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Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtflusssensor mit einem Dünnschichtteil, bei dem strukturierte Widerstandsschichten zwischen einem Paar Isolatorschichten sandwichartig angeordnet sind.
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Auf diesem Gebiet offenbart die Druckschrift
DE 44 39 222 A1 einen Massenflusssensor mit Druckkompensation, die Druckschrift
DE 100 10 020 A1 offenbart einen Fließsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, die
US-Patentschrift 5,351,537 offenbart einen wärmeempfindlichen Flussratensensor mit einem Leiterbahnlängsmuster zur homogenen Temperaturverteilung, die Patentschrift
DE 197 10 10 539 C1 offenbart eine Sensoranordnung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums nach dem Prinzip des Heißfilm-Anemometers, die
US-Patentschrift 4,542,650 offenbart ein thermisches Massenflussmeter, und die Druckschrift
DE 38 09 108 A1 offenbart eine Einrichtung zur Gasstrommessung.
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Im Allgemeinen weisen Dünnschichtflusssensoren einen Dünnschichtteil auf, bei dem eine untere Isolationsschicht, aus Metall ausgebildete Widerstandsschichten, hochdotierte Halbleiter oder dergleichen und eine obere Isolationsschicht auf einem Substrat aufeinanderfolgend ausgebildet sind, um eine Schichtung auszubilden. Die Widerstandsschichten bestehen aus einem Heizelement und einem Thermometer (einem Flüssigkeitsthermometer und einer Temperaturerfassungseinrichtung), die in einer Leiterbahnkonfiguration strukturiert sind.
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Die vorgeschlagenen Beispiele beinhalten ein in der Druckschrift
JP-A-2000-146656 offenbartes, bei dem die Temperatur des Heizelementes auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert wird, die höher als die durch das Flüssigkeitsthermometer erfasste ist. Die Flussrate der Flüssigkeit wird aus den Temperaturvariationen bei der Temperaturerfassungseinrichtung erfasst, welche durch den Fluss der Flüssigkeit verursacht werden.
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Derartige Flusssensoren werden typischerweise durch die nachstehend beschriebenen Schritte in Massenproduktion erzeugt: Aufeinanderfolgendes Ausbilden einer unteren Isolationsschicht und einer Widerstandsschicht auf einem Halbleiterwafer; Strukturieren der Widerstandsschicht durch Fotolithografie-basiertes Ätzen; Ausbilden einer oberen Isolationsschicht; und anschließendes Zerschneiden des Wafers in Chips oder Substrate.
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Bei der Strukturierung der Widerstandsschicht verursacht der Ätzvorgang jedoch Variationen bei der Leiterbahnbreite über die Waferoberfläche. Die Variationen erzeugen das Problem, dass Widerstandsverhältnisse zwischen individuellen Widerstandsschichten (zwischen dem Heizelement und den Thermometerschichten, zwischen Heizelementschichten, oder zwischen Thermometerschichten) eines Chips oder Sensors (nachstehend mit IN-Chip-Widerstandsverhältnisse bezeichnet) in großem Ausmaß von jenem eines anderen Chips variieren (die Verhältnisse variieren von einem Sensor zum anderen).
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Die Flusssensoren können die Flussrate einer Flüssigkeit beispielsweise mit einer Brückenschaltung oder dergleichen erfassen, die mit den individuellen Widerstandsschichten ausgebildet wird. Die Widerstandsverhältnisse zwischen den Widerstandsschichten weisen somit einen starken Einfluss auf die Empfindlichkeiten der Sensoren auf. Wenn die IN-Chip-Widerstandsverhältnisse der massenproduzierten Chips in großem Ausmaß variieren, können folglich die Ausgabekorrektur und andere Verarbeitungsvorgänge der äußeren Steuerschaltungen kompliziert sein.
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Dieselben Probleme können auch auftreten, wenn die TCR-Verhältnisse (thermischer Widerstandskoeffizient) unter den Widerstandsschichten eines einzelnen Chips in großem Ausmaß von einem Chip zum nächsten variieren.
