DE68914464T2 - Metallisierungssysteme für heiz-/sensorelemente. - Google Patents

Metallisierungssysteme für heiz-/sensorelemente.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein metallisiertes Heiz- und Sensorelement mit verbesserten physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie ihrer Herstellung. Solch ein Sensorelement ist beispielsweise aus der EP-A-0 016 263 bekannt.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Elektronische Systeme auf Siliziumbasis haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich. Diese Elektronik auf Siliziumbasis wird in erster Linie zum Speichern von Regelalgorithmen, Prozeßinformationen und zum Steuern von Betätigungseinrichtungen verwendet, um verschiedene Funktionen wie Lenkung, Aufhängung und Anzeige von Fahrerinformationen auszuführen, um nur einige zu nennen. Während die Entwicklung der Elektronik rasch voranschreitet, hält die Entwicklung der Sensortechnologie nicht Schritt, und die Sensorkonstruktionen basieren weiterhin auf veralteten Technologien, die von Hause aus Beschränkungen unterliegen. Silizium wurde erst in neuerer Zeit als Grundlage für die zukünftige Sensortechnologie erkannt, und dies schließt hoffentlich die Technologielücke und ermöglicht eine breitere Anwendung von Regelsystemen, die Sensortechnologie einsetzen.
  • Silizium ist nun in der Industrie zur Verwendung in der Elektronik weitgehend anerkannt, und Siliziumsensoren können nun unter Verwendung einer Vielzahl von Herstellungsverfahren geschaffen werden, von denen eine der vielversprechendsten das sogenannte "Micro-Machining" (die Mikrobearbeitung) ist, bei der chemische Verfahren dazu verwendet werden, dreidimensionale mechanische Strukturen in das Silizium einzubauen. Diese "Mikrostrukturen", wie sie genannt werden, können bezüglich bestimmter physikalischer Phänomene wie z.B. Beschleunigung, Druck und Fluidstrom sensitiv gemacht werden, so daß es möglich ist, Beschleunigungsmesser, Drucksensoren und Massenluftstromsensoren (MAFS) einschließlich Heizdrahtanenometer und Kraftstoff- Stromdetektoren herzustellen. Verschiedene Aspekte der Mikrobearbeitung werden in der Veröffentlichung Lee et al. "Silicon Micro-machining Technology for Automotive Applications", SAE Publication No. SP655, Februar 1986, untersucht, und auf den Inhalt dieser Veröffentlichung wird hiermit Bezug genommen.
  • Um das Verhalten derartiger Vorrichtungen zu verbessern, ist es wichtig, daß das Heiz-/Sensorelement einen im wesentlichen konstanten und vorzugsweise hochlinearen Temperaturkoeffizienten des Widerstands hat, welcher sich nicht mit der thermischen Alterung ändert. In der Vergangenheit wurde Gold als Heiz-/Sensorelement verwendet; dies hat jedoch keine Akzeptanz gefunden aufgrund der Tatsache, daß Gold mit den meisten Halbleiterverfahren nicht kompatibel ist und einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, was ein längeres Widerstandselement erfordert, welches wertvollen Raum auf der Silizium-Wafer einnimmt. Es wurden Versuche unternommen, die Metallisierungseigenschaften von Gold bei seiner Verwendung in Verbindung mit Halbleitern dadurch zu verbessern, daß ein Chrom-/Gold-Metallisierungssystem verwendet wird; dies hat sich jedoch wegen der Interdiffusionseigenschaften bei Temperaturen von mehr als 200ºC ebenfalls als nicht erfolgreich erwiesen. Da Massen- Luftstrom-Sensoren üblicherweise bei Temperaturen von mindestens 200ºC verwendet werden, muß das für die Sensor- und Heizelemente in derartigen Sensoren verwendete Material stabile elektrische Eigenschaften unter diesen Wärmebedingungen haben und insbesondere einen stabilen thermischen Koeffizienten des elektrischen Widerstandes und des spezifischen Schichtwiderstandes (R-sh) aufweisen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es wurde nun gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß es möglich ist, metalliserte Heiz- und Sensorelemente für Fluidstromsensoren mit einem im wesentlichen konstanten und linearen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes herzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung ein metallisiertes Element mit einer ersten Metallschicht aus einem hitzebeständigen Metall und einer zweiten Metallschicht aus einem Edelmetall, das auf der ersten Schicht abgeschieden ist, und einem Substrat, das die erste Metallschicht trägt.
  • Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelements für Fluidstromsensoren mit einem im wesentlichen linearen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von mindestens 2000 Teilen pro Million/ºC, welches folgende Schritte aufweist:
  • Abscheiden einer ersten Metallschicht aus einem hitzebeständigen Metall auf einem Substrat;
  • Abscheiden einer zweiten Metallschicht eines Edelmetalls auf der ersten Schicht.
  • Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
  • Gemäß einem bevorzugten Aspekt wird ein Metallisierungssystem verwendet, das aus einem Metallsystem und einem Silizidsystem ausgewählt wird, von denen jedes einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von mindestens 2000 Teilen pro Million hat.
  • Der Temperaturkoeffizient des Widerstandes (im folgenden TCR) der metallisierten Heiz-/Sensorelemente der Erfindung beträgt mindestens 2000 Teile pro Million und kann mindestens 3000 Teile pro Million betragen. Üblicherweise beträgt der TCR von 2200 bis 3500 Teile pro Million, vorzugsweise 2400 bis 3200 Teile pro Million. Der TCR ist im wesentlichen linear bei Werten von mindestens 2000 Teilen pro Million, wenn das Element bei erhöhten Temperaturen, typischerweise mindestens 200ºC, während einer längeren Zeitdauer, die so kurz wie fünf Stunden und so lang wie 100 Stunden sein kann, erwärmt wird. Dies steht im Gegensatz zu dem TCR des bekannten Chrom/Gold-Systems, der einen Anfangswert bei Raumtemperaturen von ungefähr 1800 Teilen pro Million besitzt und der nach einer ungefähr 5-stündigen Erwärmung bei ungefähr 350ºC auf 350 Teile pro Million oder weniger (s. Fig. 3) drastisch abfällt.
  • Die Metallisierungssysteme der vorliegenden Erfindung lassen sich in zwei allgemeine Gruppen einteilen, und zwar diejenigen auf der Grundlage von Metallen an sich und auf Metallen an sich in Verbindung mit metallenthaltenden Materialien wie z.B. Metalloxiden (die hier als Metallsysteme bezeichnet werden) und diejenigen auf der Grundlage von Metallsiliziden (die hier als Silizidsysteme bezeichnet werden).
  • Die Metallsysteme der Erfindung können aus Metallen und metallenthaltenden Verbindungen wie z.B. Metalloxiden bestehen. Die Metalle sind hitzebeständige Metalle wie z.B. Titan, Wolfram, Molybden, Hafnium, Zirkonium und Chrom sowie Edelmetalle wie z.B. Palladium und Platin. Besonders bevorzugt werden mehrfache Schichten aus hitzebeständigen Metallen und/oder Edelmetallen verwendet, so z.B. in den oben erwähnten Heiz- und Sensorelementen mit einem ersten und einem zweiten Metall. In diesen Strukturen ist das erste Metall, welches typischerweise mit einer Membran einer Halbleitervorrichtung wie z.B. einem Massen-Luftstrom-Sensor in Berührung steht, vorzugsweise ein hitzebeständiges Metall wie z.B. Titan, Wolfram, Molybden und Hafnium, Zirkonium und Chrom oder Kombinationen dieser Metalle wie z.B. Titan-Wolfram, und das zweite Metall ist typischerweise ein Edelmetall wie z.B. Gold und Palladium. Besonders gute Ergebnisse wurden bei Verwendung von Titan- Wolfram/Gold erzielt.
