白金电阻温度感测元件及其制造方法技术

一种白金电阻温度感测元件及其制造方法，该方法包括下列步骤：在基材表面形成图案状遮罩；利用遮罩对基材进行蚀刻，以形成图案状凹槽；在基材与凹槽的表面形成一层介电层；在介电层表面镀上白金薄膜；介电层及白金薄膜层分别形成凹陷区域与平滑区域；进行表面研磨，形成白金电路。感测元件包括硅基材、附着在硅基材上的介电层及附着在介电层上的白金电路；在硅基材及介电层附着有白金电路的表面形成Ｖ形凹槽，介电层为氮化硅或二氧化硅层。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关於一种电阻温度感测元件及其制造方法，尤其有关於一种。电阻温度感测元件是藉由导体的电阻会随温度变化而改变的物理现象来测量温度。对电阻温度感测元件所使用的导体材料而言，在一定的温度范围之内，其电阻值会随著温度的增加以线性的方式上升，此时其斜率(slope)即定义为其电阻温度系数(temperature coefficient of resistance,TCR)。一般导体的电阻温度系数愈高，则其对於温度变化的灵敏度愈高。若作为导体材料的金属或合金其中所含有的杂质越多，其电阻温度系数值则越低。因为白金(platinum)本身的化学与物理性能都较稳定，长久以来白金被用来作为量测电阻与温度的基准材料。当用於制造电阻温度感测元件时，因为白金具有较高的电阻温度系数，使得白金电阻温度感测元件对於温度变化的灵敏度较一般金属更高。此外，白金的电阻温度系数在-200℃～1000℃的温度范围内是以非常近似线性的方式变化，因而白金电阻温度感测元件可适用於较广的温度范围内。因此，有关白金的各种特性被研究得非常透彻，且白金电阻温度感测元件被广泛使用。关於白金电阻温度感测元件的规格与标准，可分为欧规、美规及日规三种，目前则趋向使用欧规标准。欧规的白金电阻温度感测元件的电阻温度系数标准值为3850ppm(℃)-1。另外，白金电路尚有一称为″bulk效应″的电学特性，即对薄膜结构与体状(bulk)结构的白金电路进行比较时，体状结构的白金电路的电阻温度系数值会较薄膜结构的白金电路为高，因此，一般而言，具有体状结构白金电路的白金电阻温度感测元件其灵敏度较佳。目前市售的白金电阻温度感测元件价格十分昂贵，除因白金本身为贵重金属之外，其制造成本较高亦占有极大因素。在习知的白金电阻温度感测元件中，是在一介电质的表面上形成白金电阻温度感测元件的电路图案，以制造白金电阻温度感测元件。然而高纯度的白金与介电质之间的附著力(adhesion)通常很差，在形成电路图案时白金很容易从介电层表面剥离，而能够与白金有较高附著力的材料又各有其缺点。如氧化铝表面非常粗糙，不易形成细微图案，又因为氧化铝的高硬度，使切割不易且其表面抛光成本较高。蓝宝石(sapphire)价格过於昂贵，且不易切割成较小晶片。而硅基材会与白金形成合金，改变其特性。为解决附著力的问题，在美国专利案号4129848的案件中提出一种白金电阻温度感测元件制造法。如附图说明图1A所示，首先在硅基材11上形成一层二氧化硅作为介电层12，并以高能量的溅射蚀刻(sputtering etch)处理介电层的表面，使介电层的表面出现蚀刻坑(etch pits)(图1B)，然後再溅镀上一层金属层13(如白金)。此时因为介电层12的表面较为粗糙，故金属层13与介电层之间的附著力增加(图1C)。在金属层13的表面形成一层具有所需电路的正片图案(positive pattern)的石英遮罩14(图1D)，然後进行溅射蚀刻，将金属层13未受到石英遮罩14保护的部分蚀刻掉，再将石英遮罩14除去，便能得到电阻温度感测元件的金属电路图案15(图1F)。但是因为溅射蚀刻的选择性不佳，无法只蚀刻金属层13而不侵犯到介电层12。此外，以溅射蚀刻方式处理金属层13，会导致来自介电层12与石英遮罩14的少量分子被沉积(deposit)到金属电路图案15内，然而对白金而言，为维持其电阻温度系数值，必须具有极高的纯度，此少量的杂质对白金电阻温度感测元件而言，会非常严重的影响其准确性。目前市面上所使用的白金电阻温度感测元件，一般是将白金的电路图案形成在对白金具有较佳附著力的基材上，如氧化铝、氧化镁等等。在美国专利案号4805296的案件中，是在硅基材的表面沉积一层氧化铝，将白金溅镀在氧化铝的表面之後，再以溅射蚀刻法形成所需图案。此方法仍然具有上述的两种缺点。