DE19805531C1 - Verfahren zum Herstellen eines Messelements für Platin-Widerstandsthermometer - Google Patents

Abstract

Zum Herstellen eines Platin-Widerstandsthermometers wird ein Siliziumsubstrat geätzt, um ein Grabenmuster auszubilden, und dann wird eine Siliziumdioxid-Schicht aus termischem Oxid auf das Siliziumsubstrat durch Erwärmen in Sauerstoff enthaltender Atmosphäre aufgewachsen. Nach dem Abscheiden einer Platinschicht auf der Oberfläche der Siliziumdioxid-Schicht wird das mit Platin beschichtete Substrat einem sanften Poliervorgang unterzogen. Dabei wird die Platinmembran außerhalb des Grabens leicht gelöst, während die Platinschicht innerhalb des Grabens anhaften bleibt. So wird auf dem Substrat ein Platin-Schaltkreis mit gewünschtem Schaltkreismuster ausgebildet. Nach einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 750 DEG C-1500 DEG C und weiterer Verarbeitung ist ein Messelement eines Platin-Widerstandsthermometers erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Messelements für Platin-Widerstandsthermometer.

Widerstandsthermometer-Bauteile (RTD = Resistance Thermometer Devi­ ce) werden dazu verwendet, die Temperatur unter Ausnutzung des Zusam­ menhangs zwischen dem Widerstand des "Messelements" eines solchen Bauteils und der Temperatur zu messen. Ein RTD-Messelement besteht hauptsächlich aus einem Schaltkreis aus Metall oder einer Legierung, de­ ren Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Der Widerstand des Messelements nimmt ungefähr linear mit der Temperatur zu, wobei die Ra­ te als Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR = Temperature Coefficient of Resistance) des Bauteils bezeichnet wird. Anders gesagt, ist ein RTD mit höherem TCR empfindlicher als ein solcher mit niedrigerem TCR. Es ist auch wohlbekannt, dass der Wert von TCR um so niedriger ist, je höher die Konzentration von Verunreinigungen im Metall oder der Legierung des Schaltkreises ist.

Platin in Draht- oder Bandform wird seit langem als Haupt­ widerstand und als Temperatur-Messstandard aufgrund seiner chemischen Reaktionsträgheit und seiner physikalischen Sta­ bilität angesehen. Wenn Platin dazu verwendet wird, den Schaltkreis des Messelements zu bilden, hat es den anderen Vorteil eines hohen TCR-Werts, was die Empfindlichkeit eines RTD hinsichtlich Temperaturänderungen erhöht. Außerdem steigt der Widerstand eines Platin-Schaltkreises im Bereich von -200°C-1000°C beinahe linear mit der absoluten Tempe­ ratur an, wodurch die genaue Temperatur leicht in einem gro­ ßen Temperaturbereich hergeleitet werden kann. Daher sind Platin-Widerstandsthermometer gut untersucht, und sie werden in weitem Umfang genutzt. Standards für solche Platin-Wider­ standsthermometer sind insbesondere in JIS C-1604, DIN 43760 und IEC Pub. 751 dargelegt, wobei DIN 43760 allgemein als Standard eines Platin-Widerstandsthermometers verwendet wird, mit einem TCR-Standardwert von 3850 ppm (°C)^-1.

Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn ein Schaltkreis aus Dünnfilm-Platin mit einem solchem aus Volumenplatin ver­ glichen wird, der TCR-Wert des ersteren typischerweise nie­ driger als derjenige des letzteren ist, was als "Volumenef­ fekt" bezeichnet wird. Daher ist ein Platin-RTD mit einem Schaltkreis aus Volumenplatin hinsichtlich der Empfindlich­ keit einem Platin-RTD mit einem Schaltkreis aus Dünnfilmpla­ tin überlegen.

