DE102018208476A1

DE102018208476A1 - Halbleiterdrucksensor

Info

Publication number: DE102018208476A1
Application number: DE102018208476.9A
Authority: DE
Inventors: Eiji Yoshikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US20190178739A1; JP2019105537A; US10663366B2; JP6385553B1

Abstract

Ein Halbleiterdrucksensor (1) umfasst: ein erstes Halbleiterträgermaterial (2) mit einer Vielzahl von darauf gebildeten Aussparungen; ein Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3), verbunden mit dem ersten Halbleiterträgermaterial (2) mit einem dazwischen angeordneten ersten Oxid-Film (10); ein zweites Halbleiterträgermaterial (4), verbunden mit dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) mit einem dazwischen angeordneten zweiten Oxid-Film (11); eine erste Referenzdruckkammer (5), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine erste Aussparung (7a) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) und des Zwischen-Halbleiterträgermaterials (3); eine zweite Referenzdruckkammer (6), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine zweite Aussparung (7b), gebildet auf dem ersten Halbleiterträgermaterial (2), dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) und dem zweiten Halbleiterträgermaterial (4), wobei das Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) eine mit der zweiten Aussparung (7b) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) kommunizierende Durchbruchsöffnung (8) aufweist; und Piezo-Widerstände (9), gebildet auf einer Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welches einen Druck aufnimmt, entlang äußeren Rändern der ersten Referenzdruckkammer (5) und der zweiten Referenzdruckkammer (6).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor, welcher für eine Messung des Drucks eines Wasserstoffgas oder eines Wasserstoffgas enthaltenden Gases, insbesondere in einem mit einer Kraftstoffzelle ausgestatteten Automobil, zu verwenden ist.
Beschreibung des Stands der Technik
In einem Typ eines an einem Brennstoffzellenfahrzeug oder etwas Ähnliches angebrachten Brennstoffzellensystem wird ein Brennstoffzellenstapel verwendet, welcher zum Erzeugen einer Hochspannung geeignet ist. Der Brennstoffzellenstapel ist derart ausgebildet, dass eine isolierende Schicht, eine Stromaufnahmeschicht, eine Endschicht oder etwas Ähnliches in einem Brennstoffzellenstapelkörper geschichtet ist. Der Brennstoffzellenstapelkörper wird durch Stapeln von mehreren Brennstoffzellensätzen erhalten. Ein Brennstoffzellensatz umfasst im Allgemeinen: eine Membranelektrodenanordnung (MEA), welche aus einer Anodenseitenelektrode, einer Elektrolytmembran und einer Kathodenseitenelektrode besteht; und ein Trennelement.
In dem Brennstoffzellenstapel tritt eine Zellreaktion durch Zuführen von Brennstoffgas (beispielsweise Wasserstoffgas) an die Anodenseite und Sauerstoffgas (beispielsweise Luft) an die Kathodenseite, sodass eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, und Wasser an der Kathodenseite produziert wird. Um die Energieerzeugung effizient auszuführen, ist es notwendig die Mengen von Wasserstoffgas und Luft, welche an den Brennstoffzellenstapel zugeführt werden, genau zu messen und ein Wasserstoffgas und eine Luft zuzuführen, während die Mengen von Wasserstoffgas und Luft derart gesteuert werden, dass ein Überschuss oder ein Defizit davon nicht verursacht wird. Ein Drucksensor wird zum Steuern eines Wasserstoffgases verwendet.
Bis hierhin wird ein Drucksensor, bei welchem ein durch SUS316 bestimmtes metallisches Material für ein Druckaufnehmen des Gehäuse oder eine druck-aufnehmende Membran verwendet wird, zum Messen des Drucks von Wasserstoffgas oder Wasserstoffgas enthaltendem Gas verwendet. Das metallische Material weist im Wesentlichen ein Problem einer Wasserstoff-Versprödung auf, und somit muss die Oberfläche davon beschichtet werden, um eine Wasserstoff-Wasserstoff-Versprödung zu verhindern. Eine Zuverlässigkeit wird gewährleistet, allerdings ist ein kritisches Problem, dass das Gewicht hoch wird und die Kosten hoch werden, sodass der Drucksensor nicht für eine Anbringung im Fahrzeug geeignet ist. Weiter, da die druck-aufnehmende Membran aus dem metallischen Material gebildet ist, gibt es ein Problem darin, dass es schwierig ist die Messgenauigkeit und Ansprechbarkeit zu erhöhen.
Indessen wird ein Halbleiterdrucksensor verwendet, bei welchem ein Ein-Kristall-Silizium als eine druck-aufnehmende Membran verwendet wird. Bei dem Halbleiterdrucksensor wird, um einen Absolutdruck zu messen, das Innere einer Referenzdruckkammer in einen Vakuumzustand versetzt. Die Referenzdruckkammer ist häufig gebildet durch anodisches Bonden von: einem Siliziumwafer mit einer druckaufnehmenden Membran; und einem Glaswafer, welcher zum Aufsetzen dient. Allerdings ist bezüglich der molekularen Größe von Wasserstoffgas der Kovalenzradius davon ungefähr 37 pm und der van der Waals-Radius davon ist ungefähr 120 pm, das heißt die molekulare Größe ist sehr klein. Somit, da ein poröses Material wie beispielsweise Glas eine Eigenschaft aufweist, dass dieses Gasmoleküle hindurch lässt, gibt es ein Problem darin, dass ein solches poröses Material nicht zur Verwendung zum Messen des Drucks von Wasserstoff enthaltendem Gas geeignet ist.
