Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft einen planaren Abgleichwiderstand mit einem Substrat und einer
darauf abgeschiedenen Widerstandsschicht, eine Widerstandsbrückenschaltung sowie einen
Sensor, die einen derartigen Abgleichwiderstand verwenden, und Verfahren zur Herstellung
des Abgleichwiderstandes beziehungsweise der Widerstandsbrückenschaltung oder des
Sensors.
[0002] Abgleichwiderstände kommen in Schaltungen zum Einsatz, die zunächst mit einer gewissen
Toleranz gefertigt werden und deren Verhalten anschließend durch Einstellen des Widerstandswertes
besagter Abgleichwiderstände exakt eingestellt wird. Es sind Abgleichwiderstände mit
einer planaren Widerstandsschicht bekannt, deren Widerstandswert nach Einbau des Abgleichwiderstandes
in eine Schaltung durch lokales Abtragen von Material der Widerstandsschicht angepaßt
werden kann. Dabei ergibt sich das Problem, daß eine Veränderung des Widerstandswertes
durch Abtragen von Material der Widerstandsschicht auch deren Kapazität beeinflußt,
insbesondere dann, wenn die Widerstandsschicht sich in unmittelbarer Nähe eines weiteren
Leiters erstreckt, z.B. weil sie nur durch eine dünne Isolationsschicht getrennt auf
einem metallischen Substrat abgeschieden ist. Eine solche Kapazitätsveränderung kann
den Wert des Abgleiches zunichte machen, wenn das Verhalten der abzugleichenden Gesamtschaltung
nicht nur vom Widerstandswert, sondern auch von der Kapazität des Abgleichwiderstandes
beeinflußt wird. Dieses Problem tritt immer dann auf, wenn der Abgleichwiderstand
Teil eines Resonanzkreises ist.
Vorteile der Erfindung
[0003] Durch die vorliegende Erfindung wird ein planarer Abgleichwiderstand der eingangs
beschriebenen Art geschaffen, dessen Kapazität durch den Abgleichvorgang nicht beeinflußt
wird.
[0004] Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß eine Kontaktschicht, die eine bessere Leitfähigkeit
als die Widerstandsschicht aufweist, auf der Widerstandsschicht angeordnet wird, so
daß sie wenigstens an einzelnen Stellen mit letzterer in leitendem Kontakt steht,
und die wenigstens lokal einer abtragenden Behandlung zugänglich ist. Wenn bei einem
solchen Abgleichwiderstand die Kontaktschicht lokal beseitigt wird, so hat dies zur
Folge, daß ein Strom, der sonst die Kontaktschicht durchflossen hätte, wenigstens
teilweise in die Widerstandsschicht abgedrängt wird, so daß durch die Abtragung der
Kontaktschicht der Widerstandswert kontrolliert erhöht wird. Da gleichzeitig aber
die Widerstandsschicht unter der abgetragenen Kontaktschicht bestehen bleibt, ändert
sich die dem Substrat gegenüberliegende elektrisch leitfähige Oberfläche des Abgleichwiderstandes
nicht, und seine Kapazität wird durch den Abtragungsvorgang nicht verändert.
[0005] Grundsätzlich darf die Kontaktschicht sich über die Grenzen der Widerstandsschicht
hinaus auf dem Substrat erstrecken. Allerdings dürfen diejenigen Bereiche der Kontaktschicht,
die nicht oberhalb der Widerstandsschicht liegen, nicht abgetragen werden, da anderenfalls
die Oberfläche des Abgleichwiderstandes verringert würde und die Kapazität somit dennoch
unerwünscht beeinflußt würde. Um solche Probleme auszuschließen, ist es zweckmäßig,
die Kontaktschicht bei der Herstellung des Abgleichwiderstandes so zu bemessen, daß
sie nicht über die Ränder der Widerstandsschicht übersteht.
[0006] Die Kontaktschicht und die Widerstandsschicht sind vorzugsweise streifenförmig ausgebildet.