Jedoch sind die herkömmlichen Platin-RTDs relativ teuer, nicht nur wegen der hohen Kosten von Platin, sondern auch wegen der hohen Herstellkosten von Platin-Messelementen. Ein herkömmliches Platin-RTD wird typischerweise dadurch herge­ stellt, dass das Schaltungsmuster eines Platin-Messelements auf der Oberfläche einer dielektrischen Schicht hergestellt wird. Unglücklicherweise hat reines Platin schlechte Haft­ fähigkeit an den meisten in der Praxis verwendeten dielek­ trischen Materialien, und Schaltungsmuster aus Platin, die an der Oberfläche eines dielektrischen Substrats abgeschie­ den sind, können sich leicht von dieser Oberfläche lösen. Einige dielektrische Materialien zeigen gutes Haftvermögen zu Platin, jedoch leiden sie unter eigenen Nachteilen. Z. B. sind Siliziumsubstrate bevorzugt, da sie vergleichsweise billig sind, gute Ebenheit aufweisen und leicht verarbeitet werden können, jedoch bildet sich bei einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur eine Platin-Silizium-Legierung, was zu Problemen hinsichtlich der Charakteristik eines solchen Messelements führt. Ein Substrat aus Siliziumdioxid ist re­ lativ billig, jedoch zeigt es den Nachteil nicht ausreichen­ der Haftfähigkeit zu Platin. Ein Substrat aus Aluminiumoxid ist billig und wärmebeständig und hat hervorragende Haftfä­ higkeit zu Platin, jedoch führt seine rauhe Oberfläche zu Schwierigkeiten bei der Herstellung feiner Muster. Obwohl die Oberfläche durch Oberflächenpolieren geglättet werden kann, führt das Polieren eines Substrats aus Aluminiumoxid wegen dessen großer Härte zu einem extremen Kostenanstieg des Substratmaterials. Ein Saphirsubstrat hat hervorragende Wärmebeständigkeit, gute Haftfähigkeit hinsichtlich Platin und gute Ebenheit der Oberfläche, jedoch ist es sehr teuer und kann nur schwierig in kleine Chips zerschnitten werden. Demgemäß werden typische Platin-Widerstandsthermometer da­ durch hergestellt, dass ein Platinmuster unter Verwendung speziell entwickelter Herstellprozesse und/oder -ausrüstung auf der Oberfläche eines dielektrischen Materials herge­ stellt wird, was die Herstellkosten stark erhöht.

Um die obengenannten Probleme zu überwinden, ist im US-Pa­ tent Nr. 4,129,848 ein spezielles Platin-RTD offenbart. Wie es in Fig. 1A dargestellt ist, wird eine Schicht aus Sili­ ziumdioxid 12 dadurch auf die Oberfläche eines Substrats 11 aus reinem Silizium aufgewachsen, dass dieses Substrat in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre erhitzt wird. Die freiliegende Oberfläche der Schicht 12 aus Siliziumdioxid wird durch einen sputternden Ätzvorgang aufgerauht, um viele mikroskopische Vertiefungen oder Löcher zu erzeugen, die sich von der freiliegenden Oberfläche nach unten, jedoch nicht bis zum Substrat 11 erstrecken (Fig. 1B). Anschließend wird eine Platinschicht 13 durch Sputterabscheiden unter Verwendung eines zweistufigen Prozesses auf der Oberfläche der Schicht 12 aus Siliziumdioxid abgeschieden. Die aufge­ rauhte Grenzfläche zwischen der Schicht 12 aus Siliziumdi­ oxid und der Platinschicht 13 erhöht die Haftfähigkeit der Platinschicht 13 an der Schicht 12 aus Siliziumdioxid (Fig. 1C). Auf der Platinschicht 13 wird eine Quarzschicht durch Sputtern abgeschieden, die dann für einen chemischen Ätzvor­ gang mit einer Photoresistmaske beschichtet wird. Die che­ misch geätzte Quarzschicht bildet eine Quarzmaske 14 mit einem Positivmuster, das mit dem gewünschten Muster eines Platin-Schaltkreises übereinstimmt (Fig. 1D). Die freigeleg­ te Platinschicht 13 und ein Teil der Quarzmaske 14 werden dann durch Sputtern abgeätzt, wodurch das durch die Quarz­ maske 14 geschützte Platin mit vorbestimmtem Muster, d. h. ein Muster 15 eines Platin-Schaltkreises, verbleibt. Ansch­ ließend wird die Quarzmaske 14 entfernt, und es werden wei­ tere Vorgänge wie eine Wärmebehandlung ausgeführt. Jedoch besteht die Tendenz, dass der Ätzprozess durch Sputtern Ver­ unreinigungen einführt und zu einem Verlust genauer Kanten­ verläufe des Platinmusters führt. Genauer gesagt, verursacht sputterndes Ätzen des Siliziumdioxids eine Abscheidung von Siliziumdioxid-Molekülen im Platin als Verunreinigung, und die Platinstruktur wird an seinen Kanten beeinflusst, so dass der gerade Verlauf verlorengeht. Außerdem kann die freiliegende Oberfläche der Schicht 12 aus Siliziumdioxid ebenfalls abgeätzt werden, da bei einem Ätzvorgang durch Sputtern schlechte Selektivität besteht. Wie bereits angege­ ben, ist ein Schaltkreis aus Platin hoher Reinheit erforder­ lich, um den TCR-Wert eines Platin-Messelements aufrechtzu­ erhalten. Jedoch ändern eingeführte Verunreinigungen den TCR-Wert eines Thermometers, wodurch die Genauigkeit eines Platin-RDT drastisch beeinflusst ist.