Um solche Probleme zu bewältigen, gibt es einen Halbleiterdrucksensor, bei welchem eine Referenzdruckkammer durch Verwenden eines Ein-Kristall-Siliziumsmaterials gebildet ist, ohne einen Glaswafer zu verwenden (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Bei dem Halbleiterdrucksensor wird ein erstes Silizium-Trägermaterial, welches zum Aufsetzen dient, und ein zweites Silizium-Trägermaterial mit einer druck-aufnehmenden Membran und eine Aussparung in einem Vakuumzustand mit einem dazwischen angeordneten Oxid-Film zusammengeführt, und eine Referenzdruckkammer wird durch die Aussparung und die Oberfläche zum Aufsetzen gebildet. Piezo-Widerstände werden an peripheren Abschnitten der Membran vorgesehen. Der Druck wird dadurch gemessen, dass die Piezo-Widerstände eine Spannung detektieren, welche durch einen Biegen der Membran erzeugt wird, wenn Druck anliegt. Da die Referenzdruckkammer unter Verwendung eines Ein-Kristall-Si gebildet wird, wie oben beschrieben, ist der Druck von Gas, welches ein Gas mit einer kleinen molekularen Größe wie beispielsweise Wasserstoff aufweist, ebenso genau zu messen. Zusätzlich liegt der Betriebstemperaturbereich eines Halbleiterdrucksensors zur Verwendung zum Messen des Drucks von Luft, welches durch ein an einem Kraftstoffzellenfahrzeugen oder etwas Ähnlichem angebrachten Kraftstoffzellensystem eingesaugt wird, wie in der vorliegenden Erfindung vorgesehen, oder durch einen an einem Automobil angebrachten Motor, bei bis zu ungefähr 120 °C, und der Wasserstoffdiffusionskoeffizient eines Ein-Kristall-Si ist in einem solchen Temperaturbereich sehr gering. Somit ist es selbst unter Berücksichtigung des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten möglich einen Hoch-Vakuumzustand der Referenzdruckkammer beizubehalten (siehe beispielsweise Nicht-Patentdokument 1 für die Temperaturabhängigkeit des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten).
Dokument 1: japanisches Patent mit der Nummer 3994531
Nicht-Patentdokument 1: Sabrina Bedard et al. „Diffusion of hydrogen in crystalline silicon“, Phys. Rev. B 61, 9895 (2000)
Allerdings gibt es ebenso bei dem Halbleiterdrucksensor, bei welchem die Referenzdruckkammer unter Verwendung eines Ein-Kristall-Siliziumsmaterials gebildet ist, immer noch ein kritisches Problem zum Sicherstellen einer funktionalen Sicherheit und einer hochgenauen Messung in der bei der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Verwendung.
Basierend auf der aktuellen Herstellungstechnik für einen Halbleiterdrucksensor ist die Ausfallrate eines Fahrzeugs über dessen Lebensdauer ungefähr 20 bis 100 FIT (Ausfall-In-Zeit), und somit kann die für ein für den Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehenes System notwendige funktionale Sicherheit nicht ausreichend erfüllt werden. Ein konventioneller Halbleiterdrucksensor umfasst lediglich eine Membran. Somit, falls eine Unregelmäßigkeit wie beispielsweise ein Bruch bei der Membran aufgrund von irgendwelchen unerwarteten Gründen auftritt, wird eine Fehlfunktion des gesamten Systems verursacht. Im schlimmsten Fall besteht ein Risiko, dass dies zu einem kritischen Ereignis wie beispielsweise eine Betriebsunfähigkeit führt, und eine funktionale Sicherheit ist nicht sichergestellt. Der in Patentdokument 1 beschriebene konventionelle Halbleiterdrucksensor umfasst lediglich eine Membran, und somit ist dies in diesem Fall umfasst.
Um die funktionale Sicherheit zu verbessern, kann eine Redundanz der Funktion des Halbleiterdrucksensors durch umfassen einer Vielzahl von Membranen mit derselben Dicke und Größe erzielt werden. Um eine Ausfallbestimmung bezüglich eines Betriebszustands auszuführen, ist eine hochgenaue Druckmessung in unterschiedlichen Druckbereichen erforderlich. Allerdings wird diese Voraussetzung nicht erfüllt, selbst wenn eine Vielzahl von Membranen mit derselben Dicke und Größe vorgesehen ist, und welche dieselben druck-sensitiven Eigenschaften aufweisen, bereitgestellt werden. Zum Ausführen einer Druckmessung mit einer hohen Genauigkeit für die unterschiedlichen Druckbereiche, muss der Halbleiterdrucksensor Membrane mit entsprechend den jeweiligen Druckbereichen optimierten druck-sensitiven Eigenschaften umfassen. Falls dies innerhalb eines einzelnen Chips für den konventionellen Halbleiterdrucksensor zu erzielen ist, werden zur Herstellung von Membranen mit unterschiedlichen druck-sensitiven Eigenschaften die Größen der Membrane in der Ebenenrichtung verändert. Wenn die Größe der Membran entsprechend dem breiteren Druckbereich (Hochdruckseite) optimal ausgebildet ist, muss die Größe der Membran des inneren Druckbereichs (Niederdruckseite) erhöht werden, sodass die Größe des Chips für den Halbleiterdrucksensor zunimmt. Zusätzlich, wenn die Niederdruckseitenmembran optimal ausgebildet ist, ist es schwierig eine hohe Genauigkeit auf der Hochdruckseite zu erzielen. Wie oben beschrieben, erfüllt der einzelne Halbleiterdrucksensor mit einer geeigneten Größe nicht die Voraussetzungen einer hochgenauen Messung für die unterschiedlichen Druckbereiche.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein erstes Halbleiterträgermaterial mit einer Vielzahl von darauf gebildeten Aussparungen; ein Zwischen-Halbleiterträgermaterial, verbunden mit dem ersten Halbleiterträgermaterial mit einem dazwischen angeordneten ersten Oxid-Film; ein zweites Halbleiterträgermaterial, verbunden mit dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial mit einem dazwischen angeordneten zweiten Oxid-Film; eine erste Referenzdruckkammer, gebildet als ein Raum, welcher eine erste Aussparung des ersten Halbleiterträgermaterials und des Zwischen-Halbleiterträgermaterials umgibt; eine zweite Referenzdruckkammer, gebildet als ein Raum, welcher durch eine auf dem ersten Halbleiterträgermaterial gebildete zweite Aussparung, das Zwischen-Halbleiterträgermaterial und das zweite Halbleiterträgermaterial umgibt, wobei das Zwischen-Halbleiterträgermaterial eine Durchbruchsöffnung aufweist, welche mit der zweiten Aussparung des ersten Halbleiterträgermaterials kommuniziert; und Piezo-Widerstände, gebildet auf einer Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials, welches einen Druck aufnimmt, entlang den äußeren Rändern der ersten und der zweiten Referenzdruckkammer.
Mit dem Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Druck mit einer hohen Genauigkeit für eine Vielzahl von unterschiedlichen Druckbereichen gemessen werden, ohne die Größe des Halbleiterdrucksensors zu erhöhen.