  • Was die Silizidsysteme betrifft, so wird das Silizid, d.h. eine Verbindung aus einem Metall und Silizium, vorzugsweise Polysilizium, dadurch gebildet, daß Polysilizium auf einem Substrat abgeschieden wird, worauf das Metall auf dem Polysilizium abgeschieden und zur Bildung des Silizids erwärmt wird. Jedes beliebige silizidbildende Metall kann verwendet werden, vorausgesetzt, das entstehende silizidierte Element besitzt die oben erwähnten erwünschten stabilen elektrischen und physikalischen Eigenschaften. Das Silizid wird vorzugsweise aus Platinsilizid, Titansilizid, Molybdensilizid, Wolframsilizid, Kobaltsilizid und Palladiumsilizid ausgewählt. Das am stärksten bevorzugte Silizid ist Platinsilizid.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Metallisierungssysteme besitzen zahlreiche Vorteile, die sie außerordentlich geeignet für die Herstellung eines sensitiven und genauen Reiz- und Sensorelements machen. Insbesondere besitzen sie TCR-Werte von mindestens 2000 Teilen pro Million, die bei längerer Wärmebehandlung im wesentlichen konstant sind, d.h. sie variieren nicht mehr als 1000 Teile pro Million, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 400 bis 600 Teile pro Million, wenn sie mindestens ungefähr 15 Stunden lang bei einer Temperatur von mindestens 250ºC erwärmt werden. Außerdem zeigen die gemäß der vorliegenden Erfindung metallisierten Sensoren eine gute thermische Stabilität sowie einen hohen Widerstand gegen thermische Alterung, und ein hoher Schichtwiderstand ist ebenfalls gegeben, typischerweise in der Größenordnung von 0,2 Ohm/- Quadrat bis 5 Ohm/Quadrat für Metallsysteme auf der Grundlage einer Metalldicke von 3000 Angström und ungefähr 2,0 bis 2,5 Ohm/Quadrat für Silizidsysteme, beispielsweise Platinsilizid, bei einer Schichtdicke von ungefähr 1000 Angström. Dies bedeutet, daß das Heiz- und Sensorelement sehr viel kürzer gemacht werden kann und daher wesentlich weniger Platz auf der Silizium-Wafer einnimmt. Außerdem zeigen gemäß der vorliegenden Erfindung metallisierte Sensoren keine Elektromigrationsprobleme, und sie haben eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Schmelzpunkte. Diese Vorteile bedeuten, daß die bei Chrom/Gold- Schichten üblicherweise auftretenden Interdiffusionsprobleme bei den metallisierten Sensoren der vorliegenden Erfindung erheblich reduziert sind.
  • Die stabilen Eigenschaften hinsichtlich des Widerstands- Temperaturkoeffizienten und des Schichtwiderstandes, die das gemäß der vorliegenden Erfindung metallisierte Heiz- und Sensorelement besitzt, sind bei unter Verwendung von Chrom/Gold-Schichten metallisierten Elementen nicht gegeben (s. Fig. 3). Außerdem wurde in Verbindung mit Chrom/Gold- Schichten beobachtet, daß der Schichtwiderstand bei größer werdender Temperatur zunimmt, während der Temperaturkoeffizient des Widerstandes bei kleiner werdender Temperatur abnimmt. Dies tritt bei den metallisierten Elementen der vorliegenden Erfindung nicht auf.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Metallisierung bei niedriger Temperatur, typischerweise bei einer Temperatur von nicht mehr als 500ºC und üblicherweise im Bereich von 350ºC bis 400ºC, durchgeführt werden kann. Dies macht den Metallisierungsvorgang kompatibel mit der neueren Sensortechnologie auf Siliziumbasis, wodurch integrierte Siliziumsensoren verarbeitet werden können, ohne daß auf dem Sensor bereits vorhandene Elektronik wärmegeschädigt wird. Die Metallisierungssysteme der Erfindung besitzen einen niedrigen Kontaktwiderstand und bilden daher einen guten Ohm'schen Kontakt und besitzen eine besonders gute Adhäsion gegenüber auf einer Wafer vorhandenem Silizium oder Siliziumdioxid.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
  • Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit einem metallisierten Element der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 1 und zeigt die Konfiguration des metallisierten Elementes;
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Wärmebehandlung auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Chrom/Gold zeigt;
  • Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Wärmebehandlung auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Titan-Wolfram/Gold zeigt;
  • Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Wärmbehandlung auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Chrom/Dichromtrioxid/Gold zeigt; und
  • Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Wärmebehandlung auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Chrom/Nickel/Gold zeigt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Was die Fig. 1 betrifft, so zeigt sie eine allgemein mit 2 bezeichnete Membranstruktur mit einem Bereich 4, der eine integrierte Schaltung 6 enthält, und einer oberen Fläche 8, die ein Heizelement 10 trägt. Wenn auch die folgende Beschreibung in Verbindung mit dem ein Metallisierungssystem der vorliegenden Erfindung darstellenden Element 10 erfolgt, das ein Heizelement als Teil eines Massenstromsensors, vorzugsweise eines Heißdrahtanemometers ist, so versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung in gleicher Weise bei anderen Sensorelementen wie z.B. einer Brückenstruktur 12 und/oder Auslegerstruktur 14, wie sie schematisch in Fig. 1 gezeigt sind, anwendbar ist. Der in Fig. 1 gezeigte Massen-Luftstrom-Sensor weist einen Membranabschnitt 16 auf, der aus mindestens zwei Schichten besteht, wobei eine Schicht typischerweise aus Siliziumdioxid und die andere Schicht typischerweise aus Siliziumnitrid besteht. Vorzugsweise besteht der Abschnitt 16 aus drei abwechselnden Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumoxid. Durch Bildung sich abwechselnder Schichten aus Oxiden und Nitriden ist es möglich, die inneren Druckspannungen, wie sie Siliziumoxid besitzen, und die inneren Zugspannungen, wie sie Siliziumnitrid besitzen, gegeneinander aufzuheben, um eine laminierte Membranschicht mit einer niedrigen Gesamtspannung zu erzeugen. Hieraus resultiert eine erhöhte Empfindlichkeit und Flexibilität, so daß die Messung der Geschwindigkeit/Menge eines Gases über dem Sensor mit hoher Genauigkeit erfolgen kann. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Membranstruktur kann durch herkömmliche Rückseiten-Ätztechniken hergestellt werden, wie sie in der oben erwähnten Veröffentlichung von Lee et al. untersucht werden, und somit dürfte eine weitere Diskussion hier nicht erforderlich sein.
  • Fig. 3 zeigt die Änderung des TCR für Cr/Au als Funktion der Zeit bei einer Wärmebehandlung bei 350ºC. In dem Diagramm wurden folgende Zeichen verwendet: bedeutet ungeglühtes Cr/Au, bedeutet geglüht bei 200ºC, * bedeutet geglüht bei 250ºC, X bedeutet geglüht bei 300ºC, bedeutet geglüht bei 350º und bedeutet geglüht bei 400ºC.
