流体の沸点をダイレクトに求める方法
【課題】基板（２）に設けられた３次元の交差配置形電極構造体（４）において、流体の沸点をダイレクトに求める方法を提供する。
【解決手段】３次元の交差配置形電極構造体（４）内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗（４２）により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗（２４）を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求める。
【解決手段】３次元の交差配置形電極構造体（４）内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗（４２）により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗（２４）を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の沸点をダイレクトに求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体において導電率測定と容量測定を組み合わせて行うことは、たとえばガソリン／メタノール混合物の特性決定、ブレーキ流体中の水分含有量の測定、バッテリ酸性物質の分析、ならびにアルカリ性貯蔵量の測定によるオイル等級の決定において重要な意味をもつ。殊に導電率は温度依存性であるので、有利にはこのような分析を温度測定と組み合わせて行うことができる。ガソリン／メタノール混合物の特性決定のために導電率測定と容量測定と温度測定とを組み合わせて行うことは、Binder, J. (Sensors and Actuators A, Band 31, (1992), 60-67) によりすでに知られており、これはセンサとして実現されている。しかしながらこのセンサは大きく、しかも構造的にきわめて複雑なものである。
【非特許文献１】Binder, J. (Sensors and Actuators A, Band 31, (1992), 60-67)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
小さくしかも構造の簡単なセンサを用い、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体内で流体の沸点をダイレクトに求める方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によればこの課題は、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求めることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
有利には本発明によれば、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体を備え小さくしかも構造の簡単な構造のセンサが用いられる。この場合、集積された温度抵抗が付加的に設けられており、さらに有利には付加的に加熱抵抗も設けられている。有利にはメアンダ状に構成された温度抵抗は、液体または気体中の温度測定に用いられる。有利にはやはりメアンダ状に構成された加熱抵抗は、交差配置形電極構造体における各電極間の気体および液体を加熱するために用いられ、あるいは（たとえば圧力技術的に）電極構造体中に充填された感応材料を加熱するために用いられる。たとえばガソリン／メタノール混合物の分析やオイル監視のような用途によっては、構造を簡単にするため加熱抵抗を省略できる。
【０００６】
本発明によれば基板をシリコンにより形成するのが有利であり、その際、この基板がすでに集積された評価回路を有するように構成できる。しかし適用事例によっては、セラミクス、ガラスまたはプラスチックのような別の基板を使用するのも有利である。
【０００７】
本発明は微細化されたセンサを意図しており、これは多数の液体や気体の特性を決定するために使用することができ、この場合、ダイレクトに液体や気体中の導電率と容量の測定に基づき直接、あるいは各電極間の化学的に感応する物質の導電率と容量の測定に基づき、分析が行われる。有利には３次元の電極構造によりいっそう高いセンサ感度と障害に対する強さが得られ、さらに微細化も可能になる。本発明によるセンサはそれ自体公知のステップの組み合わせによって高い精度で製造することができ、基板としてシリコンを使用した場合、製造過程中に有利にはシリコン評価電子装置をいっしょにチップ（基板）上に集積することができる。
【０００８】
さらに本発明によれば有利には、交差配置形電極構造体の各電極間に感応層または多層組織が設けられる。この場合の用途としてたとえば湿度センサを実現することができ、これはポリマの析出により実現できる。ポリマが水を摂取することで比誘電率が変化し、このことは容量の変化により検出できる。交差配置形構造体の下に位置する加熱抵抗は、ポリマにたまった湿気を再び除去して感応層が新たに反応できるようにするために用いられる。湿度センサとしての用途のほかに、液体や気体の分析の分野における一般的な化学的センサも実現可能である。たとえば金属酸化物のような一連の感応層はその動作のために加熱する必要があり、このことをその下に位置する加熱抵抗により制御して温度抵抗により監視することができる。
【０００９】
本発明は、流体における誘電を直接求める方法に関する。この場合、実際の適用分野はたとえば、車両におけるブレーキ流体の品質の判定である。本発明の測定方法によれば、微細構造化された加熱抵抗を介して有利には３次元の交差配置形電極構造体内の小さい液体容積体が加熱され、いっしょに集積され微細構造化された温度抵抗を介して温度が測定される。交差配置形電極構造体を用いることにより、直流および種々の測定周波数において液体の容量と抵抗が求められる。これらの量は温度に依存するので、温度が上昇するにつれて容量がいっそう高くなり抵抗値がいっそう低くなる。液体の融点領域において逆の動作が生じる。この場合、加熱により抵抗値が上昇し、容量値が低下する。極端な事例では各電極間の液体が沸騰し、これに付随して気体が生成される。気泡は液体とは著しく異なる誘電特性をもっているので、沸騰により容量値の低下と抵抗値の上昇が明確に生じる。このような容量値と抵抗値の変化から、いっしょに集積されている温度抵抗を介して沸点温度が測定される。本発明によれば、有利には微細化された構造によって僅かな熱だけしか流体に取り込まれない。さらに、構造全体の熱容量が僅かであることから、秒レンジできわめて高速に測定を行うことができる。
【００１０】
さらに本発明によれば、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体を備えたセンサたとえば先に述べたセンサを製造するにあたり、有利には基板の一方の面上につまり表面または裏面に温度抵抗および必要に応じて加熱抵抗を配置し、これは有利にはプラチナ、ニッケル、ＴａＮｉまたは銀から成り、さらに基板の同じ面または別の面に、３次元の交差配置形電極構造体を配置し、これはたとえば腐食作用の強い媒体のためにはプラチナまたは金から成り、あるいは腐食作用の弱い媒体のためには銀、銅、ニッケル、アルミニウムから成る。この手法は、スパッタリング、エッチング、パッシベーション、直流めっきならびにホトリソグラフの種々のステップの組み合わせを意図している。この手法は既述の範囲内で、加熱抵抗の設けられていない簡略化されたセンサ構造の製造にも使用できる。