Bei im Handel erhältlichen Platinthermometern ist typischer­ weise ein Platin-Schaltkreis auf der Oberfläche eines di­ elektrischen Substrats wie eines solchen aus Aluminiumoxid, das hervorragende Haftfähigkeit zu Platin hat, angeordnet. Das US-Patent Nr. 4,805,299 offenbart ein Verfahren zum Her­ stellen eines Platin-Widerstandsthermometers, bei dem eine Platinschicht durch Sputtern auf einem Aluminiumoxidfilm ab­ geschieden wird, der sich an der Oberfläche eines Silizium­ substrats befindet, und das Muster des Platin-Schaltkreises wird ebenfalls durch einen sputternden Ätzvorgang ausgebil­ det. Jedoch führt die Verwendung einer Maske zum Abätzen des Platinfilms in unerwünschten Gebieten zur Schwierigkeit, dass das Muster nicht mit der gewünschten Genauigkeit und Gleichmäßigkeit definiert werden kann, um kleine Größe und dichte Beabstandung von Streifenabschnitten zu erzielen. Außerdem besteht die Tendenz, dass Maskenschichten beein­ trächtigt werden, bevor der Ätzprozess abgeschlossen ist, und es besteht die Tendenz, dass Verunreinigungen in das Platin eingeführt werden. Daher beschreiben die meisten Pa­ tente betreffend Platin-Widerstandsthermometer (siehe z. B. die US-Patente Nr. 4050052, 4103275, 4469717, 4627902 und 4649364) nur Verarbeitungsbedingungen zum Behandeln von Pla­ tin und eines Substrats, während ein detaillierter Prozess zum Herstellen des Platinmusters fehlt.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Platin-Widerstandsthermo­ meters ohne Verwendung einer Maske mit einem sputternden Ätzvorgang ist im US-Patent Nr. 5,089,293 offenbart, gemäß dem ein Substrat aus Aluminiumoxid (oder Saphir) mit hervor­ ragender Haftfähigkeit gegenüber Platin verwendet wird. Ge­ mäß Fig. 2A wird eine Siliziumdioxid-Schicht 22, die als Ab­ hebemedium bezeichnet wird, an der Oberfläche eines Sub­ strats 21 abgeschieden. Es wird ein Photoresistmuster 24 hergestellt, das dann mit einem Muster eines gewünschten Pfads belichtet wird, woraufhin der Photoresist entwickelt wird, was ein Streifenmuster im Photoresist auf der Oberflä­ che der Siliziumdioxidschicht 22 belässt (Fig. 2B). Die da­ runterliegende Siliziumdioxid-Schicht 22 wird chemisch in den nicht durch das Photoresistmuster 24 geschützten Gebie­ ten geätzt, wodurch ein gewünschter Pfad, d. h. ein Positiv­ muster auf der Oberfläche des Substrats 21 zum Abscheiden eines Musters eines Platin-Schaltkreises definiert wird (Fig. 2C). Nachdem das Photoresistmuster 22 vollständig von der verbliebenen, negativ-strukturierten Siliziumdioxid­ schicht 22 entfernt ist, ist das Substrat 21 zum Abscheiden von Platin bereit (Fig. 2D). Dann wird Platin durch Sputtern auf der negativ-strukturierten Siliziumdioxid-Schicht 22 und der freigelegten Oberfläche des Substrats 21 abgeschieden, um eine Platinschicht 23 auszubilden, wie dies in Fig. 2E dargestellt ist. Die Siliziumdioxid-Schicht 22 weist eine Dicke auf, die mindestens das 1,3- bis 1,5-fache derjenigen der Platinschicht 23 ist. Gemäß Fig. 2F stellt dann ein Ver­ bindungsabschnitt 23A, der an der Seitenfläche der Silizium­ dioxid-Schicht 22 liegt, eine Verbindung zwischen der Pla­ tinschicht auf der Siliziumdioxid-Schicht 22 und der Platin­ schicht auf dem Substrat 21 her. Die Abscheidungsbedingungen werden sorgfältig so kontrolliert, dass der Verbindungsab­ schnitt 23A die Struktur eines porösen Dünnfilms hat. Dieser Verbindungsabschnitt 23A ist ausreichend porös dafür, dass eine Ätzlösung durch ihn hindurchtritt. Dann wird Fluorwas­ serstoffsäure zugegeben, um die restlichen Teile der Sili­ ziumdioxid-Schicht 22 innerhalb des Zwischenraums zwischen dem Substrat 21 und der Platinschicht 23 abzuätzen. Nach dem Abätzen der gesamten Siliziumdioxid-Schicht 22 können dieje­ nigen Teile der Platinschicht, die auf der Siliziumdioxid- Schicht lagen, mechanisch von denjenigen Teilen der Platin­ schicht getrennt werden, die auf der Oberfläche des Sub­ strats 21 abgeschieden sind, und zwar im Bereich des Verbin­ dungsabschnitts 23A. Die auf der Oberfläche des Substrats 21 abgeschiedene Platinschicht ist fest mit dieser Substrat­ oberfläche verbunden, wodurch auf der Oberfläche des Sub­ strats 21 ein Muster 25 eines Platin-Schaltkreises eines Wi­ derstandsthermometers ausgebildet ist (Fig. 2G). Alle Mate­ rialien und die Verarbeitungsabläufe werden sorgfältig so gewählt, dass eine Verunreinigung des Platins vermieden wird.