从前文中的描述可知，对白金的溅射蚀刻不易适当的进行，且容易导致杂质的渗入；而因为白金的化学稳定性，亦无法以湿式蚀刻法(wet etch)形成白金的图案。因此，在有关白金电阻温度感测元件的专利案件中，大多数案件(如美国专利案号4050052、4103275、4469717、4627902、以及4649365等专利案)仅对白金层与介电层之间的处理条件进行描述，而无法说明其白金电路图案的形成过程或详细步骤。因此，在美国专利案号5089293的案件中，提出了一种不需要对白金进行溅射蚀刻的白金电阻温度感测元件制造方法，所采用的基材为对白金具有良好附著力的氧化铝基材21。如图2A所示，首先在氧化铝基材21的表面上形成一层二氧化硅层22，并在二氧化硅层22上以光阻(photoresist)形成具有所需电路图案的负极片图案(negative pattern)的光阻图案24(图2B)，然後将二氧化硅层22蚀刻成所需电路图案的负极片图案(图2C)。此时部分氧化铝基材21的表面露出，形成所需的电路图案。将光阻图案24完全移除(图2D)，并溅镀一层白金层23。此时白金层23有一部份位於二氧化硅图案22的表面，其馀沉积在未被二氧化硅图案22覆盖的氧化铝基材21的表面上(图2E)。白金的溅镀被小心的控制，使得附著於二氧化硅图案22侧表面上的白金层23A非常薄，且具有多孔状结构，如图2F所示。二氧化硅图案22的高度约为白金层23厚度的1.3到1.5倍，以确保白金层23A的存在。白金层23溅镀完成之後，以特定蚀刻液进行蚀刻，此蚀刻液仅会对二氧化硅图案22进行蚀刻，而不会与氧化铝基材21或白金层23反应，如氢氟酸。此时蚀刻液可穿透过白金层23A的多孔状结构，进入白金层23与氧化铝基材21之间，将二氧化硅图案22蚀刻掉。当二氧化硅图案22被完全除去时，原位於二氧化硅图案22的表面上的部分仅受到白金层23A的支撑；因为白金层23A非常薄，且具有多孔状结构，故能够以机械处理的方式将此位於二氧化硅图案22的表面上的部分除去。所残留的位於氧化铝基材21表面的白金便形成白金电阻温度感测元件所需的白金电路图案25(图2G)。在此习知制造方法中，所使用的步骤与材质均需经过选择，避免杂质与白金的混合，以维持白金的高纯度。前述美国专利案号5089293案件所提出的白金电阻温度感测元件制造方法中，的确详细说明了白金电路图案形成的方法，且有效的维持白金的高纯度。但是其采用氧化铝作为基材，因为氧化铝基材的使用量少，且由於氧化铝的硬度较高，对於後序加工及其馀处理步骤较不易进行。而所使用的蚀刻液需穿透多孔白金层结构，以对二氧化硅层进行蚀刻的处理步骤，亦需要开发特殊的制程，甚或需要特别设计的制造设备，因而会大幅度提高制造成本。从前述习知技术可知，若能够经过特殊设计，以利用一般半导体产业所经常使用的材料及制程来制造白金电阻温度感测元件，并有效的维持白金的高纯度，因能够以批量(batch)方式大量生产，使生产品质具有一致性，则必能大量减低白金电阻温度感测元件的制造成本，进而降低白金电阻温度感测元件的价格。又因为本专利技术系使用硅晶片作为基材，故能够在一片硅晶片上同时制作出白金电阻温度感测元件与其馀的积体电路。本专利技术的目的之一在于提供一种利用一般半导体材料作为基材的白金电阻温度感测器及其制作方法。本专利技术的目的之二在于提供一种利用硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白金电阻温度感测元件的制造方法，包括下列步骤：在基材表面上形成遮罩，遮罩的图案相当於所欲形成的白金电阻温度感测元件的白金电路的负极片图案；其特征在于：利用遮罩的窗口对基材进行蚀刻，以在基材上形成凹槽，凹槽的图案相当於白金电阻温度 感测元件的白金电路的正极片图案；将遮罩完全移除；在蚀刻完成的基材与凹槽的表面上形成一层介电层，介电层分成位於凹槽内的表面粗糙的凹陷区域与位於基材表面的平滑区域；在介电层的表面镀上一层白金薄膜，白金薄膜区分为位於凹槽内的凹陷区域上 的第一白金层与位於基材表面的平滑区域上的第二白金层；及对镀有白金薄膜的基材及介电层进行表面研磨，将位於介电层的平滑区域上的第二白金层移除，而位於凹槽内的第一白金层仍然附著在凹槽内，藉以形成白金电阻温度感测元件的白金电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄丰如，
申请(专利权)人：光磊科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]