JP2022551043A - センサ素子及びセンサ素子を製造する方法 - Google Patents

Abstract

温度を測定するためのセンサ素子であって、担体と少なくとも１つの機能層とを備え、機能層は温度依存性の電気抵抗を有する材料を含み、機能層は担体上に配置されている、センサ素子が記載されている。センサ素子は、さらに少なくとも２つの電極、及び、センサ素子の電気的コンタクトのための少なくとも２つのコンタクトパッドを備え、それぞれ１つのコンタクトパッドを電極のうちの１つの部分領域上に配置されている。センサ素子は、不連続コンポーネントとして電気システム内に直接組み込まれるように設計されている。さらに、センサ素子の製造方法が記載されている。

Description

本発明は、センサ素子、特に温度センサに関するものである。本発明はさらに、センサ素子、好ましくは温度センサを製造する方法に関するものである。

センサ、コンデンサ、保護素子、ヒータなどの受動的コンポーネントを電気システムに組み込むためには、マイクロメートル、さらにはナノメートルスケール領域での最新のパッケージデザインに適合する寸法が必要である。このような小型化を達成するために、コンポーネントは、電気的端子を有する担体構造上に薄膜として成膜され、不連続コンポーネントとして表される。これらの新しいコンポーネントは、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）やＳＥＳＵＢ（半導体内蔵基板）構造に組み込むことができる。

従来技術によれば、様々な用途での監視及び制御のための温度は、主にセラミック熱導体サーミスタ要素（ＮＴＣ）、シリコン温度センサ（ＫＴＹ）、プラチナ温度センサ（ＰＲＴＤ）、又は熱電対（ＴＣ）で測定される。製造コストが低いため、ＮＴＣサーミスタが最も普及している。熱電対や金属抵抗素子、例えばＰｔ素子、に対するもう１つの利点は、顕著な負性抵抗－温度特性である。

パワーモジュールで使用する場合、主にＳＭＤ（「表面実装デバイス」）ＮＴＣ温度センサが使用され、はんだ付けされる。低電力用の制御モジュールの場合、Ａｇ焼結ペースト、はんだ付け又は接着を使用して下面に取り付けられ、ボンディングワイヤを介して上面にコンタクトされたＮＴＣチップも代替として使用される。

これらの最新の技術的ソリューションは、例えば、ＭＥＭＳ又はＳＥＳＵＢ構造に電子コンポーネントを組み込むのには適していない。このようなシステムでは、典型的には５００μｍ×５００μｍ×１００μｍより小さい非常に小さな素子が必要とされ、さらに、適切なコンタクト方法で集積可能でなければならない。この際には、特に、適切な電極の選択に留意する必要がある。そのために、ＳＭＤ設計の古典的はんだ付け方法又は半導体チップ（ベアダイ）のワイヤボンディング技術は使用することができない。

本発明の課題は、上記問題を解決するセンサ素子及びセンサ素子を製造する方法を記述することである。

この課題は、独立請求項に記載のセンサ素子及びセンサ素子の製造方法によって解決される。

一態様によれば、センサ素子を記述する。センサ素子１は、温度を測定するのに適している。センサ素子は温度センサである。

センサ素子は、少なくとも１つの担体を備える。好ましくは、センサ素子はちょうど１つの担体を備える。担体は、好ましくはシリコン、シリコンカーバイド又はガラス（シリケートガラス又はホウケイ酸ガラス）の担体材料を含む。あるいは、担体材料は、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を含むことができる。

担体には、上面及び下面を備える。上面は電気的に絶縁されている。好ましくは、担体の上面に、例えばＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｎ_４なの絶縁層が形成されている。絶縁層は、担体の上面に直接形成され、１つ以上の層で適用されることができる。

また、センサ素子は、少なくとも１つの機能層を備える。
機能層は、担体上に配置されている。担体は機能層を機械的に安定化する。機能層の厚さは、５０ｎｍと１μｍとの間、好ましくは１００ｎｍと５００ｎｍとの間、特に好ましくは２５０ｎｍと４００ｎｍとの間である。

機能層は、特別な電気特性を有する材料（機能性材料）を含む。機能層は、温度に依存した電気抵抗を有する材料を含む。好ましくは、機能層は、ＮＴＣセラミックを含む。

好ましくは、ＮＴＣセラミックは、ペロブスカイト構造タイプ又はスピネル構造タイプの酸化物材料をベースにしている。あるいは、機能層は、炭化物又は窒化物をベースにして形成されることができる。さらなる代替形態は、酸化バナジウム又はＳｉＣなどの薄膜が挙げられる。

