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    • 专利摘要:
    Wenn in einem Diaphragma (30), welches eine quadratische Form aufweist, die vier Seiten eines Paars erster Seiten (31, 32), welche sich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse erstrecken, und eines Paars zweiter Seiten (33, 34) enthält, welche sich entlang der Richtung der <100>-Kristallachse erstrecken, eine Achse, welche jede der ersten Seiten (31, 32) des Diaphragmas (30) halbiert und durch den Mittelpunkt des Diaphragmas hindurchtritt, als erste Achse K1 festgelegt ist, und eine Achse, welche vertikal die erste Achse K1 schneidet und durch den Mittelpunkt des Diaphragmas hindurchtritt, als zweite Achse K2 festgelegt ist, ist jede der Seitenmeßvorrichtungen Rs1, Rs2 auf einer virtuellen Linie T1, T2, T3, T4 befindlich, welche sich von dem Mittelpunkt jeder der Mittenmeßvorrichtungen Rc1, Rc2 bis zu dem Randabschnitt des Diaphragmas (30) erstreckt und die erste Achse K1 und die zweite Achse K2 in einem Winkel von 45° schneidet.
    公开号:DE102004011718A1
    申请号:DE200410011718
    申请日:2004-03-10
    公开日:2004-09-23
    发明作者:Takashi Kariya Katsumata；Hiroaki Kariya Tanaka；Inao Kariya Toyoda
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:B81B3-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf einen Halbleiterdrucksensor eines Diaphragmatyps, welcherein Druckerfassungsdiaphragma und einen Verformungsmeßwiderstandaufweist, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, dessenprimäre Oberfläche einer(110)-Seite bzw. -Ebene entspricht.
    [0002] Dieser Typ eines Halbleiterdrucksensorsist mit einem Halbleitersubstrat, dessen Hauptoberfläche der(110)-Seite entspricht,einem Druckerfassungsdiaphragma, welches auf der Hauptoberfläche desHalbleitersubstrats gebildet ist, und einem Verformungsmeßwiderstandausgestattet, welcher eine Brückenschaltungbildet, die auf dem Diaphragma gebildet ist und ein Erfassungssignalin Verbindung mit einer Verformung des Diaphragmas ausgibt (siehebeispielsweise die JP-A-2001-356061, Seite 3, 1 (Patentdokument 1)).
    [0003] Dabei enthält der Verformungsmeßwiderstand,welcher auf der (110)-Seite angeordnet ist, ein Paar Mittenmeßvorrichtungen,welche an dem mittleren Abschnitt des Diaphragmas entlang der Richtung der <110>-Kristallachse angeordnetsind, und ein Paar Seitenmeßvorrichtungen,welche näheran der Randseite des Diaphragmas als an den Mittenmeßvorrichtungenangeordnet sind (vgl. beispielsweise die JP-A-11-94666 , Seite 11, 15 (Patentdokument 2)).
    [0004] 4 zeigtdabei ein Diagramm, welches die Anordnung von Verformungsmeßwiderständen Rc1, Rc2,Rs1, Rs2 in einem Diaphragma 30 darstellt, welches aufder Hauptoberflächeeines Halbleitersubstrats 10 eines Halbleiter drucksensorsnach dem Stand der Technik unter Verwendung des oben beschriebenenHalbleitersubstrats gebildet ist. Zwei Kristallachsen <110> und <100>, welche senkrecht zueinanderausgerichtet sind, sind strukturell auf der (110)-Seite entsprechendder Hauptoberflächedes Halbleitersubstrats 10 vorhanden.
    [0005] Dabei liegt bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber einerBelastung, welche in der Richtung der <110>-Kristallachseauftritt, ein deutlich größerer Piezowiderstandskoeffizientals bezüglichder Empfindlichkeit gegenübereiner Belastung vor, welche in der Richtung der <100>-Kristallachseauftritt, und somit wird die Belastung, welche nicht in der Richtungder <100>-Kristallachse, sondernin der Richtung der <110>-Kristallachse auftritt,zur Erfassung der Belastung auf die (110)-Seite verwendet.
    [0006] Da eine <110>-Ausrichtunglediglich einer Richtung auf der <110>-Seite vorhanden ist,muß die Anordnungder Verformungsmeßwiderstände Rc1, Rc2,Rs1, Rs2 wie in 4 dargestelltnotwendigerweise angenommen werden, um ein höheres Ausgangssignal bezüglich derKristallachse zu erzielen, welche die höhere Empfindlichkeit besitzt.