Die vorstehenden und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Detailbeschreibung deutlicher werden, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Graph, welcher eine Ausgangseigenschaft des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angibt;
4 ist eine Draufsicht eines anderen Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Querschnittsansicht des anderen Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Querschnittsansicht des anderen Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Graph, welcher Ausgangseigenschaften des anderen Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angibt;
8 ist eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung; und
10 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung eines Schutzfilms in 9.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsform 1
1 ist eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie A-A in 1. Nachfolgend wird der Halbleiterdrucksensor 1 mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
Der Halbleiterdrucksensor 1 umfasst: ein erstes Halbleiterträgermaterial 2, welches eine erste Aussparung 7a und eine zweite Aussparung 7b, gebildet auf einer Hauptoberfläche 2a davon, aufweist; ein Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3, welches eine Durchbruchsöffnung 8 aufweist, welche mit der zweiten Aussparung 7b kommuniziert, und welches die erste Aussparung 7a abdeckt; ein zweites Halbleiterträgermaterial 4, welches die Durchbruchsöffnung 8 und die zweite Aussparung 7b abdeckt; und Piezo-Widerstände 9a bis 9h, welche auf einer Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 vorgesehen sind, welches eine Oberfläche ist, welche einen Druck aufnimmt, um voneinander getrennt beabstandet zu sein. Die Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 und eine Hauptoberfläche 3b des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 sind miteinander mit einem ersten Oxid-Film 10 dazwischen verbunden, und eine Hauptoberfläche 3a des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 und eine Hauptoberfläche 4b des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 sind mit einem zweiten Oxid-Film 11 dazwischen verbunden. Ein Schutzfilm 14 ist auf der Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 vorgesehen (der Schutzfilm 14 ist in 1 nicht gezeigt). Ein-Kristall-Silizium-Trägermaterialien werden als das erste Halbleiterträgermaterial 2, das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 und das zweite Halbleiterträgermaterial 4 verwendet und das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 und das zweite Halbleiterträgermaterial 4 sind verformbare dünne Trägermaterialien.
Eine erste Referenzdruckkammer 5 ist als ein Raum gebildet, welcher umgeben ist durch: die erste Aussparung 7a, welche in der Dicken-Richtung von der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 gebildet ist; und das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3, welches die erste Aussparung 7a abdeckt. In 2 bildet ein Bereich des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 und des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3, welches der ersten Aussparung 7a gegenüber liegt, wobei der Bereich durch eine gestrichelte Linie auf der rechten Seite umrandet ist, einen Querschnitt einer ersten Membran 12. Die Membran ist ein verformbarer druck-aufnehmender Abschnitt mit einer rechteckigen Form und ein Biegen tritt darin in Reaktion auf die Aufnahme von Druck auf. Der Biegungsgrad, das heißt die druck-sensitive Eigenschaft, wird durch die Größe und die Dicke der Membran bestimmt. Bezüglich der ersten Membran 12 ist eine Dicke, welche durch Aufsummieren der Dicke des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 und der Dicke des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 erhalten wird, hauptsächlich die Dicke der Membran. In 1 ist ein durch eine gestrichelte Linie auf der rechten Seite umgebener Abschnitt ein Bereich, bei welchem die erste Membran 12 ausgebildet ist, und weist eine quadratische Form auf. Die Positionen der gestrichelten Linie ist die Position des äußeren Rands der ersten Referenzdruckkammer 5.
Eine zweite Referenzdruckkammer 6 ist als ein Raum gebildet, welcher umgeben ist durch: die zweite Aussparung 7b, welche in der Dicken-Richtung von der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 gebildet ist; das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3, welches die Durchbruchsöffnung 8 bildet; und das zweite Halbleiterträgermaterial 4, welches die Durchbruchsöffnung 8 abdeckt. Die Durchbruchsöffnung 8 wird in der Dicken-Richtung des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 derart ausgebildet, damit dieses mit der äußeren Form der zweiten Aussparung 7b übereinstimmt. In 2 bildet ein Bereich des zweiten Halbleiterträgermaterials 4, welches der zweiten Aussparung 7b und der Durchbruchsöffnung 8 gegenüber liegt, wobei der Bereich durch eine gestrichelte Linie auf der linken Seite umgeben ist, einen Querschnitt einer zweiten Membran 13. Bezüglich der zweiten Membran 13 ist die Dicke des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 hauptsächlich die Dicke der Membran. In 1 ist ein Abschnitt, welcher durch eine gestrichelte Linie auf der linken Seite umgeben ist, ein Bereich, bei welchem die zweite Membran 13 gebildet ist. Die Position der gestrichelten Linie ist die Position des äußeren Rands der zweiten Referenzdruckkammer 6.
Wenn ein Druck auf die Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 angelegt wird, verbiegen sich die erste Membran 12 und die zweite Membran 13 in Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen der ersten Referenzdruckkammer 5 und der zweiten Referenzdruckkammer 6 und der äußeren Umgebung. Entsprechend tritt ein verbiegen in den Bereichen der Piezo-Widerstände 9a bis 9h auf, und die Widerstandswerte davon verändern sich in Reaktion auf die Verbiegung. Die Widerstandswerte werden als elektrische Signale über eine Diffusionsverkabelungsschicht oder einen metallischen Elektrodenfilm (nicht gezeigt) nach außen geführt.
Der Schutzfilm 14 wird zum Schutz der Piezo-Widerstände 9a bis 9h, der Diffusionsverkabelungsschicht und so weiter vor einer äußeren schädlichen Umgebung. Das Material des Schutzfilms 14 ist beispielsweise ein Siliziumnitridfilm (SiNx). Falls es keine Bedenken bezüglich einer schädlichen Umgebung gibt, kann der Schutzfilm 14 nicht vorgesehen sein.
