DE10322523A1

DE10322523A1 - Halbleiterdrucksensor mit einer Membran

Info

Publication number: DE10322523A1
Application number: DE10322523A
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Ishio
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: FR2840067B1; KR20030091704A; US6789431B2; DE10322523B4; JP3891037B2; KR100502497B1; CN1235026C; FR2840067A1; US20030217603A1; CN1460846A; JP2003337072A

Abstract

Ein Halbleiterdrucksensor (S1) mit einer Membran weist ein im wesentlichen rechteckiges (110)-Halbbleitersubstrat (10) auf, welches vier Seiten (10a), eine aktive Oberfläche (11) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine der aktiven Oberfläche (11) gegenüberliegende hintere Oberfläche (12) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) auf. Jede der Oberflächen (11, 12) wird von den vier Seiten (10a) umgeben. Jede der vier Seiten (10a) weist einen Winkel von im wesentlichen 45 DEG zu einer kristallographischen Achse einer <110>-Ausrichtung auf, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche (11) ist. Das Substrat (10) weist in der aktiven Oberfläche (11) eine Membran (14) auf. Die Membran (14) ist durch Ausbilden einer Vertiefung (13) in der hinteren Oberfläche (12) ausgebildet. Die Membran (14) weist einen Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) auf. Ein Druck wird auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts des Meßwiderstands (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) erfaßt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor mit einer Membran, welcher ein Halbleitersubstrat, das eine aktive Oberfläche und eine hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), und eine Membran aufweist, die durch Ausbilden einer Vertiefung in der hinteren Oberfläche in der aktiven Oberfläche ausgebildet, und betrifft einen Halbleiterwafer, der zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors mit einer Membran verwendet wird.
Der Halbleiterdrucksensor mit einer Membran weist ein Halbleitersubstrat auf, das eine aktive Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine der aktiven Oberfläche gegenüberliegende hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) aufweist. Hier im weiteren Verlauf wird dieser Typ eines Halbleitersubstrats als ein (110)-Halbleitersubstrat bezeichnet.
Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, weist ein vorgeschlagener Halbleiterdrucksensor mit einer Membran ein rechteckiges (110)-Halbleitersubstrat 10 auf, das vier Seiten 10a aufweist. Das (110)-Halbleitersubstrat 10 weist eine Membran 14 auf, die zum Erfassen eines Drucks verwendet wird. Die Membran 14 ist an einem Boden einer Vertiefung 13 oder in der aktiven Oberfläche des (110)-Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Vertiefung 13 ist durch anisotropes Ätzen eines Abschnitts eines Siliziumsubstrats, aus welchem das (110)-Halbleitersubstrat ausgebildet worden ist, von der hinteren Oberfläche von diesem ausgebildet worden.
Die Membran 14 beinhaltet Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2, welche piezowiderstandsbehaftete Elemente sind. Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, bestehen die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 aus zwei mittleren Meßwiderständen Rc1, Rc2, welche an dem mittleren Bereich der Membran 14 angeordnet sind, und zwei seitlichen Meßwiderständen Rs1, Rs2, welche an dem Umfang der Membran 14 angeordnet sind. Die vier Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 bilden eine Brückenschaltung aus, die zum Erfassen des Drucks verwendet wird. Wenn die Membran 14 durch zu erfassenden Druck gedehnt wird, ändern sich die Widerstandswerte der Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 als Reaktion auf die Dehnung der Membran 14 und wird der Druck auf der Grundlage der Änderung der Widerstandswerte erfaßt.
Bei dem Herstellungsverfahren des vorgeschlagenen Halbleiterdrucksensors mit einer Membran ist eine Mehrzahl von rechteckigen Bereichen, welche Sensorchips werden, in einem Siliziumwafer ausgebildet, welcher eine aktive Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), eine der aktiven Schicht gegenüberliegende hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine Ausrichtungsebene aufweist, die eine kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist. Die Bereiche sind durch Ausbilden einer Anrißlinie im wesentlichen parallel zu der Ausrichtungsebene und von Anrißlinien im wesentlichen senkrecht zu der Ausrichtungsebene ausgebildet. Dann werden die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungsverfahren, wie zum Beispiel einer Ionenimplantation und einer Diffusion, in dem Abschnitt von jedem der Bereiche ausgebildet, an denen eine Membran 14 auszubilden ist. Als nächstes wird ein Abschnitt des Siliziumwafers von der hinteren Oberfläche in jedem der Bereiche anisotrop geätzt, um eine Vertiefung 13 und gleichzeitig die Membran 14 in der aktiven Oberfläche des Siliziumwafers auszubilden. Mit den vorhergehen Schritten wird ein (110)-Halbleiterwafer ausgebildet. Zuletzt wird der (110)-Halbleiterwafer in eine Mehrzahl von Halbleiterdrucksensoren geteilt, die in Fig. 12 gezeigt sind.
In dem Halbleiterdrucksensor in Fig. 12, in welchem ein (110)-Halbleitersubstrat verwendet wird, wird die Dehnung der Membran 14 zum Erfassen des auf die Membran 14 ausgeübten Drucks verwendet, wie es zuvor beschrieben worden ist. Zwei kristallographische Achsen von 〈110〉- und 〈100〉-Ausrichtungen sind auf einer kristallographischen Ebene einer (100)-Ausrichtung vorhanden. Jedoch ist der piezowiderstandsbehaftete Koeffizient von Silizium entlang einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung viel größer, zum Beispiel ungefähr fünfzig Mal größer, als der entlang einer kristallographischen Achse einer 〈100〉-Ausrichtung. Das heißt, die Empfindlichkeit beim Erfassen der Dehnung, die entlang einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung erzeugt wird, ist viel größer als die entlang einer kristallographischen Achse einer 〈100〉-Ausrichtung. Deshalb sind die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 derart ausgebildet worden, daß sich die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 im wesentlichen entlang einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung in dem Halbleiterdrucksensor in Fig. 12 ausdehnen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen.
Eine kristallographische Ebene einer (100)-Ausrichtung beinhaltet lediglich eine kristallographische Achse einer 〈110〉-Ausrichtung, so daß die Anordnung der Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2, die in Fig. 12 gezeigt ist, im wesentlichen die Beste zum Erhalten der höchsten Empfindlichkeit bei einer Druckerfassung ist. Der Drucksensor in Fig. 12 wird unter Verwendung eines anodischen Bondens usw. derart an der hinteren Oberfläche des (110)-Halbleitersubstrats 10 mit einem Verkapselungssubstrat verbunden, daß die Vertiefung 13 durch das Verkapselungssubstrat hermetisch verkapselt ist, um einen Druckreferenzkammer auszubilden.
In letzter Zeit hat es Forderungen zum Verkleinern des Halbleiterdrucksensors in Fig. 12 zum Zwecke einer Kostenverringerung usw. gegeben. Um den Halbleiterdrucksensor in Fig. 12 zu verkleinern, muß das (110)-Halbleitersubstrat 10 verkleinert werden.
Wenn das (110)-Halbleitersubstrat 10 jedoch durch einfaches Verkleinern der Membran 14 ohne Ändern des Aufbaus verkleinert wird, verschlechtert sich die Empfindlichkeit bei einer Druckerfassung. Auch dann, wenn das (110)-Halbleitersubstrat 10 ohne Verkleinern der Membran 14 oder Ändern des Aufbaus verkleinert wird, wird die minimale Breite L des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche des (110)-Halbleitersubstrats 10 und dem Verkapselungssubstrat schmäler. Das heißt, der rahmenähnliche Abschnitt des (110)-Halbleitersubstrats 10, welcher die Membran 14 umgibt, muß verschmälert werden.
Die Hermetizität der Druckreferenzkammer wird unter Verwendung der molekularen Leckratengleichung (1) in der Vakuumtechnik ausgedrückt als