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Erfindungsgemäß wurden die Ursachen dieser Variationen bei dem IN-Chip-Widerstandsverhältnis und dem TCR-Verhältnis untersucht. Die Widerstände wurden durch die Dicke und Leiterbahnbreiten in den Widerstandsschichten bestimmt. Die Werte des TCR hängen ebenfalls von den Dicken und den Leiterbahnbreiten ab. Die Dicke wiederum hängt von dem Schichtausbildungsgerät ab. Obwohl die Dicke in großem Ausmaß über eine Waferoberfläche variiert, beispielsweise zwischen dem Wafermittelpunkt und dem Rand, verändert sich die Dicke innerhalb jedes Chips lediglich geringfügig; somit beeinflusst die Variation kaum die IN-Chip-Widerstandsverhältnisse und die TCR-Verhältnisse.
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Die Leiterbahnbreite hängt von Variationen beim Ätzen der Widerstandsschicht ab. Die Variationen der Leiterbahnbreite werden den folgenden Faktoren zugeschrieben:
- 1) Die Unterschiede zwischen den Linienbreiten der bei der Fotolithografie verwendeten Maske und die Breiten der tatsächlich geätzten Linien (nachstehend mit Ätzvariationen bezeichnet) variieren über eine Waferoberfläche; und
- 2) Die Ausmaße der Ätzvariationen und die Beiträge der Ätzvariationen zu den Widerständen und TCRs sind zwischen den Widerstandsschichten mit größerer Linienbreite und jenen mit kleinerer Linienbreite verschieden.
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Bekannte Flusssensoren weisen typischerweise Widerstandsschichten gemäß 6 auf. Das heißt, dass eine Heizelementschicht 5' zur Erzeugung von Wärme bei niederen Spannungen eine Leiterbahnbreite erhält, die so groß wie möglich ist. Unterdessen erhalten die Thermometer 3 und 4 eine Leiterbahnbreite, die so klein wie möglich ist, da höhere Spannungen mit kleineren Strömen erhältlich sein müssen, damit wenig Wärme erzeugt wird. Daher kommt den durch einen Ätzvorgang verursachten Variationen bei der Leiterbahnbreite ein größerer Einfluss auf die Thermometerschichten 3, 4 zu, welche eine schmalere Leiterbahnbreite aufweisen, als die Heizelementschicht 5', die eine größere Leiterbahnbreite aufweist.
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Folglich sind bezüglich Faktor 2) die Widerstandsschichten mit kleinerer Leiterbahnbreite anfälliger für die vorstehend angeführten Ätzvariationen. Zudem unterscheiden sich die Werte der Ätzvariationen in großem Ausmaß zwischen den Heizelementen und den Thermometern. Somit variiert der IN-Chip-Widerstand in großem Ausmaß von einem Chip zum nächsten.
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Es sei beispielsweise angenommen, dass bei 6 die Heizelementschicht 5' eine Leiterbahnbreite W1 von 20 μm und die Thermometerschichten 3, 4 eine Leiterbahnbreite W2 von 3 μm aufweisen. Die Ätzvariationen in der Nähe des Waferzentrums seien 0,1 μm für die Heizelementschicht 5' und 0,3 μm für die Thermometerschichten 3, 4. Auf dem Waferrand seien die Ätzvariationen 0,15 μm für die Heizelementschicht 5' und 0,45 μm für die Thermometerschichten 3, 4.
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Hinsichtlich der IN-Chip-Widerstandsverhältnisse wird das Verhältnis zwischen dem Widerstand der Heizelementschicht 5' und jener der Thermometerschichten 3, 4 ((Heizelementwiderstand)/(Thermometerwiderstand)) betrachtet. Ein an einer Stelle in der Nähe des Wafermittelpunkts geschnittener Chip weist ein IN-Chip-Widerstandsverhältnis x1 von ((20 – 0,1)/(3 – 0,3)) auf, und ein aus dem Waferrand herausgeschnittener Chip weist ein IN-Chip-Widerstandsverhältnis x2 von ((20 – 0,15)/(3 – 0,45)) auf.