3 ist ein Graph, welcher Ausgangseigenschaften des Halbleiterdrucksensors 1 entsprechend Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angibt. In 3 gibt eine gestrichelte Linie Ausgangseigenschaften der ersten Membran 12 an, und gibt eine durchgezogene Linie Ausgangseigenschaften der zweiten Membran 13 an. Die horizontale Achse gibt einen angelegten Druck an, und die vertikale Achse gibt eine Ausgangsspannung an, welche zu der druck-sensitiven Eigenschaft der Membran gehört. Die erste Membran 12 und die zweite Membran 13 weisen dieselbe Form in 1 auf, allerdings, da die Dicken davon unterschiedlich zueinander sind, sind Beträge der Verbiegung davon mit Bezug zu demselben Druck unterschiedlich zueinander. Somit sind die druck-sensitiven Eigenschaften der ersten Membran 12 und der zweiten Membran 13 unterschiedlich zueinander. Die erste Membran 12, welche dicker ist, verbiegt sich in einem kleinen Ausmaß, und die zweite Membran 13, welche dünner ist, verbiegt sich in einem großen Ausmaß. Daher wird durch Verwenden der zweiten Membran 13, wenn der angelegte Druck innerhalb eines in 3 gezeigten Bereichs A fällt, und Verwenden der zweiten Membran 12, wenn der angelegte Druck innerhalb eines in 3 gezeigten Bereichs B fällt, eine Druckmessung bei unterschiedlichen Druckbereichen ermöglicht, ohne die Größe des Halbleiterdrucksensors 1 zu erhöhen. Entsprechend kann zum Ausführen einer Ausfallbestimmung mit Bezug zu einem Betriebszustand eine Druckmessung mit einer hohen Genauigkeit für unterschiedliche Druckbereiche ausgeführt werden. Da die Dicke der zweiten Membran 13 kleiner als die der ersten Membran 12 ist, weist die zweite Membran 13 eine höhere Wahrscheinlichkeit auf. Selbst wenn eine Unregelmäßigkeit wie ein Bruch in der zweiten Membran 13 auftritt, ist eine Druckmessung in den 2 Bereichen A und B mit der ersten Membran 12 möglich. In einem solchen Fall vermindert sich die Genauigkeit einer Messung in dem Bereich A in einem gewissen Maße, allerdings kann eine Fehlfunktion des gesamten Systems verhindert werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors 1 beschrieben. Eine Vielzahl von Halbleiterdrucksensoren 1 wird gleichzeitig auf einem Wafer hergestellt, welcher ein Ein-Kristall-Silizium-Trägermaterial ist. Allerdings wird hier eine Herstellung von einem Halbleiterdrucksensor 1 beschrieben. Der Halbleiterdrucksensor 1 weist eine quadratische Form mit einer Seite von ungefähr 1 mm in einer Draufsicht auf. Die erste Membran 12 und die zweite Membran 13 weisen eine quadratische Form mit einer Seite von ungefähr 300 µm auf. Zuerst werden die Aussparung 7a und die Aussparung 7b auf der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 durch Ätzen gebildet. Zum Bilden der Formen der ersten Referenzdruckkammer 5 und der zweiten Referenzdruckkammer 6, das heißt, die Formen der ersten Membran 12 und der zweiten Membran 13 mit einer hohen Genauigkeit, wird bevorzugt ein induktivgekoppeltes Plasma-reaktives Ionenätzen (ICP-RIE) unter Verwendung des Bosch-Prozesses verwendet. Das Ätzverfahren ist nicht darauf beschränkt und ein nasses anisotropes Ätzen unter Verwendung einer Ätzlösung wie beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH) oder Tetramethyl-Ammonium-Hydroxide (TMAH) kann zum Bilden der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b verwendet werden. Die Tiefen der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b sind relativ zu den Volumen der ersten Referenzdruckkammer 5 und der zweiten Referenzdruckkammer 6. Aus der Sicht, dass eine Änderung in dem internen Druck reduziert wird, um klein zu sein, selbst wenn ein beliebiges Gas wie beispielsweise Wasserstoff in die erste Referenzdruckkammer 5 oder die zweite Referenzdruckkammer 6 zufällig eintritt, sind die Volumen vorzugsweise größer, sodass es notwendig ist ein Ätzen so tief wie möglich auszuführen. Allerdings nimmt die Verarbeitungslast zu. Hierbei wird ein Eintreten von Gas wie beispielsweise Wasserstoff in die erste Referenzdruckkammer 5 und die zweite Referenzdruckkammer 6 durch Nichtverwenden eines Glaswafers als ein Aufsetzen und Ausbilden der ersten Referenzdruckkammer 5 und der zweiten Referenzdruckkammer 6 unter Verwendung eines Ein-Kristall-Silizium-Trägermaterials verhindert. Somit können aus der Sicht zum Reduzieren der Verarbeitungslast, die Tiefen der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b ungefähr 10 µm bis 100 µm sein.
Folglich wird der erste Oxid-Film 10 auf der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 durch eine thermische Oxidation gebildet. Der Oxid-Film 10 wird ebenso auf den Oberflächen der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b gebildet. Der erste Oxid-Film 10 ist notwendig um ein Verbinden mit dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 zu fördern, und die Dicke davon ist in geeigneter Weise ungefähr 0,1 µm bis 0,5 pm. Hierbei wurde das Beispiel beschrieben, wobei der erste Oxid-Film 10 auf der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 gebildet ist, allerdings kann der erste Oxid-Film 10 auf der Hauptoberfläche 3b des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 gebildet werden.
Folglich werden die Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 und die Hauptoberfläche 3b des Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 miteinander in einem Vakuum verbunden, wodurch die erste Referenzdruckkammer 5 gebildet wird. Das Verbinden wird vorzugsweise in einer Säureatmosphäre bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1100 °C ausgeführt, allerdings in Abhängigkeit von den Abmessungen der Bereiche der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b in dem Bereich des gesamten Wafers, kann eine Verbindungsstärke durch Erhöhen der Temperatur auf ungefähr 1200 °C weiter verbessert werden.
Da das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3, welches die erste Aussparung 7a abdeckt, ein Abschnitt der ersten Membran 12 wird, wird die Trägermaterialdicke entsprechend dem zu messenden Druckbereich eingestellt, nachdem das erste Halbleiterträgermaterial 2 und das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 miteinander verbunden sind. Insbesondere wird die Trägermaterialdicke auf eine vorbestimmte Dicke wie beispielsweise ungefähr 20 µm durch Abtragen oder Polieren der gesamten Hauptoberfläche 3a des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 eingestellt. Dies liegt daran, dass bei einem Verbinden es schwierig ist das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 mit einer kleineren Dicke von ungefähr 20 µm zu behandeln.
Folglich wird die Durchbruchsöffnung 8 gebildet, welche das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 durchdringt und mit der zweiten Aussparung 7b kommuniziert. Als Mittel zum Ausbilden der Durchbruchsöffnung 8 wird vorzugsweise ICP-RIE unter Verwendung des Bosch-Prozesses ähnlich zu dem Verfahren zum Ausbilden der ersten Aussparung 7a und der zweiten Aussparung 7b verwendet. Die äußere Form der Durchbruchsöffnung 8 ist eine quadratische Form ähnlich zu der äußeren Form der zweiten Aussparung 7b.