また、センサ素子は、少なくとも２つの電極を備える。電極は、好ましくは薄膜電極である。電極は、担体上に互いに離間して形成される。好ましくは、電極は、担体のエッジ領域までは突出していない。特に電極は、好ましくは担体上の中央又は内側の領域に形成されている。

また、センサ素子は、センサ素子の電気的コンタクトのための少なくとも２つのコンタクトパッドを備える。好ましくは、センサ素子はちょうど２つのコンタクトパッドを備える。コンタクトパッドは、電気的及び機械的に電極と直接接続されている。電極のうちの１つの部分領域には、それぞれ１つのコンタクトパッドが直接配置されている。

このセンサ素子は、非常にコンパクトに設計されており、したがって、不連続コンポーネントとして、電気システムに直接組み込むことができる。例えば、センサ素子のエッジ長は、最大１０００μｍ、好ましくは＜８００μｍ、特に好ましくは＜５００μｍである。センサ素子の厚さは＜１００μｍ、好ましくは＜８０μｍ、特に好ましくは＜５０μｍである。例えば、ＭＥＭＳ構造体及び／又はＳＥＳＵＢ構造体に直接組み込むことができるように設計されている。

実施形態によれば、機能層は担体又は担体の上面の絶縁層を部分的にだけ覆っている。
例えば、機能層の幾何学的形状は、電極のフィンガ構造の領域でのみ、機能層が担体／絶縁層を覆うように選択される。好ましくは、機能層は担体の中央領域にのみ形成される。特に、機能層は担体のエッジ領域には突出していない。機能層の幾何学的形状又はデザインは、センサ素子の所定の抵抗値を調節できるように選択される。したがって、センサ要素は特に柔軟に使用可能である。

一実施形態によれば、それぞれの電極は、平坦な端部領域を有している。両電極の平坦な端部は、互いに対向して、又は９０°の角度で配置されている。電極のうちの１つの平坦な端部領域には、それぞれ１つのコンタクトパッドが配置されている。さらに、電極はそれぞれ、複数の電極フィンガを有している。両電極の電極フィンガは交互に対向して（ａｌｔｅｒｎｉｅｒｅｎｄ ｚｕｅｉｎａｎｄｅｒ）配置されている。

平坦な端部領域と電極フィンガを有する領域とは直接互いの中へ移行する（ｇｅｈｅｎ ｉｎｅｉｎａｎｄｅｒ ｕｅｂｅｒ）。センサ素子の所定の抵抗を設定できるように、それぞれの電極の幾何学的形状又はデザインが選択される。特に、電極フィンガの長さ、幅及び／又は数によって電気抵抗を設定することができる。このように、センサ素子は大幅に異なる要求に適応することができ、非常に柔軟に使用可能である。

実施形態によれば、電極は機能層の上面上に（ａｕｆ ｅｉｎｅｒ Ｏｂｅｒｓｅｉｔｅ）直接形成される。換言すると、機能層は電極と担体との間に形成される。この実施形態は、センサ素子の適用とテストの後に電極をトリミングできるようにする。さらに、この実施形態では電極は、機能層の焼結プロセスの条件に耐える必要がない。

ある実施形態では、電極は機能層の下面に（ａｎ ｅｉｎｅｒ Ｕｎｔｅｒｓｅｉｔｅ）直接配置されている。つまり、機能層と基板の間に電極が形成されている。基板上に直接電極を形成することで、ＴｉやＣｒなどの密着促進剤（Ｈａｆｔｖｅｒｍｉｔｔｌｅｒｓ）（例えば、下地へのより良い密着性のための＜１０ｎｍの薄層）を使用できるようにする。これは、ＮＴＣ層上では不可能である。なぜなら、密着促進剤層とＮＴＣ材料との相互作用が発生し得るからである。これは特に、ペロブスカイト又はスピネル構造タイプの酸化材料に基づくＮＴＣ層に当てはまる。

実施形態によれば、コンタクトパッドは、センサ素子の表面よりも突出するように形成されている。好ましくは、コンタクトパッドは、センサ素子の表面から≧１μｍ突出している。好ましくは、コンタクトパッドは、センサ素子の表面から＞３μｍ、より好ましくは＞６μｍだけ突出する。これにより、センサ素子の電気的接続が容易になる。

実施形態によれば、センサ素子は保護層を有している。保護層は材質として、酸化物、窒化物、セラミックス、ガラス又はプラスチックを含む。保護層は、センサ素子の上面を、コンタクトパッドを除いて完全に覆っている。そのために、保護層はコンタクトパッドの位置に凹部（Ａｕｓｓｐａｒｕｎｇｅｎ）を有する。保護層は、５０ｎｍと１μｍとの間、好ましくは２００ｎｍと６００ｎｍとの間、理想的には４００ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さである。保護層によって、センサ素子の長期安定性が改善する。