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Das Verhältnis zwischen den beiden Widerstandsverhältnissen x1 und x2, x1/x2, beträgt 0,947. Gemäß Vorstehendem unterscheiden sich die schmalen und breiten Leiterbahnbreiten in dem Ausmaß ihres Beitrags der Ätzvariation zu den Widerstandsverhältnissen nahe dem Wafermittelpunkt und am Waferrand. Das IN-Chip-Widerstandsverhältnis variiert somit in großem Ausmaß über der Waferoberfläche, d. h. von einem Chip zum anderen. Dasselbe gilt für die TCR-Verhältnisse. Der Grund ist, dass der TCR von Linienbreiten abhängt (je größer die Linienbreite, umso größer der TCR).
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In Anbetracht der vorstehenden Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Flusssensor anzugeben, der eine untere Isolationsschicht, Widerstandsschichten, die ein strukturiertes Heizelement und ein Thermometer beinhalten, und eine obere Isolationsschicht umfasst, welche aufeinanderfolgend auf einem aus einem Wafer herausgeschnittenen Substrat geschichtet sind, wobei die Variation von einem Chip zum nächsten bezüglich der IN-Chip-Widerstandsverhältnisse und der IN-Chip-TCR-Verhältnisse minimiert sind.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Gegenstand gelöst.
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Gemäß Vorstehendem unterscheiden sich schmale Abschnitte und breite Abschnitte der Leiterbahn im Ausmaß der Ätzvariationen zwischen Stellen nahe dem Mittelpunkt und Stellen nahe dem Rand des Wafers. Die Ätzvariationen hängen von der Linienbreite und dem Linienabstand der Widerstandsschichten ab. Wenn alle Widerstandsschichten dieselbe Linienbreite und denselben Linienabstand aufweisen, werden die IN-Chip-Widerstandsverhältnisse zwischen den Chips als invariant angenommen, selbst falls die Werte der Ätzvariationen sich über die Waferoberfläche verändern.
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Somit sei bei dem in Verbindung mit 6 beschriebenen vorstehenden Beispiel angenommen, dass die Linienbreite der Heizelementschicht 5' und die Linienbreiten der Thermometerschichten 3, 4, W1 und W2, beide beispielsweise auf 3 μm eingestellt sind. Das Verhältnis x1/x2 wird ausgedrückt als {(3 – 0,3)/(3 – 0,3)}/{(3 – 0,45)/(3 – 0,45)} = 1. Dabei wird die Verschiedenheit bei den Werten der Ätzvariationen innerhalb der Waferoberfläche eliminiert, damit die IN-Chip-Widerstandsverhältnisse von einem Chip zum nächsten oder von einem Sensor zum nächsten invariant werden.
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Zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Untersuchungen wurde erfindungsgemäß ebenfalls beachtet, dass die vorstehend beschriebenen Probleme auftreten, weil sowohl die breiten als auch die schmalen Abschnitte der Widerstandsschicht bei bekannten Flusssensoren durch eine einzelne angrenzende Linie oder Streifen ausgebildet werden.
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Die Widerstandsschichten von bekannten Vorrichtungen enthielten Abschnitte mit verschiedenen Leiterbahnbreiten; d. h. breit und schmal. Im Gegensatz dazu wurden erfindungsgemäß die Widerstandsschichten, welche vormals relativ breit waren, als Vielzahl von parallel verbundenen Widerstandselementen konfiguriert. Die Leiterbahnbreite der individuellen Widerstandselemente kann somit genauso wie die der relativ schmalen Abschnitte ausgebildet werden. Kurz gesagt, alle Widerstandsschichten weisen identische Leiterbahnbreiten auf.
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Somit kann die aufgrund von Unterschieden bei den Leiterbahnbreiten auftretende Verschiedenheit bei den Ätzvariationen über die Waferoberfläche minimiert werden, indem die erfindungsgemäße Konfiguration verwendet wird. Die Variation von einem Chip zum nächsten bezüglich der Widerstandsverhältnisse und der TCR-Verhältnisse kann erfindungsgemäß minimiert werden.
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Gemäß vorstehender Beschreibung ist die Heizelementwiderstandsschicht typischerweise der Teil, der eine größere Leiterbahnbreite als die anderen Widerstandsschichten wie etwa das Thermometer erfordert. Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil des Heizelementes eine derartige Leiterbahnkonfiguration auf, dass Widerstandselemente aus einer Vielzahl von Widerstandselementen parallel verbunden sind. Die Leiterbahnbreiten der individuellen Widerstandsschichten werden somit identisch sein.
