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    • 专利摘要:
    Eine Halbleitermessvorrichtung weist ein Halbleitersubstrat (1) mit einer Druckmessbrückenschaltung auf, die piezoelektrische Widerstandselemente (5, 6, 7 und 8) enthält, die auf dem Substrat ausgebildet sind. Ferner weist die Halbleitermessvorrichtung eine Temperaturmessbrückenschaltung auf, die Widerstandselemente (9, 10, 11 und 12) enthält, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Ein Paar von Widerstandselementen (9 und 10) ist mit einem Stromversorgungsanschluss, und das andere Paar der Widerstandselemente (11 und 12) ist mit einem Masseanschluss verbunden. Die Widerstandselemente in einem oder beiden dieser Paare sind aus verschiedenen Widerstandstypen, aber mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp ausgebildet.
    公开号:DE102004009115A1
    申请号:DE200410009115
    申请日:2004-02-25
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Noboru Kariya Endo；Seiji Kariya Hattori
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01L9-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine Halbleitermessvorrichtung, die durch Ausbilden einer Temperaturmessbrückenschaltungmit Widerstandselementen auf einem Halbleitersubstrat hergestellt wird.
    [0002] Eine Halbleitermessvorrichtung, wiezum Beispiel eine Druckmessvorrichtung weist ein Halbleitersubstratmit einer Druckmessbrückenschaltung auf,die piezoelektrische Widerstandselemente enthält, die auf einer Seite davonausgebildet sind. Ferner ist eine Temperaturmessbrückenschaltung,die Widerstandselemente enthält,ebenso auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ( JP-A-11-153503 und JP-A-10-281912 ).
    [0003] Eine typische Temperaturmessbrückenschaltungist in 7 gezeigt. Wiein 7 gezeigt, werdenTemperaturmessbrückenschaltungenim Allgemeinen durch Ausbilden von vier Widerstandselementen 9 bis 12 mitWiderstandswerten R1 bis R4 in einer Wheatstone'schen Brücke hergestellt.
    [0004] Genauer gesagt, ist ein StromversorgungsanschlussT1 mit den Widerstandselementen 9 und 10 verbunden,und ein Masseanschluss T2 ist mit den Widerstandselementen 11 und 12 verbunden. Gleichzeitigsind die Widerstandselemente 9 und 12 miteinanderan dem Verbindungspunkt T3 und die Widerstandselemente 10 und 11 miteinanderan dem Verbindungspunkt T4 verbunden. Das Prinzip nach dem Temperaturdurch eine solche Schaltung gemessen wird, ist Folgendes.
    [0005] Die Potentiale an den Verbindungspunkten T3und T4 in der Brückenschaltungsind Vtp und Vtm. Wenn Vtp = Vtm, wird die Beziehung zwischen den Widerstandswertenmit R1 × R3= R2 × R4ausgedrückt.Dieser Ausdruck wird nachstehend Ex.1 genannt.
    [0006] Herkömmlicherweise benutzen dieWiderstandselemente 9 und 11 eine identischenWiderstandstyp A und die Widerstandselemente R2 und R4 verwendeneinen anderen, aber auch identischen Widerstandstyp B. Die zweiWiderstandstypen A und B weisen verschiedene Temperaturcharakteristiken auf.Die Formulierung „Unterschiedbeim Widerstandstyp" bedeutet,dass sich die Widerstandstypen dahingehend unterscheiden, dass eineSchwankung des Widerstands mit der Temperatur unterschiedlich ist.
    [0007] Es wird angenommen, dass ein Gleichgewicht,das heißtVtp = Vtm zum Beispiel bei Raumtemperatur (zum Beispiel 25°C) erreichtwird. wenn die Temperatur weiter ansteigt, wird die in Ex.1 ausgedrückte Beziehungnicht eingehalten, so dass Vtp ≠ Vtmist. Demzufolge wird eine Potentialdifferenz Ve zwischen den VerbindungspunktenT3 und T4 erzeugt. Die Temperatur kann durch die Veränderung derPotentialdifferenz Ve mit der Temperatur gemessen werden.
    [0008] Im Falle einer Druckmessvorrichtungwird die von einer Druckmessschaltung ausgegebene Druckinformationmit der gemessenen Temperaturinformation korrigiert. Dadurch werdentemperaturkompensierte Ausgabewerte erzeugt.
    [0009] Allerdings wird bei dieser Temperaturmessbrückenschaltungeine Potentialdifferenz Ve zwischen den Verbindungspunkten ebensodurch Spannung bzw. Belastung erzeugt. Daher muss, um die Temperaturmessgenauigkeitzu verbessern, die Potentialdifferenz Ve auf Grund von Belastungkompensiert werden.
    [0010] Bei der herkömmlichen Druckmessvorrichtungist die Temperaturmessbrückenschaltungauf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle ausgebildet, bei derdie Belastungsansprechempfindlichkeit am geringsten ist. Trotzdemwird unweigerlich etwas Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung ausgeübt.
    [0011] Demzufolge ändert das Ausüben vonBelastung die Widerstandswerte der Widerstandselemente zur Temperaturmessung.Dadurch wird die Potentialdifferenz Ve zwischen den Verbindungspunkten selbstdann geändert,wenn die Temperatur sich eigentlich nicht ändert.
