DE19832597A1

DE19832597A1 - Substratstruktur mit Klebesäumen zur sicheren Verankerung und Verbindung eines vom Substrat getragenen Dünnfilms

Info

Publication number: DE19832597A1
Application number: DE1998132597
Authority: DE
Inventors: Duen-Jen Cheng; Chung-Hsiung Wang
Original assignee: Cyntec Co Ltd
Current assignee: Cyntec Co Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2000-01-13
Also published as: US5958606A

Abstract

Die vorliegende Erfindung legt eine Substratstruktur als Träger für einen Dünnfilm mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) offen. Die Substratstruktur weist ein Substrat aus einem Borsilikatglas auf. Das Substrat weist weiterhin eine Zwischenschicht aus LaSiON¶x¶ auf, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt. Das Substrat trägt den aus Platin bestehenden Dünnfilm. Die Substratstruktur weist weiterhin einen Verankerungsklebesaum auf, der als Bindesaum zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat angebracht ist, um den Dünnfilm sicher an dem darunterliegenden Substrat zu befestigen. Der Bindesaum befindet sich an einem Grenzrand des Dünnfilms und weist einen Verankerungssaum aus einer Nickel-Chrom-Legierung auf, der am Bindesaum angebracht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur eine Schutzschicht auf, die die darunterliegende Substratstruktur abdeckt und schützt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur weiterhin Elektroden zur Herstellung einer leitenden Verbindung zu dem Dünnfilm mit einem spezifischen TCR auf, um ihm eine elektrische Spannung zuzuführen.

Description

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Struktur und die Fertigungsverfahren von Vorrichtungen, die von einem Substrat getragen werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich im spezielleren Sinne auf eine verbesserte Substratstruktur und ein Fertigungsverfahren zur Schaffung einer stabilen und zuverlässigen Befestigung der Substratstruktur an einem von ihr getragenen Dünnfilm ohne unangemessene Beeinträchtigung des Funktionierens und der Funktionsmerkmale der Vorrichtung unter Einsatz einer speziellen saumartigen Befestigungsverbindung.

2. Stand der Technik

Eine Fühlvorrichtung, die gefertigt wird, indem ein dünner metallischer Film auf ein Substrat aufgebracht wird, bietet häufig spezielle, von den Fachleuten bislang noch nicht überwundene technische Schwierigkeiten. Besonders für die Erzielung einer höheren Fühlgenauigkeit und Empfindlichkeit müssen Kompromisse hinsichtlich der strukturellen Integrität der Vorrichtung eingegangen werden. Die Ursache dafür liegt oft darin, daß, während die strukturelle Integrität durch eine sicherere Befestigung des Fühlelements am Trägersubstrat verbessert wird, die eingesetzten Materialien und strukturellen Elemente häufig die mittels des Fühlelementes durchzuführenden Messungen stören und damit Ungenauigkeiten hinzufügen oder die Meßempfindlichkeit vermindern.

Ein spezifisches Beispiel ist ein Strömungssensor zur Ermittlung der Schwankungen der Luftströmungsgeschwindigkeit durch Messung der durch diese Schwankungen bewirkten Temperaturveränderungen. Gemäß der Offenlegung von Kumada im US-Patent 5,038,609 mit dem Titel "Vorrichtung zur Strömungserkennung vom Thermaltyp" (veröffentlicht am 13. August 1991) wird eine Vorrichtung zur Strömungserkennung vom Thermaltyp patentiert. Die Vorrichtung zur Erkennung der Strömungsgeschwindigkeit weist ein thermoelektrisches Fühlelement auf, d. h. einen Dünnfilm aus Platin, der auf einem Trägermaterial eines keramischen Halbleiters gebildet wird. Die Vorrichtung weist weiterhin Fühlelektroden auf, die in der Nähe der beiden Längsenden an einer größeren Oberfläche des Trägermaterials gegenüberliegend angebracht sind, wobei sich das Trägermaterial zwischen seinen Endflächen in der Mitte zwischen den beiden Fühlelektroden befindet. Das Erwärmungsmittel, d. h. der Platindünnfilm, ist als am Trägermaterial befestigter wärmeerzeugender Widerstand strukturiert. Wenn die Luft über das Erwärmungsmittel strömt, tritt eine Temperaturschwankung auf, die wiederum aufgrund des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (TCR) des Platinfilms den elektrischen Widerstand ändert. Durch Messung der Stromstärkeschwankung kann eine entsprechende Schwankung des Widerstandes und damit die Schwankung der Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden.