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Bei bekannten Vorrichtungen wurde die Leiterbahnbreite des Thermometers erhöht, wenn ein Bedarf zur Reduktion des Widerstands des Thermometers vorlag. In einigen Fällen war die Leiterbahnbreite des Thermometers sogar größer als die des Heizelementes. Die vorliegende Erfindung ist für derartige Fälle geeignet. Zumindest ein Teil des Thermometers kann eine Leiterbahnkonfiguration aufweisen, bei der eine Vielzahl von Widerstandselementen parallel verbunden sind, womit die Leiterbahnbreiten der individuellen Widerstandsschichten im Wesentlichen identisch sind.
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Ferner können zumindest ein Teil des Heizelementes und ein Teil des Thermometers jeweils eine Leiterbahnkonfiguration aufweisen, bei der eine Vielzahl von Widerstandselemente parallel verbunden ist. Das Heizelement und das Thermometer werden beide dieselbe Leiterbahnbreite aufweisen. Folglich kann erfindungsgemäß die Variation von einem Chip zum nächsten der Widerstandsverhältnisse und der TCR-Verhältnisse der Widerstandsschichten desselben Chips minimiert werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in Anbetracht der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines Flusssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Isolationsschichten zu Darstellungszwecken entfernt wurden;
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2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 aus 1;
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3 eine Schnittansicht, die eine Vergrößerung des Mittelteils von 2 darstellt;
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4A eine Draufsicht des ebenen Musters des Heizelementes der Vorrichtung gemäß 1;
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4 zeigt eine Draufsicht des ebenen Musters des Thermometers der Vorrichtung gemäß 1;
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5 zeigt eine Draufsicht eines abgewandelten Beispiels der Leiterbahnkonfiguration, bei der eine Vielzahl von Widerstandselementen parallel verbunden sind; und
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6A zeigt eine Draufsicht des ebenen Musters eines bekannten Heizelementes; und
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6B zeigt eine Draufsicht des ebenen Musters eines bekannten Thermometers.
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Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein aus einem Halbleitersubstrat aus monokristallinem Silizium oder dergleichen bestehendes Substrat. Gemäß 1 weist das Substrat 1 erfindungsgemäß auf einer Seite einen Hohlraum 1a auf.
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Eine untere Isolationsschicht 2 ist auf einer Seite des Substrats 1 zu dem Hohlraum 1a benachbart ausgebildet. Die untere Isolationsschicht 2 kann eine isolierende Siliziumnitridschicht (SiN), Siliziumoxidschicht (SiO2) oder dergleichen sein. Erfindungsgemäß ist die Schicht 2 aus einer Siliziumnitridschicht und einer Siliziumoxidschicht ausgebildet, die auf dem Substrat in dieser Reihenfolge geschichtet sind.
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Eine Flüssigkeitsthermometerschicht 3, eine Temperaturerfassungsschicht (Flussrateerfassungselement) 4 und eine Heizelementschicht 5 sind auf der unteren Isolationsschicht 2 ausgebildet. Die Schichten 3, 4, 5 sind als Widerstandsschichten aus Metallen wie etwa Platin (Pt), Nickelchromlegierung (NiCr) und Wolfram (W), Polysilizium oder dergleichen ausgebildet (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Platin bevorzugt). Von den Widerstandsschichten 3, 4, 5 bilden die Flussthermometerschicht 3 und die Temperaturerfassungsschicht 4 ein Thermometer des Flusssensors S1.
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Gemäß 1 sind die Widerstandsschichten 3, 4, 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel strukturiert, um in einer Ebene zu mäandrieren. 4A zeigt die Struktur der Heizelementschicht 5, und 4B zeigt die Struktur der Thermometerschichten 3, 4. Gemäß den 4A und 3 weist die Heizelementschicht 5 eine derartige Konfiguration auf, dass die Widerstandselemente 5a einer Vielzahl (vier gemäß 4) von Widerstandselementen parallel verbunden sind.