    [0007] D.h., es sind die Mittenmeßvorrichtungen Rc1,Rc2, welche an der mittleren Seite des Diaphragmas 30 entlangder Richtung der <110>-Kristallachse angeordnetsind, und die SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2, welche näheran der Randseite des Diaphragmas 39 als an den Mittenmeßvorrichtungen Rc1,Rc2 angeordnet sind, vorgesehen, und es ist die Brückenschaltungaus diesen vier Verformungsmeßwiderständen konstruiert,um die Belastung zu erfassen, welche in der Richtung der <110>-Kristallachse auftritt.
    [0008] Insbesondere sind die Widerstandswerteder MittenmeßvorrichtungenRc1 und Rc2 auf RA bzw. RD festgelegt, und es sind die Widerstandswerteder SeitenmeßvorrichtungenRc3 und Rc4 auf RB bzw. RA festgelegt, und diese Verformungsmeßwiderstände sindin Reihe miteinander verbunden, um eine rechtwinklige geschlosseneSchaltung zu bilden, wodurch eine wheatstonesche Brücke wiein 5 dargestellt konstruiertwird.
    [0009] In der in 5 dargestellten Brückenschaltung 100 erscheinteine Verformung des Diaphragmas 30 als Änderung der Widerstandswerteder Verformungsmeßwiderstände RA,RB, RC, RD in dem Zustand, daß einkonstanter Gleichstrom von dem Eingangsanschluß Ia dem Eingangsanschluß Ib zugeführt wird,und es wird die Spannung (Erfassungssignal) , deren Pegel einemerfaßtenDruck entspricht, d.h. ein Mittenwertpotential Vout, zwischen Ausgangsanschlüssen Paund Pb ausgegeben.
    [0010] Ein derartiger Halbleiterdrucksensorwie oben beschrieben ist normalerweise derart konstruiert, daß ein Glassitz(glas seat) an dem Halbleitersubstrat 10 durch anodischesBonden oder dergleichen wie in dem Patentdokument 1 offenbart,beispielsweise befestigt ist.
    [0011] Das Halbleitersubstrat 10 undder Glassitz besitzen einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.Wenn sich die Temperatur ändert,tritt daher eine thermische Spannung zwischen dem Glassitz und demHalbleitersubstrat 10 auf, und es wird die somit auftretendethermische Spannung auf die Verformungsmeßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 aufdem Diaphragma 30 übertragen. Dabeiunterscheiden sich die thermische Spannung, welche den MittenvorrichtungenRc1, Rc2 aufgebracht wird, und die thermische Spannung, welche denSeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 aufgebracht wird, voneinander in der Größe, da die Anordnungspositionenauf dem Diaphragma 20 unterschiedlich sind.
    [0012] Als Ergebnis wird der Unterschiedzwischen der thermischen Spannung, welche den SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 aufgebracht wird, und der thermischen Spannung, welcheden MittenmeßvorrichtungenRc1, Rc2 aufgebracht wird, als Rauschen ausgegeben. Da sich derUnterschied der thermischen Spannung in Abhängigkeit der Temperatur nichtlinear ändert, besitztdie Temperaturcharakteristik des Offsets des Ausgangssignals eineKrümmung bezüglich derTemperatur.
    [0013] Dementsprechend tritt ein Unterschiedzwischen dem Gradienten des Offsets bezüglich der Temperatur in demBereich von der Raumtemperatur bis zu einer hohen Temperatur unddem Gradienten des Offsets bezüglichder Temperatur in dem Bereich von einer niedrigen Temperatur biszu der Raumtemperatur in der Temperaturcharakteristik des Offsets desAusgangssignals auf. Dieser Unterschied wird als TNO (TemperatureNonlinearity Offset) bezeichnet und stellt eine wichtige Charakteristikzur Bestimmung der Genauigkeit des Sensors dar.
    [0014] Es wird insbesondere dann, wenn derHalbleiterdrucksensor miniaturisiert werden soll, d.h., wenn dasHalbleitersubstrat 10 miniaturisiert werden soll, erwogen,die Größe des Diaphragmas 30 zuverringern, welches einen großenBereich einnimmt. Es wird jedoch in Studien der Erfinder herausgefunden, daß dann,wenn das Diaphragma 30 in einer kleinen Größe konstruiertwird, der Unterschied in der thermischen Spannung zwischen den SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 und den Mittenmeßvorrichtungen Rc1,Rc2 erhöhtist.
    [0015] Daher ist dann, wenn die Größe des Diaphragmas 30 kleinerist, die TNO-Charakteristik stärkerherabgesetzt. Dementsprechend wird eine Sensorstruktur verlangt,welche ohne Herabsetzung der TNO-Charakteristik verbessert ist.