Folglich wird der zweite Oxid-Film 11 auf der Hauptoberfläche 3a des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 durch eine thermische Oxidation gebildet. Der zweite Oxid-Film 11 wird ebenso auf der Wandoberfläche der Durchbruchsöffnung 8 und der Oberfläche der zweiten Aussparung 7b gebildet. Der zweite Oxid-Film 11 wird benötigt, um ein Verbinden mit dem zweiten Halbleiterträgermaterial 4 voranzutreiben, und die Dicke davon ist in geeigneter Weise ungefähr 0,1 µm bis 0,5 µm. Hierbei wurde das Beispiel beschrieben, wobei der zweite Oxid-Film 11 auf der Hauptoberfläche 3a des Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 gebildet ist, allerdings kann der zweite Oxid-Film 11 auf der Hauptoberfläche 4b des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 gebildet werden.
Folglich werden die Hauptoberfläche 3a des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 und die Hauptoberfläche 4b des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 miteinander in einem Vakuum verbunden, wodurch die zweite Referenzdruckkammer 6 gebildet wird. Das Verbinden wird vorzugsweise in einer Säureatmosphäre bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1100 °C ausgeführt.
Da das Halbleiterträgermaterial 4, welches die erste Aussparung 7a abdeckt, ein Abschnitt der ersten Membran 12 wird, und das zweite Halbleiterträgermaterial 4, welches die zweite Aussparung 7b abdeckt, die zweite Membran 13 wird, wird die Trägermaterialdicke entsprechend dem zu messenden Druckbereich eingestellt, nachdem das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 und das zweite Halbleiterträgermaterial 4 miteinander verbunden sind. Insbesondere wird die Trägermaterialdicke auf eine vorbestimmte Dicke wie beispielsweise ungefähr 20 µm durch Abtragen oder Polieren der gesamten Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 eingestellt. Dies liegt daran, dass bei einem Verbinden es schwierig ist das zweite Halbleiterträgermaterial 4 mit einer kleineren Dicke von ungefähr 20 µm zu handhaben. Durch die obigen Schritte werden die erste Membran 12 und die zweite Membran 13 mit vorbestimmten unterschiedlichen Dicken ausgebildet.
Folglich wird eine Ionenimplantation von Störstellen wie beispielsweise Bor entlang den äußeren Randabschnitten der ersten Membran 12 und der zweiten Membran 13 ausgeführt, das heißt, entlang den äußeren Rändern der ersten Referenzdruckkammer 5 und der zweiten Referenzdruckkammer 6, und dann wird eine thermische Behandlung oder etwas Ähnliches ausgeführt, wodurch die Piezo-Widerständen 9a bis 9h ausgebildet werden. Weiter wird eine Diffusionsverkabelungsschicht durch eine Ionenimplantation und eine nachfolgende thermische Behandlung gebildet, und wird ein metallischer Elektrodenfilm durch Bilden eines Films von Aluminium, Aluminium-Silizium, Aluminium-Silizium-Kupfer, oder etwas Ähnliches durch ein Verfahren wie beispielsweise Sputtern ausgebildet.
Danach wird der Schutzfilm 14 auf der Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 durch Bilden eines Films von Siliziumnitrid oder etwas Ähnlichem durch ein Filmbildungsverfahren wie beispielsweise CVD (chemische Dampfablagerung) gebildet, wodurch der Halbleiterdrucksensor 1 erhalten wird. Eine Vielzahl von Halbleiterdrucksensoren 1 werden auf einem Wafer hergestellt, und somit werden diese voneinander durch Schneiden getrennt.
Als Nächstes wird ein anderer Halbleiterdrucksensor 1 gemäß Ausführungsform 1 mit Bezug zu den 4 bis 6 beschrieben. 4 ist eine Draufsicht des anderen Halbleiterdrucksensors 1 und die 5 und 6 sind Querschnittsansichten des anderen Halbleiterdrucksensors 1. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer wechselweise lang und kurz gestrichelten Linie A-A in 4, und 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer wechselweise lang und kurz gestrichelten Linie B-B in 4. In 4 ist der Schutzfilm 14 nicht gezeigt. Der Halbleiterdrucksensor 1 ist mit einem ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterial 15 und einem zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterial 16 versehen und umfasst zusätzlich eine dritte Referenzdruckkammer 17 und eine dritte Membran 19. Die anderen Komponenten sind identisch, wie oben beschrieben, und somit werden diese durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die dritte Referenzdruckkammer 17 ist als ein Raum gebildet, welcher umgeben ist durch: eine dritte Aussparung 7c, welche in der Dicken-Richtung von der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 gebildet ist; das erste Zwischen-Halbleiterträgermaterial 15 und das zweite Zwischen-Halbleiterträgermaterial 16, welche die Durchbruchsöffnungen 8a und 8b bilden; und das zweite Halbleiterträgermaterial 4, welches die Durchbruchsöffnung 8b abdeckt. Die Durchbruchsöffnung 8a ist in der Dicken-Richtung des ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterials 15 derart gebildet, dass diese zu der äußeren Form der dritten Aussparung 7c gehört. Die Durchbruchsöffnung 8b ist in der Dicken-Richtung des zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterials 16 derart gebildet, dass diese zu der äußeren Form der dritten Aussparung 7c gehört. In 6 bildet ein Bereich des zweiten Halbleiterträgermaterials 4, welcher der dritten Aussparung 7c und den Durchbruchsöffnungen 8a und 8b gegenüber liegt, wobei der Bereich durch eine gestrichelte Linie umgeben ist, einen Querschnitt der dritten Membran 19. Bezüglich der dritten Membran 19 ist die Dicke des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 hauptsächlich die Dicke der Membran. In 4 ist ein Abschnitt, welcher durch eine gestrichelte Linie auf der oberen Seite umgeben ist, ein Bereich, bei welchem die dritte Membran 19 gebildet wird. Die Position der gestrichelten Linie ist die Position des äußeren Rands der dritten Referenzdruckkammer 17. Das erste Zwischen-Halbleiterträgermaterial 15 und das zweite Zwischen-Halbleiterträgermaterial 16 werden miteinander mit dem zweiten Oxid-Film 11 dazwischen verbunden, und das zweite Zwischen-Halbleiterträgermaterial 16 und das zweite Halbleiterträgermaterial 4 werden miteinander mit einem dritten Oxid-Film 18 dazwischen verbunden.