Gemäß dem obengenannten, im US-Patent Nr. 5,089,293 offen­ barten Verfahren kann ein Platin-Widerstandsthermometer mit definiertem Platinmuster und mit einem Schaltkreis aus rei­ nem Platin erhalten werden. Jedoch sind Substrate aus Alu­ miniumoxid oder Saphir, wie sie bei dieser bekannten Technik verwendet werden, wegen ihrer Härte schwierig zu handhaben, und es sind auch die anschließenden Verarbeitungsvorgänge und weitere Behandlungen schwierig auszuführen. Außerdem er­ fordert das Abätzen eines zurückgebliebenen Abhebemediums durch den porösen Platin-Dünnfilm hindurch spezialisierte Herstellprozesse und -ausrüstung, was die Herstellkosten stark erhöht.

Aus den obengenannten bekannten Techniken ist es ersicht­ lich, dass der Preis eines Platin-RTD-Messelements gesenkt werden könnte, wenn die Herstellkosten durch eine Chargen­ verarbeitung für Platin-Messelemente mit einem Schaltkreis aus reinstem Platin mit typischen Abläufen und Ausrüstungen, wie allgemein in der Halbleiterindustrie verwendet, gesenkt werden könnten. Außerdem können ein Platin-RTD-Messelement und an­ dere integrierte Schaltungen auf einem einzelnen Chip ausgebildet wer­ den, wenn ein Siliziumsubstrat verwendet wird, was die Größe eines RTD verringert und Zusammenbauabläufe für ein solches vereinfacht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Messele­ ments für ein Platin-Widerstandsthermometer zu schaffen, bei dem das Messelement auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung von Materia­ lien und Herstellprozessen hergestellt wird, wie sie typischerweise in der Halbleiterindustrie verwendet werden, um dadurch die Herstellkosten und damit den Preis eines Platin-Widerstandsthermometers stark zu sen­ ken.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahren gemäß den unabhängigen An­ sprüchen 1 und 4 gelöst.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Siliziumwa­ fer als Substrat für ein Messelement für ein Platin-Widerstandsthermome­ ter verwendet. Zunächst wird auf der Oberseite des Siliziumsubstrats ein Graben mit dem gewünschten Schaltkreismuster durch chemisches Ätzen unter Verwen­ dung einer Siliziumdioxid-Schicht als Maske hergestellt. Die Maske wird dann entfernt, und das geätzte Siliziumsubstrat mit dem Graben in seiner Oberfläche wird thermischer Oxida­ tion unterzogen, um auf die Oberfläche des Siliziumsubstrats und den Graben eine Schicht aus Siliziumdioxid aufzuwachsen. Diese aufgewachsene Schicht kann in zwei Abschnitte unter­ teilt werden: einen konkaven Abschnitt, der ausgehend von der konkaven, rauhen Oberfläche des Grabens aufgewachsen ist, und einen glatten Abschnitt, der ausgehend von der ur­ sprünglichen, polierten Substratoberfläche aufgewachsen ist. Dann läuft eine Sputterabscheidung ab, um eine Schicht aus Platin auf der Oberfläche der Siliziumdioxid-Schicht abzu­ scheiden, und anschließend wird das Substrat mit der darauf befindlichen Siliziumdioxid-Schicht und der Platinschicht durch sachtes Polieren behandelt. Da die Anhaftung des Pla­ tins an der glatten Siliziumdioxid-Oberfläche schlecht ist, wird ein Teil der Platinschicht, wie auf dem glatten Ab­ schnitt der Siliziumdioxid-Schicht abgeschieden, leicht von dieser gelöst. Dagegen verbleibt der andere Teil der Platin­ schicht, wie auf dem konkaven Abschnitt der Siliziumdioxid- Schicht abgeschieden, wegen der Grabenstruktur anhaften, da die Anhaftung der Platinschicht an der rauhen Oberfläche des konkaven Abschnitts gut ist. Der Abschnitt der Platinschicht innerhalb des Grabens bildet ein Schaltkreismuster aus Pla­ tin, das im wesentlichen identisch dem Muster des Grabens, d. h. dem gewünschten Schaltkreismuster, ist. Nach weiteren Verarbeitungen wie einer Wärmebehandlung (750°C-1500°C) und Leiterbahnerzeugung ist ein Widerstands-Messelement aus Platin ausgebildet.