    [0016] Aufgabe der vorliegenden Erfindungist es, die oben erörtertenSchwierigkeiten zu überwinden undinsbesondere einen Halbleiterdrucksensor zu schaffen, welcher einDruckerfassungsdiaphragma und einen Verformungsmeßwiderstandbesitzt, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet sind, das eine (110)-Seiteals Hauptoberflächebesitzt, wobei der Unterschied zwischen thermischen Spannungen, welcheden Mittenmeßvorrichtungenund den Seitenmeßvorrichtungenaufgebracht werden, maximal verringert werden können.
    [0017] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durchdie Merkmale des Anspruchs 1.
    [0018] Die Erfinder haben einen Halbleiterdrucksensorgeschaffen, welcher ein auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstratsgebildetes Diaphragma besitzt, dessen Hauptoberfläche einer(110)-Seite entspricht, wobei das Diaphragma eine rechtwinklig (beispielsweisequadratisch) ebene Form besitzt, welche vier Seiten eines Paarserster Seiten, welche sich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse erstrecken,und eines Paars zweiter Seiten enthält, welche sich entlang derRichtung der <100>-Kristallachse erstrecken.
    [0019] Die Erfinder haben den Halbleiterdrucksensorwie oben beschrieben unter Verwendung eines Finite-Elemente-Verfahrens(FEM) analysiert und bestimmt, wie der Unterschied der thermischenSpannung, welcher zwischen den Mittenmeßvorrichtungen und den Seitenmeßvorrichtungenauftritt, sich in Abhängigkeitverschiedener Orte auf dem Diaphragma verteilt (vgl. 3). Die vorliegende Erfindung wurdeauf der Grundlage des Verteilungszustands des Unterschieds der derartbestimmten thermischen Spannung implementiert.
    [0020] Entsprechend einer ersten Ausbildungder vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterdrucksensor geschaffen,welcher ein Halbleitersubstrat, dessen Hauptoberfläche einer(110)-Seite entspricht, ein Druckerfassungsdiaphragma, welches aufder Hauptoberflächedes Halbleitersubstrats gebildet ist, und Verformungsmeßwiderstände (Rc1,Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, welche auf dem Diaphragma gebildet sindund eine Brückenschaltung(100) zur Ausgabe eines Erfassungssignals in Verbindungmit der Verformung des Diaphragmas bilden, wobei die planare Formdes Diaphragmas vier Seiten eines Paars erster Seiten, welche sichentlang der Richtung der <110>-Kristallachse erstrecken,und eines Paars zweiter Seiten aufweist, welche sich entlang der Richtungder <100>-Kristallachse erstrecken,und die Verformungsmeßwiderstände enthaltenein Paar von Mittenmeßvorrichtungen(Rc1, Rc2), welche an dem mittleren Abschnitt des Diaphragmas entlangder Richtung der <110>-Kristallachse angeordnet sind, und einPaar von Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2), welche näheran dem Randabschnitt des Diaphragmas als an den Mittenmeßvorrichtungenangeordnet sind.
    [0021] D.h., wenn eine Achse, welche jededer ersten Seiten des Diaphragmas halbiert und durch den Mittelpunktdes Diaphragmas hindurchtritt, als erste Achse (K1) festgelegt wird,und eine Achse, welche die erste Achse vertikal schneidet und durchden Mittelpunkt des Diaphragmas hindurchtritt, als zweite Achse(K2) festgelegt wird, befindet sich jede der Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) auf einer virtuellen Linie (T1, T2, T3, T4), welche sichvon dem Mittelpunkt jeder der Mittenmeßvorrichtungen (Rc1, Rc2) biszu dem Randabschnitt des Diaphragmas erstreckt und die erste Achseund die zweite Achse in einem Winkel von 45° schneidet.
    [0022] Durch Annahme der Positionsanordnungder Seitenmeßvorrichtungenwie oben beschrieben kann der Unterschied zwischen der thermischenSpannung, welche den Mittenmeßvorrichtungen(Rc1, Rc2) aufgebracht wird, und der thermischen Spannung, welcheden Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) aufgebracht wird, maximal verringert werden.
    [0023] Entsprechend einer zweiten Ausbildungder vorliegenden Erfindung werden dabei die als Paar vorkommendenSeitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) vorzugsweise derart angeordnet, daß sie zueinander in Bezug aufdie erste Achse (K1) symmetrisch ausgerichtet sind. Entsprechendeiner dritten Ausbildung der vorliegenden Erfindung werden des weiterendie als Paar vorkommenden Seitenmeßvorrichtungen (Rs1, Rs2) vorzugsweisederart angeordnet, daß sie zueinandersymmetrisch bezüglichder zweiten Achse (K2) ausgerichtet sind.