Um einen hochempfindlichen Strömungsgeschwindigkeitssensor zu schaffen, ist es wünschenswert, daß das Strömungsfühlelement soweit wie möglich gegenüber dem Trägersubstrat wärmeisoliert ist. Deshalb eignet sich für derartige Anwendungen ein Substrat mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit. Ein typisches wärmeisolierendes Material, z. B. ein Glassubstrat, bietet allerdings häufig die Schwierigkeit, daß das Fühlelement, z. B. ein Platindünnfilm, nicht sicher auf der Substratoberfläche befestigt werden kann. Probleme mit der strukturellen Integrität und Zuverlässigkeit sind oft zu befürchten, besonders, wenn derartige Strömungssensoren in Umgebungen angeordnet sind, in denen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht oder in denen mechanische Einwirkungen auf den Sensor nicht zu verhindern sind. Eine sich lockernde Verbindung zwischen den Fühlelementen und den an ihnen angebrachten Meßelektroden oder das Ablösen des Platindünnfilms vom Trägersubstrat stellen oft potentielle Probleme dar, die bei der Konstruktion eines hochempfindlichen Strömungssensors unter Anwendung der Dünnfilmtechnologie beachtet werden müssen.

Viele Versuche des Standes der Technik wurden angestellt, um diese Schwierigkeit zu überwinden. Jinda u. a. legten im US-Patent 4,805,296 mit dem Titel "Verfahren zur Fertigung eines Platinwiderstandsthermometers" (veröffentlicht am 21. Februar 1989) ein Verfahren zur Fertigung eines Platinwiderstandsthermometers offen, bei dem ein Trägersubstrat hergestellt und darauf ein Platinfilm gebildet wird, der als Temperaturmeßelement dient. Das Platin wird durch einen Bedampfungsprozeß mit Hilfe einer vorbestimmten Menge an Sauerstoffgas aufgebracht. Das Widerstandsthermometer kann weiterhin einen Aluminiumoxidfilm aufweisen, der als Stabilisierungsschicht dient, um die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Sensormerkmale, d. h. der Platinschicht, zu verbessern. Die Aluminiumschicht ist besonders nützlich für die Stabilisierung der Widerstandstemperaturmerkmale bei einer Hitzebehandlung des Widerstandsthermometers. Fig. 1 wurde aus Jindas Patent als Hintergrundstruktur zum besseren Verständnis der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Technologie eingefügt. Es wird ein Siliziumsubstrat 1 geschaffen, das von einer Aluminiumschicht 2 als Träger für einen darauf befindlichen Platinfilm 3 bedeckt ist. Der Platinfilm wird dann geformt und mit Leitungsdrähten 5 zum Anschluß an die gegenüberliegenden enden des geformten Platinfilms versehen. Jinda u. a. benutzen ein billiges Glas als Substrat und bringen eine Aluminiumoxidschicht auf, um die Haftkraft für den am Substrat zu befestigenden Platinfilm und den Wärmewiderstand gegen die Wärmebehandlung zu schaffen. Das Hinzufügen des Aluminiumoxidfilms bietet jedoch keine vollkommene Lösung für das Problem, daß sich der Platinfilm trotzdem während des Betriebs des Sensors ablösen kann, da die Aluminiumoxidschicht noch immer nicht fest am Platinfilm haftet. Für hochpräzise TCR-Vorrichtungen stellt die strukturelle Integrität nach wie vor ein Problem dar, insbesondere, wenn zur Herstellung miniaturisierter Vorrichtungen die Dünnfilmtechnologie eingesetzt wird.