【００１１】
たとえば本発明によれば有利には、温度抵抗を基板の一方の面たとえば裏面に被着させ、電極をたとえば反対の面に被着させる前に、基板の両面にＳｉＯ2 とＳｉ3Ｎ4 を積層する。
【００１２】
殊に有利には、たとえば基板の裏面に温度抵抗を形成し、その際、有利には既存のＳｉＯ2 層とＳｉ3Ｎ4 層の上に、固着層およびプラチナ層をスパッタリングする。これに続いてレジスト材料を付着して構造化する。次に、温度抵抗を構造化するためプラチナ層をエッチングし、温度抵抗に対しＳｉＯ2 によりパッシベーションを施す。パッシベーションステップに続いて本発明の有利な実施形態によれば、温度係数を設定して安定化するため温度抵抗を焼き戻す。
【００１３】
さらに有利には、先の述べたような手法が設けられており、つまりこの場合、３次元の交差配置形電極構造体を有利には基板の表面に形成し、これはまずはじめに基板表面における電極領域をホトリソグラフにより規定する。そしてこのようにして規定された領域において、そこに有利には存在しているＳｉＯ2 層とＳｉ3Ｎ4 層をエッチングする。続いて固着および直流めっき開始層のスパッタリングを行う。さらにこのスパッタリングに続いて、電極構造体形成のため有利には厚いレジスト層が、レジストトレンチが形成されるよう構造化される。このようにして製造されたレジストトレンチを電極材料により直流めっきする。次にレジストマスクを除去し、直流めっき開始層をエッチングする。これに続いて電極構造体の領域においてシリコン基板を異方性エッチングした後、有利にはコンタクトパッドを露出させ、さらにセンサを個別化する。
【００１４】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１には、たとえばシリコン、ガラス、セラミクスまたはプラスチックから成る基板２が示されている。この基板２の上に、必要に応じて（基板としてシリコンを使用した場合には）別の絶縁・固着層１０２を介して、メアンダ状の加熱抵抗４２が構造化されて形成されており、その周囲にはやはりメアンダ状であり有利にはプラチナ、ニッケル、ＴａＮｉまたは銀から成る温度抵抗２４が配置されている。絶縁のため、加熱抵抗４２と温度抵抗２４の上にパッシベーション層１００が設けられている。この場合、熱伝導を改善するため、絶縁性が良好であることのほかに熱伝導性も良好な材料が使用される。パッシベーション層１００の上において加熱抵抗４２の上方に、立体的な交互配置形電極構造体４が設けられている。さらにこの図には固着および直流めっき開始層１１０も描かれている。
【００１６】
図２には本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図が示されており、ここでは基板２としてシリコンが使われる。このセンサは交互配置形電極構造体４、加熱抵抗４２、温度抵抗２４ならびに付加的な絶縁・固着・接触層を有している。流体ができるかぎり僅かにしか加熱されず、ひいてはセンサの電力損失も小さくすることができるようにする目的で、加熱抵抗４２、温度抵抗２４および交互配置形電極構造体４は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4 膜１０４上に配置されている。この膜１０４はシリコン基板２の異方性エッチングにより形成される。
【００１７】
図３にも本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図が示されており、この場合にはガラスまたはプラスチックが基板材料として使われる。センサは、交互配置形電極構造体４、加熱抵抗４２および温度抵抗２４ならびに付加的な絶縁・固着・接触層を有している。基板２の熱伝導性が僅かであることから（"熱絶縁体"であることから）、交互配置形電極構造体４内で加熱抵抗４２を介してほぼダイレクトに液体の加熱が行われる。加熱抵抗４２、温度抵抗２４および交互配置形電極構造体４を膜の上に配置する必要はない。
【００１８】
さらに図４および図５にも本発明において用いられるセンサを示す図がそれぞれ示されており、この場合、交差配置形電極４の間に感応層１０６つまり多層組織が析出されている。図４にはシリコン基板２の実施形態が示されているのに対し、図５にはセラミクス、ガラスまたはプラスチックのような他の基板材料のための構成が示されている。
【００１９】
図６には、既述のセンサの製造手法が示されている。
【００２０】
基板２としてシリコンを使用した製造プロセスは以下のプロセスステップを有している：
ａ）シリコン基板２の両面にＳｉＯ2 層３、Ｓｉ3Ｎ4 層２２を被着；
ｂ）基板裏面５上のＳｉＯ2 層３、Ｓｉ3Ｎ4 層２２を構造化（あとで行われる 膜エッチングの領域を規定する）；
ｃ）基板表面１上に固着・金属層（たとえばプラチナ）をスパッタリング；
ｄ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４を構造化；
ｅ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４の上に絶縁層１００を析出；
ｆ）温度係数を調整し安定化するためプラチナ抵抗の焼き戻し；
ｇ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４のため絶縁層１００に接触領域１５０を開口；
ｈ）絶縁層１００に固着および直流めっき開始層１１０をスパッタリング；
ｉ）交差配置形電極構造体４の電鋳として厚いレジスト層を構造化；
ｊ）レジストトレンチを金属により直流めっき；
ｋ）レジストマスクの除去および開始層のエッチング；
ｌ）必要に応じて交差配置形電極構造体４内に感応層を析出；
ｍ）基板裏面５からシリコン基板２の膜エッチング（異方性エッチング）；
ｎ）センサの個別化
シリコンの代わりにガラス、セラミクス、プラスチックのようなその他の基板材料を使用した場合、製造においてプロセスステップｃ）〜ｋ）およびｎ）だけが行われる。
【００２１】
次に、ステップａ）〜ｎ）について詳しく説明する。
ａ）について：この方法は両面が研磨されたシリコン基板２によって始められ、まず最初に熱酸化によりこの基板上にＳｉＯ2 層３が形成される。その上にＬＰＣＶＤにより薄いＳｉ3Ｎ4 層２２が析出される。酸化層および窒化層は基板２に対する絶縁として用いられ、あとで行われるステップにおいて基板裏面５のエッチマスクとして利用されることになる。これら両方の層の厚さは、シリコン基板２をあとでエッチングするとき（プロセスステップ１）に十分に安定した膜が形成され、層組織内部の引っ張り応力および圧縮ひずみが補償されるように選定する必要がある。
ｂ）について：基板裏面５にホトリソグラフ領域が規定され、そこにおいてＳｉ3Ｎ4 層がドライエッチングプロセスにより除去され、その下に位置するＳｉＯ2 層が湿式化学的に除去される。このようにしてマスクされていないシリコン領域において、あとで裏面５から膜がエッチングされる。
ｃ）について：次に、基板表面１に固着層がスパッタリングされ、次に金属層有利にはプラチナがスパッタリングされる。プラチナに対する固着層としてたとえばシリコンを用いることができるが、たとえばチタンのような別の金属を使うこともできる。
ｄ）について：プラチナ層上にスピン・オン（回転塗布）または積層によりレジスト材料が付着され、ホトリソグラフィステップにより構造化される。この場合、温度抵抗２４のレイアウトも加熱抵抗４２のレイアウトも含んでいるホトリソグラフマスクが用いられる。プラチナ層はレジストのない領域において、たとえば反応性イオンエッチングにより、あるいは湿式化学的な手法によりエッチングされる。これに続いてレジストマスクが除去される。