    [0024] Bei der zweiten und dritten Ausbildungkann jeder der Verformungsmeßwiderstände so symmetrischwie möglichbezüglichder Mitte des Diaphragmas angeordnet sein, so daß die Verformungsmeßwiderstände leichthergestellt werden können.
    [0025] In Klammern gesetzte Bezugszeichender jeweiligen Einheiten sind als Beispiele vorgesehen, um die entsprechendeBeziehung zu bestimmten Elementen anzuzeigen, welche in Bezug aufdie später beschriebenenAusführungsformenbeschrieben werden.
    [0026] Die vorliegende Erfindung wird inder nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungerläutert.
    [0027] 1 zeigteine schematische Querschnittsansicht, welche einen Halbleiterdrucksensoreiner bevorzugten Ausführungsformdarstellt;
    [0028] 2 zeigtein Diagramm, welches die planare Form eines Diaphragmas darstellt,welches auf einem Halbleitersubstrat des in 1 dargestellten Sensors gebildet ist;
    [0029] 3 zeigtein Diagramm, welches eine Verteilung der thermischen Spannung indem Diaphragma auf der Grundlage einer von den Erfindern durchgeführten Analyseeines Finite-Elemente-Verfahrens darstellt;
    [0030] 4 zeigtein Diagramm, welches einen Anordnungszustand von Verformungsmeßwiderständen aufeiner Hauptoberflächeeines Halbleitersubstrats bei einem Halbleiterdrucksensor nach dem Standder Technik unter Verwendung des Halbleitersubstrats darstellt,dessen Hauptoberflächeeiner (110)-Seite entspricht; und
    [0031] 5 zeigtein Drahtverbindungsdiagramm, welches eine Brückenschaltung darstellt, diedurch die in 4 dargestelltenVerformungsmeßwiderstände konstruiertist.
    [0032] Im folgenden wird eine bevorzugteAusführungsformder vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figurenbeschrieben.
    [0033] 1 zeigteine schematische Querschnittsansicht, welche einen HalbleiterdrucksensorS1 einer Ausführungsformdarstellt, und 2 zeigteine Draufsicht auf den Halbleiterdrucksensor S1 von der Oberseiteaus und stellt die planare Form eines auf einem Halbleitersubstrat 10 desSensors 1 gebildeten Diaphragmas 30 dar.
    [0034] Das Halbleitersubstrat 10 istein Einkristallsiliziumsubstrat, in welchem die Ebenenrichtung der Hauptoberflächen 11, 12 einer(110)-Seite bzw. -Ebene entspricht. D.h., in 1 entsprechen eine Oberfläche (dieuntere Oberflächein 1) 11 desHalbleitersubstrats 10 und die andere Oberfläche (die obereOberflächein 1) 12 desHalbleitersubstrats 10 der (110)-Seite.
    [0035] Ein Aussparungsabschnitt 20,welcher eine Aussparung von einer Oberfläche 11 des Halbleitersubstrats 10 bildet,ist in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Ein Druckerfassungsdiaphragma 30 istan der Bodenoberflächenseitedes Aussparungsabschnitts 20 gebildet, welches bezüglich derDicke in Verbindung mit der Bildung des Aussparungsabschnitts 20 verringertist, d.h. an der anderen Seite der Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10.
    [0036] Bei dieser Ausführungsform ist die planare Formdes Diaphragmas 30 auf eine rechtwinklige Form wie in 2 dargestellt festgelegt.Insbesondere ist das Diaphragma 30 derart konstruiert,daß es einequadratische Form besitzt, welche vier Seiten aufweist, d.h. einPaar erster Seiten 31, 32, welche sich entlangder Richtung der <110>-Kristallachse erstrecken,und ein Paar zweiter Seiten 33, 34, welche sichentlang der Richtung der <100>-Kristallachse erstrecken.
    [0037] Wie in 1 und 2 dargestellt sind Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2, welche eine Brückenschaltungzur Ausgabe eines Erfassungssignals in Verbindung mit der Verformungdes Diaphragmas 30 bilden, auf der anderen Oberfläche 12 desHalbleitersubstrats 10 ge bildet. Die Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 sind durch Dotieren, Diffusion oder dergleichen gebildete Diffusionsmeßwiderstände.
    [0038] In diesem Fall sind die Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 derart angeordnet, daß die Längsrichtung der Widerstände entlangder Richtung der <110>-Kristallachse ausgerichtetist, und sie enthalten ein Paar Mittenmeßvorrichtungen Rc1, Rc2, welchean dem mittleren Abschnitt des Diaphragmas 30 angeordnetsind, und ein Paar SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2, welche näheran dem Randabschnitt des Diaphragmas 30 als an den MittenmeßvorrichtungenRc1, Rc2 angeordnet sind.