    [0012] Aus diesem Grund wird die Potentialdifferenz Veverursacht, wenn Belastung ausgeübtwird, selbst wenn keine Temperaturänderung auftritt. Demzufolgeist es schwierig Temperaturschwankungen der Ausgabewerte genau zukompensieren.
    [0013] Es ist eine Aufgabe der vorliegendenErfindung die Schwankung der Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens vonBelastung in der Temperaturmessbrückenschaltung einer Halbleitermessvorrichtung,wie zum Beispiel einer Druckmessvorrichtung, zu unterdrücken.
    [0014] Um obige Aufgabe zu erfüllen istdie vorliegende Erfindung aus einem Paar von Widerstandselementenaufgebaut, das mit einem Stromversorgungsanschluss verbunden ist,und einem anderen Paar von Widerstandselementen, das mit einem Masseanschlussverbunden ist. Die Widerstandselemente eines oder beider dieserWiderstandselementpaare bestehen aus verschiedenen Widerstandstypenund weisen den gleichen Leitfähigkeitstypauf.
    [0015] Da die Widerstandselemente einesoder beider dieser Widerstandselementpaare aus verschiedenen Widerstandstypenbestehen, kann eine Potentialdifferenz auf Grund von Temperaturänderungwegen der Eigenschaften der Brückenschaltunggemessen werden. Darüberhinaus kann, da die Widerstandselemente eines oder beider Widerstandselementpaareden gleichen Leitfähigkeitstypaufweisen, in diesem Paar von Widerstandselementen die Richtungen,in die der Widerstandswert mit der Belastung geändert wird, identisch gemachtwerden.
    [0016] Es wird in 7 vorausgesetzt, dass bei der Temperaturmessbrückenschaltungein Paar von Widerstandselementen, die mit dem StromversorgungsanschlussT1 verbunden sind, die Widerstandselemente 9 und 10 sind.Ferner wird vorausgesetzt, dass ein Paar von Widerstandselementen,das mit dem Masseanschluss T2 verbunden ist, die Widerstandselemente 11 und 12 sind.Darüberhinaus wird vorausgesetzt, dass das Widerstandselementpaar 9 und 10 aufder Stromversorgungsanschlussseite aus verschiedenen Widerstandstypenbesteht und den selben Leitfähigkeitstypaufweist.
    [0017] In diesem Fall wird die Temperaturbasierend auf der in Ex 1 ausgedrückten Beziehung gemessen: R1 × R3= R2 × R4.
    [0018] Genauer gesagt bestehen die Widerstandselemente 9 und 10 ausverschiedenen Widerstandstypen. Daher wird, wenn die Temperatursich ändert, einePotentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten in der Brückenschaltungerzeugt. Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
    [0019] Ferner weist das Widerstandselementpaar 9 und 10 aufder Stromversorgungsanschlussseite den gleichen Leitfähigkeitstypauf. Daher werden, wenn Belastung ausgeübt wird, zum Beispiel die Widerstandswerteder Widerstands elementpaare 9, 10 auf der Stromversorgungsanschlussseitein die ansteigende Richtung geändert.Aus diesem Grund werden, selbst wenn Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltungausgeübtwird, sowohl der linke Ausdruck als auch der rechte Ausdruck derEx.1 gemeinsam erhöht.Daher kann, obwohl der linke Ausdruck und der rechte Ausdruck nichtnotwendigerweise vollständigausgeglichen sind, ein bestmögliches Gleichgewichterhalten werden.
    [0020] Das heißt, in diesem Fall hebt sichdie auf das Widerstandselementpaar 9, 10 auf der StromversorgungsanschlussseiteausgeübteBelastung im Wesentlichen gegenseitig auf. Das gleiche trifft für das Widerstandselementpaar 11, 12 zu,das mit dem Masseanschluss verbunden ist.
    [0021] Somit kann folgendes bei der Druckmessvorrichtungerreicht werden, die durch Ausbilden der Druckmessbrückenschaltungund der Temperaturmessbrückenschaltungauf dem Halbleitersubstrat hergestellt wird: Die Änderungder Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens von Belastung auf dieTemperaturmessbrückenschaltungkann so gut wie möglichunterdrücktwerden.
    [0022] Obige und andere Aufgaben, Merkmaleund Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgendendetaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnungnoch zugänglicher.
    [0023] 1A und 1B sind eine schematische Draufsichtund eine schematische Querschnittsansicht, die ein Halbleitersubstrateiner Halbleitermessvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegendenErfindung zeigen;
    [0024] 2 isteine schematische Querschnittsansicht, die die Anordnung von piezoelelektrischenWiderstandselementen zum Temperaturmessen auf dem Halbleitersubstratzeigt;
    [0025] 3 istein schematisches Diagramm der Druckmessbrückenschaltung, die auf demHalbleitersubstrat ausgebildet ist;
    [0026] 4 isteine Draufsicht einer bevorzugten Anordnung von piezoelektrischenWiderstandselementen zum Tem- peraturmessen auf dem Halbleitersubstrat,wobei die piezoelektrischen Widerstandselemente die Temperaturmessbrückenschaltungbilden;
    [0027] 5 istein schematisches Diagramm der Temperaturmessbrückenschaltung in der in 4 gezeigten Ausfüh- rungsform;
    [0028] 6A und 6B sind schematische Ansichten,die den Effekt der in 4 gezeigtenAusführungsformzeigen; und
    [0029] 7 istein schematisches Diagramm einer Temperaturmessbrückenschaltunggemäß einem Standder Technik.