Q = (2πV/3) × r³ × (P1 - P2)/L (1)

wobei Q die Leckrate der Druckreferenzkammer ist, r der Radius eines Leckdurchgangs LP an der Grenze zwischen der hinteren Oberfläche des (110)-Halbleitersubstrats 10 und dem Verkapselungssubstrat ist, L die Länge des Leckdurchgangs LP oder die zuvor erwähnte minimale Breite der hinteren Oberfläche ist, V die mittlere Geschwindigkeit von Gasmolekülen ist, P1 der Druck außerhalb der Druckreferenzkammer ist und P2 der Druck in der Druckreferenzkammer ist. Wie es sich aus der Gleichung (1) versteht, ist die Leckrate Q umgekehrt proportional zu der Länge L des Leckdurchgangs LP. Deshalb wird es, wenn das (110)-Halbleitersubstrat 10 verkleinert wird, ohne die Membran 14 zu verkleinern oder den Aufbau zu ändern, schwierig, die Hermetizität der Druckreferenzkammer sicherzustellen. Als Ergebnis wird die Zuverlässigkeit des Drucksensors in Fig. 12 verschlechtert.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorhergehenden Probleme geschaffen worden und eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halbleiterdrucksensor mit einer Membran ohne ein Verkleinern seiner Membran oder ein Verkürzen der minimalen Breite seiner hinteren Oberfläche zu schaffen, um das Beste aus den Abmessungen des Sensors herauszuholen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halbleiterwafer zu schaffen, der dazu verwendet werden kann, einen Halbleiterdrucksensor mit einer Membran zu verkleinern, um das Beste aus den Abmessungen des Sensors herauszuholen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Halbleiterdrucksensors mit einer Membran mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen und hinsichtlich des Halbleiterwafers mit den in Anspruch 6 und Anspruch 10 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Um die erste Aufgabe zu lösen weist der Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Membran ein im wesentlichen rechteckiges (110)-Halbleitersubstrat auf, welches vier Seiten, eine aktive Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine der aktiven Oberfläche gegenüberliegende hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) auf. Jede der Oberflächen wird von den vier Seiten umgeben. Jede der vier Seiten weist einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung auf, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche ist. Das Substrat weist in der aktiven Oberfläche eine Membran. Die Membran ist durch Ausbilden einer Vertiefung in der hinteren Oberfläche ausgebildet. Die Membran weist einen Meßwiderstand auf. Ein Druck wird auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts eines Meßwiderstands erfaßt.