7 ist ein Graph, welcher Ausgangseigenschaften des in den 4 bis 6 gezeigten Halbleiterdrucksensors 1 angibt. In 7 gibt eine wechselweise lang und kurz gestrichelte Linie Ausgangseigenschaften der ersten Membran 12 an, gibt eine gestrichelte Linie Ausgangseigenschaften der zweiten Membran 13 an und gibt eine durchgezogene Linie Ausgangseigenschaften der dritten Membran 19 an. Die horizontale Achse gibt einen angelegten Druck an, und die vertikale Achse gibt eine Ausgangsspannung an, welche zu der druck-sensitiven Eigenschaft der Membran gehört. Da 3 Membrane, und zwar die erste Membran 12, die zweite Membran 13 und die dritte Membran 19, umfasst sind, ist eine Druckmessung in weiter unterschiedlichen Druckbereichen möglich, ohne die Größe des Halbleiterdrucksensors 1 zu erhöhen. Entsprechend kann zum Ausführen einer Ausfallsbestimmung mit Bezug zu einem Betriebszustand eine Druckmessung mit einer hohen Genauigkeit für weiter unterschiedliche Druckbereiche ausgeführt werden. Weiter kann ebenso eine Fehlfunktion des gesamten Systems vermieden werden.
Die Verwendung des Halbleiterdrucksensors 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nicht auf ein mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Fahrzeug beschränkt. Ebenso wurde ein Versuch unternommen eine Verbrennungseffizienz zu verbessern, durch ein Verfahren wie beispielsweise ein Mischen einer kleinen Menge von Wasserstoffgas in eine Einlassluft durch Verwenden einer Technik wie beispielsweise einer Kraftstoffreformierung. Somit ist der Halbleiterdrucksensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung zum Messen des Drucks wie beispielsweise Wasserstoffgas enthaltende Luft geeignet.
Wie oben beschrieben kann bei dem Halbleiterdrucksensor 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, da die zwei oder drei Membrane unterschiedliche Druck sensitive Eigenschaften aufweisen, durch Verändern der Dicke mit derselben Form in einer Draufsicht, eine hochgenaue Messung für unterschiedliche Druckbereiche bei geringen Kosten erzielt werden, ohne die Größe des Halbleiterdrucksensors zu erhöhen. Zusätzlich, da die zwei oder drei Membrane vorgesehen sind, selbst wenn eine Unregelmäßigkeit wie ein Bruch in einer Membran auftritt, kann eine Messung weiter mit einer anderen Membran ausgeführt werden, sodass eine Fehlfunktion des gesamten Systems vermieden werden kann. Hierbei wurde das Beispiel des Halbleiterdrucksensors, umfassend zwei oder drei Membrane, beschrieben. Allerdings, wenn ein Zwischen-Halbleiterträgermaterial mit einer mit der Aussparung des ersten Halbleiterträgermaterials kommunizierenden Durchbruchsöffnung weiter gestapelt wird, kann ein Halbleiterdrucksensor mit vier oder mehr Membranen mit unterschiedlichen Dicken weiter hergestellt werden.
Ausführungsform 2
8 zeigt eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors 1 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, und 9 zeigt eine Querschnittsansicht des Halbleiterdrucksensors 1. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer wechselweise lang und kurz gestrichelten Linie A-A in 8. In 8 ist der Schutzfilm 14 nicht gezeigt. In Ausführungsform 1 sind eine erste Verbindungsschnittstelle 20, bei welcher das erste Halbleiterträgermaterial 2 und das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 miteinander verbunden sind, und eine zweite Verbindungsschnittstelle 21, bei welcher das Zwischen-Halbleiterträgermaterial 3 und das zweite Halbleiterträgermaterial 4 miteinander verbunden sind, auf den seitlichen Oberflächen des Halbleiterdrucksensors 1 freigelegt. Allerdings ist in Ausführungsform 2 der laminierte Schutzfilm 14 auf den seitlichen Oberflächen des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3, des zweiten Halbleiterträgermaterials 4, des ersten Oxid-Films 10 und des zweiten Oxid-Films 11 derart ausgebildet, um diese seitlichen Oberflächen derart abzudecken, sodass diese Schnittstellen nicht frei liegen. Die anderen Merkmale sind identisch zu denen in Ausführungsform 1 beschriebenen und somit sind diese mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung davon wird ausgelassen.
Als der Schutzfilm 14 ist beispielsweise ein durch ein Film Bildungsverfahren wie CVD gebildeter Siliziumnitridfilm (SiNx) geeignet. Um einen Einfluss einer Restspannung des Siliziumnitridfilms auf die druck-sensitiven Eigenschaften zu reduzieren, ist die Dicke des Schutzfilms 14 vorzugsweise dünner, solange der Schutzeffekt nicht beeinträchtigt wird. Allerdings, wenn der Schutzfilm 14 zu dünn ist, ist es wahrscheinlich, das kleine Löcher 22, welche schwer auszuschließen sind, den Schutzfilm 14 durchdringen. Wenn die kleinen Löcher 22 den Schutzfilm 14 durchdringen, ist der Schutzeffekt wesentlich beeinträchtigt. Daher, wie in 10 gezeigt, wird der Schutzfilm 14 als ein Multischichtfilm ausgebildet, welcher durch Schichte (Laminieren) von Siliziumnitrid-Filmen erhalten wird. Der Laminierschritt wird kontinuierlich ausgeführt, sodass die Dicke eines pro Zeiteinheit zu bildenden Films auf ungefähr 0,1 µm eingestellt ist, und ein Wafer nicht aus einer Kammer für CVD herausgenommen wird, jedes Mal wenn ein Film gebildet wird. Der Schutzfilm 14 ohne kleine Löcher (Poren) 22, welche den Schutzfilm 14 durchdringen, und mit einer hohen Zuverlässigkeit kann durch Laminieren von Filmen erhalten werden, sodass die kleinen Löcher 22 sich nicht miteinander verbinden. Die kleinen Löcher 22 treten während einer Filmbildung mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auf, allerdings durchdringen die kleinen Löcher 22 den gesamten Schutzfilm 14 nicht, es sei denn die kleinen Löcher 22 treten miteinander bei derselben Position auf und überlappen, um miteinander verbunden zu werden, jedes Mal wenn eine Schichtung ausgeführt wird. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit, mit welcher die den Schutzfilm 14 durchdringenden kleinen Löcher 22 gebildet werden, ist proportional zu dem Produkt der Wahrscheinlichkeiten, mit welchem die kleinen Löcher 22 in den entsprechenden geschichteten Filmen auftreten, und somit kann die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens der den Schutzfilm 14 durchdringenden kleinen Löcher 22 wesentlich reduziert werden, durch Erhöhen der Anzahl von geschichteten Filmen. In Wirklichkeit kann die Anzahl von geschichteten Filmen in dem Schutzfilm 14 geeignet zwischen ungefähr 5 bis 10 ausgewählt werden, unter Berücksichtigung der Gesamtdicke und der Restspannung des Schutzfilms 14.