Außerdem besteht die Tendenz, wenn zum Ätzen des Grabens zu einem V-förmigen Graben (d. h. einem Graben mit V-förmigem Querschnitt) eine spezielle Ätzlösung verwendet wird, dass das im Graben abgeschiedene Platin sich am Boden des V-för­ migen Grabens abscheidet, anstatt dass es sich gleichmäßig über die Oberfläche des Grabens verteilt, wodurch ein Pla­ tin-Schaltkreis mit im wesentlichen Volumenstruktur ausge­ bildet wird. Der TCR-Wert dieses Widerstands-Messelements aus Platin ist höher, wodurch die Empfindlichkeit eines Pla­ tin-RTD erhöht ist.

Nachfolgend werden Vorteile eines erfindungsgemäßen Wider­ stands-Messelements aus Platin aufgelistet. Erstens ist ein Siliziumsubstrat, wie es in weitem Umfang in der Halbleiter­ industrie verwendet wird, vergleichsweise billig, es kann dauernd geliefert werden, es verfügt über gute Ebenheit, es ist gründlich untersucht, und es kann leicht verarbeitet werden. Sowohl die physikalischen als auch die chemischen Eigenschaften von Silizium sind gut bekannt. Als nächstes gilt, dass Herstellausrüstungen für ein erfindungsgemäßes Widerstands-Messelement aus Platin allgemein in der Halblei­ terindustrie verwendet werden und die Herstellabläufe alle übliche Abläufe sind; daher sind sowohl die Ausrüstungskos­ ten als auch die Entwicklungsausgaben stark verringert. Ein Widerstands-Messelement aus Platin kann durch Chargen-Her­ stellabläufe mit gleichmäßiger Qualität in Massen herge­ stellt werden, was die Herstellkosten weiter verringert. Außerdem wird ein Platin-Schaltkreis eines erfindungsgemäßen Platin-Widerstandsthermometers während der Herstellung nicht verunreinigt, was zu viel besserer Einstellung des TCR-Werts des Platin-RTD-Messelements führt, und es sind auch Schwan­ kungen von einer Charge zur nächsten stark verringert. Au­ ßerdem kann ein Schaltkreis aus Volumenplatin mit einem spe­ ziellen Graben erhalten werden, wodurch der TCR-Wert eines Platin-Widerstandsthermometers weiter erhöht wird. Schließ­ lich ist es der Hauptunterschied zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik, dass der Platin-Schaltkreis eines er­ findungsgemäßen Platin-Widerstandsthermometers innerhalb des Grabens unter der Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, während der Platin-Schaltkreis eines bekannten Platin-Wider­ standsthermometers auf der Oberfläche eines Substrats liegt; daher kann das Muster eines Platin-Schaltkreises gemäß der Erfindung leicht dadurch festgelegt werden, dass unerwünsch­ te Abschnitte der Platinschicht unter Verwendung mechani­ scher Prozesse wie eines Polierprozesses entfernt werden, und der hergestellte Platin-Schaltkreis ist durch die Gra­ benstruktur geschützt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1A bis 1E veranschaulichen durch Schnittansichten ein bekanntes Verfahren zum Herstellen eines Platin-Widerstands­ thermometers;