Anschlußkontakte sind an entgegengesetzten Enden des Kontaktschicht-Streifens vorgesehen.
Die Streifen können in platzsparender Weise zickzack- oder mäanderförmig auf dem Substrat
angeordnet sein. Vorzugsweise weist der Abgleichwiderstand eine Passivierungsschicht
auf, die die Widerstandsschicht im wesentlichen überdeckt und lediglich lokal einzelne
Fenster aufweist, die den leitenden Kontakt der Kontaktschicht mit der Widerstandsschicht
ermöglichen.
[0007] Zwischen zwei Fenstern der Passivierungsschicht ist vorzugsweise jeweils eine Engstelle
der Kontaktschicht vorgesehen. An einer solchen Engstelle ist die Kontaktschicht besonders
einfach zu durchtrennen, ihre Durchtrennung hat zur Folge, daß ein elektrischer Strom,
der sonst durch die Kontaktschicht geflossen wäre, zwischen den zwei Fenstern den
Weg über die Widerstandsschicht nehmen muß.
[0008] Die Passivierungsschicht dient nicht nur dem Schutz der Widerstandsschicht vor Umwelteinflüssen,
ihre Fensterstruktur hat darüber hinaus den Vorteil, daß es genügt, die Kontaktschicht
auf einer geringen Länge zwischen zwei Fenstern zu durchtrennen, um den Stromweg in
der Widerstandsschicht um den im Vergleich zu dieser Länge größeren Abstand zwischen
zwei Fenstern zu verlängern.
[0009] Eine bevorzugte Anwendung des Abgleichwiderstandes ist eine Widerstandsbrückenschaltung.
Bei einer solchen Brückenschaltung sind zweckmäßigerweise die Widerstandselemente
und der wenigstens eine Abgleichwiderstand auf dem gleichen Substrat ausgebildet.
So können die Widerstandselemente und der Abgleichwiderstand zum Teil mit den gleichen
Prozeßschritten hergestellt werden.
[0010] Eine weitere bevorzugte Anwendung des Abgleichwiderstandes ist ein Sensor, der ein
verformbares Substrat und wenigstens ein Widerstandselement umfaßt, dessen Widerstandswert
durch eine Verformung des Substrates veränderbar ist und dem ein erfindungsgemäßer
Abgleichwiderstand zugeordnet ist. Dieses Widerstandselement kann wiederum Teil einer
Widerstandsbrückenschaltung sein.
[0011] Bei dem Sensor kann es sich vorteilhafterweise um einen Drucksensor handeln; das
Substrat kann Teil einer Druckkapsel eines solchen Sensors sein.
[0012] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Abgleichwiderstandes,
bei dem eine Widerstandsschicht auf einem isolierenden Substrat abgeschieden und strukturiert
wird, und bei dem über der Widerstandsschicht in wenigstens lokalem Kontakt mit dieser
eine Kontaktschicht gebildet wird, die eine bessere Leitfähigkeit als die Widerstandsschicht
hat.
[0013] Auf der Widerstandsschicht wird vor der Bildung der Kontaktschicht vorzugsweise eine
Passivierungsschicht aufgebracht, die Fenster zur Herstellung des lokalen Kontaktes
aufweist. Zur Strukturierung der verschiedenen Schichten eignen sich photolithographische
Verfahren oder - bei Sensoren besonders vorteilhaft - Laserstrukturierungsverfahren.
Die Kontaktschicht kann insbesondere auch durch Aufsputtern des Schichtmaterials erzeugt
werden. Denkbar ist auch die Aufbringung des Materials der Kontaktschicht direkt durch
eine Maske hindurch, so daß die Kontaktschicht auf der Widerstandsschicht (getrennt
durch die Passivierung) unmittelbar in der gewünschten Gestalt entsteht.