Um die zweite Aufgabe zu lösen, weist ein Halbleiterwafer gemäß der vorliegenden Erfindung, der zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors mit einer Membran verwendet und weist eine (110)-Halbleiterschicht auf. Die (110)-Halbleiterschicht weist eine aktive Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), eine der aktiven Schicht gegenüberliegende hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine Ausrichtungsebene auf. Eine Mehrzahl von Anrißlinien ist auf der aktiven Oberfläche angeordnet. Die Ausrichtungsebene weist einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Fläche einer (100)-Ausrichtung auf, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche der (110)-Halbleiterschicht ist. Jede der Anrißlinien ist im wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Ausrichtungsebene. Die (110)-Halbleiterschicht weist ebenso im wesentlichen senkrechte Bereiche, welche durch die Anrißlinien definiert sind. Jeder der Bereiche weist in der aktiven Oberfläche eine Membran auf. Die Membran ist durch Ausbilden einer Vertiefung in der hinteren Oberfläche ausgebildet. Die Membran weist einen Meßwiderstand auf. Ein Druck wird auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts eines Meßwiderstands des Halbleiterdrucksensor mit einer Membran erfaßt, der aus dem Halbleiterwafer hergestellt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors mit einer Membran gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine entlang einer Linie II-II in Fig. 1 genommene den Zustand, in dem der Sensor in Fig. 1 mit einem Glassockel verbunden worden ist, zeigende schematische Querschnittsansicht des Halbleiterdrucksensors in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht des Halbleiterdrucksensors in Fig. 1, wenn er von hinterhalb des Sensors in Fig. 1 betrachtet wird;
Fig. 4 eine Draufsicht der sich auf der aktiven Oberfläche eines in dem Drucksensor in Fig. 1 enthaltenen Substrats befindenden kristallographischen Achsen;
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild für eine in dem Drucksensor in Fig. 1 enthaltene Wheatstone-Brücke;
Fig. 6 eine Ansicht zwischen Abmessungsunterschieden zwischen dem vorgeschlagenen Drucksensor in Fig. 12 und dem Drucksensor in Fig. 3;
Fig. 7A eine schematisch Draufsicht eines ein (100)-Halbleitersubstrat aufweisenden Halbleiterdrucksensors mit einer Membran, wenn er von der hinteren Oberfläche von diesem betrachtet wird;
Fig. 7B eine entlang einer Linie VIIB-VIIB genommene schematische Querschnittsansicht des Drucksensors in Fig. 7A;
Fig. 8 eine schematische Draufsicht eines Halbleiterwafers, aus welchem der Halbleiterdrucksensor in Fig. 1 hergestellt wird;
Fig. 9 eine Ansicht der Ausrichtungen von elementaren kristallographischen Flächen, die senkrecht zu einer kristallographischen Fläche einer (110)- Ausrichtung sind;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht eines weiteren Halbleitersubstrats, aus welchem der Halbleiterdrucksensor in Fig. 1 hergestellt wird;
Fig. 11A einen Graph der Beziehung zwischen der Empfindlichkeit des Drucksensors und der Abweichung von dem Sollwinkel;
Fig. 11B einen Graph der Beziehung zwischen der Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit und der Abweichung von dem Sollwinkel; und
Fig. 12 eine schematische Draufsicht eines vorgeschlagenen Halbleiterdrucksensors mit einer Membran, der unter Verwendung eines (110)-Halbleitersubstrats hergestellt ist, die eine Vertiefung und eine Membran zeigt, die sich an dem Boden der Vertiefung befindet.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
Ein Halbleiterdrucksensor 51 mit einer Membran, der in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist ein Halbleitersubstrat 10 auf, das im wesentlichen aus Silizium besteht, welches unter Verwendung von bekannten Halbleiterchipherstellungsverfahren ausgebildet worden ist. Das Halbleitersubstrat 10 ist ähnlich einer rechteckigen Platte geformt. Wie es in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist das Halbleitersubstrat 10 eine aktive Oberfläche 11, eine der aktiven Oberfläche 11 gegenüberliegende hintere Oberfläche 12und vier Seiten 10a auf. Jede der Oberflächen 11, 12 weist eine kristallographische Fläche einer (110)-Ausrichtung auf.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, besteht das Halbleitersubstrat 10 grundsätzlich aus einem Siliziumsubstrat eines Leitfähigkeitstyps. Jedoch kann das Halbleitersubstrat 10 grundsätzlich aus zwei Schichten bestehen, die unterschiedliche Leitfähigkeitstypen aufweisen. Zum Beispiel kann eine der zwei Schichten ein Siliziumsubstrat eines p-Typs sein und kann die andere eine epitaktische Schicht eines n-Typs sein.
Wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, weist das Halbleitersubstrat 10 eine Vertiefung, welche unter Verwendung eines anisotropen Ätzens mit einer alkalischen Lösung in der hinteren Oberfläche 12 ausgebildet worden ist, und eine Membran 14 an dem Boden der Vertiefung 13 auf, an dem das Halbleitersubstrat 10 durch Ausbilden der Vertiefung 13 dünner gemacht worden ist. Wie es in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, ist die Membran 14 achteckig. Zwei Seiten der achteckigen Membran 14 sind im wesentlichen senkrecht zu einer kristallographischen Achse einer 〈100〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist. Andere zwei Seiten der achteckigen Membran 14 sind im wesentlichen senkrecht zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist. Die anderen zwei Seiten der achteckigen Membran 14 sind im wesentlichen senkrecht zu einer kristallographischen Achse einer 〈111〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist.
Die achteckige Membran 14 kann unter Verwendung einer Ätzmaske, die eine sechseckige Öffnung aufweist, und anisotropes Ätzen ausgebildet werden. Anstelle der achteckigen Membran 14 kann eine Membran einer unterschiedlichen Form, wie zum Beispiel ein Rechteck, ausgebildet werden, solange die Membran in der unterschiedlichen Form durch anisotropes Ätzen eines (110)-Halbleitersubstrats ausgebildet wird.