    [0039] Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist jeder der Verformungsmeßwiderstände Rc1, Rc2,Rs1, Rs2 wie ein Draht konstruiert, welcher wiederholt vor- undzurückgebogenist. Die Längsrichtungjedes vor- und zurückgebogenenWiderstandsdrahts entspricht der Längsrichtung des Widerstands.
    [0040] Wie als Linien mit einem langen undzwei kurzen Strichen in 2 angezeigtist eine virtuelle Achse, welche jede der ersten Seiten 31, 32 desDiaphragmas 30 halbiert und durch den Mittelpunkt des Diaphragmas 30 hindurchtritt,als erste Achse K1 festgelegt, und eine virtuelle Achse, welchesenkrecht zu der ersten Achse K1 ausgerichtet ist und durch denMittelpunkt des Diaphragmas 30 hindurchtritt, ist als zweiteAchse K2 festgelegt.
    [0041] Wenn bei dieser Ausführungsformdie erste Achse K1 und die zweite Achse K2 auf diese weise festgelegtsind, ist jede SeitenmeßvorrichtungRs1, Rs2 auf einer virtuellen Linie (T1, T2, T3, T4) befindlich,welche sich von dem Mittelpunkt jeder der Mittenmeßvorrichtungen(Rc1, Rc2) bis zu dem Randabschnitt des Diaphragmas 30 er strecktund die erste Achse und die zweite Achse unter 45° schneidet.In 2 sind die virtuellenLinien T1, T2, T3, T4 als Linien mit einem langen und einem kurzenStrich angezeigt.
    [0042] In dem Fall von 2 ist eine Seitenmeßvorrichtung Rs1 auf der virtuellenLinie T1 einer MittenmeßvorrichtungRc1 befindlich, und die andere Seitenmeßvorrichtung Rs2 ist auf dervirtuellen Linie T4 der anderen Mittenmeßvorrichtung Rc2 befindlich.
    [0043] Wie in 2 dargestellt,sind zwei virtuelle Linien fürjede der MittenmeßvorrichtungenRc1, Rc2 vorgesehen. D.h., es kann jede der SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 auf einer Linie der vier virtuellen Linien T1 bis T4 angeordnetwerden.
    [0044] Anstelle des Beispiels von 2 kann eine MittenmeßvorrichtungRs1 auf der virtuellen Linie T2 befindlich sein, während dieandere MittenmeßvorrichtungRs2 auf der virtuellen Linie T4 befindlich ist, es kann eine MittenmeßvorrichtungRs1 auf der virtuellen Linie T2 befindlich sein, während dieandere MittenmeßvorrichtungRs2 auf der virtuellen Linie T1 befindlich ist, oder es kann eineMittenmeßvorrichtungRs1 auf der virtuellen Linie T2 befindlich sein, während dieandere MittenmeßvorrichtungRs2 auf der virtuellen Linie T3 befindlich ist.
    [0045] Jedoch müssen in jedem Fall die Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 derart angeordnet sein, daß die Längsrichtung des Widerstandsjedes VerformungsmeßwiderstandsRc1, Rc2, Rs1, Rs2 entlang der Richtung der <110>-Kristallachse ausgerichtetist.
    [0046] Des weiteren wird es dann, wenn dieals Paar vorkommenden SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 miteinander ver glichen werden, bevorzugt, daß die alsPaar vorkommenden SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 in einer symmetrischen Positionsbeziehung in Bezug aufdie erste Achse K1 angeordnet sind, und es wird ebenfalls bevorzugt,daß beideSeitenmeßvorrichtungenin einer symmetrischen Positionsbeziehung in Bezug auf die zweiteAchse K2 angeordnet sind.
    [0047] Durch Annahme der symmetrischen Anordnungder Seitenmeßvorrichtungenwie oben beschrieben könnendie jeweiligen Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 derart angeordnet werden, daß sie zueinander in Bezug aufdie Mitte des Diaphragmas 30 bis zu einem Maximum symmetrischangeordnet werden können,so daß derHerstellungsprozeß derVerformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 erleichtert werden kann.
