CN110608822A - 铂金属化 - Google Patents

Abstract

本申请涉及铂金属化。使用金属材料以用于保护铂免受氧气溶解；传感器包括衬底、铂组件，该铂组件具有面向衬底的第一表面和背向衬底的第二表面，铂组件上的保护性覆盖物，该保护性覆盖物包括一个或多个层，至少在该一个或多个层上是吸氧材料，与铂组件的第二表面物理接触的下表面，和上表面；以及用于形成此类传感器的方法。

Description

铂金属化

技术领域

本发明涉及铂金属化领域，更具体地涉及其对抗氧溶解的保护及其在传感器中的使用。

发明背景

铂通常被用在传感器结构中作为活跃组分或作为保护层。当用作保护层时，它通常起到保护下面的半导体层免受环境(例如，废气)的腐蚀效应的作用，和/或起到保护传感器免受可能影响其性能的电磁场和静电场的作用。

铂用作活跃组件的传感器的示例是温度传感器和流量传感器，其中铂用于形成具有受控电阻温度系数的电阻器。已经观察到这种传感器经历传感器漂移，即它们对相同刺激的响应随着时间推移的漂移。

铂用作保护组件的传感器的示例是压力传感器。例如，包括保护性铂层的硅压力传感器是一种通常用于恶劣介质条件的传感器。压力传感器通常包括柔性隔膜或膜，当在其上施加压力时，隔膜或膜展现出可预测的弯曲。压力传感器对隔膜或膜的弯曲是电响应的。

US2007013014公开了这样的压力传感器，其包括具有第一表面和第二表面的衬底，其中第二表面与环境进行通信。压力传感器包括位于衬底上的器件层传感器装置，用于测量与环境相关的参数。压力传感器进一步包括位于衬底上并与传感器装置电连通的输出触点。US2007013014公开了阻挡非期望元素(诸如氧、氮和二氧化碳)向内扩散的金属化层。该金属化层包括位于衬底上的钽层，其充当粘附层，并且硅化钽层位于在钽层上，而铂层位于钽硅化物层上。

本发明人注意到，包括这种含铂金属化层的传感器经历传感器漂移，即隔膜或膜响应于相同压力而弯曲的方式随时间推移而变化，并且压力读数的可靠性丢失。

如果在传感器的寿命期间发生传感器漂移，则难以或在某些情况下不可能对其进行补偿。

在本发明之前，尚不清楚为什么会发生这种漂移以及如何有效地补救它。

因此，本领域需要限制或消除包含铂组件的传感器中的传感器漂移。

发明内容

本发明的目的是用于提供对包括铂组件的传感器中的传感器漂移的至少部分解决方案，以及用于共享相同原因的其他现象。

本发明实施例的优点在于可以减小传感器的铂组件的应力水平的变化。例如，在一些实施例中，应力变化可以减少超过10倍。

本发明的实施例的优点在于可以减少传感器漂移。

本发明的实施例的优点在于所公开的解决方案易于实现。

本发明的实施例的优点在于所公开的解决方案是便宜的。

在第一方面，本发明涉及一种传感器。该传感器包括衬底、铂组件和铂组件上的保护性覆盖物。该铂组件具有面向所述衬底的第一表面和背向所述衬底的第二表面。本发明人已经认识到，尽管铂具有众所周知的惰性，但包含铂组件的传感器倾向于经历随时间推移的传感器漂移。特别地，在具有保护性铂层的压力传感器和在具有铂电阻器的温度传感器中观察到这种现象。这个令人惊讶的事实导致对压力传感器的研究，其中发明人认识到该传感器漂移的可能原因是由上覆的铂保护层中的应力变化引起的传感器膜或膜片中的应力变化。在进一步的研究中，已经表明铂层中的氧溶解导致其变形，这反过来改变了铂层和铂下面的层之间的应力。氧气可能是铂组件中稳定性问题的根源，这是令人惊讶的，因为铂通常在设备中被选择，这在很大程度上归因于其抗氧化性。然后意识到，当铂电阻器用于铂温度传感器、铂加热器、和铂流量传感器时，氧溶解也是电阻器漂移的原因。