[0014] Der Abgleich des Widerstandes erfolgt vorzugsweise durch Durchtrennen der Kontaktschicht
zwischen zwei Fenstern, vorzugsweise durch Laserablation. Diese Laserablation ist
mit den gleichen Apparaturen durchführbar, die ggf. auch zuvor für die Laserstrukturierung
der verschiedenen Schichten eingesetzt worden sind.
[0015] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
Figuren
[0016]
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Abgleichwiderstandes.
Figur 2 zeigt den Ausschnitt im Schnitt entlang der Linie II-II aus Figur 1.
Figur 3 zeigt einen zweiten Schnitt entlang der Linie III-III aus Figur 1.
Figur 4 zeigt eine Widerstandsbrücke mit Ausgleichwiderständen gemäß der Erfindung
auf einer Membran eines Drucksensors;
Figur 5 zeigt einen Teil dieses Drucksensors im Schnitt; und
Figur 6 zeigt die einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens des Sensors der Figuren
4 und 5.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0017] Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Abgleichwiderstandes
in einer Draufsicht beziehungsweise in zwei Schnitten. Der Abgleichwiderstand ist
auf einem Substrat 1, hier einem Edelstahlblech mit einer Isolationsschicht 2 aus
Siliziumoxid darauf aufgebaut. Er umfaßt eine Widerstandsschicht 3 aus einem Material
mit mäßig guter Leitfähigkeit, die auf der Isolationsschicht 2 ein mäander- oder zickzackförmiges
Muster bildet, von dem zwei vollständige Perioden in Figur 1 gezeigt sind.
[0018] Auf der Widerstandsschicht 3 ist auf ihrer gesamten Oberfläche mit Ausnahme von einzelnen
Fenstern 4, eine Passivierungsschicht 5 aufgebracht, die aus Sliliziumnitrid oder
wie die Isolationsschicht2 aus Siliziumoxid besteht. Eine Kontaktschicht 6 aus einem
Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, hier Gold, folgt dem mäanderartigen Verlauf
der Widerstandsschicht 3, hat allerdings eine geringere Breite als diese und ist so
plaziert, daß ihre Ränder nirgends über die Ränder der Widerstandsschicht 3 überstehen.
Die Kontaktschicht 6 ist über die Fenster 4 mit der Widerstandsschicht 3 in leitendem
Kontakt.
[0019] Kontaktanschlüsse (nicht dargestellt) befinden sich an den gegenüberliegenden Enden
der streifenartigen Kontaktschicht 6.
[0020] Da die Leitfähigkeit der Kontaktschicht 6 deutlich besser ist als die der Widerstandsschicht
3, fließt im unabgeglichenen Zustand des Abgleichwiderstandes ein über die Kontaktanschlüsse
angelegter Strom im wesentlichen durch die Kontaktschicht 6. Um den Widerstand abzugleichen,
ist vorgesehen, die Kontaktschicht 6 an einer Engstelle, z.B. dem Bereich 7 zu durchtrennen.
Um diese Durchtrennung auszuführen, eignet sich das Verfahren der Laserablation, insbesondere
mit einem Excimerlaser. Damit ist es ohne weiteres möglich, eine auf den Bereich 7
eingestrahlte Laserenergie so zu dosieren, daß die Kontaktschicht 6 an der betreffenden
Stelle abgetragen wird, ohne daß gleichzeitig die darunterliegende Widerstandsschicht
3 mit beschädigt wird. Zu diesem Zweck können z.B. die Materialien der Kontaktschicht
6 und der Widerstandsschicht 3 und die Wellenlänge des Lasers so gewählt werden, daß
die Ablationsenergie der Kontaktschicht 6 kleiner ist als die der Widerstandsschicht
3, so daß die Energie des Excimers, selbst wenn sie nach Zerstörung der Kontaktschicht
6 die Widerstandsschicht 3 erreicht, nicht ausreicht, um auch diese zu zerstören.