ｅ）について：このようにして温度抵抗２４と加熱抵抗４２の設けられた構造化されたプラチナ層上に、絶縁層１００が被着される。
ｆ）について：固有の温度係数の設定と長期間の安定性を得るため、プラチナ層を高温で人工的に老化させる。
ｇ）について：別のホトリソグラフィステップにより、絶縁層１００においてウェットエッチングによってコンタクトパッドの領域に窓１５０が開けられる。次にホトレジストが除去される。
ｈ）について：基板全面１に固着および直流めっき開始層１１０が付着される。この場合、典型的には、ＣｒとＡｕから成る層組織またはＴｉ，タングステンおよびＡｕから成る層組織を用いることができる。耐腐食性に対し著しく高い要求が課される場合、開始層として裏面５と同様にプラチナを付着することができる。
ｉ）について：スピン・オン（回転塗布）または積層により厚いレジスト層が付着されて、リソグラフまたはエッチングにより構造化される。これにより電極構造体４はトレンチとして形成される。
ｊ）について：レジストトレンチが直流めっきにより充填される。析出すべき材料は個々の適用事例に依存する。腐食作用の強い媒体の場合には電極材料としてプラチナおよび金が用いられるし、要求が低ければ銀、銅またはアルミニウムを使用できる。プロセスステップｈ）で付着される開始層は、直流めっきすべき金属にそれぞれ依存する。
ｋ）について：レジスト層の除去後、開始層１１０は電極領域外で選択的にまたはディファレンシャルエッチングにより除去される。これにより、各電極間の電気接続が切られる。
ｌ）について：たとえば湿度センサまたは化学的に感応するセンサにおいて適用される場合、このプロセスステップにおいて交差配置形電極４間に感応材料が析出される。これはたとえばスクリーン印刷、回転塗布またはＣＶＤプロセスにより行える。場合によっては、エッチングステップまたはホトリソグラフ手法により感応層の構造化が必要である。
ｍ）について：基板表面１がエッチング溶液により分離されて保護されるような特別なエッチング剤を使用することで、シリコンウェハが裏面５から異方性エッチングされる（ＫＯＨまたはＴＭＡＨエッチング）。このステップにより膜が実現される。マスクとしてステップｂ）で構造化された窒化層／酸化層３，２２が用いられる。
ｎ）について：エッチング完了後、ウェハ上のセンサがのこぎりびきにより個別化される。
【００２２】
ガラス、セラミクス、プラスチックのような他の基板材料を使用した場合も同様の方法がとられ、この場合、ステップａ），ｂ），ｌ），ｍ）は代わりのステップを用いることなく省略される。基板に対する要求は、基板表面１の平坦さが良好であることと粗さが僅かなことだけである。
【００２３】
図７には、本発明による方法で用いられるセンサの最も簡単な実施形態が示されており、この場合、加熱抵抗４２は省略される。たとえばガソリン／メタノール混合物の分析、冷却流体またはエンジンオイルの監視のようないくつかの適用事例のためには、流体の加熱は不必要である。この場合、全体構造において加熱抵抗４２を省くことができる。さらにこの場合、センサの熱容量が低いことは重要ではないので、膜のエッチングも省略されるが、図６に示されているような製造順序はほぼそのまま保持される。なぜならば、加熱抵抗４２も温度抵抗２４も１つのプロセスステップ中で構造化されるからである。プロセスステップｂ）とｍ）は省略される。センサ構造（図７）における加熱抵抗４２の省略により、交差配置形電極４を基板側からも露出させることができ、これにより流体との結合がいっそう良好になり、ひいてはセンサ感度を高めることができる。基板を貫通してエッチングされた部分１２０は、湿式化学的手法でＫＯＨエッチングまたはＴＭＡＨエッチングにより実現される。もちろん、貫通してエッチングされたこのような部分１２０を省いてもよい。この構造体の製造については、図６に示されているようにして行われる。また、レイアウト（プラチナ抵抗２４は交差配置形電極４のすぐ下には配置されていない）のほかに、プロセスステップにおいてステップｂ）とｍ）が変えられる：
ｂ）このプロセスステップにおいて基板表面１上の窒化物層２２と酸化物層３の領域に、あとに続くシリコン基板２の異方性エッチングのための窓が開けられる。
ｍ）基板表面１上に残されていてステップｂ）において構造化された窒化物層２２と酸化物層３はこの製造ステップにおいて、ＫＯＨまたはＴＭＡＨによるシリコンウェハのエッチング１２０のためのマスクとして用いられる。エッチングにあたりマスクの一部分も除去されるので、Ｓｉ3Ｎ4 層２２とＳｉＯ2 層３の層厚を十分なものにしておく必要がある。
【００２４】
交差配置形電極４と温度抵抗２４の配置を１つの基板面上に配置することのほかに、それら両方の素子を基板２のそれぞれ異なる面上に配置させることもできる。このことは、温度抵抗２４がそのパッシベーション層１００も含めて流体とじかに接触させないようにする場合に有利である。この適用事例のために本発明によればセンサケーシングが設けられており、これによれば交差配置形電極構造体４だけしか流体と接触しない。
【００２５】
図８には、シリコンから成る基板２の表面１が示されている。表面１上において、コンタクトパッド８の間に金から成る交差配置形電極構造体４が配置されている。交差配置形電極構造体４は基板２を貫通してエッチングされた領域６に配置されていて、これは基板２全体を通り抜ける開口部を成しているので、電極構造体は貫通してエッチングされた領域６にわたりむき出しのままで配置されている。このことは汚れを避けるのに役立つし、流体と電極構造体４をいっそう良好に結合させるのに役立つ。さらにこの図には、絶縁・固着・接触層１０と、基板２の裏面５におけるプラチナ温度抵抗２４が示されている。
【００２６】
図９には基板２の裏面５が示されている。この図には基板２の表面１に配置された交差配置形電極構造体４が示されており、これは貫通してエッチングされた領域６を通して見ることができる。さらに図９には、基板の裏面５に設けられたプラチナ温度抵抗２４の配置構成も示されている。この温度抵抗２４はメアンダ状に配置されていて、気体または液体における温度を測定するために用いられる。温度抵抗２４にはＳｉＯ2 層１８によりパッシベーションが施されている。また、この図には、温度抵抗２４の側方に配置された接触電極１６ならびに絶縁・固着・接触層１４も示されている。
【００２７】
図１０には、本発明による方法において用いられるセンサの製造手法が示されている。
【００２８】
図１０のＡ）に示されているように、まずはじめに両面の研磨されたシリコンから成る基板２の両面に、ＳｉＯ2 層３とＳｉ3Ｎ4 層２２が被着される。最初に基板２において熱酸化により両方の面１，５上にＳｉＯ2 層３が形成される。次に、やはり両方の面１，５上に、ＬＰＣＶＤにより薄いＳｉ3Ｎ4 層２２が析出される。ＳｉＯ2 層３およびＳｉ3Ｎ4 層２２は基板２を絶縁するために用いられ、あとのステップでは基板表面１におけるエッチマスクとして用いられる。これらの層３，２２の厚さは、シリコン基板２をあとでエッチングしたときに完全には除去されず、また、層組織内部の引っ張り応力ならびに圧縮ひずみが補償されるように選定する必要がある。
【００２９】
次に、基板２の裏面５に配置されたＳｉ3Ｎ4 層２２上に固着層が形成され、次にプラチナ層２４０がスパッタリングされる。固着層としてたとえばシリコンを使用できるが、チタンのような他の金属を使うこともできる。
【００３０】