Fig. 2A bis 2G veranschaulichen durch Schnittansichten ein anderes bekanntes Verfahren zum Herstellen eines Platin- Widerstandsthermometers;

Fig. 3A bis 3A veranschaulichen in Querschnitten ein erfin­ dungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Platin-Wider­ standsthermometers;

Fig. 4 ist eine teilvergrößerte Ansicht von Fig. 3E, um die rauhe Oberfläche des V-förmigen Grabens zu veranschaulichen;

Fig. 5 ist eine teilvergrößerte Ansicht von Fig. 3G, um de­ tailliert die Strukturen einer Platinschicht, einer Sili­ ziumdioxid-Schicht und eines Substrats zu veranschaulichen;

Fig. 6 ist eine teilvergrößerte Ansicht von Fig. 3H, die einen Teil des Querschnitts eines gemäß der Erfindung herge­ stellten Platin-Schaltkreises zeigt; und

Fig. 7 ist eine perspektivische Gesamtansicht des Platin- Schaltkreises eines gemäß der Erfindung hergestellten Pla­ tin-Widerstandsthermometers.

Wie es in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist, wird zunächst eine Siliziumdioxid-Schicht 32 auf der Oberfläche eines Si­ liziumsubstrats 31 hergestellt, und dann wird auf der Ober­ fläche der Siliziumdioxid-Schicht 32 ein Photoresistmuster 33 hergestellt, das im wesentlichen identisch mit dem Nega­ tivmuster des gewünschten Musters eines Platin-Schaltkreises ist. Unter Verwendung des Photoresistmusters 33 als Maske wird die Siliziumdioxid-Schicht 32 geätzt, um den nicht durch das Photoresistmuster 33 geschützten Teil zu entfer­ nen, wodurch in der Siliziumdioxid-Schicht 32 ein Fenster ausgebildet wird, in dem ein Teil der Oberfläche des Sili­ ziumsubstrats 31 freigelegt ist. Nach dem Ätzen bildet die freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 ein Muster, das im wesentlichen identisch mit dem Muster des gewünschten Platin-Schaltkreises ist, wie es in Fig. 3C dargestellt ist.

Dann wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 unter Ver­ wendung des Photoresistmusters 33 und der geätzten Silizium­ dioxid-Schicht 32 als Maske geätzt. Es wird eine spezielle Ätzlösung (z. B. eine KOH enthaltende Lösung) verwendet, um das Siliziumsubstrat 31 Ausrichtungs-abhängig zu ätzen. Da die Ätzrate dieser Ätzlösung hinsichtlich einer (100)-Fläche von Silizium viel schneller als hinsichtlich einer (111)- Fläche ist, wird in der Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 ein V-förmiger Graben (d. h. ein Graben mit V-förmigem Quer­ schnitt) ausgebildet (Fig. 3D). Der Grund, dass ein Ausrich­ tungsabhängiger Ätzprozess zum Herstellen eines V-förmigen Grabens verwendet wird, wird später dargelegt. Jedoch wirken auch andere als V-förmige Gräben gut. Die Maske über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 wird nach Abschluss des Ätzprozesses entfernt, wodurch ein Siliziumsubstrat mit einem V-förmigen Graben 34 erhalten ist (Fig. 3E). Gemäß Fig. 4 kann die Oberfläche des geätzten Siliziumsubstrats 31 in zwei Abschnitte unterteilt werden, nämlich einen Ab­ schnitt mit glatter Oberfläche 31A, bei der es sich um die ursprüngliche Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 handelt, und einen Abschnitt mit konkaver Oberfläche 31B, bei dem es sich um die Oberfläche des V-förmigen Grabens 34 handelt. Diese konkave Oberfläche 31B ist rauh, da sie durch Ätzen hergestellt wurde.