响应于认识到铂中的氧溶解是待解决的问题，发明人设想在铂组件上提供保护性覆盖物。该保护性覆盖物起到充当氧气屏障的作用，从而防止铂组件中氧浓度的变化，从而防止应力的变化。氧浓度的变化通常是由于氧溶解引起的氧浓度的升高，但也可能是由于氧耗尽导致的氧浓度降低。例如，如果传感器中的铂在用于贫氧环境(诸如电动机废气)之前溶解氧饱和，则可能发生后者。

保护性覆盖物放置在铂组件上。它包括一个或多个层。这些层中的至少一个层是吸氧材料。保护性覆盖物具有与铂组分组件的第二表面物理接触的下表面，并且其具有上部(通常是暴露的)表面。

在第二方面，本发明涉及一种用于形成传感器的方法，该方法包括：

·提供衬底；

·提供铂组件，使得其第一表面面向该衬底以及其第二表面背向该衬底，

·提供该铂组件上方的保护性覆盖物，该保护性覆盖物包括：

o一个或多个层，该一个或多个层中的至少一层包括吸氧材料，

o下表面，该下表面与铂组件的第二表面物理接触，以及

o上部(通常暴露的)表面。

由于本发明基于认识到铂中的氧溶解可能发生并且造成问题，本发明的第三方面涉及使用金属材料以用于保护铂免受氧溶解。

本发明的特定和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的。

尽管本领域中的设备在不断地改进、改变和发展，但是相信本发明概念代表了包括偏离先前实践的充分新颖且独创的进步，从而提供了更高效、稳定和可靠的具有此性质的设备。

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和其他特性、特征和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式解说了本发明的原理。给出本描述仅仅是出于解说的目的，而并不限制本发明的范围。以下引用的参考图涉及附图。

附图说明

图1是根据本发明实施例的传感器的示意性表示。

图2-4示出了根据本发明实施例的传感器的形成的步骤。

图5是根据现有技术的未受保护的Pt层和根据本发明的实施例的受保护的Pt层中的应变相对于温度的图。

在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的元素。

具体实施方式

将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性且非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将要素中的一些要素的尺寸放大且不按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于对本发明的实施的实际缩减。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二和第三等用于区别类似的元件，而不一定用于描述时间、空间、排列或任何其他方式的先后顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中所描述的本发明实施例与本文中所描述或图示的相比能够以其他顺序操作。

而且，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、上方、下方等被用于描述性的目的，而不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明取向的之外的其他取向来操作。

应当注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限制于仅由组件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是A和B。

类似地，应注意如权利要求书中所使用的术语“耦合”不应当被解释为仅限于直接连接。可使用术语“耦合”和“连接”连同其衍生词。应当理解，这些术语不旨在作为彼此的同义词。因此，设备“A耦合到设备B”这一措辞的范围不应该被限制在其中设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或系统。这意味着在设备A的输出与B的输入之间存在路径，该路径可以是包括其他设备或装置的路径。“耦合”可意味着两个或更多个元件处于直接的物理或电接触，或者意味着两个或更多个元件彼此未直接接触但彼此仍然协作或相互作用。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部是指同一实施例，但是可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如根据本公开对本领域普通技术人员将是显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助理解各发明性方面中的一个或多个发明性方面的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，公开的此种方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求反映的，各发明方面可以存在比单个前述所公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

现在将通过本发明的若干实施例的详细描述来描述本发明。显然，根据本领域技术人员的知识能够配置本发明的其他实施例而不背离本发明的技术示教，本发明仅受限于所附权利要求书的各条款。