Ähnliche Vorrichtungsstrukturen werden in vielen anderen Patenten offengelegt. Reichelt u. a. legten im US-Patent 4,050,052 mit dem Titel "Widerstandsstruktur zur elektrischen Temperaturmessung, insbesondere für Widerstandsthermometer" (veröffentlicht am 20. September 1977) offen, daß der Platinfilm auf einer Schicht gebildet wird deren Temperaturausdehnungskoeffizient zu dem der Platinschicht paßt. Bei der offengelegten sich ausdehnenden Schicht handelt es sich um eine Aluminiumoxidschicht. Frank u. a. legten im US-Patent 4,129,848 mit dem Titel "Platinfilm-Widerstandsvorrichtung" (veröffentlicht am 12. Dezember 1978) offen, daß der Platinfilm auf einen Quarz aufgedampft wird und Film und Quarz geätzt werden, um die Leitungswege der Widerstandsvorrichtung zu definieren. Furubayashi u. a. legten im US-Patent 4,649,365 mit dem Titel "Platinwiderstand für die Temperaturmessung" (veröffentlicht am 10. März 1987) offen, daß der Platinfilm auf einem mit einem Aluminiumoxidfilm bedeckten Siliziumträger gebildet wird. Sittler u. a. legten im US-Patent 4,791,398 mit dem Titel "Das Platinfilmwiderstandsthermometer mit Hochtemperaturausbreitungssperre" (veröffentlicht am 13. Dezember 1988) offen, daß der Platinfilm auf einem mit einer Sperrschicht, vorzugsweise aus Titanoxid, bedeckten Siliziumträger gebildet wird. All diese Vorrichtungen, die eine ähnliche Struktur wie die bei Jinda u. a. erwähnte aufweisen, werden durch die gleiche Schwierigkeit eingeschränkt, daß die Vorrichtungsstruktur ein unzureichendes Anhaften des Platinfilms an der Substratstruktur zeigt.

Deshalb besteht in der Kunst der Konstruktion und Fertigung von Dünnfilm-TCR- Vorrichtungen zur Temperatur- oder Strömungsgeschwindigkeitsmessung oder für andere Betriebsbedingungen noch immer die Notwendigkeit, eine neuartige und verbesserte Struktur zu schaffen, um diese durch die unzulängliche Strukturgestaltung gebildeten Schwierigkeiten zu überwinden. Diese verbesserte Vorrichtung ist besonders für die hochpräzise Messung hoher Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich, wobei die Fühlelemente ständig dem direkten Blasen des Luftstroms ausgesetzt sind. Deshalb besteht ein großer Bedarf an der Sicherung eines hohen Maßes an struktureller Integrität. Es ist weiterhin wünschenswert, daß die strukturelle Integrität verbessert werden kann, ohne die Meßempfindlichkeit zu beeinträchtigen, so daß TCR-Sensorvorrichtungen in großem Maße in verschiedene moderne hochpräzise Hochgeschwindigkeitsanwendungen einbezogen werden können.

ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine neue strukturelle Konfiguration und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zu bieten, um eine Substrat- Trägerstruktur für einen TCR-Dünnfilm zu schaffen, die es Fachleuten ermöglicht, die oben genannten Schwierigkeiten und Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine neue strukturelle Konfiguration und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zu bieten, um eine Substrat- Trägerstruktur für einen TCR-Dünnfilm zu schaffen, wobei der TCR-Film sicher an der Struktur befestigt ist und gleichzeitig eine hohe Meßempfindlichkeit und Präzision bietet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue strukturelle Konfiguration und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zu bieten, um eine Substrat- Trägerstruktur für einen TCR-Dünnfilm zu schaffen, wobei ein neuartiger Bindesaum benutzt wird, um den TCR-Film sicher auf der Substratstruktur zu verankern und mit dieser zu verbinden, so daß sehr zuverlässige Vorrichtungen hergestellt werden können und die Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit nicht beeinträchtigt wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine strukturelle Konfiguration und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zu bieten, um eine Substrat- Trägerstruktur für einen TCR-Dünnfilm zu schaffen, wobei ein neuartiger Bindesaum benutzt wird, um den TCR-Film sicher auf der Substratstruktur zu verankern und mit dieser zu verbinden, wobei eine Zwischenschicht hinzugefügt wird, die ein seltenes Erdelement mit guter Wärmeisolation aufweist, um den TCR-Film zu befestigen, damit die strukturelle Integrität gestärkt und die Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit nicht beeinträchtigt wird.

Kurz gesagt, weist die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Substrat-Trägerstruktur für einen Dünnfilm mit einem spezifischen Widerstands- Temperaturkoeffizienten (TCR) auf. Die Substratstruktur weist ein Substrat aus einem Borsilikatglas auf. Weiterhin weist das Substrat eine Zwischenschicht aus LaSiON_x auf, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt. Bei dem vom Substrat getragenen Dünnfilm handelt es sich um einen Platindünnfilm. Die Substratstruktur weist weiterhin ein verankerndes Klebemittel auf, das sich auf einem dem Dünnfilm zugewandten Bindesaum befindet, um den Dünnfilm sicher am darunterliegenden Substrat zu befestigen. Der Bindesaum befindet sich am Außenrand des Dünnfilms und weist ein Verankerungsmittel aus einer Nickel-Chrom-Legierung auf, das am Bindesaum angebracht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur eine Deckschicht zum Schutz der darunter befindlichen Substratstruktur auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur weiterhin Elektrodenmittel zur elektrischen Verbindung des Dünnfilms mit dem speziellen TCR auf, um ihm eine elektrische Spannung zuzuführen.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten ohne weiteres deutlich werden, nachdem sie die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform gelesen haben, die durch die Zeichnungen verdeutlicht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Strömungsgeschwindigkeitsdetektors nach einer Erfindung darstellt, die in einem Patent des Standes der Technik offengelegt wurde;

