔽マスクの開口の位置は、適切な位置又は個所にのみコーティングされるように選定されている。
【００１１】
本発明の第１の実施例では、図１ａ及び１ｂに示されているように、絶縁層２０がスチール製ダイアフラム１０上に堆積され、続いて、絶縁層２０上に抵抗層が堆積され、後続の工程で、抵抗層が伸び測定ストリップ乃至抵抗素子３０となるように構造化される。絶縁層として、例えば、１０マイクロメートル厚酸化シリコン層が使われて、ＰＥＣＶＤ方法（ＰＥＣＶＤ＝Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で堆積される。抵抗層として、５００ナノメートル厚のポリシリコン層又は５０ナノメートル厚ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコン層が堆積されて、ポリシリコンの場合、フォトリソグラフ工程と続いてプラズマエッチング工程とを介して、ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコンの場合、ウェットエッチング工程を介して構造化することができる。
【００１２】
本発明によると、続いて行うコンタクト層系４０のコーティングの際、コンタクト層の厚みに較べてほんの僅かな段差しか被覆されず、図１に示した方法では、抵抗層は約５０ナノメートル厚のニッケルクロム又はニッケルクロムシリコン層として構成されている。続いて、コンタクト層（図１では参照番号４０で示されている）は、スパッタリング又は蒸着プロセスを用いて堆積されている。これは、遮蔽マスクを用いて、又は、全面が続いてフォト構造化プロセスにより、イオンビームエッチング工程を用いて行うことができる。
【００１３】
第２の本発明の方法によると、コンタクト層系の形成のために、図２に記載された方法のように、コンタクト層系が測定素子上に被覆の際に段差が生じないように堆積される：
コンタクト層系４１の形成のために、先ず５００ナノメートル厚のニッケルクロム、パラジウム及び続いて金の層シーケンスが、遮蔽マスクを通って伸び測定ストリップ３０上にスパッタリング又は蒸着される（図２ａ）。このために使われる遮蔽マスクの開口は、この際、予め構造化された伸び測定ストリップの領域内全てに位置しており、その結果、コンタクト層系４１とスチールダイアフラム１０との間のコンタクト層系４１の各個所に、伸び系ストリップ３０の領域がある。後続工程（図２ｂ）では、別の遮蔽マスクがＰＥＣＶＤ方法を介して５００ナノメートル厚のシリコンニトリド（Ｓｉ_ｘＮｉ_ｙ；ｘ＝３，ｙ＝４）製のパッシベーション層５０が析出されて、コンタクト層系４１の各コンタクト接続部間の伸び系ストリップ３０の機能感応性領域が外部から影響されないようにして、自動車内の使用条件下で、センサ素子が障害なく作動するようにすることができる。
【００１４】
図３には、高圧センサの製造用の第３の本発明の方法が示されており、この際、ＰＥＣＶＤ方法で１０マイクロメートル厚酸化シリコン絶縁層２０がスチール製ダイアフラム１０上に堆積され、スチール製ダイアフラム１０上に続いてポリシリコン（５００ナノメートル厚）の抵抗層３２又はＮｉＣｒ（５０ナノメートル厚）又はＮｉＣｒＳｉ（５０ナノメートル厚）が堆積されている。第２の工程（図３ｂ）では、５００ナノメートル厚のコンタクト層系４１が遮蔽マスク技術で堆積される。材料としては、このためにニッケル又はニッケルクロム、パラジウム、続いて金の層シーケンスが使われる。択一的に選択して、コンタクト層系を形成するために、全面がコンタクト材料で堆積され、続いて、フォトリソグラフ及びエッチング工程を用いて、堆積されたコンタクト材料が構造化される。続いて、図３ｃに示されているように、全面がシリコンニトリド層５２、その上に、フォトレジスト層６０が堆積される。フォトレジストは、抵抗素子乃至伸び測定ストリップ３０を形成するのに、抵抗層３２の構造化のために、後続の現像の際に更にコンタクト層系４１の内部領域４３もセンサのエッジ領域も露出され、乃至、エッチングすることができる。フォトレジスト層６０の現像後、内部領域４３がエッチングストップ層として使われる内部領域４３内でのシリコンニトリド層５２のエッチングによる除去後、及び、抵抗素子の形成用のコンタクト層系４１の各コンタクト接続部間及びセンサ素子のエッジ領域内でのシリコンニトリド層５２及び抵抗層３２のエッチングによる除去後、フォトレジスト層の残渣部分で更に被覆された高圧センサが形成され、この高圧センサの伸び測定ストリップ３０は、シリコンニトリド製のパッシベーション層５０によって被覆され、この高圧センサのコンタクト層系は、全面が抵抗層３２の除去されていない領域で被覆されている。この際、エッチング方法として、ポリシリコンの場合、抵抗材料として有利にはテトラフッ化炭素−酸素混合物が使用され、ＮｉＣｒ又はＮｉＣｒＳｉの場合、抵抗材料としてウェット化学エッチングプロセスが使用される。残渣フォトレジスト層（図３ｅ）の除去後、後続工程で、コンタクト層系のコンタクト接続部に電気端子が設けられ、高圧センサの上側が、例えば、更にケーシングによって覆われる。
【００１５】
図３に示された第３の実施例に対して択一的なやり方（第４の方法）では、シリコンニトリド（図３ｃ）の代わりに、感光性ＢＣＢ（＝ベンゾチクロブタン　Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎ）がパッシベーション層５２として被覆される。それから、フォトレジスト層及びＢＣＢ層を露光及び現像することができ、その結果、後続して、パッシベーション層ではなく、抵抗層だけをエッチングしさえすればよい。それから、フォトレジスト層の除去後、図４に示されているように、装置を、例えば、３００℃の温度に加熱して、ＢＣＢ層が流れ易い（”Ｒｅｆｌｏｗ”）ようにし、従って、伸び測定ストリップ３０の外側エッジが、ＢＣＢ層から形成されたパッシベーション層５５で更に被覆されている。