在第一方面，本发明涉及传感器包括：

·衬底；

·铂组件，其具有面向衬底的第一表面和背向衬底的第二表面，

·铂组件上的保护性覆盖物，该保护性覆盖物包括：

o一个或多个层，该一个或多个层中的至少一个层包括吸氧材料，

o下表面，其与铂组件的第二表面物理接触，以及

o上表面。

传感器是用于接收和对刺激作出响应的器件。刺激可以例如是压力、加速度、温度、流量等。响应通常是刺激强度的度量。

衬底可以是任何类型的衬底。取决于传感器的类型，衬底可以由介电材料、半导体材料或导电材料制成。

在实施例中，衬底可以是导电衬底(诸如，例如导电掺杂的硅衬底)。当铂元件用作屏蔽电磁场和静电场时，这种衬底是有利的。实际上，导电衬底可以耦合到铂元件以形成法拉第笼。

用于导电衬底的示例性材料包括，但不限于：金属、导电聚合物、和掺杂半导体材料(例如单晶、多晶、非晶、或复合半导体)，诸如p型或n型掺杂IV族(例如Si、Ge、SiGe或SiC)或III-V族半导体材料(例如GaAs、InP、或InAs)等。

Si是优选的，因为它提供良好的结构稳定性、受控的导电性、以及能被化学地或机械地研磨至精确厚度(例如该厚度可用于在压力传感器中形成隔膜)的能力。

某些实施例的导电衬底可以包括p型或n型掺杂硅(通常是n掺杂硅)，例如具有范围在1欧姆-厘米与35欧姆-厘米之间的电阻率。当衬底耦合到铂元件以提供电磁屏蔽和静电屏蔽时，该电阻率的范围是有利的。

衬底可具有任何厚度。例如，其可以具有100μm至2000μm的厚度。

在衬底是导电的实施例中，它可以电耦合到铂元件。例如，如果铂组件是铂保护层，则其与导电衬底的耦合可以形成保护传感器免受电磁场和静电场的影响的法拉第笼。

在实施例中，衬底可以包括柔性隔膜。这是典型的压力传感器，其中柔性隔膜响应于压力而弯曲并且其中由传感器来检测这种弯曲。

柔性隔膜可以是衬底的减薄的区域。可以通过切掉衬底的区域来获得衬底的减薄区域。切口区域在衬底的其余部分中限定柔性隔膜。

在实施方案中，对于给定压力展现出可预测弯曲的薄片可以附接在衬底的切口区域上。在某些这样的实施例中，薄片可以用作隔膜的一部分。在某些实施例中，不是从衬底蚀刻隔膜，而是在导电衬底中形成孔，并且薄片在该孔上接合到导电衬底。在某些此类实施例中，薄片用作隔膜。例如，薄片可包括柔性材料，包括但不限于：金属、金属合金、聚合材料、半导体材料、陶瓷、玻璃、或其他柔性材料。在图2和3中所示出的实施例中，该薄片是其他的厚度已经减小的半导体衬底。

当压力或力施加到传感器时，隔膜会弯曲。隔膜的物理参数(例如材料、厚度、应力)影响在施加压力时隔膜弯曲到什么程度，这反过来影响传感器的输出范围。通常，传感器的灵敏度随着隔膜厚度的增加而降低。在一些实施方案中，隔膜的厚度在1微米与300微米之间的范围内。

在实施例中，衬底可以电连接到电源电压，例如连接到正电源电压。

在实施例中，衬底可以经由二极管、经由导电胶、或经由电阻触点电连接。

铂组件可以例如是活动组件或保护层。

铂组件用作活动组件的示例是当传感器包括铂电阻器时。这例如是温度传感器或流量传感器中的情况。铂组件用作保护层的示例是当它起到保护下面的半导体层免受环境(例如，废气)的腐蚀效应的作用，和/或起到保护传感器免受可能影响其性能的电磁场和静电场的作用时。压力传感器可包括用于这些目的中的一个或两个的铂层。