    [0030] Die vorliegende Erfindung wird detailliertmit Bezug auf eine Druckmessvorrichtung als eine Halbleitermessvorrichtungbeschrieben. In den 1A und 1B, die ein Halbleitersubstrat 1 derDruckmessvorrichtung zeigen, ist das Halbleitersubstrat 1 aus einemSiliziumsubstrat hergestellt. Das Halbleitersubstrat 1 verwendetein P-Typ Siliziumsubstrat 1a, dessen Oberfläche die(110)-Ebene darstellt, wobei eine n-Typ epitaktische Schicht 1b daraufaufgewachsen ist.
    [0031] Ein vertiefter Abschnitt 2 istin der Mitte des p-Typ Siliziumsubstrats 1a ausgebildet.Der Bodenflächenabschnitt 2a desvertieften Abschnitts 2 ist ein Teil eines dünnwandigenAbschnitts 3, und der rechteckige Rahmenabschnitt darumbildet einen dickwandigen Abschnitt 4. Genauer gesagt wirdder vertiefte Abschnitt 2 durch Ätzen eines vorbestimmten Bereichesauf dem p-Typ Siliziumsubstrat 1a durch elektrochemischesStopätzengeätzt,wobei das Ätzendurch einen p-n-Übergangbeendet wird.
    [0032] Der dünnwandige Abschnitt 3 desHalbleitersubstrats 1 bildet eine Sensormembran. Wenn Druck aufdie Membran aus dem dünnwandigenAbschnitt 3 ausgeübtwird, wird darin eine Verformung erzeugt. Somit ist der dünnwandigeAbschnitt 3 in einem Teil des dicken Halbleitersubstrats 1 ausgebildet.
    [0033] In dem Flächenabschnitt von, das heißt auf einerSeite des dünnwandigenAbschnitts 3 des Halbleitersubstrats 1, sind piezoelektrischeWiderstandselemente (Messwiderstände) 5, 6, 7 und 8,die eine p-Typ Störstellendiffusionsschichtenthalten, ausgebildet. Der Druck kann durch die Ausgabe der Druckmessbrückenschaltunggemessen werden, die die piezoelektrischen Widerstandselemente 5 bis 8 enthält.
    [0034] In dem Flächenabschnitt des dickwandigen Abschnitts 4 desHalbleitersubstrats 1 werden piezoelektrische Widerstandselemente 9, 10, 11 und 12 zumTemperaturmessen ausgebildet, die aus einer p-Typ Störstellendiffusionsschichtbestehen. Die Temperatur kann durch die Ausgabe der Temperaturmessbrückenschaltunggemessen werden, die die Widerstandselemente 9 bis 12 enthält. Diepiezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zumTemperaturmessen erstrecken sich in die (100) Richtung, in die dieAnsprechempfindlichkeit auf Belastung am geringsten ist.
    [0035] 2 isteine schematische Querschnittsansicht, die die Anordnung der piezoelektrischenWiderstandselemente 9 bis 12 zum Temperaturmessen aufdem Halbleitersubstrat 1 zeigt. In 2 wird mit Bezug auf die n-Typ epitaktischeSchicht 1b Elementisolation durch eine p-Typ Diffusionsschicht 23 zur Elementisolationausgeführt.
    [0036] In einer Insel werden piezoelektrischeWiderstandselemente (diffundierte Widerstandselemente) 10 und 12 bestehendaus einer stark dotierten (hoch dichten) p-Typ Störstellendiffusionsschichtin dem Flächenabschnittder n-Typ epitaktische Schicht 1b ausgebildet. In eineranderen Insel werden piezoelektrische Widerstandselemente (diffundierteWiderstandselemente) 9 und 11 bestehend aus einer schwachdotierten (niedrig dichten) p-Typ Störstellendiffusionsschicht indem Flächenabschnittder n-Typ epitaktische Schicht 1b ausgebildet. Somit werdendie piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zumTemperaturmessen aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet:die piezoelektrischen Widerstandselemente 9 und 10 bestehenaus einer schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht unddie piezoelektrischen Widerstandselemente 10 und 12 bestehenaus einer stark dotierten p-TypStörstellendiffusionsschicht.
    [0037] Die piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zumTemperaturmessen sind durch Aluminiumleiterbahnen 26, 27 und 28 miteinanderverbunden und bilden eine Temperaturmessbrückenschaltung 40,die in 3 gezeigt ist.Die obere Flächeder n-Typ epitaktischen Schicht 1b ist mit einem Siliziumoxidfilm 29 bedeckt,und die Aluminiumleiterbahnen 26 bis 28 sind daraufangesiedelt. Ferner sind die Aluminiumleiterbahnen 26 bis 28 miteinem Schutzfilm 30 bedeckt.
    [0038] Als nächstes wird die Druckmessbrückenschaltung 40 inder Druckmessvorrichtung in 3 gezeigt,und eine Temperaturmessbrückenschaltung 50 wirdin 7 gezeigt.
    [0039] Die Druckmessbrückenschaltung 40,die in 3 gezeigt ist,umfasst die piezoelektrischen Widerstandselemente 5 bis 8 in 1A. Das heißt, die Druckmessbrückenschaltung 40 istso aufgebaut, dass sie druckempfindliche Widerstandselemente 5, 6, 7 und 8 mitden jeweiligen Widerstandswerten R11, R12, R13 und R14 aufweist,die entsprechend dem ausgeübtenDruck veränderbarsind, der durch den piezoelektrischen Widerstandseffekt gemessen werdensoll.