Fig. 2A und 2B zeigen eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Substratstruktur, die als Träger für einen TCR-Film dient, gemäß Aufbau und Fertigungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3A bis 3E zeigen seitliche Querschnittsansichten der erfindungsgemäßen Substratstruktur zur Verdeutlichung der Verfahrensschritte bei der Herstellung der Substratstruktur als Träger für einen TCR-Dünnfilm mit verbesserter struktureller Integrität.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 2A zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Substratstruktur 100 und Fig. 2B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' quer zur Längsrichtung der in Fig. 2A dargestellten Substratstruktur 100. Die Substratstruktur 100 trägt einen Dünnfilm 120 mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR), z. B. einen Platinfilm 120. Der Platinfilm 120 ist als Widerstandsschaltkreis 122 gestaltet, um den Widerstand exakt einstellen zu können. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur 100 ein Substrat 105 auf, das vorzugsweise aus einem Borsilikatglas mit einer Dicke von ca. 0,1 bis 0,2 mm besteht. Die Substratstruktur weist weiterhin eine Zwischenschicht 110 aus LaSiON_x-Al₂O₃ auf, um für den darüber befindlichen Dünnfilm 120 bessere Zwischenschichtmerkmale zu schaffen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke dieser Zwischenschicht 110 zwischen 3000 und 4000 Angström. Die in der vorliegenden Erfindung geschaffene Zwischenschicht 110 ist besser als eine vom Stand der Technik offengelegte Al₂O₃-Schicht, weil die Komponente LaSiON_x eine kovalente Bindung mit dem Platinfilm eingehen und dadurch ein stärkeres Haften am Platin bewirken kann, wohingegen Al₂O₃ eine kompatible Schnittstelle mit dem unter der Zwischenschicht 110 liegenden Siliziumsubstrat 105 schafft. Um die Schwierigkeiten des Standes der Technik zu überwinden, weist die Substratstruktur 100 weiterhin ein Verankerungsklebemittel 115 zur sicheren Befestigung des Dünnfilms am Substrat 105 auf.

Wie in Fig. 2B dargestellt, befindet sich das Verankerungsmittel 115 in einem Bindesaum 118 zwischen dem Dünnfilm 120 und dem Substrat 105. Dieser Bindesaum 118 kann entlang eines Grenzrandes des Dünnfilms 120 verlaufen, oder das Verankerungsklebemittel 115 an den Bindesäumen 118 kann vorausschauend an bestimmten Stellen verteilt sein, um je nach der relativen Position des Dünnfilms 120 und nach den für das Verankerungsklebemittel erforderlichen Adhäsionsmerkmalen eine Zwischenschicht zwischen dem Dünnfilm 120 und dem Substrat 105 zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Verankerungsklebemittel 115 aus einer Chrom enthaltenden Legierung, z. B. einer Ni-Cr-Legierungsschicht mit einer Dicke von ca. 1000 Angström. Das Verankerungsklebemittel 115 wird aus Stoffen gebildet, die Atome aufweisen, die eine kovalente Bindung mit dem TCR-Film 120 eingehen können. Durch diese Verankerungsklebemittel 115 wird eine wichtige Funktion geschaffen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ni-Cr-Legierung etwa 60 Prozent Nickel und 40 Prozent Chrom. In einer anderen Ausführungsform enthält das Verankerungsklebemittel weiterhin eine geringe Menge von Aluminium und Silizium in der Ni-Cr-Legierung, um deren Anhaften an der Zwischenschicht 110 und dem Substrat 105 zu verstärken. Wenn der Dünnfilm, z. B. eine Platinschicht 120 mit einer Dicke von ca. einem Mikron auf das von der Zwischenschicht 110 bedeckte Substrat 105 aufgebracht wird, wird durch das Verankerungsklebemittel 115 eine sichere Befestigung und Stabilität erreicht. Das Verankerungsklebemittel 115 dient somit als Bindesaum, der den Dünnfilm 120 sicher mit dem Substrat 105 verbindet. Eine Schutzschicht 125, bei der es sich um eine Polyimidschicht handeln kann, wird dann gebildet, um die darunterliegende Substratstruktur 100 abzudecken und zu schützen. Ein Widerstandspaket wird mit Lötflächen 130 an zwei mit dem Platinwiderstand 122 verbundenen Enden der Substratstruktur komplettiert. Die Lötflächen 130 werden dann als äußere Anschlüsse und Schnittstellen verwendet. Das Verankerungsklebemittel 115 gewährleistet, daß der Platinfilm 120 und die Lötflächen 130 sicher an der Substratstruktur 100 befestigt werden und ausreichende Stabilität für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb besitzen.