Es sind aber auch andere - bekannte - Verfahren zum Durchtrennen, wie zum Beispiel
Funkenerosion, anwendbar.
[0021] Als Hilfsmittel zum Schutz der Widerstandsschicht 3 vor Beschädigung kann auch die
Zusammensetzung der Passivierungsschicht 5 dienen. So ist z.B. durch geeignete Wahl
des Siliziumgehaltes der Passivierungsschicht 5 möglich, die Eindringtiefe der Laserstrahlung
so einzustellen, daß diese über die Gesamtdicke der Passivierungsschicht 5 hinweg
von dieser absorbiert wird und so ihre Energie in deren gesamtem Volumen verteilt.
Im Vergleich dazu ist die Eindringtiefe der Strahlung bei den Metallen oder Halbleitermaterialien
der Kontaktschicht beziehungsweise der Widerstandsschicht wesentlich kleiner, so daß
die durch den Laser induzierte Erhitzung dieser Schichten sich auf eine dünne Oberflächenlage
von diesen konzentriert und ausreicht, um diese Oberflächenlage zu verdampfen.
[0022] Wenn die Kontaktschicht 6 an der Engstelle 7 durchtrennt ist, ist der Strom gezwungen,
zwischen den der Engstelle 7 benachbarten Fenstern 4 durch die Widerstandsschicht
3 zu fließen. Durch Zerstören der Kontaktschicht 6 zwischen einer wählbaren Zahl von
Fenstern 4 ist es auf diese Weise möglich, die Weglänge, die der Strom in der Widerstandsschicht
3 zurücklegen muß, und damit den Widerstandswert des Abgleichwiderstandes schrittweise
sehr genau einzustellen.
[0023] Die Figuren 4 und 5 zeigen ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des oben beschriebenen
Abgleichwiderstandes.
[0024] Figur 4 ist eine Draufsicht auf die Membran 12 eines Drucksensors, die hier die Rolle
des Substrates 1 spielt. Auf dieser Membran sind vier Widerstandselemente R1, R2,
R3, R4 mit Anschlüssen A1, A2, A3, A4 zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet. Abgleichwiderstände
A1, A2 der mit Bezug auf Figuren 1 bis 3 beschriebenen Art sind mit den Widerstandselementen
R3, R4 in Reihe geschaltet. Die Widerstandselemente und die Abgleichwiderstände sind
in einem gemeinsamen Prozeß, auf den später noch genauer eingegangen wird, auf der
Membran 12 erzeugt; die Widerstandselemente R1, R2, R3, R4 besitzen eine Widerstandsschicht,
die der Widerstandsschicht 3 der Abgleichwiderstände entspricht, sie besitzen jedoch
keine durchgehende Kontaktschicht, und die Passivierungsschicht 5 ist über den Widerstandselementen
R1, R2, R3, R4 mit Ausnahme von ihren Anschlußpads durchgehend.
[0025] Figur 5 zeigt die Membran 12 der Figur 4 im Querschnitt. Sie ist Teil eines Hochdrucksensors
11 und ist einstückig mit einem starren Metallrahmen 13 verbunden. Befindet sich zwischen
den zwei Seiten der Membran 12 ein Druckgefälle, so führt dies zu einer Verformung
der Membran 12, und es kommt, zum Beispiel wenn der Druck unterhalb der Membran höher
ist als darüber, im Bereich der Widerstandselemente R1 und R2 zu einer Stauchung und
im Bereich der Widerstandselemente R3 und R4 zu einer Dehnung an der Oberfläche der
Membran. Diese Verformungen beeinflussen die Leitfähigkeit der Widerstandsschichten
der Widerstandselemente und bewirken so eine Verstimmung der Wheatstone-Brücke, die
zu einer an zweien der Anschlüsse K1 bis K4 abgreifbaren, von Null verschiedenen Meßspannung
führt.