Die Membran 14 weist vier Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 auf, welche piezowiderstandsbehaftete Elemente sind. Die Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 dehnen sich im wesentlichen entlang einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung aus, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist, da der Piezowiderstandskoeffizient von Silizium entlang einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung höher als entlang irgendeiner anderen kristallographischen Achse ist. Wenn die Membran 14 durch einen zu erfassenden Druck gedehnt wird, ändern sich die Widerstandswerte der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 als Reaktion auf die Dehnung der Membran 14 und wird der Druck auf der Grundlage der Änderungen der Widerstandswerte erfaßt.
Wie es in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt ist, bestehen die Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 aus ersten und zweiten mittleren Meßwiderständen Rc1, Rc2, welche an dem mittleren Bereich der Membran 14 angeordnet sind, und ersten und zweiten seitlichen Meßwiderständen Rs1, Rs2, welche an dem Umfang der Membran 14 angeordnet sind. Die mittleren Meßwiderstände Rc1, Rc2 dehnen sich leichter als die seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2 aus. Das heißt, die Widerstandswerte der mittleren Meßwiderstände Rc1, Rc2 ändern sich empfindlicher bezüglich des zu erfassenden Drucks als diejenigen der seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2. Die Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 sind durch Implantieren und Diffundieren von Ionen in eine Siliziumschicht ausgebildet worden, aus welcher das Halbleitersubstrat 10 ausgebildet worden ist. Die Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 sind durch Verdrahtungsdiffusionsbereiche 15 elektrisch verbunden, welche ebenso durch Implantieren und Diffundieren von Ionen in die Siliziumschicht ausgebildet worden sind.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die mittleren Meßwiderstände Rc1, Rc2 und die seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2 unter Verwendung der Verdrahtungsdiffusionsbereiche 15 in Reihe geschaltet, um eine Wheatstone-Brücke auszubilden, welche eine geschlossene Schaltung ist, die aus vier widerstandsbehafteten Seiten besteht, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. In der Brückenschaltungsdarstellung in Fig. 5 wird eine konstante Gleichspannung V zwischen zwei Anschlüsse Ia, Ib angelegt.
Die Widerstandswerte der mittleren Meßwiderstände Rc1, Rc2 erhöhen sich empfindlicher bezüglich des zu erfassenden Drucks als diejenigen der seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2. Deshalb ändert sich ein erstes Potential Pa an einem Punkt zwischen dem ersten mittleren Meßwiderstand Rc1 und dem ersten seitlichen Meßwiderstand Rs1 und ein zweites Potential Pb an einem Punkt zwischen dem zweiten mittleren Meßwiderstand Rc2 und dem zweiten seitlichen Meßwiderstand Rs2 in einer entgegengesetzten Richtung, wenn sich die Membran 14 aufgrund eines auf die Membran 14 ausgeübten Drucks dehnt. Das heißt, wenn sich eines der Potentiale Pa, Pb erhöht, verringert sich das andere. Deshalb ändert sich das Differenzpotential Vout zwischen den erste und zweiten Potentialen Pa, Pb als Reaktion auf den auf die Membran 14 ausgeübten Druck.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind Metallverdrahtungsleitungen 21 und Metallanschlußflächen 22 auf der aktiven Oberfläche 11 außerhalb der Membran 14 angeordnet. Die Verdrahtungsleitungen 21 und die Metallanschlußflächen 22 sind elektrisch mit den Verdrahtungsdiffusionsbereichen 15 zum elektrischen Verbinden der Verdrahtungsdiffusionsbereiche 15 miteinander, zum Ausbilden der zwei Anschlüsse Ia, Ib, zwischen welche die konstante Gleichspannung V angelegt wird, und zum Aufnehmen des Differenzpotentials Vout zwischen den ersten und zweiten Potentialen Pa, Pb von der Brückenschaltung, die auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist, miteinander verbunden. Die Brückenschaltung ist durch Kontaktierungsdrähte, die an die Metallanschlußflächen 22 drahtkontaktiert sind, elektrisch mit einer äußeren Schaltung verbunden.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Zwischenschicht- Isolationsfilm 30, welcher zum Beispiel ein Siliziumoxidfilm ist, auf der aktiven Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Metallanschlußflächen 22 werden durch den Zwischenschicht-Isolationsfilm 30 isoliert. Die Verdrahtungsleitungen 21 werden ebenso ausgenommen der Abschnitte, an welchen die Verdrahtungsleitungen 21 durch Kontaktlöcher in dem Zwischenschicht-Isolationsfilm elektrisch mit den Verdrahtungsdiffusionsbereichen 15 verbunden sind, durch den Zwischenschicht-Isolationsfilm 30 isoliert. Die Verdrahtungsleitungen 21 und die Metallanschlußflächen 22 können zum Beispiel durch Vakuumdampfphasenabscheidung von Aluminium ausgebildet werden.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Passivierungsfilm 40, welcher aus zum Beispiel Siliziumnitrid besteht, auf den Verdrahtungsleitungen 21, den Metallanschlußflächen 22 und dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 30 angeordnet, um den Drucksensor 51 in Fig. 1 zu schützen. Obgleich es in der Figur nicht dargestellt ist, weist der Passivierungsfilm 40 Öffnungen auf den Metallanschlußflächen 22 auf, um zuzulassen, daß die Metallanschlußflächen 22 durch Drahtkontaktierung elektrisch mit einer äußeren Schaltung verbunden werden.
Der Drucksensor 51 in Fig. 1 kann unter Verwendung von bekannten Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt werden. Nachdem der Drucksensor 51 hergestellt worden ist, wird der Drucksensor 51 an seiner hinteren Oberfläche 12 unter Verwendung von zum Beispiel einem anodischen Bonden mit einem Glassockel 50 verbunden. Durch das Bonden wird eine Vertiefung 13 des Drucksensors 51 hermetisch verkapselt, um eine Druckreferenzkammer, auszubilden, wobei der Druck in ihr zum Beispiel bei einem Pegel nahe Vakuum konstant gehalten wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
In Fig. 2 wird der zu erfassende Druck auf die Außenseite der Membran 14 ausgeübt. Wenn die Membran 14 durch den Druck gedehnt wird, ändern sich die Widerstandswerte der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 als Reaktion auf die Dehnung, die von der Membran 14 erzeugt wird, und wird das Differenzpotential Vout ausgegeben, das sich auf die Widerstandswertänderungen bezieht. Das Differenzpotential Vout wird durch die Metallanschlußflächen 22 an eine äußeren Schaltung angelegt. Das Differenzpotential Vout wird durch die äußere Schaltung verarbeitet, um das endgültige Ausgangssignal zum Erfassen des Drucks vorzusehen.