    [0048] Die vier Verformungsmeßwiderstände Rc1, Rc2,Rs1, Rs2 bilden wie in 5 dargestelltdie Brückenschaltung100, um die Belastung zu erfassen, welche in der Richtung der <100>-Kristallachse auftritt,wenn der Widerstandswert der Mittenmeßvorrichtung Rc1 auf RA festgelegtist, der Widerstandswert der Mittenmeßvorrichtung Rc2 auf RD festgelegt ist,der Widerstandswert der Seitenmeßvorrichtung Rs1 auf RB festgelegtist und der Widerstandswert der Seitenmeßvorrichtung Rs2 auf RA festgelegtist.
    [0049] D.h., ebenfalls bei dem HalbleiterdrucksensorS1 dieser Ausführungsformsind die Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 in Reihe miteinander verbunden, um eine rechtwinkligegeschlossene Schaltung zu bilden, wodurch eine wheatstonesche Brücke konstruiertwird. Die Verbindung der jeweiligen Verformungsmeßwiderstände wird durchDrähteerreicht, welche durch (nicht dargestellte) Diffusionsschichtenoder dergleichen konstruiert sind.
    [0050] Bei der in 5 dargestellten Brückenschaltung 100 erscheintdie Verformung des Diaphragmas 30 als Änderung der WiderstandswerteRA, RB, RC, RD der Verformungsmeßwiderstände in dem Zustand, daß ein konstanterGleichstrom I an dem Eingangsanschluß Ia bis Ib zugeführt wirdund die Spannung (Erfassungssignal), welche den Pegel entsprechenddem erfaßtenAusgangssignal besitzt, d.h. das Mittenwertpotential Vout, wirdan einem Punkt zwischen den Ausgangsanschlüssen Pa und Pb ausgegeben.
    [0051] Wie in 1 dargestelltwird der Halbleiterdrucksensor S1 auf einen Glassitz durch anodisches Bondenoder dergleichen auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebondet.Bei dieser Ausführungsformist die Innenseite des Aussparungsabschnitts 20 durch denGlassitz 40 hermetisch verschlossen und als Bezugsdruckkammerfestgelegt, wodurch ein Drucksensor eines Absolutdrucktyps konstruiertwird.
    [0052] Obwohl nicht dargestellt kann einDruckeinführungsdurchgang,durch welchen der Aussparungsabschnitt 20 und die Außenseitemiteinander Wechselsprechen, in dem Glassitz 40 gebildetsein. Bei diesem Typ eines Halbleiterdrucksensors S1 kann ein Druckbei der Messung durch den Druckeinführungsdurchgang in den Aussparungsabschnitt 20 derarteingeführtwerden, daß dieRückseitenoberfläche desDiaphragmas 30 den derart eingeführten Druck aufnimmt.
    [0053] Der wie oben beschriebene HalbleiterdrucksensorS1 kann wie folgt gebildet werden.
    [0054] Zuerst wird das Halbleitersubstrat 10,bei welchem die Ebenenrichtung der Hauptoberfläche, d.h. eine Oberfläche 11 unddie andere Oberfläche 12,der (110)-Seite entspricht, bereitgestellt. Danach werden die Verfor mungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 verschiedener Arten von Drähten usw. auf der anderen Oberfläche desHalbleitersubstrats 10 unter Verwendung einer Halbleiterherstellungstechnikwie Ionendotierung, Diffusion, usw. gebildet.
    [0055] Danach wird eine (nicht dargestellte) Ätzmaskemit einem Öffnungsabschnitt,welcher eine vorbestimmte Form besitzt, in der einen Oberfläche 11 desHalbleitersubstrats 10 gebildet. Die Ätzmaske kann aus einem Siliziumnitridfilmdurch CVD (Chemical Vapor Deposition) oder dergleichen gebildetwerden.
    [0056] Nachdem die Ätzmaske auf der einen Oberfläche 11 desHalbleitersubstrats 10 wie oben beschrieben gebildet wordenist, wird ein Ätzenauf das Halbleitersubstrat 10 von der einen Oberfläche 11 davonaus durchgeführt,wodurch der Aussparungsabschnitt 20 in dem Halbleitersubstrat 10 gebildetwird, und es wird das Diaphragma 3 0 an der Bodenoberflächenseitedes Aussparungsabschnitts 20 in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet.
    [0057] Es kann ein anisotropes Ätzen unterVerwendung einer alkalischen Ätzflüssigkeitwie KOH (Kaliumhydroxid), TMAH (Tetra-Methylammoniumhalid) oderdergleichen als Ätzmittelzur Bildung des Diaphragmas verwendet werden.
    [0058] Der Halbleiterdrucksensor S1, welcherdie Verformungsmeßwiderstände Rc1,Rc2, Rs1, Rs2 und das Diaphragma 30 besitzt, wird wie obenbeschrieben fertiggestellt. Danach wird der HalbleiterdrucksensorS1 einem Ätzenoder dergleichen unterworfen, um die Ätzmaske zu entfernen, und wirddanach mit dem Glassitz 40 durch das anodische Bonden oderdergleichen verbunden.