Ein das Kompositionsverhältnis zwischen Siliziumatomen und Stickstoffatomen in dem Siliziumnitridfilm (SiNx) wiedergebender Index x, wobei dieser weder Wasserstoff noch Sauerstoff enthält, kann theoretisch einen Wert in dem Bereich von 0 bis 4/3 annehmen. Der Fall, bei welchem x den Maximalwert 4/3 in dem Bereich annimmt, gehört zu einem Fall mit einem stöchiometrischen Kompositionsverhältnis und das Kompositionsverhältnis wird durch Si₃N₄ dargestellt. In dem Fall mit diesem Kompositionsverhältnis sind alle Verbindungen Si-N Verbindungen und Si₃N₄ weist eine atomare Anordnung auf, bei welcher Siliziumatome und Stickstoffatome eng gepackt sind. Siliziumatome und Stickstoffatome weisen unterschiedliche atomare Größen auf. Somit gibt es in dem Fall mit Si₃N₄, wobei Siliziumatome und Stickstoffatome eng gepackt sind, keine Öffnungen, durch welche Wasserstoffatome und etwas Ähnliches ebenso wie Moleküle hindurchtreten, sodass der Effekt zum Verhindern eines Gasdurchgangs (Permeation) am höchsten ist.
Andererseits nehmen die Verbindungen (Si-Si) zwischen Siliziumatomen zu, wenn der Wert von x von 4/3 abnimmt. Wenn Siliziumatome mit derselben Größe miteinander verbunden sind, wird die atomare Anordnungsstruktur keine eng gepackte Struktur und Öffnungen mit einer Größe größer als die Wasserstoff-Atomgröße treten auf. Gemäß der Durchflusstheorie nehmen, wenn der Wert von x abnimmt, die Größen der Öffnungen zu und die Öffnungen kommunizieren miteinander, um einen Durchgangspfad zu bilden, durch welchen Wasserstoffatome hindurchtreten. Das heißt, die Gasdurchgangsverhinderungsleistung nimmt ab, sodass Wasserstoffgase anfangen durch den Film hindurch zu treten, in Abhängigkeit von der Filmdicke. Insbesondere, wenn der Wert von x gleich oder geringer als 1/2 wird, wird ein Netzwerk des Durchgangspfads drei-dimensional gebildet, sodass die Gasdurchgangsverhinderungsleistung vollständig aufgehoben wird. In Anbetracht der Eigenschaften des Siliziumnitridfilms, wie oben beschrieben, wird, um eine effektive Gasdurchgangsverhinderungsleistung zu erhalten, der Wert von x bevorzugt auf weniger als 1 eingestellt. Daher kann eine effektive Gasdurchgangsverhinderungsleistung erhalten werden, wenn 1 ≤ x ≤ 4/3 erfüllt ist.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors 1 beschrieben. Das Verfahren ist bis zur Bildung eines metallischen Elektrodenfilms identisch zu dem Herstellungsverfahren in Ausführungsform 1 und somit wird die Beschreibung davon ausgelassen. Ein Ätzen zum Durchdringen des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 und des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3 und Erreichen der Hauptoberfläche 2a des ersten Halbleiterträgermaterials 2 wird in einem Randbereich jeweils eines Halbleiterdrucksensors in einer Draufsicht innerhalb eines einzelnen Wafers ausgeführt, durch ICP-RIE oder etwas Ähnliches. Im Ergebnis des Ätzens, werden diese seitlichen Oberflächen des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3, des zweiten Halbleiterträgermaterials 4, des ersten Oxid-Films 10, und des zweiten Oxid-Films 11 freigelegt. Danach wird der Schutzfilm 14 gebildet, um die Hauptoberfläche 4a des zweiten Halbleiterträgermaterials 4 und die seitlichen Oberflächen des Zwischen-Halbleiterträgermaterials 3, des zweiten Halbleiterträgermaterials 4, des ersten Oxid-Films 10 und des zweiten Oxid-Films 11 abzudecken, als ein Multischichtfilm durch Bilden eines Siliziumnitridfilms eine Vielzahl von Malen durch ein Filmbildungsverfahren wie beispielsweise CVD. Der Multischichtfilm wird durch ein kontinuierliches Ausführen einer Filmbildung ohne Herausnehmen des Wafers aus einer Kammer für CVD gebildet, jedes Mal wenn ein Film gebildet wird. Aufgrund der Bildung des geschichteten Schutzfilms 14, kann, selbst wenn Austrittspfade, welche durch die erste Verbindungsschnittstelle 20 und die zweite Verbindungsschnittstelle 21 hindurchreichen, auftreten, die Durchgangspfade blockiert werden, und kleine Löcher 22 durchdringen nicht die Gesamtheit des Schutzfilms 14. Der Siliziumnitridfilm, welcher kein Wasserstoff oder Sauerstoff enthält, kann durch ein flexibles Filmbildungsverfahren wie beispielsweise CVD in einem Halbleiterprozess gebildet werden. Somit weist ein solches Filmbildungsverfahren eine hohe Kompatibilität mit einem Schritt wie beispielsweise einer Ionenimplantation auf, welcher zum Bilden von Piezowiderständen zu verwenden ist, und eine Kostenreduktion kann erzielt werden. Im Ergebnis der Bildung des Schutzfilms 14 wird der in 9 gezeigte Halbleiterdrucksensor 1 erhalten. Eine Vielzahl von Halbleiterdrucksensoren 1 werden auf einem Wafer hergestellt, und somit werden diese voneinander durch Schneiden schließlich getrennt.
Wie oben beschrieben kann in dem Halbleiterdrucksensor 1 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, da die seitlichen Oberflächen des Zwischen-Halbleiterträgermaterials, des zweiten Halbleiterträgermaterials, des ersten Oxid-Films und des zweiten Oxid-Films mit dem Schutzfilm abgedeckt sind, ein Auftreten von durch die Verbindungsschnittstellen hindurchtretenden Durchgangspfaden verhindert werden. Zusätzlich, da der Schutzfilm vorgesehen ist, sind der erste Oxid-Film und der zweite Oxid-Film, vorgesehen bei den Verbindungsschnittstellen, nicht freigelegt, und eine Kompositionsveränderung kann vorab verhindert werden, sodass eine hohe Zuverlässigkeit beibehalten werden kann. Darüber hinaus, da der Schutzfilm ein Multischichtfilm ist, welcher durch Schichten von Siliziumnitrid-Filmen (SiNx) erhalten wird, welche 1 ≤ x ≤ 4 erfüllen, und weder Wasserstoff noch Sauerstoff enthalten, kann eine effektive Gasdurchgangsverhinderungsleistung erhalten werden.