さらなる態様によれば、センサ素子を製造する方法が記載されている。好ましくは、この方法は、上述のセンサ素子を製造する。センサ素子や方法に関連して開示されている特性は、それぞれの態様の文脈においてそれぞれの特性が明示的に言及されていない場合でも、それぞれの他の態様に関連して相応に開示されており、その逆もまた同様である。この方法は、以下のステップで構成されている：

Ａ） 担体を形成するための担体材料を提供するステップ。好ましくは、担体材料は、Ｓｉ、ＳｉＣ又はガラスを含む。あるいは、担体材料は、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を含むことができる。担体には、上面と下面を備える。好ましくは、担体材料はＳｉを含む。

Ｂ） 担体の上面に、好ましくはＳｉＯ_２の、電気絶縁層を形成するステップ。

Ｃ） 担体上に少なくとも２つの電極を形成するステップ。堆積は、ＰＶＤ（物理相蒸着）プロセス、ＣＶＤ（化学相蒸着）プロセス、又はメッキ（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈ）で行われ、さらなるプロセスステップで構造化される。

電極は互いに離間して配置されている。特に電極は、空間的にも電気的にも互いに絶縁されている。電極は櫛型構造（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌｓｔｒｕｋｔｕｒｅｎ）の形態で互い違いにかみ合っている（ｉｎｅｉｎａｎｄｅｒ ｇｒｅｉｆｅｎ）。本実施形態では、電極は担体の上面又は絶縁層上に直接形成されている。電極は、担体のエッジ領域から離間して形成されている。

Ｄ） 電極の部分領域上に機能性材料を適用、好ましくはスパッタリングして、機能層を形成する、ステップ。機能性材料は、好ましくは、ペロブスカイト構造タイプ又はスピネル構造タイプの酸化物材料をベースにしたＮＴＣセラミックを含む。あるいは、機能性材料は、炭化物又は窒化物材料をベースにしたものであることができる。あるいは、機能性材料は、酸化バナジウム又はＳｉＣ製の薄層を含むか又は薄層を構成することができる。

機能層は薄膜層として形成されている。機能層は担体又は電極を部分的だけ覆う。特に、機能層は、担体のエッジ領域から離間して、電極のフィンガ構造（インターディジタル構造）の領域に形成されている。機能層は、全面的に薄層として堆積され、例えばリソグラフィなどのさらなるプロセスステップによって構造化される。

堆積後、ＮＴＣ層はまだ結晶化していない。

Ｅ） 機能層を焼結するステップ。これは機能性材料のＮＴＣ特性を形成するために働き、１０００℃までの温度で実施される。

Ｆ） センサ素子の上面に保護層を適用するステップ。保護層は、２つの部分領域まで又は２つの部分領域を含まないで（ｂｉｓ ａｕｆ）、上面を完全に覆っている。部分領域は電極の平坦な端部領域上に配置されており、その上に、後続のプロセスステップにおいてコンタクトパッドを適用することができる。
保護層は、構造化のために、
（ａ）全面的に適用され、リソグラフィ又はレーザ構造化などの後続のプロセスによってフリーな又は保護層の無い部分領域（ｄｉｅ ｆｒｅｉｅｎ Ｔｅｉｌｂｅｒｅｉｃｈｅ）が生成されるか、又は
（ｂ）マスクを使用することにより堆積プロセスにおいて直接構造化されて適用される。

Ｇ） センサ素子の電気的コンタクトのために、保護層が無い部分領域にコンタクトパッドを形成するステップ。コンタクトパッドはそれぞれ、電極のうちの１つの平坦な端部領域上に直接配置されている。コンタクトパッドは、構造化された機能層を超えて突出することができる。

コンタクトパッドは、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｄ又はＰｔを含むことができる。好ましくは、コンタクトパッドはＣｕを含む。好ましくは、コンタクトパッドは＞５μｍの厚さを有する。コンタクトパッドは、完成したセンサ素子の表面から突出するように設計されている。

コンタクトパッドに代えて、バンプ又は薄電極を設けることもできる。これらの可能なコンタクト要素はすべて、例えばＣｕ、Ａｕ、又ははんだ付け可能な合金などの金属を含む。