続いて、プラチナ層２４０上に回転塗布または積層によりレジスト材料２６が付着され、ホトリソグラフィステップまたはエッチングステップにより構造化される。エッチングの場合には付加的なマスクを取り付けて構造化する必要がある。このステップのためにいずれにせよホトリソグラフのマスクが用いられ、これは温度抵抗の構造を映すものである。次に、レジストのない領域にたとえば反応性イオンビームエッチングまたは湿式化学的手法によりプラチナ層２４０がエッチングされる。これに続いて、レジスト材料２６から成るマスクが除去される（図１０のＢ）。
【００３１】
そしてプラチナ層２４０から構造化された温度抵抗２４上に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 層１８が析出される。ＳｉＯ2 層１８はパッシベーションとして用いられ、後続の焼き戻しステップにおけるプラチナの凝固を防ぐ。焼き戻しステップにおいて、温度抵抗２４は高温により人工的に老化され、これにより固有温度係数の調整ならびに長期間の安定性が得られる（２４′，図１０Ｃ）。
【００３２】
図１０のＢには、交差配置形電極構造体４を製造するための第１のステップが示されている。まずはじめに基板表面１上に、ホトリソグラフによりホトレジスト材料３２を用いて切り欠き３１が規定される。この形態は実質的に基板２を貫通してエッチングされた領域６に対応する。これに加えて基板裏面５が保護ラッカで覆われる。ホトレジスト材料３２で保護されていない領域においてＳｉＯ2 層３とＳｉ3Ｎ4 層２２が除去され、これは湿式化学的なエッチングやドライエッチングにより行われる。次に、基板２の裏面５における図示されていないホトレジスト材料および基板２の表面１におけるホトレジスト材料３２が除去される。
【００３３】
続いて、基板２の表面１に固着および直流めっき開始層３４がスパッタリングされる。この固着および直流めっき開始層３４は、クロムおよび金またはチタン、タングステンおよび金から成る層組織とすることができる。耐腐食性に関してきわめて高い要求が課されている場合にはプラチナを使用することもでき、これは裏面５について述べたのと同じやり方で取り付けることができる。固着および直流めっき開始層３４が取り付けられた後、回転塗布または積層により厚いレジスト層３６が取り付けられ、これは次にホトリソグラフまたはエッチングにより構造化される。このようにして、電極４の構造はトレンチ３８として定められる（図１０のＣ）。
【００３４】
次にトレンチ３８が電気的に充填されるが、この場合、析出すべき金属は個々の用途に依存する（図１０Ｄ）。腐食作用の強い媒体のためには電極としてプラチナまたは金が考慮されるし、他方、耐腐食性に対する要求が僅かであれば銀、銅またはアルミニウムを使用できる。直流めっきされる使用すべき金属は、固着および直流めっき開始層３４の形成のために考慮される材料を選択する際にも留意しなければならない。
【００３５】
レジスト層３６の除去後、電極領域の外側において固着および直流めっき開始層３４が選択的にまたはディファレンシャルエッチングにより除去される。これにより、電極構造体４における各電極間の電気的な接続が切られる（図１０Ｄ）。
【００３６】
そして基板２の表面１に残っている構造化されたＳｉ3Ｎ4 層２２とＳｉＯ2 層３が、次に続くエッチングステップにおいてＫＡＨまたはＴＭＡＨにより基板２を貫通してエッチングするためのマスクとして用いられる（１０Ｅ）。このエッチングステップにおいて層３と層２２の一部分も除去されるので、それらの層の厚さを十分なものにしておく必要がある。プラチナ温度抵抗２４を有するセンサの裏面５もこのステップ中、ここには図示されていないマスクを用いて同様に保護する必要がある。
【００３７】
このエッチングステップの完了後、別のホトリソグラフステップにおいて、ＳｉＯ2 層により覆われたコンタクトパッドが基板２の裏面５の上に露出させられ、その後、このようにして製造されたセンサが個別化される。
【００３８】
本発明によれば有利には、電極構造体４の領域においてセンサ材料を析出することにより、またはセンサ物質または触媒作用を成す物質を用いて電極構造体４を積層することにより、あるいは電極構造体４をざらざらにすることにより、本発明によるセンサの動作機能性を拡げることができる。また、電極構造体４における各電極間の空間をセンサ物質で充填するようにしているかぎりは、基板２の貫通エッチングを省略できることはいうまでもない。
【００３９】
既述のやり方つまりホトリソグラフによるステップと電気的なステップとの組み合わせにより、高い精度ならびに高い生産量でセンサを製造することができる。有利にはこの方法を、シリコン評価電子装置をいっしょに基板２上に集積できるような順序で実施できる。また、既述の構造化手法によって任意の電極形状を実現できるし、アレイも実現できる。電気的なステップ中、用途に応じて任意の金属または合金を析出させることができ、したがって本発明によるセンサを特性決定すべき媒体に合わせて良好に整合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明において用いられるセンサを示す図
【図２】シリコン基板をベースとした、本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図
【図３】ガラス、セラミクスまたはプラスチックの基板をベースとした、本発明において用いられるセンサを側方から見た図
【図４】シリコン基板をベースとし交差配置形構造体内に感応層が設けられている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図５】ガラス、セラミクスまたはプラスチックの基板をベースとし交差配置形構造体内に感応層が設けられている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図６】本発明において用いられるセンサの製造手法を示す図
【図７】加熱抵抗が設けられておらず、温度抵抗と交差配置形電極が基板の一方の面に設けられており、そこにおいて基板が貫通してエッチングされている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図８】加熱抵抗が設けられておらず基板が貫通してエッチングされており、温度抵抗と交差配置形電極はそれぞれ異なる基板面に設けられている、本発明によるセンサの表面を示す図
【図９】加熱抵抗が設けられておらず基板が貫通してエッチングされており、温度抵抗と交差配置形電極がそれぞれ異なる基板面に設けられている、本発明において用いられるンサの裏面を示す図
【図１０】加熱抵抗が設けられておらず基板の両面に構造化された本発明において用いられるセンサを製造するステップを示す図
【符号の説明】
【００４１】
１ 基板表面
２ 基板
３ ＳｉＯ2 層
４ 交差配置形電極構造体
５ 基板裏面
６ 貫通されたエッチング領域
２２ Ｓｉ3Ｎ4 層
２４ 温度抵抗
４２ 加熱抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の沸点をダイレクトに求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体において導電率測定と容量測定を組み合わせて行うことは、たとえばガソリン／メタノール混合物の特性決定、ブレーキ流体中の水分含有量の測定、バッテリ酸性物質の分析、ならびにアルカリ性貯蔵量の測定によるオイル等級の決定において重要な意味をもつ。殊に導電率は温度依存性であるので、有利にはこのような分析を温度測定と組み合わせて行うことができる。ガソリン／メタノール混合物の特性決定のために導電率測定と容量測定と温度測定とを組み合わせて行うことは、Binder, J. (Sensors and Actuators A, Band 31, (1992), 60-67) によりすでに知られており、これはセンサとして実現されている。しかしながらこのセンサは大きく、しかも構造的にきわめて複雑なものである。