[0026] Für diese Anwendung wird für die Widerstandsschicht zweckmäßigerweise ein Material
gewählt, das eine deutliche Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von einer Verformung
aufweist. Als geeignete Materialien sind hier z.B. polykristallines Silizium, Chrom-Nickellegierung
oder auch Platin zu erwähnen. Dabei zeigen NiCr-Schichten praktisch keine Temperaturabhängigkeit
des Widerstandes, aber einen relativ kleinen Effekt beim Verbiegen, während polykristallines
Silizium eine nichtlineare Temperaturabhängigkeit, dafür aber einen deutlich größeren
Effekt beim Verbiegen aufweist. Platin zeigt ebenfalls einen deutlichen Effekt bei
einer linearen Temperaturabhängigkeit des Widerstandes. Geeignete Schichtdicken liegen
im Bereich von 500 bis 600 nm für polykristallines Silizium und von 50 bis 100 nm
für CrNi oder Platin.
[0027] Generell sind die Schichtdicken so zu wählen, daß die Schichtleitfähigkeit der Widerstandsschicht
kleiner als die der Kontaktschicht ist, ungeachtet der spezifischen Leitfähigkeiten
der für diese Schichten verwendeten Materialien.
[0028] In Figur 6 sind die aufeinanderfolgenden Stufen A bis H des Verfahrens zur Herstellung
eines Abgleichwiderstandes gemäß Figuren 1 bis 3 beziehungsweise des mit Abgleichwiderständen
A1, A2 ausgestatteten Sensors aus Figur 4 und 5 gezeigt.
[0029] Stufe A zeigt das noch leere Substrat 1 beziehungsweise die Druckdose aus Figur 5,
bestehend aus dem Rahmen 13 und der Membran 12. Dieses Substrat wird zunächst einer
Eingangskontrolle auf Rauhigkeit unterzogen und anschließend zunächst naß und dann
durch Argon-Rück-Kathodenzerstäubung endgereinigt. Das so behandelte Substrat wird
anschließend auf etwa 300°C vorgeheizt, um es für eine PECVD-Oxidabscheidung vorzubereiten.
Anschließend wird die Isolationsschicht 2 in einer Dicke von 7-10 µm aus Siliziumoxid
abgeschieden. Diese Isolationsschicht auf dem Substrat wird stichprobenweise auf Dicke
und Spannung kontrolliert.
[0030] Ausgehend von dem beschichteten Substrat 1 (Stufe B) wird die Widerstandsschicht
3 durch Kathodenzerstäubung aufgetragen. Der Oberflächenwiderstand wird durch das
4-Spitzen-Verfahren überprüft, und die Schichtdicke wird durch Röntgenfluoreszenz
bestimmt (Stufe C).
[0031] Es folgt ein Strukturierungsschritt, in dem aus der zunächst großflächig aufgebrachten
Widerstandsschicht die in Figur 1 gezeigte Mäanderstruktur hergestellt wird. Für diese
Strukturierung kann eine photolithographische Technik oder eine Laserstrukturierungstechnik
eingesetzt werden. Die photolithographische Technik umfaßt das Aufbringen einer Lackschicht,
das Belichten der Lackschicht mit dem gewünschten Muster und ihre Entwicklung, ein
nachchemisches Ätzen derjenigen Bereiche, die durch die Entwicklung ihre Lackschicht
verloren haben, und abschließend die Entfernung der restlichen Lackschicht. Die Laserstrukturierung
stellt ein besonders vorteilhaftes Strukturierungsverfahren dar. Hierbei wird Laserlicht
geeigneter Energiedichte durch eine Maske auf die Oberfläche der Membran eingestrahlt.
Mit Hilfe der Vertiefung an der Rückseite der Membran 12 (siehe Figur 5) ist es möglich,
den Sensor geeignet für die Strukturierung zu zentrieren. Außerdem wird die beschichtete
Ebene automatisch in die Fokusebene gebracht. Die Laserbelichtung durch die Maske
bewirkt, daß das mit der Laserstrahlung beaufschlagte Schichtmaterial entfernt (ablatiert)
wird, so daß die Vielzahl der Schritte des photolithographischen Verfahrens entfallen
können.