Ein einzigartiger Aufbau ist in dem Halbleiterdrucksensor 51 in Fig. 1 verwendet worden, wobei die elementare Struktur und Funktionsweise von diesem vorhergehend beschrieben worden sind. Der einzigartige Aufbau läßt zu, daß der Drucksensor 51 kleiner als der vorgeschlagene Drucksensor in Fig. 12 wird, ohne die Membran 14 zu verkleinern oder die minimale Breite des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 und des Glassockels 50 zu verkürzen. Genauer gesagt befinden sich, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, alle der vier Seiten 10a in einem Winkel von ungefähr 45 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist. Weiterhin ist, wenn die Richtung der Membran 14 als die Längsrichtung der Vertiefung 13 definiert ist, die Membran 14 derart angeordnet, daß sich die Richtung der Membran 14 in einem Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu den vier Seiten 10a befindet.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist jeder der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 gefaltet worden, um eine Mehrzahl von Trägern auszubilden, welche sich im wesentlichen entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung ausdehnen. Deshalb dehnt sich jeder der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2 Rs2 im wesentlichen entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung aus. Jeder der Träger befindet sich ebenso in einem Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung. Mit dem vorhergehenden Aufbau kann der Drucksensor 51 in Fig. 1 kleiner als der vorgeschlagene Drucksensor in Fig. 12 gemacht werden, ohne die Membran 14 kleiner zu machen oder die minimale Breite des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 und des Glassockels 50 zu verkürzen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.
In Fig. 6 sind die Seiten 10a des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12 und diejenigen des Sensors 51 in Fig. 3 derart aufgebaut, daß die Membranen 14 der zwei Sensoren die gleiche Abmessung aufweisen und die hinteren Oberflächen 12 der zwei Sensoren die gleiche minimale Breite L des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 und dem Glassockel 50 vorsehen. In Fig. 6 zeigt eine erste gestrichelte Linie DL1 die Seiten 10a des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12. Zur Vereinfachung eines Vergleichs einer Abmessung zwischen dem vorgeschlagenen Sensor in Fig. 12 und dem Sensor 51 in Fig. 3 ist eine zweite gestrichelte Linie DL2, welche durch Drehen der ersten gestrichelten Linie DL1 um 45 Grad erhalten wird, ebenso in Fig. 6 gezeigt.
Wie es sich aus Fig. 6 versteht, kann der Sensor 51 in Fig. 3, dessen Seiten sich in einem Winkel von ungefähr 45 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung befinden, kleiner als der vorgeschlagene Sensor in Fig. 12 gemacht werden, dessen Seiten 10a im wesentlichen parallel oder senkrecht zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung sind, ohne die Membran 14 kleiner zu machen oder die minimale Breite L des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche 12 und dem Glassockel 50 zu verkürzen. In Fig. 6 werden, wenn die Seiten 10a des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12 auf eine Länge von 2,78 mm festgelegt werden, die Seiten 10a des Sensors 51 in Fig. 3 2,44 mm lang. Als Ergebnis ist die Abmessung des Sensors 51 in Fig. 3 um 23% kleiner als die des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12.
Im Gegensatz dazu weist, wenn die Seiten 10a des Sensors 51 in Fig. 3 derart festgelegt werden, daß sie die gleiche Länge wie die Seiten 10a des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12 ausweisen, der Sensor 51 in Fig. 3 eine minimale Breite L auf, die länger als die des vorgeschlagenen Sensors in Fig. 12 ist. Als Ergebnis weist der Sensor 51 in Fig. 3 eine höhere Zuverlässigkeit bei der Kontaktierung zwischen der hinteren Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 und dem Glassockel 50 als der vorgeschlagene Sensor in Fig. 12 auf. Deshalb weist die Druckreferenzkammer des Sensors 51 in Fig. 3 eine höhere Hermetizität oder höhere Fähigkeit eines Unterdrückens eines Leckens als der vorgeschlagene Sensor in Fig. 12 auf.
Der zuvor erwähnte Effekt einer Abmessungsverringerung ist bezüglich dem Halbleiterdrucksensor 51 in Fig. 3 mit einer Membran einmalig, welcher das (110)-Halbleitersubstrat 10 aufweist. Zum Beispiel weist ein Halbleiterdrucksensor in den Fig. 7A und 7B mit einer Membran ein (100)-Halbleitersubstrat J10 oder ein Halbleitersubstrat J10, das eine aktive Oberfläche J11 aufweist, die eine kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung, eine der aktiven Oberfläche J11 gegenüberliegende hintere Oberfläche J12, die eine kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist, und vier Seiten J10a auf.
Der Drucksensor in Fig. 7A weist eine Vertiefung J13 an dem Boden auf, an welchem eine Membran J14 angeordnet ist. Die Vertiefung J13 ist durch die Membran J14 und vier Seitenwände definiert. Jede der vier Seitenwände ist eine kristallographische Ebene einer (111)-Ausrichtung, da die Ätzrate von kristallographischen Ebenen einer (111)-Ausrichtung niedriger als die von kristallographischen Ebenen von anderen Ausrichtungen ist, wenn die Vertiefung J13 durch anisotropes Ätzen ausgebildet wird.
Deshalb ist jede der vier Seitenwände im wesentlichen parallel zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉- Ausrichtung. Daher wird die minimale Breite L des Kontaktbereichs zwischen der hinteren Oberfläche J12 und einem Glassockel, der mit der hinteren Oberfläche J12 verbunden ist, das Maximum, wenn jede der vier Seiten JlOa als parallel zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung festgelegt wird, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche J11 ist, wie es in Fig. 7A gezeigt ist. Zur Vereinfachung ist eine dritte punktierte Linie D13, welche durch Drehen der vier Seiten J10a um 45 Grad erhalten wird, ebenso in Fig. 7 gezeigt.