Durch den Einsatz dieses Verankerungsklebemittels 115, das als Bindesaum direkt unter den Lötflächen 130 gebildet ist, wird eine Hauptschwierigkeit überwunden. Das Hauptproblem besteht darin, daß die Lötflächen 130 aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung dazu neigen, sehr fest am Platinfilm 120 anzuhaften. Eine festere Bindung des Platinfilms 120 an die Lötflächen 130 als an die Substratstruktur, z. B. an eine nach dem Stand der Technik aus Al₂O₃ bestehende Zwischenschicht, führt dazu, daß sich die mit dem Platinfilm verbundenen Lötfläohen 130 von der Substratstruktur 100 ablösen. Mittels des Verankerungsklebemittels 115, d. h. dem Klebesaum aus einer Ni-Cr-Legierung, der sich direkt unter den Lötflächen 130 befindet, wird sichergestellt, daß die Bindung zwischen dem Platinfilm 120 und der Substratstruktur 100 stärker ist als die Bindung zwischen dem Platinfilm 120 und den Lötflächen 130. Bei dieser nach der Lehre der vorliegenden Erfindung gefertigten Substratstruktur stellt das Phänomen des Ablösens der Lötflächen 130 zusammen mit dem Platinfilm 120 kein Problem mehr dar.

Die neuartige Struktur des Bindesaums 115 bietet den besonderen Vorteil, daß nur ein kleiner Teil der aktiven Bereiche des Dünnfilms 120 verwendet wird, um mittels des Bindesaums eine feste Bindung an das Substrat 105 herzustellen. Die Empfindlichkeit der TCR-Schwankung des Dünnfilms, die im allgemeinen zur Entdeckung von Temperaturschwankungen oder zur indirekten Messung der Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit durch Feststellung des über den Dünnfilm übertragenen Stromes herangezogen wird, wird durch diese Saumstruktur nicht beeinträchtigt. Weiterhin können die Bindesäume vorausschauend und flexibel an Stellen plaziert werden, die nicht aktiv zur Temperaturfühlmessung verwendet werden. Die Präzision und Empfindlichkeit der Messung wird daher durch eine gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffene zuverlässigere Struktur nicht beeinträchtigt.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Erfindung eine Substratstruktur 100 offenlegt, die einen Dünnfilm 120 mit einem spezifischen Widerstands- Temperaturkoeffizienten (TCR) trägt. Die Substratstruktur 100 weist ein aus einem Borsilikatglas bestehendes Substrat 105 auf. Das Substrat 105 weist weiterhin eine Zwischenschicht 110 aus LaSiON_x auf, die eine obere Fläche des Substrats 105 bedeckt. Das Substrat 105 trägt auf seiner Oberseite den Dünnfilm 120, der aus einem Platindünnfilm besteht. Die Substratstruktur 100 weist weiterhin ein Verankerungsklebemittel 115 auf, das sich an einem Bindesaum 118 zwischen dem Dünnfilm 120 und dem Substrat 105 befindet, um den Dünnfilm 120 sicher mit dem darunterliegenden Substrat 105 zu verbinden. Der Bindesaum 115 befindet sich an einem Grenzrandes 118 des Dünnfilms 120 und weist ein auf dem Bindesaum 115 befindliches Verankerungsmittel aus einer Nickel-Chrom-Legierung auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur 100 eine Schutzschicht 125 auf, die die darunter befindliche Substratstruktur bedeckt und schützt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Substratstruktur 100 weiterhin Elektrodenmittel zur elektrischen Verbindung des Dünnfilms mit dem spezifischen TCR auf, um eine elektrische Spannung dahin zu liefern.