【非特許文献１】Binder, J. (Sensors and Actuators A, Band 31, (1992), 60-67)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
小さくしかも構造の簡単なセンサを用い、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体内で流体の沸点をダイレクトに求める方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によればこの課題は、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求めることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
有利には本発明によれば、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体を備え小さくしかも構造の簡単な構造のセンサが用いられる。この場合、集積された温度抵抗が付加的に設けられており、さらに有利には付加的に加熱抵抗も設けられている。有利にはメアンダ状に構成された温度抵抗は、液体または気体中の温度測定に用いられる。有利にはやはりメアンダ状に構成された加熱抵抗は、交差配置形電極構造体における各電極間の気体および液体を加熱するために用いられ、あるいは（たとえば圧力技術的に）電極構造体中に充填された感応材料を加熱するために用いられる。たとえばガソリン／メタノール混合物の分析やオイル監視のような用途によっては、構造を簡単にするため加熱抵抗を省略できる。
【０００６】
本発明によれば基板をシリコンにより形成するのが有利であり、その際、この基板がすでに集積された評価回路を有するように構成できる。しかし適用事例によっては、セラミクス、ガラスまたはプラスチックのような別の基板を使用するのも有利である。
【０００７】
本発明は微細化されたセンサを意図しており、これは多数の液体や気体の特性を決定するために使用することができ、この場合、ダイレクトに液体や気体中の導電率と容量の測定に基づき直接、あるいは各電極間の化学的に感応する物質の導電率と容量の測定に基づき、分析が行われる。有利には３次元の電極構造によりいっそう高いセンサ感度と障害に対する強さが得られ、さらに微細化も可能になる。本発明によるセンサはそれ自体公知のステップの組み合わせによって高い精度で製造することができ、基板としてシリコンを使用した場合、製造過程中に有利にはシリコン評価電子装置をいっしょにチップ（基板）上に集積することができる。
【０００８】
さらに本発明によれば有利には、交差配置形電極構造体の各電極間に感応層または多層組織が設けられる。この場合の用途としてたとえば湿度センサを実現することができ、これはポリマの析出により実現できる。ポリマが水を摂取することで比誘電率が変化し、このことは容量の変化により検出できる。交差配置形構造体の下に位置する加熱抵抗は、ポリマにたまった湿気を再び除去して感応層が新たに反応できるようにするために用いられる。湿度センサとしての用途のほかに、液体や気体の分析の分野における一般的な化学的センサも実現可能である。たとえば金属酸化物のような一連の感応層はその動作のために加熱する必要があり、このことをその下に位置する加熱抵抗により制御して温度抵抗により監視することができる。
【０００９】
本発明は、流体における誘電を直接求める方法に関する。この場合、実際の適用分野はたとえば、車両におけるブレーキ流体の品質の判定である。本発明の測定方法によれば、微細構造化された加熱抵抗を介して有利には３次元の交差配置形電極構造体内の小さい液体容積体が加熱され、いっしょに集積され微細構造化された温度抵抗を介して温度が測定される。交差配置形電極構造体を用いることにより、直流および種々の測定周波数において液体の容量と抵抗が求められる。これらの量は温度に依存するので、温度が上昇するにつれて容量がいっそう高くなり抵抗値がいっそう低くなる。液体の融点領域において逆の動作が生じる。この場合、加熱により抵抗値が上昇し、容量値が低下する。極端な事例では各電極間の液体が沸騰し、これに付随して気体が生成される。気泡は液体とは著しく異なる誘電特性をもっているので、沸騰により容量値の低下と抵抗値の上昇が明確に生じる。このような容量値と抵抗値の変化から、いっしょに集積されている温度抵抗を介して沸点温度が測定される。本発明によれば、有利には微細化された構造によって僅かな熱だけしか流体に取り込まれない。さらに、構造全体の熱容量が僅かであることから、秒レンジできわめて高速に測定を行うことができる。
【００１０】
さらに本発明によれば、基板に設けられた３次元の交差配置形電極構造体を備えたセンサたとえば先に述べたセンサを製造するにあたり、有利には基板の一方の面上につまり表面または裏面に温度抵抗および必要に応じて加熱抵抗を配置し、これは有利にはプラチナ、ニッケル、ＴａＮｉまたは銀から成り、さらに基板の同じ面または別の面に、３次元の交差配置形電極構造体を配置し、これはたとえば腐食作用の強い媒体のためにはプラチナまたは金から成り、あるいは腐食作用の弱い媒体のためには銀、銅、ニッケル、アルミニウムから成る。この手法は、スパッタリング、エッチング、パッシベーション、直流めっきならびにホトリソグラフの種々のステップの組み合わせを意図している。この手法は既述の範囲内で、加熱抵抗の設けられていない簡略化されたセンサ構造の製造にも使用できる。
【００１１】
たとえば本発明によれば有利には、温度抵抗を基板の一方の面たとえば裏面に被着させ、電極をたとえば反対の面に被着させる前に、基板の両面にＳｉＯ2 とＳｉ3Ｎ4 を積層する。
【００１２】
殊に有利には、たとえば基板の裏面に温度抵抗を形成し、その際、有利には既存のＳｉＯ2 層とＳｉ3Ｎ4 層の上に、固着層およびプラチナ層をスパッタリングする。これに続いてレジスト材料を付着して構造化する。次に、温度抵抗を構造化するためプラチナ層をエッチングし、温度抵抗に対しＳｉＯ2 によりパッシベーションを施す。パッシベーションステップに続いて本発明の有利な実施形態によれば、温度係数を設定して安定化するため温度抵抗を焼き戻す。
【００１３】
さらに有利には、先の述べたような手法が設けられており、つまりこの場合、３次元の交差配置形電極構造体を有利には基板の表面に形成し、これはまずはじめに基板表面における電極領域をホトリソグラフにより規定する。そしてこのようにして規定された領域において、そこに有利には存在しているＳｉＯ2 層とＳｉ3Ｎ4 層をエッチングする。続いて固着および直流めっき開始層のスパッタリングを行う。さらにこのスパッタリングに続いて、電極構造体形成のため有利には厚いレジスト層が、レジストトレンチが形成されるよう構造化される。このようにして製造されたレジストトレンチを電極材料により直流めっきする。次にレジストマスクを除去し、直流めっき開始層をエッチングする。これに続いて電極構造体の領域においてシリコン基板を異方性エッチングした後、有利にはコンタクトパッドを露出させ、さらにセンサを個別化する。