Der Sensor 51 in Fig. 3 wird unter Verwendung eines Halbleiterwafers 100 in Fig. 8 hergestellt, welcher eine (110)-Halbleiterschicht aufweist, die eine aktive Oberfläche, die eine kristallographische Fläche einer (110)-Ausrichtung aufweist und eine der aktiven Oberfläche gegenüberliegende hintere Oberfläche aufweist, die eine kristallographische Fläche einer (110)-Ausrichtung aufweist. Die aktive Oberfläche und die hintere Oberfläche des (110)- Halbleiterwafers werden die aktive Oberfläche 11 und die hintere Oberfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 in Fig. 2.
Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, weist der Wafer 100 eine Ausrichtungsebene 110 und Anrißlinien 120 auf. Jede der Anrißlinien 120 ist im wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Ausrichtungsebene 110. Jeder der rechteckigen Bereiche 130, welcher durch die Anrißlinien 120 definiert ist, wird ein Sensor 51 in Fig. 1, wenn der Wafer zerteilt wird. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Ausrichtungsebene 100 derart ausgebildet worden, daß sie einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche der (110)-Halbleiterschicht ist. In Fig. 8 ist eine kristallographische Achse einer 〈100〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche des Wafers 100 ist, gezeigt. Die kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung ist senkrecht zu der kristallographischen Achse einer 〈100〉-Ausrichtung.
Die Ausrichtungsebene 110 wird in dem Verfahren zum Herstellen des (100)-Halbleiterwafers unter Verwendung von elementaren kristallographischen Achsen eines einzigen Kristallsiliziumblocks ausgebildet. Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, sind zwei kristallographische Achsen von 〈110〉- und 〈001〉-Ausrichtungen, welche zueinander senkrecht sind, auf einer kristallographischen Ebene einer (110)-Ausrichtung in dem Siliziumblock vorhanden. Eine kristallographische Achse einer 〈111〉-Ausrichtung, welche einen Winkel von 54,74 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈001〉-Ausrichtung aufweist, ist ebenso auf der kristallographischen Ebene einer (110)-Ausrichtung in dem Siliziumblock vorhanden.
Deshalb werden die vorhergehenden Achsen zuerst unter Verwendung von zum Beispiel einer Röntgenstrahlenbeugung auf der Grundlage der Winkelbeziehungen zwischen den vorhergehenden Achsen in einem einzigen Kristallsiliziumblock bestimmt. Dann wird eine Soll-Achse K1 bestimmt, welche einen Winkel von 9,74 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈111〉-Ausrichtung aufweist, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Die Soll-Achse K1 weist einen Winkel von 45 Grad zu den zwei kristallographischen Achsen von 〈110〉- und 〈001〉- Ausrichtungen auf. Dann wird der Block derart geschliffen, daß eine Oberfläche OF freigelegt wird, die im wesentlichen senkrecht zu der Soll-Achse K1 ist. Die Oberfläche OF wird die Ausrichtungsebene 110, welche einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der kristallographischen Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche der (100)-Halbleiterschicht ist. Deshalb weist die Ausrichtungsebene 110 einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung und einer kristallographischen Achse einer 〈001〉-Ausrichtung auf, welche im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche der (110)-Halbleiterschicht sind.
Als nächstes wird der Block zerteilt, um einen Siliziumwafer auszubilden. Dann werden Elemente, wie zum Beispiel die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2, die Metallverdrahtungsleitungen 21 und die Metallanschlußflächen 22 unter Verwendung eines bekannten Halbleiterchipherstellungsverfahrens in oder auf der aktiven Oberfläche des Siliziumwafers in jedem der rechteckigen Bereichen 130 ausgebildet. Bei dem Verfahren eines Ausbildens der Elemente werden Anrißlinien 120 auf dem Siliziumwafer ausgebildet, um den Siliziumwafer in die rechteckigen Bereiche 130 zu teilen. Jede der Anrißlinien 120 ist zum Beispiel unter Verwendung von linearen Öffnungen eines Films unter Verwendung eines Paars von im wesentlichen parallelen Linien, die zum Beispiel aus Aluminium bestehen, definiert. Dann wird eine Membran 14 in jedem der rechteckigen Bereiche 130 in der aktiven Oberfläche des Siliziumwafers durch Ausbilden einer Vertiefung 13 in der hinteren Oberfläche des Siliziumwafers ausgebildet. Die Vertiefung 13 wird durch anisotropes Ätzen des Siliziumwafers von der hinteren Oberfläche ausgebildet. Mit den vorhergehenden Schritten ist ein Halbleiterwafer 100 in Fig. 8 fertiggestellt.
Halbleiterdrucksensoren 51 mit einer Membran in Fig. 1, deren Halbleitersubstrat 10 vier Seiten 10a aufweist, die einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung aufweisen, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche des Substrats 10 ist, können durch Zerteilen des Halbleiterwafers 100 in Fig. 8 entlang den Anrißlinien 120 ausgebildet werden.
Ein Halbleiterdrucksensor 51 mit einer Membran in Fig. 1 kann ebenso unter Verwendung eines anderen Halbleiterwafers 200 in Fig. 10 hergestellt werden, welcher eine (110)- Halbleiterschicht aufweist, die eine aktive Oberfläche, die eine kristallographische Fläche einer (110)-Ausrichtung und eine der aktiven Oberfläche gegenüberliegende hintere Oberfläche aufweist, die eine kristallographische Fläche einer (110)-Ausrichtung aufweist. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, weist der Wafer 200 in Fig. 10 eine Ausrichtungsebene 210 und Anrißlinien 220 auf. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, weist die Ausrichtungsebene 210 eine kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung auf, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche der (110 )-Halbleiterschicht ist und jede der Anrißlinien 220 weist einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der Ausrichtungsebene 210.