  • Wie bereits erwähnt, kann das Metallisierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung entweder aus einem Metallsystem oder einem Silizidsystem bestehen. Die Metallsysteme werden aus hitzebeständigen Metallen oder Edelmetallen gebildet, wobei das besonders bevorzugte Metallsystem Titan-Wolfram/Gold (TiW/Au) ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei spiel wird dieses Metallsystem auf die obere Fläche 8 der Membran dadurch aufgebracht, daß zuerst auf der Membran eine Schicht aus Titan-Wolfram abgeschieden wird, bei der die Menge an Wolfram größer ist als die Menge an Titan. Üblicherweise ist das Wolfram in einer Menge von ungefähr 90 Gew.-% vorhanden, und die Menge an Titan beträgt ungefähr 10 Gew.-%. Das Titan und das Wolfram werden unter Verwendung von Sputtertechniken im Vakuum bei erhöhten Temperaturen, im allgemeinen im Bereich von 200º bis 450ºC, üblicherweise ungefähr 250ºC, aufgebracht. Der Sputtervorgang wird fortgesetzt, bis die Dicke der Schicht aus Titan-Wolfram ungefähr 200 bis 2000, vorzugsweise 500 bis 1500 Angström, üblicherweise ungefähr 1000 Angström beträgt. Eine Schicht aus Gold wird dann auf der Oberseite des Titan- Wolframs abgeschieden. Typischerweise wird das Gold bei ungefähr 350ºC aus einem Graphittiegel im Vakuum verdampft. Die Verdampfung des Goldes wird fortgesetzt, bis die Dicke der Goldschicht im Bereich von 2200 bis 3500 Angström, üblicherweise ungefähr 2400 Angström liegt. Das Ätzen der Metallisierungsschicht(en) wird dann zur Herstellung des in gewünschter Weise geformten Heiz-/Sensorelements 10 unter Verwendung herkömmlicher Techniken durchgeführt.
  • Das TiW/Au-Metallisierungssystem hat elektrische Eigenschaften wie z.B. einen TCR und R-sh, die im Temperaturbereich von ungefähr 25º bis 400ºC sehr stabil sind. Insbesondere zeigt der TCR einen hohen Grad an Linearität über den Temperaturbereich von 25º bis 400ºC und über einer zeitlichen Dauer von 5 bis 100 Stunden. Der TCR betrug außerdem bei diesen Temperaturen und diesen Zeitspannen mehr als 2000 Teile pro Million und bewegte sich zwischen ungefähr 2700 bis 3200 Teile pro Million. Als Folge besitzt das TiW/Au-System einen hohen TCR, der bei Wärmebehandlungen während einer längeren Zeitdauer stabil ist.
  • Fig. 4 der vorliegenden Anmeldung zeigt die Änderung des TCR von TiW/Au während einer 20-stündigen Wärmebehandlung bei 250ºC und 350ºC. Der TCR ändert sich um nicht mehr als ungefähr 400 bis 500 Teile pro Million während der Heizdauer von 20 Stunden. Das TiW/Au-System zeigte keine Interdiffusionseigenschaften, was im Prinzip von dem niedrigeren Eigendiffusionskoeffizienten jeder der Schichten aus TiW und Au herrührt. Als Folge wurden die Elektromigrationseigenschaften auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch die bei herkömmlichen Chrom/Gold-Systemen auftretenden Schwierigkeiten überwunden wurden.
  • Hinsichtlich der Silizid-Metallisierungssysteme, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, kann im Prinzip jedes Metall eingesetzt werden, das mit Silizium, vorzugsweise polykristallinem Silizium oder Polysilizium, reagiert, um ein Silizid zu bilden. Wie bereits erwähnt, lassen sich zahlreiche Silizide verwenden; das am meisten bevorzugte ist jedoch Platinsilizid. Dieses Material hat zahlreiche Vorteile gegenüber Gold, das in der Vergangenheit in grobem Umfang verwendet wurde. Gold hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, wobei die Hauptnachteile darin bestehen, daß Gold mit den meisten Halbleiterverfahren nicht besonders kompatibel ist und Gold einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, was grobe Widerstandsabmessungen erfordert, die wertvollen Siliziumplatz auf der Wafer besetzen. Platinsilizid dagegen besitzt einen Schichtwiderstand (R-sh), der mindestens zehnmal so groß wie der spezifische Widerstand einer gleich dicken Goldschicht ist. Somit kann das silizidierte Sensorelement sehr viel kürzer ausgeführt werden, und es nimmt daher erheblich weniger Siliziumplatz ein. Außerdem wird Platinsilizid aus Polysilizium hergestellt, das bei der Herstellung integrierter Schaltungen in großem Umfang eingesetzt wird, und es ist daher mit der Herstellung von Sensorvorrichtungen auf der gleichen Silizium-Wafer durchaus kompatibel. Außerdem ist Platinsilizid gegenüber thermischen Spannungen resistent, und es kann Temperaturen oberhalb von 700ºC aushalten. Ferner liegt der TCR von Platinsilizid im Bereich von ungefähr 2000 bis 3000 Teilen pro Million, und der TCR von Platinsilizid ist im wesentlichen konstant über einer längeren Heizdauer, was von erheblichem Vorteil beim Entwicklen flexibler und sensitiver Sensoren ist.