Die oben beschriebenen Konfigurationen in Ausführungsformen 1 und 2 sind Beispiele der Konfiguration der vorliegenden Erfindung und es erübrigt sich zu erwähnen, dass Modifikationen, umfassend Kombinationen oder teilweises Entfernen von Ausführungsformen, gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Geiste der Erfindung abzuweichen.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann deutlich werden, ohne von dem Schutzbereich und dem Geiste Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die darstellenden Ausführungsformen beschränkt ist, welche hierin beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterdrucksensor
2: erstes Halbleiterträgermaterial
3: Zwischen-Halbleiterträgermaterial
4: zweites Halbleiterträgermaterial
5: erste Referenzdruckkammer
6: zweite Referenzdruckkammer
7a: erste Aussparungen
7b: zweite Aussparung
7c: dritte Aussparung
8: Durchbruchsöffnungen
9: Piezowiderstand
10: erster Oxid-Film
11: zweiter Oxid-Film
12: erste Membran
13: zweite Membran
14: Schutzfilm
15: erstes Zwischen-Halbleiterträgermaterial
16: zweites Zwischen-Halbleiterträgermaterial
17: dritte Referenzdruckkammer
18: dritter Oxid-Film
19: dritte Membran
20: erste Verbindungsschnittstelle
21: zweite Verbindungsschnittstelle
22: kleines Loch

Claims

Ein Halbleiterdrucksensor (1), umfassend: ein erstes Halbleiterträgermaterial (2) mit einer Vielzahl von darauf gebildeten Aussparungen; ein Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3), verbunden mit dem ersten Halbleiterträgermaterial (2) mit einem dazwischen angeordneten ersten Oxid-Film (10); ein zweites Halbleiterträgermaterial (4), verbunden mit dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) mit einem dazwischen angeordneten zweiten Oxid-Film (11); eine erste Referenzdruckkammer (5), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine erste Aussparung (7a) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) und des Zwischen-Halbleiterträgermaterials (3); eine zweite Referenzdruckkammer (6), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine zweite Aussparung (7b), gebildet auf dem ersten Halbleiterträgermaterial (2), dem Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) und dem zweiten Halbleiterträgermaterial (4), wobei das Zwischen-Halbleiterträgermaterial (3) eine mit der zweiten Aussparung (7b) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) kommunizierende Durchbruchsöffnung (8) aufweist; und Piezo-Widerstände (9), gebildet auf einer Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welches einen Druck aufnimmt, entlang äußeren Rändern der ersten Referenzdruckkammer (5) und der zweiten Referenzdruckkammer (6) .
Ein Halbleiterdrucksensor (1), umfassend: ein erstes Halbleiterträgermaterial (2) mit einer Vielzahl von darauf gebildeten Aussparungen; ein erstes Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15), verbunden mit dem ersten Halbleiterträgermaterial (2) mit einem dazwischen angeordneten ersten Oxid-Film (10); ein zweites Zwischen-Halbleiterträgermaterial (16), verbunden mit dem ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15) mit einem dazwischen angeordneten zweiten Oxid-Film (11); ein zweites Halbleiterträgermaterial (4), verbunden mit dem zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (16) mit einem dazwischen angeordneten dritten Oxid-Film (18); eine erste Referenzdruckkammer (5), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine erste Aussparung (7a) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) und des ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterials (15); eine zweite Referenzdruckkammer (6), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine zweite Aussparung (7b), gebildet auf dem ersten Halbleiterträgermaterial (2), dem ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15) und dem zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (16), wobei das erste Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15) eine mit der zweiten Aussparung (7b) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) kommunizierende Durchbruchsöffnung (8) aufweist; eine dritte Referenzdruckkammer (17), gebildet als ein Raum, welcher umgeben ist durch eine dritte Aussparung (7c), gebildet auf dem ersten Halbleiterträgermaterial (2), dem ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15), dem zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterial (16) und dem zweiten Halbleiterträgermaterial (4), wobei das erste Zwischen-Halbleiterträgermaterial (15) eine mit der dritten Aussparung (7c) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) kommunizierende Durchbruchsöffnung (8a) aufweist, das zweite Zwischen-Halbleiterträgermaterial (16) eine mit der dritten Aussparung (7c) des ersten Halbleiterträgermaterials (2) kommunizierende Durchbruchsöffnung (8b) aufweist; und Piezo-Widerstände (9), gebildet auf einer Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welche einen Druck aufnimmt, entlang äußeren Rändern der ersten Referenzdruckkammer (5), der zweiten Referenzdruckkammer (6) und der dritten Referenzdruckkammer (17).
Halbleiterdrucksensor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend einen Schutzfilm (14), gebildet auf der Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welche einen Druck aufnimmt.
Halbleiterdrucksensor (1) gemäß Anspruch 1, weiter umfassend einen Schutzfilm (14), gebildet auf der Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welche einen Druck aufnimmt, auf einer seitlichen Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), auf einer seitlichen Oberfläche des Zwischen-Halbleiterträgermaterials (3), auf einer seitlichen Oberfläche des ersten Oxid-Films (10) und auf einer seitlichen Oberfläche des zweiten Oxid-Films (11).
Halbleiterdrucksensor (1) gemäß Anspruch 2, weiter umfassend einen Schutzfilm (14), gebildet auf der Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), welche einen Druck aufnimmt, auf einer seitlichen Oberfläche des zweiten Halbleiterträgermaterials (4), auf einer seitlichen Oberfläche des ersten Zwischen-Halbleiterträgermaterials (15), auf einer seitlichen Oberfläche des zweiten Zwischen-Halbleiterträgermaterials (16), auf einer seitlichen Oberfläche des ersten Oxid-Films (10), auf einer seitlichen Oberfläche des zweiten Oxid-Films (11) und auf einer seitlichen Oberfläche des dritten Oxid-Films (18).
Halbleiterdrucksensor (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Schutzfilm (14) ein Multischichtfilm ist, welcher durch Schichten von Siliziumnitrid-Filmen SiNx erhalten ist, welche 1 ≤ x ≤ 4/3 erfüllen und welche weder Wasserstoff noch Sauerstoff enthalten.