Jeder der rechteckigen Bereiche 130, welcher durch die Anrißlinien 220 definiert ist, wird ein Drucksensor 51 in Fig. 1, wenn der Wafer 200 in Fig. 10 zerteilt wird. In jedem der rechteckigen Bereiche 130 werden eine Membran 14 und Elemente, wie zum Beispiel die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2, die Metallverdrahtungsleitungen 21 und die Metallanschlußflächen 22, ausgebildet. Die Meßwiderstände Rc1, Rc2, Rs1, Rs2 werden mit dem Aufbau ausgebildet, der in Fig. 4 gezeigt ist. In dem Wafer 200 in Fig. 10 ist jeder der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 gefaltet worden, um eine Mehrzahl von Trägern auszubilden, deren Längsrichtungen im wesentlichen parallel zu der Ausrichtungsebene 210 sind, obgleich in dem Wafer 100 in Fig. 8 jeder der Meßwiderstände Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 gefaltet worden ist, um eine Mehrzahl von Trägern auszubilden, deren Längsrichtungen einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der Ausrichtungsebene 110 aufweisen.
In dem Drucksensor 51 in Fig. 1 sollte der Winkel zwischen den vier Seiten 10a und der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche 11 ist, wirtschaftlich vorzugsweise in dem Bereich von 43 bis 47 Grad bezüglich einer Bearbeitbarkeitsabweichung, wenn die Wafer 100, 200 in Fig. 8 und Fig. 10 aus einem Siliziumblock ausgebildet werden, und des Leistungsvermögens des Drucksensors S1 in Fig. 1 sein.
Genauer gesagt weist der Winkel zwischen den Ausrichtungsebenen 110, 210 und der kritischen kristallographischen Achse einer 〈100〉-Ausrichtung in dem Block eine Abweichung von ± 1 Grad auf, wenn die Ausrichtungsebenen 110, 210 auf dem Block ausgebildet werden. Außerdem weist der Winkel zwischen den Ausrichtungsebenen 110, 210 und einer Ausrichtungsmarkierung eine Abweichung von ± 1 Grad auf, wenn die Ausrichtungsmarkierung, welche für Ausrichtungsmasken verwendet wird, auf einem Siliziumwafer ausgebildet wird, der aus dem Block hergestellt wird. Als Ergebnis wird die maximale Abweichung von dem Soll-Winkel von 45 Grad zwischen den vier Seiten 10a und der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung ± 2 Grad. Das heißt, auch dann, wenn der Soll-Winkel 45 Grad ist, ist der Ist-Winkel 45 ± 2 Grad oder in dem Bereich von 43 Grad bis 47 Grad.
Jedoch ist die maximale Abweichung von ± 2 Grad aufgrund der nachstehend beschriebenen Gründe zulässig. Wie es in Fig. 11A gezeigt ist, ist die Empfindlichkeit des Drucksensors 51 in Fig. 1, welche als die Änderungsrate des Differenzpotentials Vout in Fig. 5 bezüglich des extern an die Membran des Drucksensors 51 ausgeübten Drucks definiert ist, mindestens dann im wesentlichen konstant, wenn die Abweichung von dem Soll-Winkel von 45 Grad unter Berücksichtigung seines Spezifikationsbereichs von 11 bis 27 µV/mmHg innerhalb ± 2 Grad ist.
Außerdem ist, wie es in Fig. 11B gezeigt ist, die Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit ebenso mindestens dann, wenn die Abweichung von dem Sollwinkel von 45 Grad unter Berücksichtigung seines Spezifikationsbereichs von -50 bis 350 ppm/°C innerhalb ± 2 Grad ist, im wesentlichen konstant. In Fig. 11B ist die Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit als die Änderungsrate der Empfindlichkeit bezüglich der Temperatur innerhalb des Bereichs von 25 bis 125°C definiert. Deshalb ist das Leistungsvermögen des Drucksensors 51 in Fig. 1 im wesentlichen konstant, solange die Abweichung von dem Soll-Winkel von 45 Grad innerhalb ± 2 Grad ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bezüglich der thermischen Spannung, die in dem Halbleitersubstrat 10 in Fig. 12 erzeugt wird, und der thermischen Spannung, die in dem Halbleitersubstrat 10 in Fig. 3 erzeugt wird, eine FEM-Analyse durchgeführt. Obgleich es in der Figur nicht gezeigt ist, hat die FEM-Analyse gezeigt, daß die Abweichung der thermischen Spannungen, die in den Meßwiderständen Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 erzeugt werden, in dem Substrat 10 in Fig. 3 kleiner als die in dem Substrat 10 in Fig. 12 sind.
Der Grund wird wie folgt vermutet. Die seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2 sind bezüglich der thermischen Spannung, die durch einen externen Faktor, wie zum Beispiel den Glassockel 50 verursacht wird, empfindlicher als die mittleren Meßwiderstände Rc1, Rc2. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, sind die seitlichen Meßwiderstände Rs1, Rs2 weiter von dem Umfang des Substrats 10 entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung in dem Substrat 10 in Fig. 12 als in dem Substrat 10 in Fig. 3 entfernt. Deshalb ist die thermische Spannung, die durch den externen Faktor verursacht wird, in dem Substrat 10 in Fig. 3 kleiner als in dem Substrat 10 in Fig. 12.
Außerdem neigt die thermische Spannung, die inhärent durch das Substrat 10 verursacht wird, dazu, sich an den Ecken der Membran 14 zu konzentrieren. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Substrat 10 in Fig. 3 kleiner als das Substrat 10 in Fig. 12, so daß die Ecken näher an dem Umfang des Substrats 10 in dem Substrat 10 in Fig. 3 als in dem Substrat 10 in Fig. 12 sind. Deshalb neigt die thermische Spannung, die inhärent durch das Substrat 10 verursacht wird, in dem Substrat 10 in Fig. 3 weniger dazu, sich an den Ecken zu konzentrieren, als in dem Substrat 10 in Fig. 12.
Aufgrund der vorhergehenden Gründe ist die Abweichung der thermischen Spannungen, die in den Meßwiderständen Rc1, Rs1, Rc2, Rs2 erzeugt werden, in dem Substrat 10 in Fig. 3 kleiner als die in dem Substrat 10 in Fig. 12. Aufgrund der kleineren Abweichung weist der Drucksensor 51 in Fig. 1 eine kleinere Versatzspannung des Differenzpotentials Vout als der Drucksensor in Fig. 12 auf.
Ein zuvor beschriebener erfindungsgemäßer Halbleiterdrucksensor mit einer Membran weist ein im wesentlichen rechteckiges (110)-Halbleitersubstrat auf, welches vier Seiten, eine aktive Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine der aktiven Oberfläche gegenüberliegende hintere Oberfläche einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) auf. Jede der Oberflächen wird von den vier Seiten umgeben. Jede der vier Seiten weist einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung auf, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche ist. Das Substrat weist in der aktiven Oberfläche eine Membran auf. Die Membran ist durch Ausbilden einer Vertiefung in der hinteren Oberfläche ausgebildet. Die Membran weist einen Meßwiderstand auf. Ein Druck wird auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts des Meßwiderstands erfaßt.