铂组件的厚度可以为例如10nm至1000nm。

保护性覆盖物位于铂组件上。它通常与铂组件接触。它包括一个或多个层。这些层中的至少一个包含吸氧材料。优选地，该一个或多个层中的至少一个由吸氧材料组成。

如本文所用的并且除非另有说明，吸氧材料是吸收氧气或与氧气反应的材料。通常，有用的吸氧材料具有每所涉及氧原子小于-250kJ/摩尔的氧化物形成焓。这允许由CO ₂还原释放的氧气在高达250℃的温度下被吸收。

优选地，吸氧材料是金属材料。

更优选地，吸氧材料包括至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％，或由选自碱金属(例如，Li、Na和K)、碱土金属(例如，Mg和Ca)、锌、难熔金属(例如Ti、Zr、Hf、Ta、V、和Nb)、稀土金属(例如La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Yb、Sc、和Y)、锕系元素(例如Ac)以及其混合物和合金的一种或多种元素组成。

又更优选地，吸氧材料是包含至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％的金属材料，或由选自难熔金属、稀土金属和锕系元素的一种或多种元素组成。这些优于碱金属，因为它们具有更高的熔点(高于750℃)，限制了它们在Pt中的扩散。

又更优选地，吸氧材料是包含至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％的金属材料，或由选自Ta、Nb、V、Hf、Zr、Ti、Y以及Sc的一种或多种元素组成。这些是优选的，因为它们的高熔点(至少1500℃)，限制了它们在Pt中的扩散。

元素周期表III、IV和V族元素由于其金属特性、其延展性和其在Pt中相对低的扩散系数是特别有利的。即使在低厚度下它们也可以充当有效的氧气阻隔。这允许尽可能少地影响传感器灵敏度的同时提供氧气阻隔属性。它们也是可延展的，使它们耐开裂，其优选地避免开裂，因为它将表示氧气进入端口。它们还在铂上显示出良好的粘附力，并且它们不会因为在铂中太容易扩散而导致传感器漂移。

又更优选地，吸氧材料是包含至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％的金属材料，或由选自Ta、Nb、V、Hf、Zr、Ti以及Zr的一种或多种元素组成。这些是优选的，因为它们的非常高的熔点(至少1650℃)

在实施例中，包括吸氧材料的层可具有至少1500℃、优选至少2000℃、优选至少2500℃的熔点。这是有利的，因为它限制了吸气材料在Pt中的扩散。

在实施例中，吸氧材料可包含至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％，或由一种或多种具有至少1500℃、优选至少2000℃、优选至少2500℃的熔点的元素组成。这是有利的，因为它限制了吸气材料在Pt中的扩散。

在实施例中，吸氧材料可包含至少50at％、至少75at％、至少90at％、至少95％，或由一种或多种具有至少135pm、优选至少140pm，更优选至少145pm的原子金属半径的元素组成。这是有利的，因为它限制了吸气材料在Pt中的扩散。

如果保护性覆盖物由单层制成，则该层包括吸氧材料。

如果它由两层或更多层制成，则它具有与铂组件的第二表面物理接触的下表面和上表面。上表面通常是暴露的表面，即易于与氧气接触的表面。它属于上层。在实施例中，下表面可以属于介电层(诸如SiO₂层、Al₂O₃层或SiN层)。在这些实施例中，吸氧层可以在该介电层上。

在优选的实施例中，下表面可以属于吸氧层。

在任何实施例中，所述一种或多种元素可以形成至少50at％、优选至少75at％、更优选至少90at％、以及最优选至少95at％的包括下表面的层。例如，下表面所属的层可以由一个或多个元素组成。

优选地，包括下表面的层包括Ta(钽)。在实施例中，Ta可以形成至少50at％、更优选地至少75at％、又更优选至少90at％、以及再优选至少95at％的包括下表面的层。最优选地，它由Ta组成。Ta及其合金除了它们的特别好的氧气阻隔属性和良好的吸氧属性、铂中的低扩散、良好的黏附属性、和良好的抗断裂之外，还具有在氧气存在的情况下形成非常致密的顶部氧化物层的附加优点。该致密氧化物层限制了Ta层的进一步氧化并进一步防止氧气扩散到金属叠层中。