Allgemeiner gesagt, legt die vorliegende Erfindung auch eine Substratstruktur 100 als Träger für einen Dünnfilm 120 mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) offen. Die Substratstruktur 100 weist ein Verankerungsklebemittel 115 auf, das entlang eines Bindesaumes 118 angebracht ist, der sich zwischen dem Dünnfilm 120 und dem Substrat 105 befindet, um den Dünnfilm 120 sicher am Substrat 105 haften zu lassen. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Bindesaum 115 an einem Grenzrand 118 des Dünnfilms 120, um diesen sicher am darunter befindlichen Substrat zu befestigen.

Es ist Bezug zu nehmen auf die Fig. 3A bis 3E, die eine Reihe von Querschnitten zur Beschreibung der Schritte des Fertigungsprozesses der Substratstruktur 100 zeigen, die den oben beschriebenen Dünnfilm 120 tragen soll. In Fig. 3A wird ein Substrat 105 vorbereitet und durch einen üblichen Reinigungsprozeß gereinigt. Eine erste Zwischenschicht 110 wird dann in einem RF-Aufdampfungsprozeß auf die Oberseite des Substrats aufgebracht. Der RF-Aufdampfungsprozeß zum Aufbringen einer LaSiON_x-Al₂O₃-Schicht kann in einer Unterdruck-Vakuumkammer bei einem Druck von 10 bis 5 × 10 Torr bei einer Temperatur von ca. 50°C durchgeführt werden, um eine Zwischenschicht 110 mit einer Dicke von ca. 3000 Angström zu bilden. Eine aus einer Ni-Cr-Legierung bestehende Bindeschicht 115 wird danach ebenfalls in einem Aufdampfungsprozeß in der Unterdruck-Vakuumkammeroben bei einer etwas höheren Temperatur zwischen 75 und 120°C auf die Zwischenschicht 110 aufgebracht, um eine dünne Bindeschicht 115 mit einer Dicke von ca. 1000 Angström zu bilden. Danach wird eine lichtundurchlässige Maske über die Bindeschicht 115 gelegt, um einen Ätzbereich zu definieren, der dann in einem fotolithographischen Prozeß geätzt wird, wie es bei der Herstellung integrierter Schaltkreise (IC) üblich ist.

Wie in Fig. 2C dargestellt, wird der freiliegende Ätzbereich weggeätzt, um das Muster für die Bindesäume an den vorbestimmten Stellen zu erzeugen. Dann wird die lichtundurchlässige Maske abgezogen. Gemäß Fig. 3D wird dann eine dünne Platinschicht 120 auf die Oberseite der Substratstruktur 100 aufgebracht. Der Bindesaum 115 dient als Verankerungsklebemittel zur sicheren Verbindung der Platinschicht 120 auf der Substratstruktur 100. Die Platinschicht 120 kann dann wieder durch Ätzen oder Laserbehandlung mit einem Muster versehen werden, das Platinstreifen auf der Substratstruktur 100 definiert, um elektrischen Strom durch diese Platinstreifen leiten zu können. Gemäß Fig. 3E werden dann die Lötflächen 130 an zwei Enden der Substratstruktur 100 angebracht, die als Elektroden für den externen Anschluß fungieren. Danach wird die Substratstruktur 100, die die Platinschicht 120 oder eine Schicht aus einem Stoff mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) trägt, welche mittels eines Bindesaumes 115 klebend mit dem Substrat verbunden ist, durch die Bildung einer Überzugsschicht 125 auf der Platinschicht 120 bedeckt und geschützt. Die Überzugsschicht kann eine Polyimid-Schicht sein, die in einem Wirbelbeschichtungsprozeß aufgebracht und danach auf eine Temperatur zwischen 350 und 450°C erwärmt wird. Die von dieser Substratstruktur 100 getragene TCR-Vorrichtung kann weiterhin an Elektroden (nicht dargestellt) angeschlossen sein, um eine Spannung an die Platinstreifen anzulegen und damit elektrischen Strom zu leiten. Durch die vorliegende Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung zum Messen oder Regeln von Temperaturen oder zum Messen von Strömungsgeschwindigkeitsschwankungen mittels eines stabilen, sicher befestigten TCR- Dünnfilms geschaffen.