Ｈ） コンポーネントを分離又は個別化するステップ。

個別化は２つのステップで行われる：
（１）ｘ方向／ｙ方向（長さ＆幅）において個別化する。これは、例えば、機能層及び担体をプラズマエッチング又はソーイング（Ｓａｅｇｅｎ）、及び、刻み目を入れる（Ｅｉｎｋｅｒｂｅｎ）ことで行うことができる。Ｓｉウェハはここでは貫通して切断（ｄｕｒｃｈｇｅｓａｅｇｔ）されておらず、むしろ定義された厚さまで切り込まれ（ｅｉｎｇｅｓａｅｇｔ）ている。
（２）ｚ方向（高さ）において個別化するステップ。研削（Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）は裏面から行われる。Ｓｉウェハの下面から材料を定義された最終的なコンポーネント厚さまで研磨プロセス（Ｓｃｈｌｅｉｆｐｒｏｚｅｓｓ）を介して除去される（ａｂｇｅｔｒａｇｅｎ）。

そのために、
Ｉ） センサ素子を下面から研削するステップであって、Ｓｉウェハの裏面から材料を定義された最終的なコンポーネント厚さまで研磨プロセスを介して除去し、それによってコンポーネントが個別化される、ステップを実行する。

Ｊ） 例えばマイクロクラックを減らすために、任意で、研磨された（ｈｅｒｕｎｔｅｒｇｅｓｃｈｌｉｆｆｅｎｅｎ）Ｓｉウェハの下面をプラズマエッチングするステップ。

実施形態によれば、ステップＤ）は、ステップＣ）の前に実施することができる。この場合、まず担体の部分領域上に機能層を形成する。その後、電極を堆積する。電極は、機能層の上面上に直接形成されている。

後述の図面は、縮尺通りと理解されるべきではない。むしろ、個々の寸法は、より良い表現のために、拡大、縮小、又は歪められることがある。互いに類似した要素や同じ機能を担う要素には、同じ参照符号が付される。

実施形態によるセンサ素子の斜視図を示す。 図１の実施形態によるセンサ素子の断面図を示す。 製造方法のフローチャートを示す。

図１及び図２は、実施形態によるセンサ素子１の図を示すものである。センサ素子１は、好ましくは、温度を測定するように設計されている。センサ素子１は、温度センサである。センサ素子１は、非常にコンパクトに設計されている。センサ素子の厚さＤ（図２参照）は、好ましくは＜１００μｍ、好ましくは＜８０μｍ、特に好ましくは＜５０μｍである。そのため、センサ素子１は、電気システムに直接、不連続なコンポーネント（ｄｉｓｋｒｅｔｅｓ Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔ）として組み込むのに特に適している。例えば、センサ素子１は、ＭＥＭＳ構造及び／又はＳＥＳＵＢ構造に直接組み込む（ｄｉｒｅｋｔｅｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）ように設計されている。

センサ素子１は、担体２を有している。担体２は、センサ素子１を機械的に安定させる役割を果たす。担体２は、上面１１と下面１２を有する。上面１１及び下面１２は、互いに対向して配置される。

担体２は、担体材料を含み、好ましくはシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はガラス（ケイ酸塩又はホウケイ酸塩）を含む。代替的実施形態では、担体２は、担体材料２３としてＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を有する。

担体２の上面１１は、電気絶縁的に形成されている。すなわち、担体２の上面１１には、絶縁層３が形成されている。例えば、シリコン製の担体に対しては、担体２の上面１１上にＳｉＯ_２製の絶縁層３が２直接適用されている。

絶縁層３は非常に薄い厚さを有する。絶縁層３の厚さは、５０ｎｍと１μｍとの間、好ましくは２５０ｎｍと６００ｎｍとの間である。特に好ましくは、絶縁層３は、５００ｎｍの厚さを有する。

担体２は、好ましくは矩形の基部（Ｇｒｕｎｄｆｌａｅｃｈｅ）を有している。また、担体２を正方形に実施することもできる。担体２の最大エッジ長Ｌは、いずれも１０００μｍである。好ましくは、担体２のエッジ長Ｌは＜８００μｍ、特に好ましくは＜５００μｍである。

センサ素子１は、さらに、センサ素子１の電気的コンタクトために少なくとも２つの電極４ａ，４ｂを備える。あるいはまた、センサ素子１は、２つ以上の電極４ａ，４ｂ、例えば３つ又は４つの電極（明示的には図示せず）を有することができる。

両電極４ａ，４ｂは、担体２上に互いに離間して形成されている。それぞれの電極４ａ，４ｂは、単層構造又は多層構造であることができる。それぞれの電極４ａ，４ｂは、例えば、Ｃｕ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ又はＰｔを含有する金属薄膜を有している。好ましくは、電極４ａ，４ｂは薄膜電極である。特に、電極４ａ，４ｂは、以下に詳述するように、インターディジタル薄膜電極として形成される。