在实施例中，上部暴露的表面可以属于由吸氧材料的氧化物组成的层。在优选的实施例中，保护性覆盖物可以由两层组成，其中包括下表面的层可以由Ta组成，并且上部暴露的表面可以属于由Ta₂O₅组成的层。这通常可以通过提供包括下表面的Ta层并通过将该Ta层的顶表面暴露于氧气源从而氧化它来获得。

在保护性覆盖物具有多于一层的实施例中，上部(暴露的)表面可以属于由铂组成的层。

在实施例中，保护性覆盖物可以具有从1nm到100nm、优选地从5nm到100nm(诸如从5nm到25nm)的厚度。在实施例中，该层包括可以具有从1nm到100nm、优选地从5nm到100nm(诸如从5nm到25nm)的厚度的吸气材料。由吸氧材料的氧化物组成的层可以例如具有从1nm至5nm的厚度(诸如1nm至3nm)。然而，该层易于随时间的推移而生长的同时消耗包含吸气材料的层。第二铂层可以例如具有从1nm至20nm的厚度。较低的Pt厚度是优选的，因为该第二Pt层被暴露并且不受保护性覆盖物保护，因此对传感器漂移作出贡献。

在实施例中，传感器可以进一步包括粘附层，诸如与铂组件的第一表面接触的Ta层。此类Ta层可用于促进铂组件和下层之间的粘合。

Ta层优选地选择得足够薄以允许Pt扩散到硅中以减小硅中的带隙(提供附加的掺杂)。

Ta层优选地选择得足够厚以防止快速Pt Si混合，这是非常放热的并且可能导致缺乏工艺可重复性。

用于粘附层的Ta的替代物的示例是CuAlO₃、Cr、Zr、NiV、Ti、TiW和Hf。粘附层可具有各种厚度。例如，它可以在10nm与1000nm之间。

在实施例中，传感器可以包括在衬底上方的一个或多个电子组件，其中铂组件是在电子组件中的至少一个上方的铂(保护)层，第一表面面向电子组件中的至少一个并且第二表面背向电子组件中的至少一个。包括这些一个或多个电子组件的层通常称为器件层。在这些实施例的一些中，一个或多个电子组件可以形成电响应于外部刺激的电路。例如，衬底可以包括柔性隔膜并且外部刺激可以是压力。在这样的实施例中，电路可以电响应于隔膜中的弯曲。作为示例，在压力传感器的情况下，一个或多个电子组件可以是通过掺杂半导体器件层形成的压阻组件。压阻组件可以惠斯通电桥配置的方式连接在一起。然后以众所周知的方式通过压阻组件的电阻变化来测量膜片的偏转。

在实施例中，一个或多个电组件和衬底可以通过电绝缘区域和/或一个或多个电组件分开，并且铂层可以通过电绝缘区域分开。

每个电绝缘区域可以独立地以介电层、耗尽层或两者的组合的形式提供。介电层可以例如是氧化硅层、氮化硅层或两者的组合。将衬底与该一个或多个电组件分分开的绝缘区域可以例如是掩埋的氧化硅层。当将衬底与该一个或多个电气组件分开的绝缘区域是介电层时，其厚度可以例如为从0.1μm至20μm。将一个或多个电组件与铂层分开的绝缘区域可以是该一个或多个电组件上的氧化硅层和氧化硅层上的氮化硅层。

耗尽层可以由p-n结或肖特基金属/半导体界面产生。例如，如果衬底是n型并且包括该一个或多个电组件的器件层是p型，则可以形成耗尽区，该耗尽层将衬底与该一个或多个电组件隔离。作为另一个示例，如果器件层在其上具有Ta粘附层，则该Ta层可以在Ta粘附层和器件层之间诱导耗尽层。

如果该一个或多个电子组件和铂层由介电层分开，则包括铂层的顶部金属化层、可选的下层Ta粘附层和包括由金属材料制成的层的上覆保护性覆盖物的电位无关紧要，但优选地相对于器件层的电位保持固定，即它在器件的寿命期间不会改变。