    [0040] Aus diesem Grund wird das ÜbergangspotentialVd1 zwischen den Widerstandselementen 7 und 8 mitder Zunahme des Betrages des ausgeübten Druckes verringert. Das ÜbergangspotentialVd2 zwischen den Widerstandselementen R11 und R14 wird mit der Zunahmedes Betrages des ausgeübten Druckeserhöht.Dann wird die Potentialdifferenz (Vd2-Vd1) zwischen diesen Übergangspotentialen alsdie Brückenausgabeder Brückenschaltung 40 entnommen.
    [0041] Das heißt, die Brückenausgabe der Druckmessbrückenschaltung 40 dientals Druckinformation D. Die Ausgangsspannung D der Brückenschaltung 40 hängt vonder Temperatur der Druckmessvorrichtung selbst, wie auch von demausgeübtenDruck ab.
    [0042] Die in 7 gezeigteTemperaturmessbrückenschaltung 50 istin Brückenschaltungunter Verwendung der piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 in 1A. Das heißt, wiein 7 gezeigt, bestehtdie Brückenschaltung 50 ausWiderstandselementen 9, 10, 11 und 12,die auf Temperatur ansprechen, deren Widerstandswerte entsprechend derTemperatur der Messvorrichtung selbst vari abel sind. Genauer gesagtbilden die vier piezoelektrischen Widerstandselemente 9, 10, 11 und12 zum Temperaturmessen eine Wheatstone'sche Brücke.
    [0043] Der Stromversorgungsanschluss T1ist mit dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 verbunden.Der Masseanschiuss T2 ist mit dem Widerstandselement 11 unddem Widerstandselement 12 verbunden. Das Widerstandselement 9 unddas Widerstandselement 12 sind miteinander an dem VerbindungspunktT3 verbunden. Das Widerstandselement 10 und das Widerstandselement 11 sindmiteinander an dem Verbindungspunkt T4 verbunden.
    [0044] Auf Grund des vorher gesagten kannmit Bezug auf den Widerstandstyp und den Leitfähigkeitstyp die Beziehung zwischenden piezoelektrischen Widerstandselementen 9 bis 12 zumTemperaturmessen in dieser Ausführungsformwie folgt beschrieben werden.
    [0045] Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 istein Paar aus dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 mitdem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden. Ein Widerstandselement 9 bestehtaus der schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht unddas andere Widerstandselement 10 besteht aus der starkdotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.
    [0046] Bei dieser Brückenschaltung 50 istein Paar aus dem Widerstandselement 11 und dem Widerstandselement 12 mitdem Masseanschluss T2 verbunden. Ein Widerstandselement 11 bestehtaus der schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht unddas andere Widerstandselement 12 besteht aus der starkdotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.
    [0047] Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 indieser Ausführungsformist das Widerstandselementpaar 9 und 10 mit demStromversorgungsanschluss T1 verbunden, und das Widerstandselementpaar 11 und 12 istmit dem Masseanschluss T2 verbunden. Mit Bezug auf jedes Paar sinddie Widerstandselemente in diesem Paar aus verschiedenen Widerstandstypenausgebildet. Alle Widerstandselemente 9 bis 12 weisenden gleichen Leitfähigkeitstyp auf.
    [0048] Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 wirddie Spannung. Vdd von einer Stromquelle zwischen dem Widerstandselement 9 unddem Widerstandselement 10 angelegt. Die AusgangsspannungVtm wird zwischen dem Widerstandselement 10 und dem Widerstandselement 11 erzeugt,und die Ausgangsspannung Vtp wird zwischen dem Widerstandselement 9 unddem Widerstandselement 12 erzeugt. Somit wird die Potentialdifferenzzwischen diesen Ausgangsspannungen Vtm und Vtp als ein Signal verwendet,das der Temperatur entspricht. Somit kann die Temperatur mit diesemBrückenausgangssignalpegelgemessen werden.
    [0049] Die Potentialdifferenz entsprechendder Temperatur der Messvorrichtung selbst wird zwischen den VerbindungspunktpotentialenVtp und Vtm erzeugt. Das ÜbergangspotentialVtp ist das zwischen dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 12 in 7 und das ÜbergangspotentialVtm ist das zwischen dem Widerstandselement 10 und demWiderstandselement 11. Diese Potentialdifferenz wird alsdie Brückenausgabeder Brückenschaltung 50 entnommen.Das heißtdie Brückenausgabeder Temperaturmessbrückenschaltung 15 in 7 dient als TemperaturinformationT.
    [0050] Die piezoelektrischen Widerstandselemente 5, 6, 7 und 8 derDruckmessbrückenschaltung 40 in den 1A, 1B und 3 ändern ihreWiderstandswerte entsprechend der Druckänderung. Die piezoelektrischenWiderstandselemente 5, 6, 7 und 8 ändern ihre Widerstandswerteentsprechend der Temperaturänderung.Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 kannzwischenzeitlich die Temperaturänderung durchdie Widerstandselemente 9, 10, 11 und 12 gemessenwerden.