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Gemäß 4A ist jede Breite der individuellen Widerstandselemente 5a des Heizelementes 5 dieselbe wie die der Thermometerschichten 3, 4 (beispielsweise 3 μm). Genauer weist das Heizelement 5 eine derartige Leiterbahnkonfiguration auf, dass eine Vielzahl von Widerstandselementen 5a parallel verbunden sind, und dass die Breiten der Leiterbahnstreifen der Heizelementschicht 5 und die der Thermometerschichten 3, 4 identisch sind.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Flüssigkeitsthermometerschicht 3, die Temperaturerfassungsschicht 4 und die Heizelementschicht 5 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts in der Richtung des Flüssigkeitsflusses angeordnet (die Flussrichtung ist in 1 durch einen Pfeil gezeigt). Die Flüssigkeitsthermometerschicht 3 ist zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit gedacht und befindet sich in gutem Abstand von der Heizelementschicht 5, so dass die Wärme von der Heizelementschicht 5 die Temperaturerfassung nicht beeinflusst. Die Heizelementschicht 5 wird durch eine (nicht gezeigte) Steuerschaltung auf eine Referenztemperatur gesteuert, die um ein bestimmtes Ausmaß höher als die bei der Flüssigkeitsthermometerschicht 3 erfasste Temperatur ist.
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Eine obere Isolationsschicht 6 ist über den Widerstandsschichten 3, 4, 5 und der unteren Isolationsschicht 2 ausgebildet. Wie die untere Isolationsschicht 2 kann die obere Isolationsschicht 6 eine isolierende Siliziumnitridschicht (SiN), Siliziumoxidschicht (SiO2) oder dergleichen sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die obere Isolationsschicht 6 aus einer Siliziumnitridschicht und einer Siliziumoxidschicht ausgebildet, die auf dem Substrat 1 in dieser Reihenfolge geschichtet sind.
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Gemäß 1 werden die Widerstandsschichten 3, 4, 5 zu einem Ende des Substrats 1 geleitet. Aus Gold, Aluminium, oder dergleichen ausgebildete Kontaktflächen 7 sind auf den Leitungsanschlüssen ausgebildet. Die Widerstandsschichten 3, 4, 5 sind dann mit der Steuerschaltung oder dergleichen durch die Kontaktflächen 7 durch beispielsweise einen Leiterbahnverbindungsvorgang elektrisch verbunden. Die Kontaktflächen 7 sind mit den jeweiligen Widerstandsschichten 3, 4, 5 durch (nicht gezeigte) Öffnungen elektrisch verbunden, die in der unteren Isolationsschicht 6 ausgebildet sind.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die untere Isolationsschicht 2, die Widerstandsschichten 3, 4, 5 und die obere Isolationsschicht 6 somit aufeinanderfolgend auf dem Substrat 1 geschichtet. Zusätzlich sind die Temperaturerfassungsschicht 4 und die Heizelementschicht 5 über dem Hohlraum 1a in dem Substrat 1 sandwichartig angeordnet und zwischen der unteren Isolationsschicht 2 und der oberen Isolationsschicht 6 zur Ausbildung einer Membran (Dünnschichtstrukturteil) 10 geschichtet.
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Bei dem Flusssensor S1 wird die Heizelementschicht 5 aktiviert, um auf eine Temperatur zu steigen, die um ein bestimmtes Ausmaß höher als die von der Flüssigkeitsthermometerschicht 3 erhaltene Flüssigkeitstemperatur ist. Wenn die Flüssigkeit in der durch den Pfeil gemäß 1 gezeigten Vorwärtsrichtung fließt, fällt die Temperatur der Erfassungsschicht 4 aufgrund von Wärmeabgabe. Falls der Fluss entgegen der Pfeilrichtung umgekehrt wird, steigt die Temperatur der Erfassungsschicht 4 aufgrund von Wärmeübertragung. Dann wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperaturerfassungsschicht 4 und der Flüssigkeitsthermometerschicht 3 zur Erfassung der Flussrate und der Flussrichtung verwendet. Die Temperaturen werden aus Veränderungen bei den Widerständen der die Flüssigkeitsthermometerschicht 3 und die Temperaturerfassungsschicht 4 bildenden Metallleiterbahn gemessen (erfasst).
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Ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Flusssensors S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Zunächst wird ein monokristallines Siliziumsubstrat (Si Row Stone) 1 als das Substrat vorbereitet.