如果该一个或多个电子组件和衬底被介电层分开，例如，当SOI已经用于制造传感器时，衬底的电位无关紧要，但优选地相对于器件层的电位保持固定，即它在器件的寿命期间不会改变。

在实施例中，保护性覆盖物的上部暴露的表面可以是第二铂层。在实施例中，传感器可包括与铂层的第一表面接触的Ta粘附层、铂层、与铂层的第二表面接触的Ta层、以及与Ta层接触的第二铂层。在实施例中，第二铂层可以具有至多10nm的厚度，但是更大的厚度或者没有第二铂层也是可能的。第二铂层对于用于接合目的是有利的，因为它保护保护性覆盖物的金属层免受在空气中执行的高温过程中的氧化。然而，第二铂层可以是传感器漂移的来源。

在实施例中，可以将附加层放置在金属化层的顶部上。例如，可以将氮化硅或氧化铝放在金属化层的顶部上。

在第一方面的实施例中，本发明可以涉及压力传感器、温度传感器或流量传感器。

第一方面的替代方案涉及电子器件或电器件，包括：

·衬底；

·铂组件，其具有面向衬底的第一表面和背离衬底的第二表面，

·铂组件上方的保护性覆盖物，该保护性覆盖物包括：

o一个或多个层，该一个或多个层中的至少一个层包括吸氧材料，

o下表面，其与铂组件的第二表面物理接触，以及

o上表面。

该替代方案的任何特征可以如在第一方面或在其其他替代方案中相应地描述的那样。

在第二方面，本发明涉及一种用于形成传感器的方法，该方法包括：

·提供衬底；

·提供铂组件，使得其第一表面面向衬底和其第二表面背向衬底，

·提供铂组件上方的保护性覆盖物，该保护性覆盖物包括：

o一个或多个层，该一个或多个层中的至少一个层包括吸氧材料，

o下表面，其与铂组件的第二表面物理接触，以及

o上部暴露的表面。

在制造压力传感器的示例中，提供衬底的步骤可以包括在衬底(诸如Si晶片)中形成腔体的步骤。该腔体可以通过干法或湿法蚀刻形成。可以使用的干蚀刻的示例是深反应离子蚀刻。湿蚀刻的示例是KOH蚀刻。因此，腔体的蚀刻在衬底的蚀刻部分下方形成减薄区域的。该减薄区域可以用作第一方面中所描述的柔性隔膜。或者，在第一衬底中形成腔体之后，提供衬底可以包括在第一表面(其中腔体被蚀刻)的表面上接合第二衬底(例如第二Si晶片或SOI晶片)。可以通过熔融接合进行接合。然后可以将该第二衬底减薄以形成隔膜。如果第二衬底是硅晶片，则可以通过研磨或通过将其回刻来完成对第二衬底的减薄。如果第二衬底是SOI晶片，则可以使用不同的化学物质来回刻Si和SiO₂。与腔体重叠的第二衬底的减薄的部分可以用作隔膜。

提供铂组件可导致形成活性铂组件(诸如铂电阻器)。在那种情况下，可以在衬底上形成铂组件。提供铂组件可导致形成保护性铂层。在那种情况下，铂组件可以形成在需要保护的器件层上。因此，本发明第二方面的一些实施例涉及器件层的形成。作为示例，在压力传感器的情况下，可以在衬底上方提供半导体器件层。为此目的，例如，可以在衬底上方提供半导体层，并且可以在半导体层上形成一个或多个电子组件。例如，可以通过掺杂半导体器件层来形成一个或多个压阻组件。压阻组件可以惠斯通电桥配置的方式连接在一起。通过掺杂形成压阻组件的一种方法是在n型半导体器件层中形成相对深的低剂量p-注入区。然后，为了创建朝向压阻组件的导电线和与金属的连接，可以在较低剂量区域内形成较浅的较高剂量p注入区域。