    [0051] Das heißt, die Druckmessvorrichtungist so ausgebildet, dass die von der Druckmessbrückenschaltung 40 ausgegebeneDruckinformation D und die von der Temperaturmessbrückensehaltung 50 ausgegebeneTemperaturinformation T in eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung 40 eingegebenwerden, wie in 3 gezeigt.Die Druckinformation D wird mit der Temperaturinformation T in derSignalverarbeitungsschaltung 60 korrigiert. Dadurch können Ausgabewerteerzeugt werden, die lediglich von der Belastung ohne Einfluss derTemperatur erzeugt werden. Die Details dieser Signalverarbeitung können diegleichen wie die in JP-A-10-281912 beschriebenensein.
    [0052] Das Halbleitersubstrat 1 kannmit bekannten Halbleiterherstellungstechnologien hergestellt werden,wie zum Beispiel Störstellendotierungund Diffusion, Abscheidungstechniken und Strukturierungstechniken.
    [0053] Mit Bezug auf die Druckmessvorrichtung wirddie Temperaturmessbrückenschaltung 50 auf demHalbleitersubstrat 1 an einer Stelle ausgebildet, an derdie Belastungsansprechempfindlichkeit am geringsten ist. Allerdingswird etwas Belastung unweigerlich auf die Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgeübt.
    [0054] Um das zu handhaben, werden in dieser AusführungsformMaßnahmengetroffen, um die Schwankung der Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens vonDruck in der Temperaturmessbrückenschaltungso gut wie möglichzu unterdrü cken. Genauergesagt wird bei der Brückenschaltung 50 einPaar Widerstandselemente 9 und 10 mit dem StromversorgungsanschlussT1 verbunden und ein Paar von Widerstandselementen 11 und 12 wirdmit dem Masseanschluss T2 verbunden. Mit Bezug auf jedes Paar werdendie Widerstandselemente mit verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet.Gleichzeitig sind die vier Widerstandselemente 9 bis 12 abervom gleichen Leitfähigkeitstyp.
    [0055] Somit ist das Widerstandselement 9 unddas Widerstandselement 10, die mit dem StromversorgungsanschlussT1 verbunden sind, aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet.Ferner sind das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12,die mit dem Masseanschluss T2 verbunden sind, aus verschiedenenWiderstandstypen ausgebildet.
    [0056] Aus diesem Grund können Potentialdifferenzenauf Grund der Temperaturänderungunter Verwendung der Eigenschaften der Brückenschaltung 50 basierendauf der durch Ex.1 ausgedrücktenBeziehung: R1 × R3= R2 × R4gemessen werden. Genauer gesagt sind die Widerstandselemente 9 und 10 ausverschiedenen Widerstandstypen ausgebildet und die Widerstandselemente 11 und 12 sindaus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Daher wird, wennsich die Temperatur ändert,eine Potentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten T3 und T4in der Brückenschaltung 50 erzeugt.Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
    [0057] Ferner sind das Widerstandselement 9 und dasWiderstandselement 10 mit dem StromversorgungsanschlussT1 verbunden und das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12 sindmit dem Masseanschluss T2 verbunden, wobei diese bezüglich derjeweiligen Beziehung dazwischen den gleichen Leitfähigkeitstypaufweisen.
    [0058] In diesem Fall werden in der durchEx.1 ausgedrücktenBeziehung: R1 × R3= R2 × R4die Widerstandswerte R1 bis R4 aller Widerstandselemente in dieansteigende Richtung geändert,wenn Belastung ausgeübtwird. Aus diesem Grund werden, selbst wenn Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltungausgeübtwird, sowohl der linke Ausdruck als auch der rechte Ausdruck derEx.1 gemeinsam erhöht.Daher kann, obwohl der linke Ausdruck und der rechte Ausdruck nichtnotwendigerweise vollständigabgeglichen sind, ein möglichstgutes Gleichgewicht beibehalten werden.
    [0059] In dieser Ausführungsform kann folgendes bieder Druckmessvorrichtung erreicht werden, die durch Ausbilden derDruckmessbrückenschaltung 40 undder Temperaturmessbrückenschaltung 50 auf demHalbleitersubstrat 1 ausge- bildet wird: Die Änderungder Potentialdifferenz auf Grund der Ausübung einer Belastung auf dieTemperaturmessbrückenschaltung 50 kannso gut wie möglichunterdrücktwerden.
    [0060] Bei dieser Ausführungsform wird bei jedem derWiderstandselementpaare, die mit den Anschlüssen T1 und T2 verbunden sind,ein Widerstandselement mit einem anderen Widerstandstyp ausgebildet alsdas andere. Ferner weisen alle Widerstandselemente 9 bis 12 denselben Leitfähigkeitstypauf. Der Aufbau genügtder Vorbedingung, dass nach Ausbilden der Temperaturmessbrückenschaltung 50 die Temperaturgemessen werden kann.
    [0061] Die Temperatur kann nicht basierendauf der in Ex.1 ausgedrücktenBeziehung (R1 × R3= R2 × R4)zum Beispiel in folgendem Fall gemessen werden: Mit Bezug auf dieBrückenschaltung 50 aufder Stromversorgungsanschlussseite besteht das Widerstandselement 9 auseiner schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschichtund das Wider standselement 10 besteht aus einer stark dotiertenp-Typ Störstellendiffusionsschicht;und auf der Masseanschlussseite besteht das Widerstandselement 11 aus einerstark dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschichtund dem Widerstandselement 12 besteht aus einer schwachdotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.Es ist offensichtlich, dass solche Fälle von der vorliegenden Erfindungausgeschlossen werden sollten.