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Das Substrat 1 befindet sich in einem Waferzustand und ist auch nicht in Chips unterteilt. Dieser Wafer ist beispielsweise eine 6-Zoll-Scheibe, die schließlich in Chips (Substrate) geschnitten wird, welche ungefähr 3 mm × 6 mm groß sind. Die nachstehenden Schritte werden auf den Wafer vor der Rohchipausbildung angewendet.
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Eine Siliziumnitridschicht wird auf einer Seite des Substrates 1 im Waferzustand durch plasmaangereicherte CVD (PE-CVD), Niederdruck-CVD (LP-CVD) oder andere Verfahren ausgebildet. Eine Siliziumoxidschicht wird darauf durch PE-CVD oder dergleichen ausgebildet. Dies bildet die untere Isolationsschicht 2 aus (Ausbildungsschritt der unteren Isolationsschicht).
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Sodann wird eine Platinschicht als Material der Widerstandsschichten 3, 4, 5 auf die untere Isolationsschicht 2 durch Gasphasenabscheidung, Sputtern oder ein anderes Verfahren abgeschieden. Die Platinschicht wird beispielsweise durch Fotolithografie-basiertes Ionenmahlen zur Strukturierung der Formen der Widerstandsschichten 3, 4, 5 geätzt (Widerstandsschichtausbildungsschritt).
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Daraufhin wird eine Siliziumoxidschicht über den Widerstandsschichten 3, 4, 5 und der unteren Isolationsschicht 2 durch PE-CVD oder dergleichen ausgebildet. Danach wird eine Siliziumnitridschicht auf dieser Siliziumoxidschicht durch plasmaangereicherte CVD, Niederdruck-CVD oder dergleichen ausgebildet. Dies bildet die obere Isolationsschicht 6 aus (Ausbildungsschritt für die obere Isolationsschicht). Nachfolgend werden Öffnungen zur Ausbildung der Kontaktflächen 7 in der oberen Isolationsschicht 6 ausgebildet, und die Kontaktflächen 7 werden durch Gasphasenabscheidung, Sputtern oder dergleichen ausgebildet.
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Als nächstes wird ein Maskenmaterial (beispielsweise eine nicht gezeigte Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht) auf der Rückseite des Siliziumsubstrats 1 aufgebracht, woraufhin ein Ätzvorgang folgt, um eine dem vorstehend angeführten Hohlraum 1a entsprechende Öffnung auszubilden. Das Siliziumsubstrat 1 wird sodann von der Rückseite zur Ausbildung des Hohlraums 1a anisotropisch geätzt, bis die untere Oberfläche der unteren Isolationsschicht 2 oder die Siliziumnitridschicht in dem Hohlraum 1a frei liegt.
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Die Endpunkterfassung wird beispielsweise unter Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxyd (TMAH) als Ätzlösung bewirkt. Die Verwendung von TMAH kann die Erfassung des Endes des Ätzvorgangs erleichtern, weil die Siliziumnitridschicht eine wesentlich geringere Ätzrate als Silizium aufweist.
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Nachfolgend wird das Substrat 1 im Waferzustand in getrennte Chips aufgeteilt (Rohchipausbildungsschritt). Auf diese Weise kann der in den 1 und 2 gezeigte Flusssensor S1 in einer hohen Stückzahl angemessen hergestellt, d. h. massenproduziert werden.
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Wie vorstehend ausgeführt ist, war die Heizelementschicht 5 beim Stand der Technik das Teil, das eine größere Leiterbahnbreite als die anderen Widerstandsschichten oder die Thermometerschicht 3, 4 aufwies. Erfindungsgemäß wird die Heizelementschicht 5 derart konfiguriert, dass Widerstandselemente 5a einer Vielzahl von Widerstandselementen parallel verbunden sind. Die Leiterbahnbreite der Heizelementschicht 5 (d. h. die Leiterbahnbreite von jedem der individuellen Widerstandselemente 5a) und die Leiterbahnbreite jedes der Thermometerschichten 3, 4 sind im Allgemeinen identisch.
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Somit kann die Verschiedenheit bei den Ätzvariationen innerhalb desselben Chips, die aufgrund der Unterschiede bei der Leiterbahnbreite zwischen dem Heizelement und der Thermometer beobachtet wurde, eliminiert werden. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Konfiguration die Flüssigkeitsthermometerschicht 3, die Temperaturerfassungsschicht 4 und die Heizelementschicht 5 im Allgemeinen hinsichtlich der Ätzvariationen innerhalb desselben Chips identisch ausbilden kann.