Die vorliegende Erfindung legt weiterhin ein Verfahren zur Fertigung einer Substratstruktur 100 als Träger für einen Dünnfilm 120 mit einem spezifischen Widerstands- Temperaturkoeffizienten (TCR) offen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: (a) Schaffung eines Substrats 105 aus Borsilikatglas; (b) aufbringen einer Zwischenschicht 110 aus LaSiON_x auf eine obere Fläche des Substrats 105; (c) Ausbildung einer Bindeschicht 115 aus Nickel-Chrom auf der Zwischenschicht und Musterung der Bindeschicht, um sie zu durch Ätzen eines Bindesaumes zu einer Verankerungsklebemittel 115 zu machen; und (d) Aufbringen des aus Platin bestehenden Dünnfilms 120 mit einem spezifischen TCR, wobei der Bindesaum 115 zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat 105 liegt und den Dünnfilm 120 an einem Grenzrand 118 des Dünnfilms 120 sicher mit dem Substrat 105 verbindet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin einen Schritt zur Ausbildung von Lötflächen 130 in leitender Verbindung mit dem Dünnfilm 120 und von einer Schutzschicht 125 auf, die die darunter befindliche Substratstruktur 100 bedeckt und schützt.

Deshalb schafft die vorliegende Erfindung eine neue strukturelle Konfiguration und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zur Schaffung einer Substratstruktur als Träger eines TCR-Dünnfilms, wodurch Fachleute in die Lage versetzt werden, die Schwierigkeiten und Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden. Es wird insbesondere eine Substratstruktur als Träger für einen TCR-Dünnfilm geschaffen, wobei der TCR-Film sicher mit der Struktur verbunden ist und gleichzeitig hohe Meßempfindlichkeit und -genauigkeit erhalten bleiben. Dies wird erreicht durch den Einsatz eines neuartigen Bindesaumes zur sicheren Verankerung an der und Bindung des TCR-Films an die Substratstruktur, so daß sehr zuverlässige Vorrichtungen gefertigt werden können und die Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit nicht beeinträchtigt wird. Neben dem neuartigen Bindesaum wird die Substratstruktur weiterhin um eine Zwischenschicht ergänzt, die ein seltenes Erdelement mit guter Wärmeisolierung aufweist, um den TCR-Film zu verbinden, so daß die strukturelle Integrität gestärkt und damit sichergestellt wird, daß sehr zuverlässige Vorrichtungen gefertigt werden.

Obgleich die vorliegende Erfindung anhand der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist klar, daß diese Offenlegung nicht als Beschränkung aufzufassen ist. Verschiedene Änderungen und Modifizierungen werden Fachleuten zweifellos beim Lesen der obigen Offenlegung deutlich werden. Dementsprechend ist beabsichtigt, die beigefügten Ansprüche so auszulegen, daß sie alle Änderungen und Modifikationen umfassen, die Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung entsprechen.

Claims

1. Substratstruktur zum Tragen eines Dünnfilms mit einem spezifischen Widerstands- Temperaturkoeffizienten (TCR), die folgendes aufweist:
ein aus Borsilikatglas bestehendes Substrat;
wobei dieses Substrat weiterhin eine Zwischenschicht aus LaSiON_x aufweist, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt;
wobei dieses Substrat den aus Platin bestehenden Dünnfilm auf dieser Oberfläche trägt;
ein Verankerungsklebemittel, das an einem Bindesaum zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat angebracht ist, um den Dünnfilm sicher mit dem darunterliegenden Substrat zu verbinden; und
wobei der Bindesaum an einem Grenzrand des Dünnfilms angebracht ist und ein Nickel- Chrom-Verankerungsmittel an diesem Bindesaum aufweist, das dazu dient, Lötflächen über dem darauf befindlichen Dünnfilm auszubilden.

2. Substratstruktur nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes aufweist: Lötflächen in leitender Verbindung mit dem Platinfilm, die an Grenzrändern des Substrats über dem Bindesaum angebracht sind und als Elektroden für den externen Anschluß fungieren.

3. Substratstruktur nach Anspruch 2, die weiterhin folgendes aufweist: eine Schutzschicht, die die darunter befindliche Substratstruktur abdeckt und schützt.

4. Substratstruktur nach Anspruch 1, wobei weiterhin das Substrat weiterhin eine Zwischenschicht aus LaSiON_x-Al₂O₃ aufweist, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt.

5. Verfahren zur Fertigung einer Substratstruktur als Träger für einen Dünnfilm mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR), das folgendes aufweist:
Schaffung eines aus einem Borsilikatglas bestehenden Substrats:
Aufbringen einer Zwischenschicht aus LaSiONx-Al₂O₃, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt;
Ausbildung einer Bindeschicht aus Nickel-Chrom auf der Bindeschicht und Musterung der Bindeschicht durch Ätzen eines Bindesaums, so daß sie zu einem Verankerungsklebemittel wird; und
Aufbringen des aus Platin bestehenden Dünnfilms mit dem spezifischen TCR, wobei der Bindesaum an einem Grenzrand des Dünnfilms diesen mit dem Substrat sicher verbindet.

6. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 5, das folgendes aufweist: Bildung von Lötflächen an den Grenzrändern der Substratstruktur in leitendem Kontakt mit dem Dünnfilm mit dem spezifischen TCR, wobei diese Lötflächen als Elektroden für den externen Anschluß fungieren.

7. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 6, das weiterhin folgendes aufweist: Bildung einer Schutzschicht, die die darunterliegende Substratstruktur abdeckt und schützt.

8. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin: der Schritt des Aufbringens einer Zwischenschicht aus LaSiON_x, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt, darin besteht, die Zwischenschicht aus LaSiON_x-Al₂O₃ auszubilden, die eine Oberfläche des Substrats bedeckt.

9. Substratstruktur als Träger eines Dünnfilms mit einem spezifischen Widerstands- Temperaturkoeffizienten (TCR), die folgendes aufweist: ein Verankerungsklebemittel, das an einem Bindesaum in der Nähe eines Grenzrandes des Substrats angebracht ist, um den Dünnfilm sicher am Substrat zu befestigen.

10. Substratstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß: der an einem Grenzrand der Substratstruktur angebrachte Bindesaum aus einem Material besteht, das fest an dem Dünnfilm haftet, um diesen sicher mit dem Substrat zu verbinden.

11. Substratstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß: das Substrat weiterhin eine Zwischenschicht zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat aufweist, wobei diese Zwischenschicht aus einer Verbindung besteht, die chemisch und thermisch mit dem Dünnfilm kompatibel ist.

12. Substratstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß: das Substrat einen Platinfilm trägt; und daß das Verankerungsklebemittel ein Verankerungsmittel aus einer Nickel-Chrom-Legierung aufweist, das sich am Bindesaum befindet.

13. Substratstruktur nach Anspruch 12, die weiterhin folgendes aufweist: Lötflächen in leitender Verbindung mit dem Platin-Dünnfilm, die an Grenzrändern der Substratstruktur über dem Verankerungsklebemittel angebracht sind und als Elektroden für den externen Anschluß fungieren.

14. Substratstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß: die Zwischenschicht aus Materialien zusammengesetzt ist, die eine kovalente Bindung zu dem Dünnfilm schaffen und eine obere Fläche des Substrats bedecken.

15. Substratstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß: der an einem Grenzrand der Substratstruktur angebrachte Bindesaum weiterhin aus einem Material besteht, das eine kovalente Bindung an den Dünnfilm schafft, um diesen sicher mit dem Substrat zu verbinden.

16. Substratstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß: die Zwischenschicht aus LaSiON_x-Al₂O₃ besteht und eine obere Fläche des Substrats bedeckt.

17. Verfahren zur Fertigung einer Substratstruktur als Träger für einen Dünnfilm mit einem spezifischen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR), das folgendes aufweist: Schaffung eines Verankerungsklebemittels durch Formung einer Bindeschicht zu einem Bindesaum, der den Dünnfilm mit dem Substrat verbindet, um eine sichere Befestigung des Dünnfilms am Substrat zu gewährleisten.

18. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß: der Schritt der Bildung des Bindesaums durch Formung der Bindeschicht zu einem Bindesaum darin besteht, den Bindesaum an einem Grenzrand des Dünnfilms auszubilden, um diesen sicher mit dem Substrat zu verbinden.

19. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 15, das weiterhin folgendes aufweist: Bildung einer Zwischenschicht zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat, wobei die Zwischenschicht aus einem Material besteht, das chemisch und thermisch mit dem Dünnfilm kompatibel ist.

20. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 19, das weiterhin folgendes aufweist: Bildung des Dünnfilms aus Platin auf dem Bindesaum; und Bildung des Verankerungsklebemittels mittels einer Nickel-Chrom-Legierung, die als Bindesaum geformt wird.

21. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 19, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß: der Schritt der Bildung einer Zwischenschicht zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat darin besteht, eine Zwischenschicht aus LaSiON_x-Al₂O₃ zu bilden, die eine obere Fläche des Substrats bedeckt.

22. Verfahren zur Fertigung der Substratstruktur nach Anspruch 21, das weiterhin folgendes aufweist: Bildung von Lötflächen nahe den Grenzrändern der Substratstruktur auf dem Verankerungsklebemittel und in leitendem Kontakt mit dem Platin-Dünnfilm mit dem spezifischen TCR, die als Elektroden für den externen Anschluß fungieren.