Dann wird das geätzte Siliziumsubstrat 31 durch Sauerstoff unter hoher Temperatur in einem Ofen thermisch oxidiert, um eine Schicht aus thermischem Oxid (d. h. eine Siliziumdi­ oxid-Schicht 35) als dielektrische Schicht auf seine Ober­ fläche aufzuwachsen (Fig. 3F). Außer Siliziumdioxid kann die dielektrische Schicht auch aus anderen dielektrischen Mate­ rialien hergestellt werden, z. B. Siliziumnitrid (Si₃N₄). Das Siliziumsubstrat 31 und die Siliziumdioxid-Schicht 35 darauf werden sorgfältig behandelt, um alle Fremdstoffe zu beseitigen, bevor zum nächsten Schritt übergegangen wird, um dadurch eine Verunreinigung von Platin zu minimieren. Gemäß der teilvergrößerten Ansicht von Fig. 5 bildet das auf der glatten Oberfläche 31A des Siliziumsubstrats 31 aufgewachse­ ne Siliziumdioxid einen glatten Abschnitt 35A, während das auf der rauhen, konkaven Oberfläche 31 des Siliziumsubstrats 31 aufgewachsene Siliziumdioxid einen rauhen, konkaven Ab­ schnitt 35B bildet. Der Querschnitt des V-förmigen Grabens 34 bleibt beibehalten. Anschließend wird Platin durch Sput­ tern auf die Oberseite der Siliziumdioxid-Schicht 35 abge­ schieden, um eine Platinschicht 36 herzustellen, wie es in Fig. 3G dargestellt ist. Fig. 5 zeigt detailliert die Struk­ turen der Platinschicht 36, der Siliziumdioxid-Schicht 35 und des Siliziumsubstrats 31. Das Gebiet der Platinschicht 36, das auf dem glatten Abschnitt 35A liegt, bildet einen gleichmäßigen Film, während das innerhalb des V-förmigen Grabens 34 abgeschiedene Platin die Tendenz hat, sich am Boden des V-förmigen Grabens 34 zu sammeln, anstatt sich gleichmäßig über den konkaven Abschnitt 35B auszubreiten. Die Platinschicht 36, die sich am Boden des V-förmigen Gra­ bens 34 angesammelt hat, bildet im wesentlichen eine Volu­ menstruktur, während die Dicke des oberen Abschnitts der Platinschicht 36 in der Nähe der Oberseite des V-förmigen Grabens 34 relativ dünn ist.

Das mit Platin beschichtete Siliziumsubstrat 31 wird dann einem sachten Poliervorgang unterzogen. Die Aufschlämmung und das verwendete Polierkissen werden sorgfältig so ge­ wählt, dass eine Verunreinigung von Platin vermieden wird. Derjenige Teil der Platinschicht 36, der auf dem glatten Ab­ schnitt 35A liegt, haftet nur locker an der Siliziumdioxid- Schicht 35 an, und er ist unmittelbar der Aufschlämmung und dem Polierkissen ausgesetzt, wodurch er leicht abgerieben wird. Die im konkaven Abschnitt 35B innerhalb des V-förmigen Grabens 34 abgeschiedene Platinschicht 36 haftet wegen der rauhen Oberfläche fest am konkaven Abschnitt 35B an, und sie ist durch die Grabenstruktur räumlich geschützt, wobei sie dem Polierkissen nicht unmittelbar ausgesetzt ist, wodurch sie im konkaven Abschnitt 35B haften bleibt. Außerdem kann die Platinschicht 36 entlang ihrem inneren Abschnitt nahe der Oberseite des V-förmigen Grabens 34 auch leicht zerstört werden.

Gemäß den vorstehend angegebenen Abläufen bei der Erfindung kann der unerwünschte Abschnitt der Platinschicht 36 leicht vom Substrat entfernt werden, ohne das verbliebene Platin zu verunreinigen, während die verbliebene Platinschicht auf dem konkaven Abschnitt 35B einen Platin-Schaltkreis 37 innerhalb des V-förmigen Grabens 34 bildet, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Das Muster des Platin-Schaltkreises 37 ist im wesentlichen identisch mit dem Muster des V-förmigen Grabens 34, d. h. identisch mit dem Muster des gewünschten Platin-Schaltkreises. Der so hergestellte Platin-Schaltkreis 37 verfügt im wesentlichen über Volumenstruktur, wodurch der TCR-Wert eines erfindungsgemäßen Platin-Widerstandsthermome­ ters höher ist und die Empfindlichkeit desselben erhöht ist.