[0032] Die Stärke der Absorption der verwendeten Excimer-Laserstrahlung in der Isolationsschicht
2 kann durch Einstellen eines gewünschten Siliziumgehaltes der Isolationsschicht variiert
werden. Dies ermöglicht es, daß Strahlung, die gegen Ende der Abtragung der Widerstandsschicht
3 die Isolationsschicht 2 erreicht, über deren gesamte Dicke verteilt absorbiert wird
und so die Grenzfläche zwischen Substrat und Isolationsschicht nicht oder nicht in
einer solchen Stärke erreicht, daß sie zu einer Schädigung dieser Grenzschicht führen
könnte. Eine solche siliziumreiche Oxidschicht läßt sich auch vorteilhaft durch eine
aufgesputterte Siliziumoxidschicht erreichen. Eine solche gesputterte Schicht hat
außerdem den Vorteil, daß dadurch die anschließend aufzubringende Widerstandsschicht
eine höhere Langzeitstabilität erreicht, weil dadurch die Widerstandsschicht vor dem
Wasserstoff geschützt wird, der üblicherweise in PECVD-Oxid- beziehungsweise Nitrid-Schichten
bei der Abscheidung mit eingebaut wird. Folgerichtig sollte dann auch vor der Passivierung
der Widerstandsschicht eine gesputterte Oxidschicht vorgesehen werden.
[0033] Stufe (D) zeigt das Substrat mit der fertig strukturierten Widerstandsschicht 3.
[0034] In dieser Stufe findet eine optische Kontrolle statt, anschließend wird eine Passivierungsschicht
5 abgeschieden (Stufe E). Dicke und Spannung dieser Schicht werden in ähnlicher Weise
wie bei der Widerstandsschicht 3 in Stufe (C) kontrolliert. Anschließend findet eine
Temperung bei 350°C statt. Für eine nachfolgende Strukturierung der Passivierungsschicht
5 können wiederum eine photolithographische Technik oder Laserstrukturierung angewendet
werden, wie bereits für die Strukturierung der Widerstandsschicht 3 beschrieben. In
diesem Strukturierungsschritt werden Fenster 4 jeweils oberhalb der bestehengebliebenen
Stücke der Widerstandsschicht 3 erzeugt. Diejenigen Stücke, die eines der Widerstandselemente
R1 bis R4 bilden sollen, erhalten zwei Fenster für die Durchführung der Anschlußkontakte,
diejenigen Stücke, die die Abgleichwiderstände A1, A2 bilden sollen, erhalten eine
Vielzahl von über ihre Oberfläche verteilten Fenstern.
[0035] Die fertig strukturierte Passivierungsschicht 5 (Stufe F) wird optisch kontrolliert.
[0036] In einem nachfolgenden Schritt wird die Kontaktschicht 6 durch Kathodenzerstäubung
aufgetragen. Als Material für die Kontaktschicht 6 wird vorzugsweise Gold - auch wegen
seiner Stabilität gegen Umwelteinflüsse - mit einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 nm
verwendet. Gegebenenfalls wird aber darunter noch eine metallische Haftschicht und
ein weiteres Metall als Diffusionsbarriere im gleichen Schritt aufgebracht. Aluminium
oder Nickel kommen als Materialien ebenfalls in Frage. Die Dicke der Kontaktschicht
6 wird anschließend mittels Röntgenfluoreszenz kontrolliert.