Claims

1. Halbleiterdrucksensor (S1) mit einer Membran (14), der aufweist:
ein im wesentlichen rechteckiges (110)-Halbleitersubstrat (10), welches vier Seiten (10a), eine aktive Oberfläche (11) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), und eine der aktiven Schicht (11) gegenüberliegende hintere Oberfläche (12) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), aufweist, wobei
jede der Oberflächen (11, 12) von den vier Seiten (10a) umgeben wird,
jede der vier Seiten (10a) einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche (11) ist,
das Substrat (10) in der aktiven Oberfläche (11) eine Membran (14) aufweist,
die Membran (14) durch Ausbilden einer Vertiefung (13) in der hinteren Oberfläche (12) ausgebildet ist,
die Membran (14) einen Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
ein Druck auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts eines Meßwiderstands (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) erfaßt wird.

2. Drucksensor (51) nach Anspruch 1, wobei sich der Winkel von im wesentlichen 45 Grad in dem Bereich von 43 Grad bis 47 Grad befindet.

3. Drucksensor (51) nach Anspruch 1, wobei sich der Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) im wesentlichen entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung ausdehnt, um eine Empfindlichkeit der Änderung des Widerstandswerts zu erhöhen.

4. Drucksensor (S1) nach Anspruch 1, wobei:
die Membran (14) drei weitere Meßwiderstände (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
alle vier Meßwiderstände (Rc1 Rc2, Rs1, Rs2) verwendet werden, um eine Wheatstone-Brücke auszubilden.

5. Drucksensor (S1) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (S1) mit einem Verkapselungssubstrat (50) verwendet wird, welches mit der hinteren Oberfläche (12) des (110)- Halbleitersubstrats (10) verbunden ist, um die Vertiefung (13) zu verkapseln, um eine Druckreferenzkammer auszubilden, wenn der Druck erfaßt wird.

6. Halbleiterwafer (100), der zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors (S1) mit einer Membran (14) verwendet wird und aufweist:
eine (110)-Halbleiterschicht (10), welche eine aktive Oberfläche (11) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), eine der aktiven Oberfläche (11) gegenüberliegende hintere Oberfläche (12) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine Ausrichtungsebene (110) aufweist, wobei
eine Mehrzahl von Anrißlinien (120) auf der aktiven Oberfläche (11) angeordnet ist,
die Ausrichtungsebene (110) einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche (11) der (110)-Halbleiterschicht (10) ist,
die Ausrichtungsebene (110) einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu einer kristallographischen Achse einer 〈001〉-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche (11) der (110)-Halbleiterschicht ist,
alle Anrißlinien (120) im wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Ausrichtungsebene (110) sind,
die (110)-Halbleiterschicht im wesentlichen rechteckige Bereiche (130) aufweist, welche durch die Anrißlinien (120) definiert sind,
alle Bereiche (130) in der aktiven Oberfläche (11) eine Membran (14) aufweisen,
die Membran (14) durch Ausbilden einer Vertiefung (13) in der hinteren Oberfläche (12) ausgebildet ist,
die Membran (14) einen Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
ein Druck auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts eines Meßwiderstands (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) des Halbleiterdrucksensors (51) mit einer Membran (14) erfaßt wird, der aus dem Halbleiterwafer (100) hergestellt wird.

7. Halbleiterwafer (100) nach Anspruch 6, wobei sich der Winkel von im wesentlichen 45 Grad in dem Bereich von 43 Grad bis 47 Grad befindet.

8. Halbleiterwafer (100) nach Anspruch 6, wobei sich der Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) im wesentlichen entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉-Ausrichtung ausdehnt, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche (11) ist, um eine Empfindlichkeit der Änderung des Widerstandswerts zu erhöhen.

9. Halbleiterwafer (100) nach Anspruch 6, wobei
die Membran (14) drei weitere Meßwiderstände (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
alle vier Meßwiderstände (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) verwendet werden, um eine Wheatstone-Brücke auszubilden.

10. Halbleiterwafer (200), der zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors (51) mit einer Membran (14) verwendet wird und aufweist:
eine (110)-Halbleiterschicht, welche eine aktive Oberfläche (11) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110), eine der aktiven Oberfläche (11) gegenüberliegende hintere Oberfläche (12) einer kristallographischen Flächenausrichtung von (110) und eine Ausrichtungsebene (110) aufweist, wobei
eine Mehrzahl von Anrißlinien (220) auf der aktiven Oberfläche (11) angeordnet ist,
die Ausrichtungsebene (210) eine kristallographische Fläche einer (100)-Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Oberfläche (11) ist,
alle Anrißlinien (220) einen Winkel von im wesentlichen 45 Grad zu der Ausrichtungsebene (210) aufweisen,
die (110)-Halbleiterschicht im wesentlichen rechteckige Bereiche (130) aufweist, welche durch die Anrißlinien (220) definiert sind,
alle Bereiche (130) in der aktiven Oberfläche (11) eine Membran (14) aufweisen,
die Membran (14) durch Ausbilden einer Vertiefung (13) in der hinteren Oberfläche (12) ausgebildet ist,
die Membran (14) einen Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
ein Druck auf der Grundlage einer Änderung eines Widerstandswerts eines Meßwiderstands (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) des Halbleiterdrucksensors (51) mit einer Membran (14) erfaßt wird, der aus dem Halbleiterwafer (200) hergestellt wird.

11. Halbleiterwafer (200) nach Anspruch 10, wobei sich der Winkel von im wesentlichen 45 Grad in dem Bereich von 43 Grad bis 47 Grad befindet.

12. Halbleiterwafer (200) nach Anspruch 10, wobei sich der Meßwiderstand (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) im wesentlichen entlang der kristallographischen Achse einer 〈110〉- Ausrichtung ausdehnt, die im wesentlichen parallel zu der aktiven Oberfläche ist, um eine Empfindlichkeit der Änderung des Widerstandswerts zu erhöhen.

13. Halbleiterwafer (200) nach Anspruch 10, wobei
die Membran (14) drei weitere Meßwiderstände (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) aufweist, und
alle vier Meßwiderstände (Rc1, Rc2, Rs1, Rs2) verwendet werden, um eine Wheatstone-Brücke auszubilden.