【００１６】
図３に示された実施例に対して択一的な第５の製造方法では、抵抗材料としてニッケルクロムを使用していて、フォトレジストを全く使わないで済み、部分図３ａ及びｂを用いて説明したやり方では、単に層５７だけが感光性ＢＣＢ材料が、抵抗層３２乃至コンタクト層系４１の上面上に全面にわたってスパッタリング又は蒸着される（図５ａ）。ＢＣＢ層５７の露光及び現像後、抵抗層は、エッジ領域内にも各コンタクト接続部間の領域内にも、一方では、所望のパッシベーション層５８が形成され、他方では、後続して、この空けられた個所に抵抗層をウェット化学エッチングして伸び測定ストリップ３０が形成される（図５ｂ）。ＮｉＣｒ又はＮｉＣｒＳｉの場合、抵抗材料としてフォトレジスト層がなく、ウェット化学エッチングプロセスを使うことができる。つまり、ＢＣＢ層は、ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコンのエッチング用の酸に対して耐性がある。続いて行われるリフローベーキング”Ｒｅｆｌｏｗ−Ｂａｋｅ”によって、各コンタクト接続部でのパッシベーション層エッジが丸み付けされ、並びに、殊に、変形して形成されたパッシベーション層５９の結果、伸び測定ストリップ３０のエッジ領域も保護絶縁することができる。
【００１７】
択一的に、ドイツ連邦共和国特許公開第１００１４９８４号公報に記載されているように、レーザ方法を用いて抵抗層を構造化してもよい。
【００１８】
特殊鋼製ダイアフラム１０と絶縁層２０との一体化は、選択的にガラス製ダイアフラムによって置き換えてもよい。
【００１９】
別の択一的な実施例では、例えば、”ＨＳＱ”（ハイドロゲン・シルセスキオクサン　”Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎ”）、Ｄｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、”ＳｉＬＫ”、Ｄｏｗ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、又は、”Ｆｌａｒｅ”、Ａｌｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ社製の他の有機又は無機材料層から絶縁層を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１の本発明の製造方法を示す図
【図２】
第２の本発明の製造方法の方法ステップを示す図
【図３】
第３の本発明の製造方法を示す図
【図４】
第４の製造方法の方法ステップを示す図
【図５】
第５の製造方法の方法ステップを示す図

Claims (11)

1. 薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法であって、ダイアフラム層（１０，２０）の非導電表面上に、測定素子、例えば、伸び測定ストリップ（３０）を構成するための抵抗層が堆積されている方法において、測定素子の電気コンタクト接続のためのコンタクト層系（４０，４１）を当該測定素子上に、段差が生じないように、又は、当該コンタクト層の厚みに較べて小さな段差しか被覆されないように付着することを特徴とする方法。
2. コンタクト層系（４１）を、当該コンタクト層系の各領域とダイアフラム層（１０，２０）との間に測定素子（３０）の領域が位置しているように、各測定素子上に付着する請求項１記載の方法。
3. コンタクト層系を、スパッタリング処理又は蒸着処理を用いて、遮蔽マスクの開口を通して付着し、該開口の位置を、抵抗層上に限って前記付着が行われるように選定する請求項２記載の方法。
4. 抵抗層を先ず全面に付着し、後続工程で、前記抵抗層をフォトリソグラフにより、又は、レーザ方法により構造化し、該構造化の結果、当該構造化された抵抗層乃至測定素子の横方向の拡がりを、全ての個所で、後続のコンタクト層系の付着のために使われる遮蔽マスク内の開口よりも大きくする請求項３記載の方法。
5. 抵抗層を先ず全面に付着し、後続工程で、コンタクト層系を抵抗層上に堆積し、後続工程で、デバイスの全面にパッシベーション層を設け、後続して、前記抵抗層及び前記パッシベーション層をエッチングマスクだけを用いて構造化する請求項３記載の方法。
6. パッシベーション層上に感光性レジスト層を付着、露光及び現像することによってエッチングマスクを形成する請求項５記載の方法。
7. パッシベーション層用の材料として感光性ＢＣＢを使用して、感光性レジスト層と同時に、前記パッシベーション層を一緒に露光して一緒に現像する請求項６記載の方法。
8. 抵抗層（３０）用の材料として、ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコンを使用する請求項１から７迄の何れか１記載の方法。
9. 抵抗層用の材料として、ニッケルクロム又はニッケルクロムシリコン、及び、同時に、エッチングマスクとして使われるパッシベーション層として、ＢＣＢ材料製の層を使用し、付加的に感光性レジスト層を付着しない請求項５記載の方法。
10. ダイアフラム層（１０，２０）の非導電表面上に測定素子形成用の抵抗層、例えば、伸び測定ストリップ（３０）が堆積されている薄膜構成素子において、
    コンタクト層系（４０，４１）が測定素子の電気コンタクト接続のために当該測定素子上に、段差が生じないように、又は、コンタクト層の厚みに比較して僅かな段差しか被覆されないように堆積されていることを特徴とする薄膜構成素子。
11. コンタクト層系（４１）は、測定素子の電気コンタクト接続のために測定素子上に、前記コンタクト層系の各領域とダイアフラム層との間に測定素子（３０）の領域が形成されるように堆積される請求項１０記載の薄膜構成素子。