    [0062] In dieser Ausführungsform kann ein anderer Aufbauverwendet werden. Zum Beispiel kann nur ein Paar der Widerstandselemente 9 und 10,die mit dem Stromversorgungsanschluss T1 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 verbundensind, aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet werden. Nurdas Widerstandselementpaar 9 und 10 kann den selbenLeitfähigkeitstypaufweisen.
    [0063] Alternativ ist nur ein Paar der Widerstandselemente 11 und 12 mitdem Masseanschluss T2 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausverschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Nur das Widerstandselementpaar 11 und 12 kannden gleichen Leitfähigkeitstypaufweisen.
    [0064] Auch in diesem Fällen sind eines oder beide derWiderstandselementpaare in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausverschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Ein Paar 9 und 10 istmit dem Stromversorgungsanschluss T1 und das andere Paar 11 und 12 istmit dem Masseanschluss T2 verbunden. Daher können Potentialdifferenzen auf Grundvon Temperaturänderungwegen den Eigenschaften der Brückenschaltung 50 gemessenwerden.
    [0065] Ferner weisen die Widerstandselementein einem oder in beiden der Widerstandselementpaare den gleichenLeitfähigkeitstypauf. Daher könnenmit Bezug auf das Paar von Widerstandselementen die Richtungen indie der Wider standswert mit der Belastung verändert wird, identisch gemachtwerden.
    [0066] Zum Beispiel ist ein Paar aus demWiderstandselement S und dem Widerstandselement 10, dasmit dem Stromversorgungsanschluss T1 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgebildet ist,aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Die Widerstandselemente 9 und 10 sindvom dem gleichen Leitfähigkeitstyp.
    [0067] Solche Beispiele beinhalten verschiedene Fälle. Einerist, dass in der Brückenschaltung 50 das Widerstandselement 9 auseiner schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschichtbesteht; und die anderen (Widerstandselement 10, Widerstandselement 11 undWiderstandselement 12) aus einer stark dotierten p-TypStörstellendiffusionsschicktbestehen. Ein anderes Beispiel stellt der Fall dar, dass das Widerstandselement 9,das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12 auseiner schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschichtbestehen; und das andere Widerstandselement 10 aus einerstark dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht besteht.
    [0068] Auch in diesen Fällen sind die Widerstandselemente 9 und 10 ausverschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Daher wird, wenn sichdie Temperatur ändert,eine Potentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten T3 und T4in der Brückenschaltung 50 aufGrund der Beziehung erzeugt, die durch Ex.1 ausgedrückt ist:R1 × R3= R2 × R4.Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
    [0069] Ferner weist ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 aufder Stromversorgungsanschlussseite T1 den selben Leitfähigkeitstypauf. Daher werden, wenn Druck ausgeübt wird, zum Beispiel die Widerstandswertedes Widerstandelementpaars 9 und 10 auf der Stromversorgungsanschluss seite T1in die ansteigende Richtung verändert.Aus diesem Grund werden, selbst wenn eine Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgeübt wird,sowohl der linke als auch der rechte Ausdruck von Ex.1 gemeinsamerhöht.Daher kann ähnlichwie oben ein Gleichgewicht so gut wie möglich beibehalten werden.
    [0070] In diesem Fall wird ein auf das Widerstandselementpaar 9 und 10 aufder Stromversorgungsanschlussseite ausgeübte Belastung merklich aufgehoben.Das selbe trifft fürdas Widerstandselementpaar 11 und 12 zu, das mitdem Masseanschluss T2 verbunden ist.
    [0071] Wie oben beschrieben, ist die Wirkungdieser Ausführungsformauch vorgesehen, wenn die Widerstandselemente in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 wiefolgt aufge- baut sind: Eines oder beide des Widerstandelementpaars 9, 10,das mit dem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden ist und des Widerstandselementpaars 11, 12,das mit dem Masseanschluss T2 verbunden ist, ist/sind aus verschiedenenWiderstandstypen ausgebildet. Gleichzeitig weisen die Widerstandselementein diesem Paar den gleichen Leitfähigkeitstyp auf.
    [0072] In dieser Ausführungsform werden die stark dotiertep-Typ Diffusionsschicht und die schwach dotierte p-Typ Diffusionsschichtals die verschiedenen Widerstandstypen verwendet. Allerdings istdie vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Jederandere Aufbau, wie zum Beispiel eine p-Wanneschicht und eine n-TypDiffusionsschicht, könnenverwendet werden, solange die Beziehung mit Bezug auf den Widerstandstypund den Leitfähigkeitstypin dieser Ausführungsformbeibehalten wird.
    [0073] Fig. 4 isteine Draufsicht einer bevorzugten Anordnung der piezoelektrischenWiderstandselemente 9, (9a, 9b) bis 12 zumTemperaturmessen auf dem Halbleitersubstrat 1. Die piezoelektrischenWiderstandselemente bilden die Temperaturmessbrückenschaltung 50. 5 ist eine schematischeDarstellung der Temperaturmessbrückenschaltung 50 in derin 4 gezeigten Ausführungsform.