【００１４】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１には、たとえばシリコン、ガラス、セラミクスまたはプラスチックから成る基板２が示されている。この基板２の上に、必要に応じて（基板としてシリコンを使用した場合には）別の絶縁・固着層１０２を介して、メアンダ状の加熱抵抗４２が構造化されて形成されており、その周囲にはやはりメアンダ状であり有利にはプラチナ、ニッケル、ＴａＮｉまたは銀から成る温度抵抗２４が配置されている。絶縁のため、加熱抵抗４２と温度抵抗２４の上にパッシベーション層１００が設けられている。この場合、熱伝導を改善するため、絶縁性が良好であることのほかに熱伝導性も良好な材料が使用される。パッシベーション層１００の上において加熱抵抗４２の上方に、立体的な交互配置形電極構造体４が設けられている。さらにこの図には固着および直流めっき開始層１１０も描かれている。
【００１６】
図２には本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図が示されており、ここでは基板２としてシリコンが使われる。このセンサは交互配置形電極構造体４、加熱抵抗４２、温度抵抗２４ならびに付加的な絶縁・固着・接触層を有している。流体ができるかぎり僅かにしか加熱されず、ひいてはセンサの電力損失も小さくすることができるようにする目的で、加熱抵抗４２、温度抵抗２４および交互配置形電極構造体４は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4 膜１０４上に配置されている。この膜１０４はシリコン基板２の異方性エッチングにより形成される。
【００１７】
図３にも本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図が示されており、この場合にはガラスまたはプラスチックが基板材料として使われる。センサは、交互配置形電極構造体４、加熱抵抗４２および温度抵抗２４ならびに付加的な絶縁・固着・接触層を有している。基板２の熱伝導性が僅かであることから（"熱絶縁体"であることから）、交互配置形電極構造体４内で加熱抵抗４２を介してほぼダイレクトに液体の加熱が行われる。加熱抵抗４２、温度抵抗２４および交互配置形電極構造体４を膜の上に配置する必要はない。
【００１８】
さらに図４および図５にも本発明において用いられるセンサを示す図がそれぞれ示されており、この場合、交差配置形電極４の間に感応層１０６つまり多層組織が析出されている。図４にはシリコン基板２の実施形態が示されているのに対し、図５にはセラミクス、ガラスまたはプラスチックのような他の基板材料のための構成が示されている。
【００１９】
図６には、既述のセンサの製造手法が示されている。
【００２０】
基板２としてシリコンを使用した製造プロセスは以下のプロセスステップを有している：
ａ）シリコン基板２の両面にＳｉＯ2 層３、Ｓｉ3Ｎ4 層２２を被着；
ｂ）基板裏面５上のＳｉＯ2 層３、Ｓｉ3Ｎ4 層２２を構造化（あとで行われる 膜エッチングの領域を規定する）；
ｃ）基板表面１上に固着・金属層（たとえばプラチナ）をスパッタリング；
ｄ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４を構造化；
ｅ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４の上に絶縁層１００を析出；
ｆ）温度係数を調整し安定化するためプラチナ抵抗の焼き戻し；
ｇ）加熱抵抗４２と温度抵抗２４のため絶縁層１００に接触領域１５０を開口；
ｈ）絶縁層１００に固着および直流めっき開始層１１０をスパッタリング；
ｉ）交差配置形電極構造体４の電鋳として厚いレジスト層を構造化；
ｊ）レジストトレンチを金属により直流めっき；
ｋ）レジストマスクの除去および開始層のエッチング；
ｌ）必要に応じて交差配置形電極構造体４内に感応層を析出；
ｍ）基板裏面５からシリコン基板２の膜エッチング（異方性エッチング）；
ｎ）センサの個別化
シリコンの代わりにガラス、セラミクス、プラスチックのようなその他の基板材料を使用した場合、製造においてプロセスステップｃ）〜ｋ）およびｎ）だけが行われる。
【００２１】
次に、ステップａ）〜ｎ）について詳しく説明する。
ａ）について：この方法は両面が研磨されたシリコン基板２によって始められ、まず最初に熱酸化によりこの基板上にＳｉＯ2 層３が形成される。その上にＬＰＣＶＤにより薄いＳｉ3Ｎ4 層２２が析出される。酸化層および窒化層は基板２に対する絶縁として用いられ、あとで行われるステップにおいて基板裏面５のエッチマスクとして利用されることになる。これら両方の層の厚さは、シリコン基板２をあとでエッチングするとき（プロセスステップ１）に十分に安定した膜が形成され、層組織内部の引っ張り応力および圧縮ひずみが補償されるように選定する必要がある。
ｂ）について：基板裏面５にホトリソグラフ領域が規定され、そこにおいてＳｉ3Ｎ4 層がドライエッチングプロセスにより除去され、その下に位置するＳｉＯ2 層が湿式化学的に除去される。このようにしてマスクされていないシリコン領域において、あとで裏面５から膜がエッチングされる。
ｃ）について：次に、基板表面１に固着層がスパッタリングされ、次に金属層有利にはプラチナがスパッタリングされる。プラチナに対する固着層としてたとえばシリコンを用いることができるが、たとえばチタンのような別の金属を使うこともできる。
ｄ）について：プラチナ層上にスピン・オン（回転塗布）または積層によりレジスト材料が付着され、ホトリソグラフィステップにより構造化される。この場合、温度抵抗２４のレイアウトも加熱抵抗４２のレイアウトも含んでいるホトリソグラフマスクが用いられる。プラチナ層はレジストのない領域において、たとえば反応性イオンエッチングにより、あるいは湿式化学的な手法によりエッチングされる。これに続いてレジストマスクが除去される。
ｅ）について：このようにして温度抵抗２４と加熱抵抗４２の設けられた構造化されたプラチナ層上に、絶縁層１００が被着される。
ｆ）について：固有の温度係数の設定と長期間の安定性を得るため、プラチナ層を高温で人工的に老化させる。
ｇ）について：別のホトリソグラフィステップにより、絶縁層１００においてウェットエッチングによってコンタクトパッドの領域に窓１５０が開けられる。次にホトレジストが除去される。
ｈ）について：基板全面１に固着および直流めっき開始層１１０が付着される。この場合、典型的には、ＣｒとＡｕから成る層組織またはＴｉ，タングステンおよびＡｕから成る層組織を用いることができる。耐腐食性に対し著しく高い要求が課される場合、開始層として裏面５と同様にプラチナを付着することができる。
ｉ）について：スピン・オン（回転塗布）または積層により厚いレジスト層が付着されて、リソグラフまたはエッチングにより構造化される。これにより電極構造体４はトレンチとして形成される。
ｊ）について：レジストトレンチが直流めっきにより充填される。析出すべき材料は個々の適用事例に依存する。腐食作用の強い媒体の場合には電極材料としてプラチナおよび金が用いられるし、要求が低ければ銀、銅またはアルミニウムを使用できる。プロセスステップｈ）で付着される開始層は、直流めっきすべき金属にそれぞれ依存する。
ｋ）について：レジスト層の除去後、開始層１１０は電極領域外で選択的にまたはディファレンシャルエッチングにより除去される。これにより、各電極間の電気接続が切られる。