[0037] Für die darauffolgende Strukturierung der Kontaktschicht 6 kommen wiederum das photolithographische
Verfahren oder das Verfahren der Laserstrukturierung in Frage. Die Sollabmessungen
der Kontaktschichtbereiche, die die Kontaktschicht der Abgleichwiderstände bilden
sollen, sind so gewählt, daß unter Berücksichtigung von Maskentoleranzen und sonstigen
Fertigungsungenauigkeiten gewährleistet ist, daß die nach der Strukturierung bestehenbleibende
Kontaktschicht an keiner Stelle über den Rand der darunterliegenden Widerstandsschicht
hinausragt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Kapazität der Widerstandselemente
und der Abgleichwiderstände ausschließlich durch die Fläche ihrer Widerstandsschichten
3 festgelegt ist und von eventuellen Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Kontaktschichten
nicht beeinflußt werden kann. So ist es möglich, die Brückenschaltung mit einem hohen
Maß an Symmetrie der Kapazität ihrer einzelnen Zweige zu fertigen. Folglich kann die
Brückenschaltung in einem weiten Frequenzbereich von Eingangsspannungen betrieben
werden, ohne daß Ungleichverteilungen der Kapazität auf die einzelnen Zweige ihre
Ausgangsspannung frequenzabhängig beeinflussen.
[0038] Eine Alternative bei der Herstellung der Kontaktschicht 6 ist die Verwendung einer
"Schattenmaske", die während des Aufbringens des Materials der Kontakt nur diejenigen
Bereiche an der Oberfläche des Substrates freiläßt, an denen beim fertigen Sensor
tatsächlich eine Kontaktschicht benötigt wird. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit,
die Strukturierung der Kontaktschicht völlig einzusparen, das heißt die Stufe (G)
der Fertigung wird übersprungen.
[0039] Stufe (H) zeigt den Sensor mit fertig strukturierter Kontaktschicht 6.
Auf dieser Stufe der Fertigung, nach vollständigem Abschluß sämtlicher Beschichtungs-
und Strukturierungsschritte, kann das Einmessen der Brückenschaltung erfolgen.
[0040] Beim nachfolgenden Einmessen der Widerstandsbrücke wird eine Eingangsspannung an
diagonal gegenüberliegende Anschlüsse, z.B. K1, K3, der Brückenschaltung angelegt,
und eine Ausgangsspannung an den beiden anderen Ausgingen gemessen. Wenn diese von
Null verschieden ist, ist ein Abgleich des Sensors erforderlich, der dadurch erfolgt,
daß bei einem der zwei Abgleichwiderstände A1, A2 Bereiche der Kontaktschicht wie
der Bereich 7 aus Figur 1 in der Zahl zerstört werden, wie notwendig ist, um die Ausgangsspannung
auf Null zu bringen. Diese lokale Zerstörung wird mit einem Excimerlaser durchgeführt.
Wenn die vorhergehenden Strukturierungsschritte bereits durch Laserablation durchgeführt
worden sind, kann zweckmäßigerweise der gleiche Laser auch für den Abgleich zum Einsatz
kommen. Es sind aber auch andere - bekannte - Verfahren zum Durchtrennen, wie zum
Beispiel Funkenerosion, anwendbar.
[0041] Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Hochdrucksensoren
in Großserie, denn die Herstellungsschritte bis zur Stufe (H) können vorteilhaft in
einer Halterung für eine große Zahl von Sensoren gleichzeitig durchgeführt werden,
ohne daß zwischendurch Schritte erforderlich sind, die eine Einzelbehandlung der Sensoren
erfordern; nach erfolgtem Abgleich ist der Sensor vollständig fertig, ohne daß weitere
Beschichtungsschritte erforderlich wären.
[0042] Der Sensor kann sogar auch erst dann abgeglichen werden, wenn die Membran 12 mit
dem Metallrahmen 13 - Figur 5 - auf einen Druckstutzen geschweißt worden ist, was
unter Umständen zu einer geringen Verstimmung der Widerstandsbrücke führen kann.