    [0059] Wenn wie oben beschrieben die ersteAchse K1 und die zweite Achse K2 in dem Diaphragma, welches in derDraufsicht eine quadratische Form besitzt, wie oben beschriebenfestgelegt sind, ist die vorliegende Erfindung dahingehend bestimmt,daß jedeSeitenmeßvorrichtungRs1, Rs2 auf den virtuellen Linien T1 bis T4 befindlich ist, welchesich von dem Mittelpunkt jeder Mittenmeßvorrichtung Rc1, Rc2 bis zudem Randabschnitt des Diaphragmas erstrecken und die erste AchseK1 und die zweite Achse K2 in einem Winkel von 45° schneiden.
    [0060] Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung gründet sichauf der Analyse, welche auf dem Finite-Elemente-Verfahren (FEM)basiert, welches von den Erfindern in Bezug auf den HalbleiterdrucksensorS1 durchgeführtworden ist. Die Erfinder haben den Unterschied bei der thermischenSpannung an verschiedenen Positionen auf dem Diaphragma 30 in Bezugauf die thermische Spannung analysiert, welche den MittenmeßvorrichtungenRc1, Rc2 aufgebracht wird.
    [0061] 3 zeigtein Diagramm, welches einen Verteilungszustand des durch diese Analysebestimmten Unterschieds der thermischen Spannung darstellt. In diesemFall wird in 3 ein Fallveranschaulicht, bei welchem ein oberer Halbbereich, welcher ander oberen Seite von der ersten Achse K1 aus in dem Diaphragma 30 befindlichist, welches eine quadratische Form mit 600 μm × 600 μm besitzt. Die Verteilung desunteren Halbbereichs des Diaphragmas 30 ist zu derjenigendes oberen Halbbereichs in Bezug auf die erste Achse K1 symmetrisch, undsomit wird die Erläuterungausgelassen.
    [0062] In 3 wirddie Größe des Unterschieds derthermischen Spannung an den jeweiligen Positionen in Bezug auf diethermische Spannung, welche an der Mitte der MittenmeßvorrichtungRc1, Rc2 auftritt, durch Verteilungslinien wie Konturenlinien ineiner Karte bzw. einem Plan dargestellt. In diesem Fall sind dieBereiche M1 bis M7 durch die Verteilungslinien segmentiert, undes wird der Unterschied der thermischen Spannung stufenweise vondem Bereich M1 bis zu dem Bereich M7 in dieser Reihenfolge um jeweils0,01 MPa erhöht.
    [0063] Insbesondere verläuft der Unterschied der thermischenSpannung von 0 bis 0,01 MPa in dem Bereich M1, von 0,01 bis 0,02MOa in dem Bereich M2, von 0,02 bis 0,03 MPa in dem Bereich M3,von 0,03 bis 0,04 MPa in dem Bereich M4, von 0,04 bis 0,05 MPa indem Bereich M5, von 0,05 bis 0,06 MPa in dem Bereich M6 und von0,06 bis 0,07 MPa in dem Bereich M7.
    [0064] Aus 3 istersichtlich, daß dann,wenn die SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 in dem Bereich M1 angeordnet sind, der Unterschied zwischender thermischen Spannung, welche den Mittenmeßvorrichtungen Rc1, Rc2 aufgebrachtwird, und der thermischen Spannung, welche den SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 aufgebracht wird, maximal an Null angenähert werden kann. Der BereichM1 stimmt im wesentlichen mit den virtuellen Linien T1 bis T4 überein.
    [0065] Dementsprechend kann durch Anordnenjeder SeitenmeßvorrichtungRs1, Rs2 auf den virtuellen Linien T1 bis T4 der Unterschied zwischenden thermischen Spannungen, welche den Mittenmeßvorrichtungen Rc1, Rc2 undden SeitenmeßvorrichtungenRs1, Rs2 aufgebracht werden, maximal verringert werden. Des weiterenkann durch Annahme der Meßvorrichtungsanordnungwie oben beschrieben der Halbleiterdrucksensor S1 bereitgestelltwerden, welcher eine hervorragende TNO-Charakteristik sogar dannaufweist, wenn das Diaphragma 30 miniaturisiert ist.
    [0066] Es wird festgestellt, daß es nichtverlangt wird, daß dieSeitenmeßvorrichtungenauf den virtuellen Linien T1 bis T4 in einem Winkel von 45° befindlichsind, wenn beide Seitenmeßvorrichtungenan Abschnitten befindlich sind, welche dieselbe Belastungsverteilungin dem Substrat besitzen.