ｌ）について：たとえば湿度センサまたは化学的に感応するセンサにおいて適用される場合、このプロセスステップにおいて交差配置形電極４間に感応材料が析出される。これはたとえばスクリーン印刷、回転塗布またはＣＶＤプロセスにより行える。場合によっては、エッチングステップまたはホトリソグラフ手法により感応層の構造化が必要である。
ｍ）について：基板表面１がエッチング溶液により分離されて保護されるような特別なエッチング剤を使用することで、シリコンウェハが裏面５から異方性エッチングされる（ＫＯＨまたはＴＭＡＨエッチング）。このステップにより膜が実現される。マスクとしてステップｂ）で構造化された窒化層／酸化層３，２２が用いられる。
ｎ）について：エッチング完了後、ウェハ上のセンサがのこぎりびきにより個別化される。
【００２２】
ガラス、セラミクス、プラスチックのような他の基板材料を使用した場合も同様の方法がとられ、この場合、ステップａ），ｂ），ｌ），ｍ）は代わりのステップを用いることなく省略される。基板に対する要求は、基板表面１の平坦さが良好であることと粗さが僅かなことだけである。
【００２３】
図７には、本発明による方法で用いられるセンサの最も簡単な実施形態が示されており、この場合、加熱抵抗４２は省略される。たとえばガソリン／メタノール混合物の分析、冷却流体またはエンジンオイルの監視のようないくつかの適用事例のためには、流体の加熱は不必要である。この場合、全体構造において加熱抵抗４２を省くことができる。さらにこの場合、センサの熱容量が低いことは重要ではないので、膜のエッチングも省略されるが、図６に示されているような製造順序はほぼそのまま保持される。なぜならば、加熱抵抗４２も温度抵抗２４も１つのプロセスステップ中で構造化されるからである。プロセスステップｂ）とｍ）は省略される。センサ構造（図７）における加熱抵抗４２の省略により、交差配置形電極４を基板側からも露出させることができ、これにより流体との結合がいっそう良好になり、ひいてはセンサ感度を高めることができる。基板を貫通してエッチングされた部分１２０は、湿式化学的手法でＫＯＨエッチングまたはＴＭＡＨエッチングにより実現される。もちろん、貫通してエッチングされたこのような部分１２０を省いてもよい。この構造体の製造については、図６に示されているようにして行われる。また、レイアウト（プラチナ抵抗２４は交差配置形電極４のすぐ下には配置されていない）のほかに、プロセスステップにおいてステップｂ）とｍ）が変えられる：
ｂ）このプロセスステップにおいて基板表面１上の窒化物層２２と酸化物層３の領域に、あとに続くシリコン基板２の異方性エッチングのための窓が開けられる。
ｍ）基板表面１上に残されていてステップｂ）において構造化された窒化物層２２と酸化物層３はこの製造ステップにおいて、ＫＯＨまたはＴＭＡＨによるシリコンウェハのエッチング１２０のためのマスクとして用いられる。エッチングにあたりマスクの一部分も除去されるので、Ｓｉ3Ｎ4 層２２とＳｉＯ2 層３の層厚を十分なものにしておく必要がある。
【００２４】
交差配置形電極４と温度抵抗２４の配置を１つの基板面上に配置することのほかに、それら両方の素子を基板２のそれぞれ異なる面上に配置させることもできる。このことは、温度抵抗２４がそのパッシベーション層１００も含めて流体とじかに接触させないようにする場合に有利である。この適用事例のために本発明によればセンサケーシングが設けられており、これによれば交差配置形電極構造体４だけしか流体と接触しない。
【００２５】
図８には、シリコンから成る基板２の表面１が示されている。表面１上において、コンタクトパッド８の間に金から成る交差配置形電極構造体４が配置されている。交差配置形電極構造体４は基板２を貫通してエッチングされた領域６に配置されていて、これは基板２全体を通り抜ける開口部を成しているので、電極構造体は貫通してエッチングされた領域６にわたりむき出しのままで配置されている。このことは汚れを避けるのに役立つし、流体と電極構造体４をいっそう良好に結合させるのに役立つ。さらにこの図には、絶縁・固着・接触層１０と、基板２の裏面５におけるプラチナ温度抵抗２４が示されている。
【００２６】
図９には基板２の裏面５が示されている。この図には基板２の表面１に配置された交差配置形電極構造体４が示されており、これは貫通してエッチングされた領域６を通して見ることができる。さらに図９には、基板の裏面５に設けられたプラチナ温度抵抗２４の配置構成も示されている。この温度抵抗２４はメアンダ状に配置されていて、気体または液体における温度を測定するために用いられる。温度抵抗２４にはＳｉＯ2 層１８によりパッシベーションが施されている。また、この図には、温度抵抗２４の側方に配置された接触電極１６ならびに絶縁・固着・接触層１４も示されている。
【００２７】
図１０には、本発明による方法において用いられるセンサの製造手法が示されている。
【００２８】
図１０のＡ）に示されているように、まずはじめに両面の研磨されたシリコンから成る基板２の両面に、ＳｉＯ2 層３とＳｉ3Ｎ4 層２２が被着される。最初に基板２において熱酸化により両方の面１，５上にＳｉＯ2 層３が形成される。次に、やはり両方の面１，５上に、ＬＰＣＶＤにより薄いＳｉ3Ｎ4 層２２が析出される。ＳｉＯ2 層３およびＳｉ3Ｎ4 層２２は基板２を絶縁するために用いられ、あとのステップでは基板表面１におけるエッチマスクとして用いられる。これらの層３，２２の厚さは、シリコン基板２をあとでエッチングしたときに完全には除去されず、また、層組織内部の引っ張り応力ならびに圧縮ひずみが補償されるように選定する必要がある。
【００２９】
次に、基板２の裏面５に配置されたＳｉ3Ｎ4 層２２上に固着層が形成され、次にプラチナ層２４０がスパッタリングされる。固着層としてたとえばシリコンを使用できるが、チタンのような他の金属を使うこともできる。
【００３０】
続いて、プラチナ層２４０上に回転塗布または積層によりレジスト材料２６が付着され、ホトリソグラフィステップまたはエッチングステップにより構造化される。エッチングの場合には付加的なマスクを取り付けて構造化する必要がある。このステップのためにいずれにせよホトリソグラフのマスクが用いられ、これは温度抵抗の構造を映すものである。次に、レジストのない領域にたとえば反応性イオンビームエッチングまたは湿式化学的手法によりプラチナ層２４０がエッチングされる。これに続いて、レジスト材料２６から成るマスクが除去される（図１０のＢ）。
【００３１】
そしてプラチナ層２４０から構造化された温度抵抗２４上に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 層１８が析出される。ＳｉＯ2 層１８はパッシベーションとして用いられ、後続の焼き戻しステップにおけるプラチナの凝固を防ぐ。焼き戻しステップにおいて、温度抵抗２４は高温により人工的に老化され、これにより固有温度係数の調整ならびに長期間の安定性が得られる（２４′，図１０Ｃ）。
【００３２】
図１０のＢには、交差配置形電極構造体４を製造するための第１のステップが示されている。まずはじめに基板表面１上に、ホトリソグラフによりホトレジスト材料３２を用いて切り欠き３１が規定される。この形態は実質的に基板２を貫通してエッチングされた領域６に対応する。これに加えて基板裏面５が保護ラッカで覆われる。ホトレジスト材料３２で保護されていない領域においてＳｉＯ2 層３とＳｉ3Ｎ4 層２２が除去され、これは湿式化学的なエッチングやドライエッチングにより行われる。次に、基板２の裏面５における図示されていないホトレジスト材料および基板２の表面１におけるホトレジスト材料３２が除去される。