それぞれの電極４ａ、４ｂは、構造化されて設計されている。特に、電極４ａ，４ｂは、それぞれ、平坦な端部領域６と、電極フィンガ５を有する領域とを有する。本実施形態では、それぞれの電極４ａ，４ｂの平坦な端部領域６は、電極フィンガ５を有する領域よりも、担体２の側面領域又はエッジの近くに形成されている。しかしながら、両領域（端部領域６及び電極フィンガ５）は、好ましくは、担体２のエッジから離間して配置される。両電極４ａ，４ｂの平坦な端部領域６は、互いに対向して配置することも、互いに９０°の角度で配置することもできる。

本実施形態では、電極フィンガ５を有する領域は、担体２の中央領域に形成されている。平坦な端部領域６と電極フィンガ５を有する領域は互いの中へ移行する。

両電極４ａ，４ｂはそれぞれ、担体の中央領域にある電極フィンガ５の領域で互い違いになって、そこでインターディジタル構造を形成する。電極４ａ，４ｂの電極フィンガ５は、交互に配置されている。センサ素子１の電気抵抗は、電極フィンガ５の長さ、幅及び／又は数、並びに、それらの相互の距離を介して調整することができる。

本実施形態では、電極４ａ，４ｂは、担体２又は絶縁層３の上面１１に直接形成されている。あるいは、また、後述するように、（明示的には図示しないが）電極４ａ，４ｂは機能層７の上面１４に形成されることもできる。

センサ素子１は、さらに機能層７を有する。機能層には７、特別な電気特性を有する材料を含む。機能層７は、温度に依存する電気抵抗を有する材料を含む。機能層７は、好ましくはＮＴＣセラミックを含む。

例えば、機能層７は、ペロブスカイト構造タイプの酸化物材料に基づくセラミックを含む。ペロブスカイトは、例えば、ＣａＭｎＯ_３という組成の混合晶に基づいており、Ｃａは、例えば、Ｙ、Ｃｒ、Ａｌ又はＬａで完全に又は部分的に置き換えることができる。

あるいはまた、機能層７は、スピネル構造タイプの酸化物材料をベースとするセラミックを含む。スピネルの組成は、好ましくはＮｉＭｎ_２Ｏ_４の混合晶をベースとし、ＮｉとＭｎは、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌなどで完全に又は部分的に置き換えることができる。

例えば六方晶の（Ｓｉ、Ｔｉ）Ｃ、２Ｈ、４Ｈ若しくは６Ｈ、立方晶のＳｉＣなどの酸化バナジウム、炭化物材料をベースとし、又は、例えば（Ａｌ、Ｔｉ）Ｎ、ＣｒＮなどの窒化物材料をベースとする機能層７がさらに考えられる。

機能層７は、好ましくは薄膜層である。換言すると、機能層７は非常に薄い厚さしかない。機能層７の厚さは、５０ｎｍと１μｍとの間である。好ましくは、機能層７の厚さは１００ｎｍと５００ｎｍとの間、特に好ましくは２５０ｎｍと４００ｎｍとの間である。

機能層７は、担体２の上面１１を部分的にしか覆っていない。換言すると、機能層７は完全には担体２上に配置されていない。機能層７の幾何学的形状やデザインは、センサ素子１の所定の抵抗値を調節できるように選択されている。

ある実施形態（明示的には図示せず）では、機能層７は、絶縁層３上に直接、したがって電極４ａ、４ｂの下に、例えばスパッタリングされ、形成される。換言すると、機能層７は、担体２と電極４ａ，４ｂとの間に形成される。本実施形態では、機能層７は、担体２上に、形状結合及び材料結合する（ｆｏｒｍ－ ｕｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ－ｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）ように配置されている。あるいは、また、機能層７は、局所的に又は層として担体材料に直接生成される。

公称温度での許容誤差が特に小さい抵抗について、センサ素子１の抵抗は、追加のトリミングプロセスを使用してこの構造において調整されることができる。その際、電極４ａ、４ｂの材料は、例えば、レーザ切断（Ｌａｓｅｒｓｃｈｎｅｉｄｅｎ）、研削（Ｓｃｈｌｅｉｆｅｎ）、又はゼーゲン（Ｅｉｎｓａｅｇｅｎ）によって部分的に除去され、その結果、形状の変化によってセンサ素子１の抵抗が調整される。

あるいは（図１及び図２参照）、機能層７は少なくとも部分的に電極４ａ，４ｂに適用され、特にスパッタリングされている。図１及び図２からわかるように、電極４ａ，４ｂは、担体２と機能層７との間、特に機能層７の下面１５に形成されている。機能層７は、電極フィンガ５を有する領域上に直接置かれている。

センサ素子１は、少なくとも２つのコンタクトパッド１０ａ，１０ｂをさらに備える。また、センサ素子１は、２つ以上のコンタクトパッド、例えば、３つ又は４つのコンタクトパッドを有することができる。コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、センサ素子１の電気的コンタクトのために形成され配置されている。

コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、電極４ａ，４ｂの平坦な端部領域６（ｆｌａｅｃｈｉｇｅｎ Ｅｎｄｂｅｒｅｉｃｈｅｎ ６）上に直接配置されている。コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、単層又は多層構造を有することができる。コンタクトパッド１０ａ，１０ｂの材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｄ又はＰｔなどが用いられ得る。

コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、＞４００ｎｍ、有利には＞１μｍ、特に好ましくは＞５μｍの厚さを有する。ＳＥＳＵＢ構造に組み込むために、コンタクトパッド１０ａ、１０ｂは好ましくは銅を含む。特に、コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、Ｃｕから構成されている。

Ｃｕコンタクトパッド１０ａ、１０ｂの厚さは、コンタクトパッド１０ａ、１０ｂがセンサ素子１の表面１３から突出するように構成されている（特に図２を参照）。Ｃｕコンタクトパッド１０ａ、１０ｂは、少なくとも１μｍ、好ましくは＞３μｍ、理想的には＞６μｍの表面１３から突出する。Ｃｕコンタクトパッド１０ａ、１０ｂのこの強度／厚さは、信頼性の高い電気接続を確立するために、ＳＥＳＵＢ構造でさらに処理するために必要である。

また、センサ素子１は、保護層８をさらに有することができる。保護層８は、センサ素子１の長期安定性を向上させる役割を果たす。保護層８は、例えば酸化物、窒化物、セラミック、ガラス又はプラスチックなどを含む非導電性の材料を含み、１つ以上の層で構成されることができる。

保護層８は、コンタクトパッド１０ａ，１０ｂを除いて、センサ素子１の上面を完全に覆っている。保護層８は、特に凹部９を備え、そこから、センサ素子１の電気的コンタクトのためのコンタクトパッド１０ａ，１０ｂが突出している。

保護層８は、ＰＶＤ又はＣＶＤプロセスによって生成され、リソグラフィによって構造化される。保護層８の厚さは、５０ｎｍと１μｍとの間である。好ましくは、保護層８の厚さは、２００ｎｍと６００ｎｍとの間、特に好ましくは４００ｎｍと５００ｎｍとの間である。

センサ素子１の各コンポーネントのコンパクトな設計によって、センサ素子１は、ＭＥＭＳ又はＳＥＳＵＢ構造に組み込むために最適である。

以下では、センサ素子１の製造方法について説明する。好ましくは、本方法は、上述した実施形態の１つによって、センサ素子１を製造する。したがって、センサ素子１に関連して述べられたすべての特徴は、本方法にも適用可能であり、その逆もまた同様である。

第１ステップＡ）において、上述の担体２を形成するための担体材料を提供する。好ましくは、担体材料は、Ｓｉ、ＳｉＣ又はガラスを含む。あるいは、また、担体材料は、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を含むことができる。担体２は、上面１１と下面１２を有する。好ましくは、担体２は、５００μｍ未満の最大エッジ長Ｌを有する。

次のステップＢ）において、担体２の上面１１に電気絶縁層３を形成する。絶縁層３は、例えば、ＳｉＯ_２を含む。理想的には、担体２の上面１１に５００ｎｍの厚さを有する絶縁層３を形成する。

さらなるステップＣ）において、担体２上に少なくとも２つの電極４ａ，４ｂが形成／堆積される。堆積は、ＰＶＤ若しくはＣＶＤプロセス又はメッキ（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈ）によって行われる。電極の構造化は、後続の工程において行われ、例えば、これはリソグラフィプロセス又はレーザ構造化などであり得る。本実施形態において、電極４ａ，４ｂは、絶縁層３上に直接形成される。

電極４ａ，４ｂは、単層又は多層に形成されることができ、例えば、Ｃｕ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ又はＰｔなどを含む。電極４ａ，４ｂは、薄層電極である。電極４ａ，４ｂは、構造化されて形成され、それぞれが平坦な端部領域６並びに複数の電極フィンガ５を有する。センサ素子の抵抗は、電極４ａ，４ｂの幾何学的形状やデザインによって調整されることができる。

さらにステップＤ）において、機能性材料を適用して機能層７を形成する。本実施形態では、機能性材料を電極４ａ，４ｂの部分領域上に適用する。これは、例えば、スパッタリング又はスピンコーティングプロセスによって行われる。機能性材料は、まず表面全体に適用され、さらなるプロセス（例えばリソグラフィ又はレーザ構造化）において構造化される。

あるいは、また、ステップＤ）をステップＣ）の前に実施し、したがって、機能性材料７を担体２の絶縁層３上に直接スパッタリングし、その後、電極４ａ，４ｂを機能層７上に適用されることができる。