1. Planarer Abgleichwiderstand mit einem Substrat (1) und einer darauf abgeschiedenen
Widerstandsschicht (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktschicht (6), die eine
bessere Leitfähigkeit als die Widerstandsschicht aufweist, auf der Widerstandsschicht
(3) angeordnet ist, wenigstens an einzelnen Stellen (4) mit der Widerstandsschicht
(3) in leitendem Kontakt steht und wenigstens lokal (7) oberhalb der Widerstandsschicht
(3) einer abtragenden Behandlung zugänglich ist.
2. Abgleichwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht
(6) nicht über die Ränder der Widerstandsschicht (3) übersteht.
3. Abgleichwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht
(6) und die Widerstandsschicht (3) streifenförmig sind, und daß Anschlußkontakte an
entgegengesetzten Enden der Kontaktschicht (6) vorgesehen sind.
4. Abgleichwiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen zickzack-
oder mäanderförmig auf dem Substrat (1) angeordnet sind.
5. Abgleichwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Isolationsschicht (2) zwischen der Widerstandsschicht (3) und dem Substrat
(1) angeordnet ist.
6. Abgleichwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (3) zwischen dem Substrat (1) und einer Passivierungsschicht
(5) eingeschlossen ist, die Fenster (4) aufweist, durch die hindurch die Kontaktschicht
(6) die Widerstandsschicht berührt.
7. Abgleichwiderstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht
(6) jeweils zwischen zwei Fenstern (4) eine Engstelle (7) aufweist.
8. Abgleichwiderstand nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht
(6) an wenigstens einer Stelle (7) zwischen zwei Fenstern (4) durchtrennt ist.
9. Abgleichwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (3) aus einer Nickel-Chrom-Legierung, aus Platin oder
aus Poly-Silizium besteht.
10. Abgleichwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (6) eine Schicht aus Gold umfaßt.
11. Abgleichwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (6) eine Haftschicht und/oder eine Diffusionsbarriere an ihrer
Unterseite aufweist.
12. Widerstandsbrückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Abgleichwiderstand
(A1, A2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
13. Widerstandsbrückenschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente
(R1, R2, R3, R4) der Widerstandsbrückenschaltung und der Abgleichwiderstand (A1, A2)
auf einem gleichen Substrat (11) ausgebildet sind.
14. Sensor mit einem verformbaren Substrat (1,12) und wenigstens einem Widerstandselement
(R3, R4), dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstandselement (R3, R4) ein Abgleichwiderstand
(A1, A2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zugeordnet ist.
15. Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (R3, R4)
Teil einer Widerstandsbrückenschaltung ist.
16. Sensor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1,12) Teil
einer Druckkapsel ist.
17. Verfahren zum Herstellen eines Abgleichwiderstandes, bei dem eine Widerstandsschicht
(3) auf einem isolierten Substrat (1) abgeschieden und strukturiert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß über der Widerstandsschicht (3) in wenigstens lokalem Kontakt
mit dieser eine Kontaktschicht (6) gebildet wird, die eine bessere Leitfähigkeit als
die Widerstandsschicht hat.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Widerstandsschicht
(3) vor der Bildung der Kontaktschicht (6) eine Passivierungsschicht (5) aufgebracht
wird, die Fenster (4) zur Herstellung des lokalen Kontaktes aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (3) und/oder gegebenenfalls die Passivierungsschicht (5)
photolithographisch und/oder durch Laserbestrahlung strukturiert werden.
20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht
(6) durch Sputtern oder Aufdampfen erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (11) vor Erzeugung der Widerstandsschicht (3) eine Isolationsschicht
(12) durch Aufsputtern einer Siliziumschicht erzeugt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Material
der Kontaktschicht (6) durch eine Maske hindurch aufgebracht wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß für den
Abgleich des Abgleichwiderstandes (A1, A2) die Kontaktschicht (6) zwischen zwei Fenstern
(4) durchtrennt wird, um einen Stromfluß durch die Widerstandsschicht (3) zu erzwingen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrennung durch Laserablation
oder Funkenerosion erfolgt.