  • Wenn auch Platinsilizid das bevorzugte Silizid ist, hat sich gezeigt, daß auch andere Silizide ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften als Silizid-Metallisierungssysteme für Sensoren, insbesondere Massen-Luftstrom-Sensoren, Drucksensoren und Beschleunigungsmesser, haben. Andere Silizide, die diese ausgezeichneten Eigenschaften haben, sind Titansilizid, Kobaltsilizid, Molybdensilizid, Wolframsilizid und Palladiumsilizid. Aufgrund der ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Materialien ist es möglich, derartige Silizid-Metallisierungssysteme als Kontakte für sehr seichte Verbindungsstellen (weniger als 1000 Angström), als First-level- gate- und Verbindungsmetalle und als Heterostrukturen mit Halbleiter-Siliziden zu verwenden. Weitere Vorteile, die von den Siliziden der vorliegenden Erfindung herrühren, bestehen darin, daß sie unter Verwendung von Niedertemperaturtechniken, typischerweise bei Temperaturen von nicht mehr als 500ºC und üblicherweise im Bereich von 350º bis 450ºC, abgeschieden werden können. Derartige Verfahren umfassen beispielsweise das Sputtern, Co-Sputtern, CVD (chemische Dampfabscheidung), Sinterverfahren und dergleichen. Die bei der Erfindung eingesetzten Silizide haben einen niedrigen Kontaktwiderstand und bilden gute Ohm'sche Kontakte und besitzen hochstabile und im wesentlichen konstante TCR-Eigenschaften. Die Silizide zeigen ferner eine hohe Leitfähigkeit wie auch eine ausgezeichnete Adhäsion gegenüber Silizium oder Siliziumdioxid. Außerdem besitzen die Silizide eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und leiden nicht unter Elektromigrationsproblemen.
  • Das silizidierte Element (der Einfachheit halber sei auf das Element 10 in Fig. 1 hingewiesen) wird vorzugsweise in der Weise hergestellt, daß eine Schicht aus Polysilizium auf einem Substrat, wie z.B. der Membran 16 in Fig. 1 oder einer Halbleiter-Silizium-Wafer unter Verwendung eines herkömmlichen Niederdruck-Dampfabscheidungsverfahrens abgelagert wird. Der Abscheidevorgang wird fortgesetzt, bis die Dicke der Schicht im Bereich von ungefähr 3500 bis 4500 Angström, typischerweise ungefähr 3800 Angström liegt. Eine Schicht aus Siliziumoxid wird dann auf der Polysiliziumschicht bei herkömmlichen Naßoxidationsbedingungen unter Verwendung von Dampf gebildet. Das Polysilizium wird dann geformt, und zwar unter Verwendung von herkömmlichen Photolithographietechniken, gefolgt von einem reaktiven Ionenätzen (RIE). Eine Schicht des Metalls wird dann auf der geätzten Oxid/Polysilizium-Schicht abgeschieden. Im Fall von Platin kann die Abscheidung unter Verwendung eines Elektronenstrahlverfahrens (E-beam) oder Sputterverfahrens bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 200º bis 450º C, typischerweise bei ungefähr 250ºC, erfolgen. Die resultierende Platinschicht hat eine Dicke von ungefähr 800 bis 2500 Angström, üblicherweise ungefähr 1000 bis 2000 Angström. Der Sintervorgang wird dann durchgeführt bei erhöhter Temperatur, normalerweise bei ungefähr 350º bis 600ºC, typischerweise bei ungefähr 550ºC, während einer Zeitdauer von ungefähr 10 bis 35 Minuten, vorzugsweise ungefähr 15 Minuten, um das silizidierte Element 10 zu bilden.