機能性材料は、好ましくは、ペロブスカイト又はスピネル構造タイプの酸化物材料に基づくＮＴＣセラミックを含む。あるいは、機能性材料は、炭化物又は窒化物に基づくＮＴＣセラミックを含むことができる。さらなる代替例において、機能性材料は、酸化バナジウム若しくはＳｉＣ製の薄層を含むか、又は、からなる。

機能層７は、担体２又は電極４ａ，４ｂの上面を部分的にしか覆っていない。センサ素子１の抵抗値は、機能層７の幾何学的形状又はデザインによって調整することができる。好ましくは、機能層７は、２５０ｎｍと４００ｎｍとの間の厚さを有する。

さらなるステップＥ）において、電極４ａ，４ｂの少なくとも１つの部分領域上へのコンタクトパッド１０ａ，１０ｂの形成が行われる。それぞれのコンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、電極４ａ，４ｂの平坦な端部領域６上に直接形成される。

好ましくは、コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、Ｃｕを含み、＞５μｍの厚さを有する。特に、コンタクトパッド１０ａ，１０ｂは、完成したセンサ素子１において、センサ素子１の表面１３よりも突出する。あるいは、また、コンタクトパッドに代えてバンプを形成することもできる。

次のステップＧ）において、保護層８を形成する。保護層８は、酸化物、窒化物、セラミックス又はガラスなどを含み、ＰＶＤ又はＣＶＤプロセスによって製造され、リソグラフィによって構造化される。理想的には、保護層８は、４００ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さを有し、コンタクトパッド１０ａ，１０ｂを除いて（ｍｉｔ Ａｕｓｎａｈｍｅ）、センサ素子１の上面を完全に覆う。

さらなるステップＨ）において、センサ素子を個別化する。これは、例えば、機能層７及び担体２をプラズマエッチング又はソーイングし、刻み目を入れることによって行うことができる。Ｓｉウェハは貫通して切断されているわけではなく、定義された厚さまで切り込まれている。

後続の裏面からの研削（研磨プロセス）は、最終ステップＩ）で定義された最終部品の厚さまでＳｉウェハの後部から材料を除去する。このステップによって、実際にコンポーネントが個別化される。

図３は、その製造方法のプロセスフローを示す。ここでは、プロセスを８つのステップＳ１乃至Ｓ８に分けられ、それぞれのステップは、記述の方法ステップＡ）乃至Ｊ）のうちのいくつかを構成することができる。ステップは、以下のステップを含む。

Ｓ１ ステップＡ）及びＢ）に対応するＳｉウェハを提供するステップ。
Ｓ２ ステップＣ）に対応する電極の堆積と構造化するステップ。
Ｓ３ ステップＤ）に対応する機能層の堆積と構造化するステップ。
Ｓ４ ステップＥ）に対応するＮＴＣ特性を生成するために機能層を焼結するステップ。
Ｓ５ ステップＳ２のような又は方法ステップＣ）に対応した、電極を堆積し、構造化するステップ。ステップＳ５は、ステップＳ２の代替であり、この場合は、ステップＳ２を省略することができる。そのため、ステージＳ２又はＳ５のいずれかが使用される。
Ｓ６ ステップＦ）に対応するパッシベーション層を堆積し、構造化するステップ。
Ｓ７ ステップＧ）に対応するコンタクトパッドを堆積し、構造化するステップ。
Ｓ８ ステップＨ）及びＩ）に対応する個々のセンサ素子を個別化するステップ。
Ｓ９ オプションでセンサ素子を下面から再研磨し、オプションでプラズマエッチングするステップ。

ここで述べられる対象物の記載は、個々の具体的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、各実施形態の特徴は、技術的に合理的である限り、あらゆる方法で互いに組み合わせることができる。

１ センサ素子
２ 担体
３ 絶縁層
４ａ，ｂ 電極
５ 電極フィンガ
６ 端部領域
７ 機能層
８ 保護層
９ 凹部
１０ａ，ｂ コンタクトパッド
１１ 担体の上面
１２ 担体の下面
１３ センサ素子の上面
１４ 機能層の上面
１５ 機能層の下面
Ｄ センサ素子の厚さ
Ｌ 担体のエッジ長

Claims (17)