An den beiden Enden des Platin-Schaltkreises 37 befinden sich Bond-Kontaktflecken 38, an denen der Platin-Schaltkreis 37 mit externen Schaltungen verbunden wird.

Zusätzlich zu allen obengenannten Vorteilen kann die Schal­ tungsintegration eines erfindungsgemäßen Platin-Widerstands­ thermometers dadurch erhöht werden, dass eine Schaltung mit üblichen Techniken für integrierte Schaltkreise auf einem Siliziumsubstrat hergestellt wird, was die Größe eines Pla­ tin-Widerstandsthermometers stark verringert.

Das Widerstands-Messelement aus Platin und die anderen inte­ grierten Schaltungen können gemäß der Erfindung auf einem einzelnen Chip hergestellt werden, da ein Siliziumsubstrat verwendet wird. Außerdem ist der Beschneidprozess für die Platinleitungen einfacher, da die Leitungsbreite verringert ist.

Außerdem ist der Platin-Schaltkreis 37 in den V-förmigen Graben 34 eingesenkt, wodurch er bei anschließenden Verar­ beitungsabläufen, wie bei Wärmebehandlungen und Bondvorgän­ gen, gut geschützt ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen des Messelements eines Platin- Widerstandsthermometers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen einer Maske (32) auf der Oberfläche eines Sub­ strats (31), wobei das Muster der Maske identisch mit dem Negativmuster des Platin-Schaltkreises des Messelements ist;
• - Ätzen des Substrats durch die Öffnung in der Maske, um einen Graben (34) in der Oberfläche des Substrats herzustel­ len, wobei das Muster dieses Grabens iden­ tisch mit dem Positivmuster des Platin-Schaltkreises des Messelements ist;
• - vollständiges Entfernen der Maske vom Substrat;
• - Herstellen einer dielektrischen Schicht (35) auf der Ober­ fläche des geätzten Substrats und dem Graben, die in einen konkaven Abschnitt, der auf dem Graben liegt, und einen glatten Abschnitt unterteilt ist, der auf der Oberfläche des Substrats liegt;
• - Abscheiden einer Platinschicht (36) auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht, wobei diese Platinschicht in eine erste Platinschicht, die auf dem konkaven Abschnitt inner­ halb des Grabens liegt, und eine zweite Platinschicht unter­ teilt ist, die auf dem glatten Abschnitt auf der Oberfläche des Substrats liegt; und
• - Polieren des Substrats mit der dielektrischen Schicht und der Platinschicht darauf, um die zweite Platinschicht zu entfernen, wobei jedoch die erste Platinschicht am konkaven Abschnitt anhaften bleibt, um dadurch den Platin-Schaltkreis des Messelements auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (31) ein Platinsubstrat verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass als dielektrische Schicht (35) eine Siliziumdioxid- oder eine Siliziumnitrid-Schicht ver­ wendet wird.

4. Verfahren zum Herstellen des Messelements eines Platin- Widerstandsthermometers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen einer Maske (33) auf der Oberfläche eines di­ elektrischen Substrats (31), wobei das Muster der Maske identisch mit dem Negativmuster des Platin- Schaltkreises des Messelements ist;
• - Ätzen des dielektrischen Substrats durch die Öffnung der Maske hindurch, um in der Oberfläche desselben einen Graben (34) auszubilden, wobei das Muster dieses Grabens identisch mit dem Positivmuster des Platin-Schalt­ kreises des Messelements ist, und wodurch die Oberfläche des dielektrischen Substrats in einen konkaven Abschnitt, der auf dem Graben liegt, und einen glatten Abschnitt unterteilt ist, der auf der ursprünglichen Oberfläche des dielektri­ schen Substrats liegt;
• - vollständiges Entfernen der Maske vom Substrat;
• - Abscheiden einer Platinschicht auf der Oberfläche des di­ elektrischen Substrats, die in eine erste Platinschicht, die auf dem konkaven Abschnitt innerhalb des Grabens liegt, und eine zweite Platinschicht unterteilt ist, die auf dem glat­ ten Abschnitt der ursprünglichen Oberfläche des dielektri­ schen Substrats liegt; und
• - Polieren des dielektrischen Substrats mit der darauf be­ findlichen Platinschicht, um die zweite Platinschicht zu entfernen, wobei die erste Platinschicht am konkaven Ab­ schnitt anhaften bleibt, wodurch der Platin-Schaltkreis des Messelements gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Graben V-förmig hergestellt wird.