  • Der Glühvorgang kann entweder durch Erhitzen auf 350º bis 500ºC unter einer Stickstoffatmosphäre oder durch ein stufenweises Glühen erfolgen, bei dem die Wafer bei ungefähr 350ºC unter Stickstoff während ungefähr einer Stunde gehalten wird, gefolgt von einer Temperaturerhöhung auf ungefähr 450ºC während ungefähr einer Stunde, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei ungefähr 550ºC während ungefähr 30 Minuten und einem Kühlen auf ungefähr 350ºC, ehe der Ofen entfernt wird. Das überschüssige Silizid wird dann geätzt, und zwar unter Verwendung einer Reinigungslösung wie z.B. Goldscheidewasser (1 Teil Salpetersäure/7 Teile Salzsäure/8 Teile Wasser) während ungefähr 10 bis 45 Sekunden, üblicherweise ungefähr 15 Sekunden. Das Goldscheidewasser kann auf eine Temperatur von weniger als 100ºC, beispielsweise ungefähr 85ºC, erhitzt werden. Die Kontinuität des Silizids kann dann unter Verwendung eines parametrischen Testes geprüft werden. Besonders gute Ergebnisse haben bei Proben mit gesputterten Filmen und einer langen Glühseguenz gezeigt. Ein Sputtern zum Reinigen der Probe vor der eigentlichen Metallabscheidung verbessert außerdem die Adhäsion der Filme gegenüber dem Polysilizium.
  • Speziell für Platin gilt: Wenngleich dieses Metall bei Raumtemperatur verdampft werden kann, wird die Verdampfung vorzugsweise bei höheren Temperaturen, beispielsweise im Bereich von 200º bis 300ºC, typischerweise bei ungefähr 250ºC, durchgeführt. Die vorteilhafteste Abscheidung von Platin und anschließende Bildung des Platinsilizids erhält man dadurch, daß die Wafer unter Verwendung der üblichen Reinigungsmaterialien gereinigt wird, typischerweise dadurch, daß die Wafer in eine Wasserstofffluoridlösung während ungefähr 5 Sekunden eingetaucht und dann gespült wird. Die Wafer wird dann dadurch gereinigt, daß ein Vorsputtern durchgeführt wird. Das Vorsputtern wird durch "Wegsputtern" oder Reinigen der Wafer unter Verwendung von Argonionen durchgeführt. Anschließend an das Vorsputtern wird das Platin bei einer Temperatur von ungefähr 250ºC abgeschieden, bis die Schicht ungefähr 1000 Angström dick ist. Der Sintervorgang wird dann bei ungefähr 550ºC während ungefähr 15 Minuten unter einem Stickstoffstrom durchgeführt, und im Anschluß hieran wird das gesinterte Material einer Goldscheidewasser-Ätzung während ungefähr 15 Sekunden ausgesetzt. Wahlweise kann Titan-Wolfram/Aluminium auf dem Platinsilizid abgeschieden werden, um den Metallisierungs effekt weiter zu verstärken. Es wurde festgestellt, daß sich die Verwendung von Wasserstofffluorid im Anschluß an den Sintervorgang nicht empfiehlt, da ein Abheben der metallisierten Schicht von dem Substrat eintreten kann.
  • Wie bereits erwähnt, besitzen die Metallisierungssysteme der vorliegenden Erfindung nicht nur stabile und im wesentlichen lineare TCR-Eigenschaften, sondern zeigen auch einen hohen Schichtwiderstand. Der Schichtwiderstand der Metallsysteme liegt üblicherweise im Bereich von 0,2 bis 5,0 Ohm/Quadrat für eine Metallschichtdicke von 3000 Angström. Der Schichtwiderstand für Silizidsysteme, z.B. Platinsilizid, liegt im allgemeinen im Bereich von 2,5 Ohm/Quadrat, üblicherweise im Bereich von ungefähr 2,2 bis 2,3 Ohm/Quadrat nach dem Sintern und Ätzen, und zwar auf der Grundlage einer 1000 Angström dicken Platinschicht auf der Oberseite von Polysilizium.