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Erfindungsgemäß kann die Variation von einem Chip zum nächsten bezüglich der Widerstandsverhältnisse unter der Flüssigkeitsthermometerschicht 3, der Temperaturerfassungsschicht 4 und der Heizelementschicht 5 (d. h. die Widerstandsverhältnisse unter den Widerstandsschichten 3, 4, 5) und hinsichtlich der TCR-Verhältnisse minimiert werden. Folglich können Sensoren S1 mit homogenen Charakteristiken in Massenproduktion hergestellt werden.
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Wie in Verbindung mit dem Verhältnis x1/x2 beschrieben ist, kann beispielsweise ein nahe des Zentrums eines Wafers geschnittener Flusssensor S1 oder Chip und ein von dem Waferrand geschnittener Flusssensor S1 oder Chip im allgemeinen bezüglich der Widerstandsverhältnisse und der TCR-Verhältnisse unter ihren jeweiligen Widerstandsschichten 3, 4, 5 im allgemeinen identisch ausgebildet werden.
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Die Leiterbahnkonfiguration der Heizelementschicht 5, bei der eine Vielzahl von Widerstandselementen 5a parallel verbunden sind, kann gemäß 5 ausgebildet sein. Bei 5 weisen die Abzweigungsabschnitte der Heizelementschicht 5 eine Gitterkonfiguration auf, bei der individuelle Widerstandselemente 5 einander kreuzen.
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Es ist manchmal nötig, dass die Thermometerschichten 3, 4 eine größere Leiterbahnbreite als das Heizelement in Situationen aufweisen, wo der Widerstand des Thermometers reduziert werden muss. In derartigen Fällen kann nicht die Heizelementschicht 5 aber die Thermometerschicht 3, 4 zumindest teilweise in eine Leiterbahnkonfiguration ausgebildet werden, bei der individuelle Widerstandselemente parallel verbunden sind.
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Dabei können die Leiterbahnbreiten der Widerstandsschichten 3, 4, 5 im Allgemeinen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sein, womit dieselbe Wirkung erzielt wird. Sowohl die Heizelementschicht 5 als auch die Thermometerschichten 3, 4 können eine Leiterbahnkonfiguration aufweisen, bei der individuelle Widerstandselemente parallel verbunden sind.
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Kurz gesagt, die Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Widerstandsschichten einen Abschnitt aufweist, bei der individuelle Widerstandselemente parallel verbunden sind. Die Widerstandsschichten weisen somit alle im Allgemeinen eine identische Leiterbahnbreite auf, so dass Ätzvariationen unter den Widerstandsschichten über der Waferoberfläche vergleichbar sind.
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So ist vorstehend ein Flusssensor S1 in Dünnschichtbauart offenbart, der ein Dünnschichtteil 10 aufweist, bei dem eine Vielzahl von strukturierten Widerstandsschichten 3, 4, 5 zwischen einem Paar Isolationsschichten 2, 6 sandwichartig angeordnet sind. Die Widerstandsverhältnisse unter den Widerstandsschichten 3, 4, 5 sind von einem Sensor S1 zu einem von demselben Wafer ausgebildeten nächsten minimiert. Der Flusssensor S1 umfasst eine untere Isolationsschicht 2, die Widerstandsschichten 3, 4, 5 und eine obere Schicht 6, die aufeinanderfolgend auf einem Substrat 1 geschichtet sind. Die Widerstandsschichten 3, 4, 5 beinhalten ein strukturiertes Flüssigkeitsthermometer 3, eine Temperaturerfassungseinrichtung 4 und ein Heizelement 5. Das Heizelement 5 weist eine Leiterbahnkonfiguration auf, bei der Widerstandselemente 5a parallel verbunden sind. Die Leiterbahnbreiten des Heizelementes 5 und des Thermometers 3, 4 können somit identisch ausgebildet werden, so dass die Widerstandsverhältnisse über der Waferoberfläche ungeachtet einer Verschiedenheit bei Ätzvariationen invariant werden.