    [0067] Die Beschreibung der Erfindung dientlediglich als Beispiel, und somit liegen Änderungen, welche nicht vomKern der Erfindung abweichen, innerhalb des Rahmens der Erfindung.Derartige Änderungenwerden nicht als Abweichung vom Rahmen der Erfindung angesehen.
    [0068] Vorstehend wurde ein Halbleiterdrucksensor offenbart.Wenn in einem Diaphragma (30), welches eine quadratischeForm aufweist, die vier Seiten eines Paars erster Seiten (31, 32),welche sich entlang der Richtung der <110>-Kristallachseerstrecken, und eines Paars zweiter Seiten (33, 34)enthält,welche sich entlang der Richtung der <100>-Kristallachseerstrecken, eine Achse, welche jede der ersten Seiten (31, 32)des Diaphragmas (30) halbiert und durch den Mittelpunktdes Diaphragmas hindurchtritt, als erste Achse K1 festgelegt istund eine Achse, welche vertikal die erste Achse K1 schneidet unddurch den Mittelpunkt des Diaphragmas hindurchtritt, als zweite AchseK2 festgelegt ist, ist jede der Seitenmeßvorrichtungen Rs1, Rs2 aufeiner virtuellen Linie T1, T2, T3, T4 befindlich, welche sich vondem Mittelpunkt jeder der Mittenmeßvorrichtungen Rc1, Rc2 biszu dem Randabschnitt des Diaphragmas (30) erstreckt und dieerste Achse K1 und die zweite Achse K2 in einem Winkel von 45° schneidet.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Halbleiterdrucksensor mit: einem Halbleitersubstrat(10), welches eine Hauptoberfläche entsprechend einer (110)-Seiteaufweist; einem Druckerfassungsdiaphragma (30), welches aufder Hauptoberflächedes Halbleitersubstrats gebildet ist; und Verformungsmeßwiderständen (Rc1,Rc2, Rs1, Rs2), welche auf dem Diaphragma zur Bildung einer Brückenschaltung(100) und zur Ausgabe eines Erfassungssignals in Verbindungmit der Verformung des Diaphragmas gebildet sind, wobei dasDruckerfassungsdiaphragma eine planare Form besitzt, welche vierSeiten aufweist, wobei die vier Seiten ein Paar erster Seiten (31, 32),welche sich entlang der Richtung der <110>-Kristallachseerstrecken, und ein Paar zweiter Seiten (33, 34)enthalten, welche sich entlang der Richtung der <100>-Kristallachseerstrecken, wobei die Verformungsmeßwiderstände ei-n Paar Mittenmeßvorrichtungen(Rc1, Rc2), welche an einem mittleren Abschnitt des Druckerfassungsdiaphragmasentlang der Richtung der <110>-Kristallachse angeordnetsind, und ein Paar Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) enthalten, welche näheran dem Randabschnitt des Druckerfassungsdiaphragmas als an den Mittenmeßvorrichtungenbefindlich sind, so daß dieals Paar angeordneten Seitenmeßvorrichtungenan einem Abschnitt des Halbleitersubstrats angeordnet sind, welcherin etwa dieselbe Belastungsverteilung aufweist.
    [2] Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dann,wenn eine Achse, welche jede der ersten Seiten (31, 32)des Diaphragmas (30) halbiert und durch den Mittelpunktdes Diaphragmas hindurchtritt, als erste Achse (K1) festgelegt istund eine Achse, welche vertikal die erste Achse schneidet und durchden Mit telpunkt des Diaphragmas hindurchtritt, als zweite Achse(K2) festgelegt ist, jede der Seitenmeßvorrichtungen (Rs1, Rs2) aufeiner virtuellen Linie (T1, T2, T3, T4) befindlich ist, welche sichvon dem Mittelpunkt jeder der Mittenmeßvorrichtungen (Rc1, Rc2) biszu dem Randabschnitt des Diaphragmas erstreckt und die erste Achseund die zweite Achse in einem Winkel von 45° schneidet.
    [3] Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß dieals Paar vorkommenden Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) zueinander positionssymmetrisch in Bezug auf die ersteAchse (K1) angeordnet sind.
    [4] Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieals Paar vorkommenden Seitenmeßvorrichtungen(Rs1, Rs2) zueinander positionssymmetrisch in Bezug auf die zweiteAchse (K2) angeordnet sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040177699A1|2004-09-16|
    US6865951B2|2005-03-15|
    JP2004279089A|2004-10-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2009-01-22| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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