提供铂组件的步骤可以例如通过剥离掩模(lift-off mask)进行溅射来执行。而且，可以通过溅射来提供保护性覆盖物和任选的粘附层。作为示例，可以首先在下面的层上(例如，在衬底上或在器件层上(如果存在的话))溅射Ta层，然后可以在Ta层上溅射Pt层，可以在Pt层上溅射Ta层，以及最后Ta层的顶表面可以被放置于与氧气接触。由于氧气的存在，Ta的顶表面在非常致密的顶部氧化物层中氧化，该顶部氧化物层限制了沿Ta层和铂的进一步的氧扩散。

粘附层和保护性覆盖物当然也可以通过其它手段提供(诸如丝网印刷或溶胶-凝胶(例如在无氧大气中烧结)。

第二方面的任何特征可以如第一方面及其替代方案中相应地描述的那样。

在第三方面，本发明涉及使用金属材料以用于保护铂免受氧溶解其中。

实际上，尽管包含吸氧剂的层对于该目的是特别有利的，但是对于任何金属层都可以获得一定程度的抗铂中氧溶解的功效；并且据我们所知，迄今为止还没有金属层用于此目的。在优选的实施例中，第三方面可以涉及使用吸氧剂来保护铂免受其中的氧溶解。

第三方面的任何特征可以如第一方面及其替代方案中相应地描述的那样。

图1是根据本文描述的本发明的实施例的屏蔽传感器100的框图。

传感器100包括：

-导电衬底102，通常是n掺杂硅

-底部绝缘区域104，包括在p-n结上的耗尽层或介电层(诸如掩埋的氧化硅层)

-器件层106，通常包括p掺杂硅

-顶部绝缘区域108，例如包括器件层上的氧化硅和氧化硅上的氮化硅层，

-金属化层110，其包括具有背向衬底的第二表面的Pt层和包括与第二表面接触的Ta的保护性覆盖物；例如，金属化层110可以包括在顶部绝缘区域上的Ta粘附层、主导电Pt层、以及由与Pt层接触的Ta层形成的保护性覆盖物和由Ta层的氧化物形成的暴露的Ta₂O₅层。

衬底可以经由二极管(其将连接到衬底的顶部)，但也可以经由导电胶(未示出，其将位于衬底的背面)或经由电阻触点与正电压的电连接。

图2、图3和图4示出了使用根据本发明实施例的屏蔽结构制造压力传感器的处理步骤。

在步骤1中，在衬底晶片302中形成腔体。例如，可以使用DRIE蚀刻或KOH蚀刻。

在步骤2中，另一个晶片306(其可以是半导体晶片(顶部)或SOI晶片(底部))被接合在存在腔体的晶片302的面上。熔融接合可用于该步骤。

在步骤3中，将第二晶片306减薄到一定厚度。研磨或回刻可用于减薄第二晶片。与腔体重叠的第二晶片的部分将用作压力传感器中的隔膜。

在步骤4和步骤5中，通过在第二晶片306中执行深的、低剂量p注入区域303来形成压电电阻器。接下来，通过步骤5中低剂量区域303内的浅的、高剂量p注入区域305形成互连。

然后在步骤6中，在第二晶片306的顶部使钝化介电层308图案化。

最后，在步骤7中，将金属化叠层310沉积在钝化层的顶部上。图4的a部分至图4的c部分更详细地示出了根据本发明的实施例的金属化叠层。

在图4的a部分至图4的c部分中，底层与图3步骤7中的相同，仅未示出衬底晶片302。406是第二晶片，例如n硅衬底。403和405分别是低剂量p-注入区域和高剂量p-注入区域。图4的绝缘层308被分成氧化硅层407和氮化硅层409。图4中的结构的顶部是金属化叠层，其在此被划分成至少三层，两个Ta层412以及在Ta层之间的铂层411，该Ta层在底部Ta层和掺杂的第二晶片之间诱导耗尽层(用作器件层)。