  • Um eine präzise TCR-Messung zu erhalten, sollte ein Minimum von drei Widerstandsmessungen durchgeführt werden. Die dritte Messung dient dazu, festzustellen, ob eine permanente Widerstandsänderung als Folge der Temperaturbehandlung eingetreten ist. Der TCR ist wie folgt definiert:
  • worin R der Widerstand bei der Temperatur T und R&sub0; der Widerstand bei der Temperatur T&sub0; ist.
  • Das Verfahren zum Messen von TCR ist dem einschlägigen Fachmann bekannt. Die diesbezüglichen Techniken und Theorie werden in Buehler et al., IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-33, No. 10, Seite 1572 (1986) untersucht, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird. Van der Pauw Widerstandsstrukturen gemäß der Buehler et al. Lehre wurde bei den gesamten Widerstandsmessungen bei unterschiedlichen Temperaturen verwendet.

Claims (10)

1. Metallisiertes Heiz- und Sensorelement für Fluidstromsensoren mit einem im wesentlichen linearen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von mindestens 2000 Teilen pro Million/ºC, wobei das Element eine erste Metallschicht aus einem hitzebeständigen Metall, eine zweite Metallschicht aus einem Edelmetall, das auf der ersten Schicht abgeschieden ist, und ein die erste Metallschicht tragendes Substrat aufweist.
2. Metallisiertes Heiz- und Sensorelement für Fluidstromsensoren nach Anspruch 1, bei dem das hitzebeständige Metall aus der Gruppe Titan, Wolfram, Molybden, Hafnium, Zirkonium und Chrom ausgewählt wird und das Edelmetall aus der Gruppe Palladium, Gold und Platin ausgewählt wird.
3. Metallisiertes Heiz- und Sensorelement für Fluidstromsensoren nach Anspruch 2, bei dem die erste Schicht Titan und Wolfram und die zweite Schicht Gold ist.
4. Metallisiertes Heiz- und Sensorelement für Fluidstromsensoren nach Anspruch 3, bei dem das Titan in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% und Wolfram in einer Menge von ungefähr 90 Gew.-% vorhanden ist.
5. Metallisiertes Heiz- und Sensorelement für Fluidstromsensoren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht aus hitzebeständigem Metall Chrom ist und die Schicht aus Edelmetall Gold ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelementes für Fluidstromsensoren mit einem im wesentlichen linearen Temperaturkoeffizienten des Widerstands von mindestens 2000 Teilen pro Million/ºC gemäß Anspruch 1, welches besteht aus den Schritten:
- Abscheiden einer ersten Metallschicht aus hitzebeständigem Metall auf einem Substrat;
- Abscheiden einer zweiten Metallschicht aus einem Edelmetall auf der ersten Metallschicht.
7. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelements für Fluidstromsensoren nach Anspruch 6, bei dem als hitzebeständiges Metall ein Metall aus der Gruppe Titan, Wolfram, Molybden, Hafnium, Zirkonium und Chrom abgeschieden wird und daß als Edelmetall ein Metall aus der Gruppe Palladium, Gold und Platin abgeschieden wird.
8. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelementes für Fluidstromsensoren nach Anspruch 6, bei dem als erste Schicht Titan und Wolfram abgeschieden wird und als zweite Schicht Gold abgeschieden wird.
9. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelements für Fluidstromsensoren nach Anspruch 8, bei dem als erste Schicht Titan in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% und Wolfram in einer Menge von ungefähr 90 Gew.-% abgeschieden wird.
10. Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Heiz- und Sensorelements für Fluidstromsensoren nach Anspruch 6, bei dem für die Schicht aus hitzebeständigem Metall Chrom abgeschieden wird und für die Schicht aus Edelmetall Gold abgelagert wird.
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