1. 温度を測定するためのセンサ素子であって、
   － 上面及び下面を有する少なくとも１つの担体であって、前記上面は電気的に絶縁されて形成されている、担体と、
   － 少なくとも１つの機能層であって、温度依存性の電気的な抵抗を有する材料を含み、前記機能層は前記担体上に配置されている、機能層と、
   － 少なくとも２つの電極であって、前記担体上に互いに離間して形成されている、電極と、
   － 前記センサ素子の電気的コンタクトのための少なくとも２つのコンタクトパッドであって、前記電極のうちの１つの部分領域上に直接、それぞれ１つのコンタクトパッドが配置されている、コンタクトパッドと、を備え、
   前記センサ素子は、不連続コンポーネントとして電気システム内に直接組み込まれるように設計されている、
   センサ素子。
2. 前記機能層は前記担体の表面を部分的にのみ覆っている、
   請求項１記載のセンサ素子。
3. 前記担体の表面上に直接絶縁層が形成されている、
   請求項１又は２記載のセンサ素子。
4. 前記電極はそれぞれ、薄層電極として形成されている、
   請求項１乃至３いずれか１項記載のセンサ素子。
5. 前記電極はそれぞれ、平坦な端部領域を備え、
   前記電極のうちの１つの前記平坦な端部領域上にそれぞれ１つのコンタクトパッドが配置されている、
   請求項１乃至４いずれか１項記載のセンサ素子。
6. 前記電極のそれぞれは複数の電極フィンガを備え、
   両前記電極の前記電極フィンガは交互に相対向して配置されている、
   請求項１乃至５いずれか１項記載のセンサ素子。
7. 前記電極は前記機能層の上面に直接形成されている、
   請求項１乃至６いずれか１項記載のセンサ素子。
8. 前記電極は前記機能層の下面に直接形成されている、
   請求項１乃至６いずれか１項記載のセンサ素子。
9. 前記コンタクトパッドは前記センサ素子の表面上に突出するように形成されている、
   請求項１乃至８いずれか１項記載のセンサ素子。
10. 保護層をさらに備え、
    前記保護層は前記センサ素子の上面を前記コンタクトパッドを除いて完全に覆っている、
    請求項１乃至９いずれか１項記載のセンサ素子。
11. 前記担体は、シリコン、炭化ケイ素又はガラスを含むか、又は
    前記担体は、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を担体材料として含む、
    請求項１乃至１０いずれか１項記載のセンサ素子。
12. 前記機能層は、ペロブスカイト構造又はスピネル構造の酸化物に基づくＮＴＣセラミックを含むか、又は、
    前記機能層は、炭化物又は窒化物材料に基づくＮＴＣセラミックを含むか、又は、
    前記機能層は、酸化バナジウム又はＳｉＣ製の薄層を備える、
    請求項１乃至１１いずれか１項記載のセンサ素子。
13. 前記センサ素子の厚さは＜１００μｍである、
    請求項１乃至１２いずれか１項記載のセンサ素子。
14. 前記センサ素子は、ＭＥＭＳ構造及び／又はＳＥＳＵＢ構造内に直接組み込まれるように設計されている、
    請求項１乃至１３いずれか１項記載のセンサ素子。
15. 前記センサ素子の抵抗は、前記機能層及び／又は前記電極の幾何学的形状を介して調整される、
    請求項１乃至１４いずれか１項記載のセンサ素子。
16. センサ素子を製造する方法であって、
    Ａ） 担体を形成するための担体材料を提供するステップと、
    Ｂ） 前記担体の上面に電気絶縁層を形成するステップと、
    Ｃ） 前記担体上に少なくとも２つの電極を形成するステップと、
    Ｄ） 前記電極の部分領域上に機能性材料を適用して、機能層を形成する、ステップと、
    Ｅ） 前記機能層を焼結するステップと、
    Ｆ） 前記センサ素子の前記上面に保護層を適用するステップであって、前記保護層は、２つの部分領域を含まないで、前記上面を完全に覆っており、前記部分領域は前記電極の前記平坦な端部領域上に配置されており、その上に、後続のプロセスステップにおいてコンタクトパッドを適用することができる、ステップと、
    Ｇ） 前記センサ素子の電気的コンタクトのために、前記保護層が無い前記部分領域にコンタクトパッドを形成するステップと、
    Ｈ） ダイヤモンドソー又はプラズマエッチングステップを介してコンポーネントを分離するステップであって、結果として、前記コンポーネントはこのステップの後もまだ最終的に個別化されていない、ステップと、
    Ｉ） 前記センサ素子を下面から研削するステップであって、Ｓｉウェハの裏面から材料を定義された最終的なコンポーネント厚さまで研磨プロセスによって除去し、それによって前記コンポーネントが個別化される、ステップと、
    Ｊ） 例えばマイクロクラックを減らすために、任意で、研磨されたＳｉウェハの下面をプラズマエッチングするステップと、
    を含む、方法。
17. ステップＤ）がステップＣ）の前に実行され、
    前記電極を前記機能層の上面に直接形成する、
    請求項１６記載の方法。
    

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