添加第二顶部氮化硅层413是可能的。这在图4的b部分中示出。这提供了附加的保护层的同时，保护性覆盖物的金属材料层使得系统对可能源自第二顶部氮化硅层的裂缝的传播是稳健的。

图4的c部分显示了钽层的顶部的另一可选层。层414是微小的铂顶金属，以保护Ta免受正常环境氛围中的高温过程。在没有这种顶部铂层的情况下，一旦Ta被氧化，Ta层上的接合可能变得困难或不可能。

图5示出了空气中温度从110℃增加到400℃和温度从400℃降至室温的一个周期期间两个Pt层中的应变的变化。连续线示出Si衬底上的Pt层的这种变化，其中Pt层上没有保护性覆盖物。菱形示出Si衬底上的Pt层的这种变化，其中Ta层上没有保护性覆盖物。两个Pt层的应变在110℃下以正值(拉伸)开始，对于未受保护的Pt层为约390MPa，对于受保护的Pt层为约600MPa。对于未受保护的Pt层(实线)，可以看出，在空气中循环一次温度后，Pt层中的应变急剧变化，而当铂层在温度升高到400℃之后，回到110℃时，其值约为-730MPa。这表示变化为-1120MPa。对于根据本发明的受保护的Pt层(菱形)，可以看出，在空气中将温度循环一次之后，Pt层中的应变变化非常小并且在循环前在110℃下的值约为560MPa，在循环后在110℃下的值约为640MPa。这表示变化为+80MPa。这表示14倍的改善。

可以理解，尽管本文针对根据本发明的设备讨论了优选实施例、具体结构和配置以及材料，但是可做出形式和细节上的各种改变或修改而不背离本发明的范围和精神。例如，上面给出的任何分子式仅代表可被使用的步骤。可从框图中增删功能，且可在功能框之间互换操作。在本发明范围内可对所述方法增删步骤。

Claims (15)

1.一种传感器，包括：

衬底；

铂组件，所述铂组件具有面向所述衬底的第一表面和背向所述衬底的第二表面，

保护性覆盖物，所述保护性覆盖物位于所述铂组件上，所述保护性覆盖物包括：

一个或多个层，所述一个或多个层中的至少一个层包括吸氧材料，

下表面，所述下表面与所述铂组件的所述第二表面物理接触，以及

上表面。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述下表面属于包括吸氧材料的层。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述吸氧材料是包括选自Ta、Nb、V、Hf、Zr、Ti、Y、和Sc的一种或多种元素的金属材料。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述一种或多种元素形成包括所述吸氧材料的所述层的至少95at％。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，包含所述吸氧材料的所述层由Ta组成。

6.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述上部暴露的表面属于由所述吸氧材料的氧化物组成的层。

7.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述保护性覆盖物具有多于一层，并且所述上表面属于由铂组成的层。

8.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述包括吸氧剂的所述层具有从1nm至20nm的厚度。

9.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述铂组件是电阻器。

10.根据权利要求3所述的传感器，包括在所述衬底上方的一个或多个电子组件，其中所述铂组件是在所述电子组件中的至少一个上方的铂层，所述第一表面面向所述电子组件中的至少一个而所述第二表面背向所述电子组件中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述一个或多个电子组件形成电响应外部刺激的电路。

12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述衬底包括柔性隔膜，并且其中所述外部刺激是压力。

13.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述一个或多个电组件和所述衬底由电绝缘区域分开和/或其中所述一个或多个电组件和所述铂层由电绝缘区域分开，其中每个电绝缘区域选自耗尽区、介电区和两者的组合。

14.一种用于形成传感器的方法，所述方法包括：

提供衬底；

提供铂组件，使得其第一表面面向所述衬底以及其第二表面背向所述衬底，

在所述铂组件上提供保护性覆盖物，所述保护性覆盖物包括：

一个或多个层，所述一个或多个层中的至少一个层包括吸氧材料，

下表面，所述下表面与所述铂组件的所述第二表面物理接触，以及

上表面。

15.使用金属材料来保护铂免受其中的氧溶解。