    [0074] Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 istein Paar aus dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10,das mit dem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden ist, in erstegeteilte Widerstandselemente (geteiltes Widersaandselement 9a mitdem Widerstand R1a und geteiltes Widerstandselement 10a mitdem Widerstand R2a) und zweite geteilte Widerstandselemente (geteiltesWiderstandselement 9b mit dem Widerstand R1b und geteiltesWiderstandselement 10b mit dem Widerstand R2b) geteilt.Das Prinzip nach dem die in 5 gezeigteBrückenschaltung 50 dieTemperatur misst ist das gleiche wie das der Brückenschaltung 50,die in 7 gezeigt ist.
    [0075] Diese Ausführungsform kann wie folgt umgesetztwerden: mit Bezug auf das Widerstandselement 9 wird dieschwach dotierte p-Typ Diffusionsschicht in 2 geteilt; mit Bezug auf das Widerstandselement 10 wirddie stark dotierte p-Typ Diffusionsschicht in 2 geteilt. Ähnlich wie oben können diegeteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b unddie anderen Widerstandselemente 11 und 12 mittelsAluminiumleiterbahnen verbunden werden.
    [0076] Mit Bezug auf ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10,die geteilt werden, wie in 4 gezeigt,werden die vier geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b soangeordnet, dass sie an den Ecken eines virtuellen Rechtecks positioniertsind.
    [0077] Mit Bezug auf ein Widerstandselement 9 werdendas erste geteilte Widerstandselement 9a und das zweitege teilte Widerstandselement 9b auf einer diagonalen Linieangeordnet. Bei dem anderen Widerstandselement 10 ist daserste geteilte Widerstandselement 10a und das zweite geteilteWiderstandselement 10b auf der anderen diagonalen Linie positioniert.
    [0078] Das heißt mit Bezug auf ein Paar vonWiderstandselementen 9 und 10, die geteilt sind,ist folgendes klar: von den vier geteilten Widerstandselementen 9a, 9b, 10a und 10b sinddas erste und das zweite geteilte Widerstandselement 9a und 9b desWiderstandselements 9 und das erste und das zweite geteilteWiderstandselement 10a und 10b des Widerstandselements 10 ineinem sich diagonal kreuzendem Muster angeordnet.
    [0079] Die Wirkung der Anordnung in einemdiagonalen sich kreuzenden Muster wird mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben. 6A ist eine Layoutdarstellung in einemFall, in dem ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 indie geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b geteiltwerden. 6B ist ein Layout,das ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 in 1A darstellt. Die 6A und 6B sind teilweise schraffiert, um dieUnterscheidung zu erleichtern.
    [0080] Zunächst wird das in 6B gezeigte Layout beschrieben.Wenn eine Belastung auf den linken Bereich von der gestricheltenLinie A-A sich von der Belastung auf den rechten Bereich unterscheidet, tauchtkein merkliches Problem auf. Wenn allerdings eine Belastung aufdie obere Flächeder gestrichelten Linie B-B sich von der auf die untere Fläche unterscheidet,taucht ein Problem auf.
    [0081] Als Beispiel wird angenommen, dassdie Belastung in dem Bereich oberhalb der gestrichelten Linie B-Bhoch ist und in dem Bereich unter der Linie B-B niedrig ist. In diesemFall ändertsich der Widerstandswert des oberen Widerstandselement 10 merklich,aber die Änderungin dem unteren Widerstandselement 9 ist nur gering. Dasheißtdie Belastung neigt dazu zwischen einem Paar von Widerstandselementen 9 und 10 unausgeglichenzu sein. Demzufolge ist es wahrscheinlich, dass eine Änderungder Potentialdifferenz auf Grund der Belastung wegen Ex.1: R1 × R3 = R2 × R4 signifikantwird.
    [0082] Währenddessenwird im Fall des diagonalen sich kreuzenden Layouts, das in 6A gezeigt ist, die ausgeübte Belastungzwischen dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 verteilt undes wird weniger wahrscheinlich, dass ein Ungleichgewicht auftritt.Das ist nicht nur der Fall, wenn sich die auf den linken Bereichder gestrichelten Linie A-A und die auf den rechten Bereich ausgeübte Belastungunterscheidet. Das ist auch der Fall, wenn sich die auf den oberenBereich der gestrichelten Linie B-B und die auf den unteren Bereichausgeübte Belastungvoneinander unterscheidet.
    [0083] Wie oben beschrieben, erwächst durchAnordnung der geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b,die durch Teilen eines Paares von Widerstandselementen 9 und 10 ineinem diagonalen sich kreuzenden Muster erzeugt werden, ein Vorteil. DieausgeübteBelastung wird zwischen den Widerstandselementen 9 und 10 indem Paar gemittelt. Somit wird zum Beispiel eine außerordentlichhohe Belastung nicht auf jedes Widerstandselement ausgeübt.
    [0084] Das verringert die Unterschiede beider Änderungdes Widerstandswerts auf Grund der Belastung zwischen einem Paarder geteilten Widerstandselemente 9 und 10. Dasheißt,um die Änderungder Potentialdifferenz auf Grund der Ausübung von Belastung auf dieTemperaturmessbrückenschaltung 50 sogut wie möglichzu unterdrücken,ist es vorzuziehen, dass das diagonal sich kreuzende Layout verwendetwird.