【００３３】
続いて、基板２の表面１に固着および直流めっき開始層３４がスパッタリングされる。この固着および直流めっき開始層３４は、クロムおよび金またはチタン、タングステンおよび金から成る層組織とすることができる。耐腐食性に関してきわめて高い要求が課されている場合にはプラチナを使用することもでき、これは裏面５について述べたのと同じやり方で取り付けることができる。固着および直流めっき開始層３４が取り付けられた後、回転塗布または積層により厚いレジスト層３６が取り付けられ、これは次にホトリソグラフまたはエッチングにより構造化される。このようにして、電極４の構造はトレンチ３８として定められる（図１０のＣ）。
【００３４】
次にトレンチ３８が電気的に充填されるが、この場合、析出すべき金属は個々の用途に依存する（図１０Ｄ）。腐食作用の強い媒体のためには電極としてプラチナまたは金が考慮されるし、他方、耐腐食性に対する要求が僅かであれば銀、銅またはアルミニウムを使用できる。直流めっきされる使用すべき金属は、固着および直流めっき開始層３４の形成のために考慮される材料を選択する際にも留意しなければならない。
【００３５】
レジスト層３６の除去後、電極領域の外側において固着および直流めっき開始層３４が選択的にまたはディファレンシャルエッチングにより除去される。これにより、電極構造体４における各電極間の電気的な接続が切られる（図１０Ｄ）。
【００３６】
そして基板２の表面１に残っている構造化されたＳｉ3Ｎ4 層２２とＳｉＯ2 層３が、次に続くエッチングステップにおいてＫＡＨまたはＴＭＡＨにより基板２を貫通してエッチングするためのマスクとして用いられる（１０Ｅ）。このエッチングステップにおいて層３と層２２の一部分も除去されるので、それらの層の厚さを十分なものにしておく必要がある。プラチナ温度抵抗２４を有するセンサの裏面５もこのステップ中、ここには図示されていないマスクを用いて同様に保護する必要がある。
【００３７】
このエッチングステップの完了後、別のホトリソグラフステップにおいて、ＳｉＯ2 層により覆われたコンタクトパッドが基板２の裏面５の上に露出させられ、その後、このようにして製造されたセンサが個別化される。
【００３８】
本発明によれば有利には、電極構造体４の領域においてセンサ材料を析出することにより、またはセンサ物質または触媒作用を成す物質を用いて電極構造体４を積層することにより、あるいは電極構造体４をざらざらにすることにより、本発明によるセンサの動作機能性を拡げることができる。また、電極構造体４における各電極間の空間をセンサ物質で充填するようにしているかぎりは、基板２の貫通エッチングを省略できることはいうまでもない。
【００３９】
既述のやり方つまりホトリソグラフによるステップと電気的なステップとの組み合わせにより、高い精度ならびに高い生産量でセンサを製造することができる。有利にはこの方法を、シリコン評価電子装置をいっしょに基板２上に集積できるような順序で実施できる。また、既述の構造化手法によって任意の電極形状を実現できるし、アレイも実現できる。電気的なステップ中、用途に応じて任意の金属または合金を析出させることができ、したがって本発明によるセンサを特性決定すべき媒体に合わせて良好に整合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明において用いられるセンサを示す図
【図２】シリコン基板をベースとした、本発明による方法において用いられるセンサを側方から見た図
【図３】ガラス、セラミクスまたはプラスチックの基板をベースとした、本発明において用いられるセンサを側方から見た図
【図４】シリコン基板をベースとし交差配置形構造体内に感応層が設けられている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図５】ガラス、セラミクスまたはプラスチックの基板をベースとし交差配置形構造体内に感応層が設けられている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図６】本発明において用いられるセンサの製造手法を示す図
【図７】加熱抵抗が設けられておらず、温度抵抗と交差配置形電極が基板の一方の面に設けられており、そこにおいて基板が貫通してエッチングされている、本発明において用いられるセンサを示す図
【図８】加熱抵抗が設けられておらず基板が貫通してエッチングされており、温度抵抗と交差配置形電極はそれぞれ異なる基板面に設けられている、本発明によるセンサの表面を示す図
【図９】加熱抵抗が設けられておらず基板が貫通してエッチングされており、温度抵抗と交差配置形電極がそれぞれ異なる基板面に設けられている、本発明において用いられるンサの裏面を示す図
【図１０】加熱抵抗が設けられておらず基板の両面に構造化された本発明において用いられるセンサを製造するステップを示す図
【符号の説明】
【００４１】
１ 基板表面
２ 基板
３ ＳｉＯ2 層
４ 交差配置形電極構造体
５ 基板裏面
６ 貫通されたエッチング領域
２２ Ｓｉ3Ｎ4 層
２４ 温度抵抗
４２ 加熱抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の沸点をダイレクトに求める方法において、
基板（２）に設けられた３次元の交差配置形電極構造体（４）内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗（４２）により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗（２４）を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求めることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板（２）はシリコン、ガラス、セラミクスまたはプラスチックである、請求項１項記載の方法。
【請求項１】
流体の沸点をダイレクトに求める方法において、
基板（２）に設けられた３次元の交差配置形電極構造体（４）内で液体容積体を、集積され微細構造化された加熱抵抗（４２）により加熱し、やはり基板に集積され微細構造化された温度抵抗（２４）を用いて、容量値および抵抗値の変化から流体の沸点を求めることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板（２）はシリコン、ガラス、セラミクスまたはプラスチックである、請求項１項記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４７７０６（Ｐ２００９−４７７０６Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４２６１（Ｐ２００８−２６４２６１）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【分割の表示】特願平１０−６０９２４の分割
【原出願日】平成１０年３月１２日（１９９８．３．１２）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【分割の表示】特願平１０−６０９２４の分割
【原出願日】平成１０年３月１２日（１９９８．３．１２）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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