    [0085] Bei obigem Beispiel der Widerstandselemente 9 bis 12 inder Temperaturmessbrückenschaltung 50 wirddas Widerstandselementpaar 9 und 10 geteilt, dasan den Stromversorgungsanschluss T1 angeschlossen ist. Dann werdendie erhaltenen geteilten Widerstandselemente in dem diagonal sich kreuzendenMuster angeordnet. Allerdings ist es offensichtlich, dass der gleicheEffekt erzeugt wird, wenn das mit dem Masseanschluss T1 verbundene Widerstandselementpaar 11 und 12 geteiltund in einem diagonal sich kreuzenden Muster angeordnet wird.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Eine Halbleitermessvorrichtung mit: einemHalbleitersubstrat (1), und einer Temperaturmessbrückenschaltung(50), die Widerstandselemente (9, 10, 11, 12)enthält,die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,dass die Widerstandselemente in einem oder beiden Paaren, bestehendaus einem Paar aus Widerstandselementen (9, 10),die mit einem Stromversorgungsanschluss (T1) in der Temperaturmessbruckenschaltungverbunden sind, und einem Paar aus Widerstandselementen (11, 12),die mit einem Masseanschluss (T2) verbunden sind, aus verschiedenenWiderstandstypen und mit gleichem Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind.
    [2] Die Halbleitermessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner.gekennzeichnet durch eine Druckerfassungsbrückenschaltung (40),die piezoelektrische Widerstandselemente (5, 6, 7, 8)enthält,die auf dem Substrat (1) ausgebildet sind; und eineSignalverarbeitungsschaltung (60) zum Korrigieren einesAusgangs der Druckmessbrückenschaltungdurch einen Ausgang der Temperaturmessbrückenschaltung.
    [3] Die Halbleitermessvorrichtung nach Anspruch 1 oder2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass in jedem eines Paares vonWiderstandselementen (9, 10), die mit dem Stromversorgungsanschluss(T1) in der Temperaturmessbrückenschaltung(50) verbunden sind und eines Paares von Widerstandselementen(11, 12), die mit dem Masseanschluss (T2) verbundensind, ein Widerstandselement und die anderen aus verschiedenen Widerstandstypenausgebildet sind, und die Widerstandselemente (9 bis 12)in der Temperaturmessbrückenschaltungalle den gleichen Leitfähigkeitstypaufweisen.
    [4] Die Halbleitermessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (9, 10)in einem oder beiden eines Paares von Widerstandselementen (9, 10), dasmit dem Stromversorgungsanschluss (T1) in der Temperaturmessbrückenschaltung(50) verbunden ist und einem Paar von Widerstandselementen(11, 12), das mit dem Masseanschluss (T2) verbunden ist,in erste geteilte Widerstandselemente (9a, 10a) undzweite geteilte Widerstandselemente (9b, 10b) geteiltwerden, und die vier geteilten Widerstandselemente (9a, 9b, 10a, 10b),die durch die Teilung eines Paares von Widerstandselementen hergestelltwerden, an Ecken eines virtuellen Rechtecks positioniert sind, unddas erste geteilte Widerstandselement (9a) und das zweitegeteilte Widerstandselement (9b) des einen Widerstandselements(9) auf einer diagonalen Linie positioniert sind, und daserste geteilte Widerstandselement (10a) und das zweitegeteilte Widerstandselement (10b) des anderen Widerstandelements(10) auf einer anderen diagonalen Linie angeordnet sind.
    [5] Eine Halbleitermessvorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat(1); und einer Temperaturmessbrückenschaltung (50),die Widerstandselemente (9, 10, 11, 12)enthält,die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,dass die Widerstandselemente (9, 10) in einemoder beiden eines Paares von Widerstandselementen (9, 10), dasmit einem Stromversorgungsanschluss (T1) in der Temperaturmessbrückenschaltungverbunden ist, und eines Paares von Widerstandselementen (11, 12),die mit einem Masseanschluss (T2) verbunden sind, in erste geteilteWiderstandselemente (9a, 10a) und zweite geteilteWiderstandselemente (9b, 10b) geteilt werden, dievier geteilten Widerstandselemente (9a, 9b, 10a, 10b),die durch die Teilung eines Paares von Widerstandselementen hergestelltwerden, an den Ecken eines virtuellen Rechteckes angeordnet sind,und ferner das erste geteilte Wi derstandselement (9a) und daszweite geteilte Widerstandselement (9b) von einem Widerstandselement(9) auf einer diagonalen Linie angeordnet sind und daserste geteilte Widerstandselement (10a) und das zweitegeteilte Widerstandselement (10b) von dem anderen Widerstandselement(10) auf einer anderen diagonalen Linie positioniert sind.
    [6] Die Halbleitermessvorrichtung nach Anspruch 5, fernermit: einer Druckmessbrückenschaltung(40), die piezoelektrische Widerstandselemente (5, 6, 7, 8)enthält, dieauf dem Substrat ausgebildet sind, und einer Signalverarbeitungsschaltung(60) zum Korrigieren einer Ausgabe der Druckmessbrückenschaltungdurch eine Ausgabe der Temperaturmessbrückenschaltung.
    [7] Die Halbleitermessvorrichtung nach einem der Ansprü- che 2bis 4 und 6, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessbrückenschaltung(40) auf dem Substrat an einem Ort ausgebildet ist, der dünner istals der der Temperaturmessbrückenschaltung(50).
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-06-24| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2014-03-18| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings|
    2014-07-10| R003| Refusal decision now final|Effective date: 20140423 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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