DE19924061A1 - Halbleiterdrucksensor mit Dehnungsmeßstreifen und Spannungsausgleichsfilm - Google Patents
Halbleiterdrucksensor mit Dehnungsmeßstreifen und SpannungsausgleichsfilmInfo
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Abstract
In einem erfindungsgemäßen Halbleiterdrucksensor, der einen Membranabschnitt (10a) und Dehnungsmeßstreifen (1a bis 1d) auf dem Membranabschnitt (10a) aufweist, sind Al-Spannungsausgleichsfilme (2a bis 2d) um den Membranabschnitt (10a) vorgesehen, um Spannungsänderungen der Dehnungsmeßstreifen auszugleichen, welche durch eine Temperaturänderung erzeugt werden. Als Ergebnis wird verhindert, daß sich ein Sensorausgangssignal aufgrund der Temperaturänderung ändert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter
drucksensor mit auf einem Membranabschnitt vorgesehenen
Dehnungsmeßstreifen zum Messen eines auf ihn ausgeübten
Drucks.
Ein Halbleiterdrucksensor im Stand der Technik beinhal
tet einen in Fig. 1 gezeigten Sensorchip 10, der einen dün
nen Membranabschnitt 10a aufweist, der in der Figur durch
eine gestrichelte Linie gezeigt ist. Der Membranabschnitt
10a weist vier aus einer Störstellendiffusionsschicht be
stehende Piezowiderstandselemente (Dehnungsmeßstreifen) 1a
bis 1d darauf auf, von denen zwei mittlere Meßstreifen 1a,
1b sind, die an dem Mittenabschnitt von diesem angeordnet
sind, und von denen die anderen zwei seitliche Meßstreifen
1c, 1d sind, die an dem Umfang von diesem angeordnet sind.
Die Meßstreifen 1a bis 1d sind derart elektrisch verbunden,
daß sie eine Brückenschaltung ausbilden, wie es in Fig. 2
gezeigt ist, so daß ein elektrisches Signal in Übereinstim
mung mit einem Druck aus Anschlüssen OA, OB ausgegeben
wird. Um diesen Aufbau auszubilden, ist ein Aluminium- bzw.
Al-Verdrahtungselement 2 derart um den Membranabschnitt 10a
vorgesehen, daß es elektrisch mit den Dehnungsmeßstreifen
1a bis 1d verbunden ist, und das Sensorausgangssignal wird
aus einem nicht gezeigten Schaltungsabschnitt ausgegeben,
mit welchem das Verdrahtungselement 2 verbunden ist.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Sensorchip 10
durch anodisches Kontaktieren an einem Glasträger 11 befe
stigt und ist der Glasträger 11 durch einen Silikonsystem
klebstoff 12 an eine Innenwand eines aus Polybutylen
terephthalat (PBT) oder dergleichen bestehenden Gehäuses 13
geklebt. Ein Silikongel 14 ist auf die Oberfläche des Sen
sorchip 10 aufgetragen. Bei diesem Aufbau kann das Gehäuse
13 eine thermische Verzerrung erzeugen, die den Sensorchip
10 nachteilig und nicht vernachlässigbar beeinträchtigt.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist deshalb eine aus einer
42-Legierung bestehende Platte 15 durch einen Silikonsy
stemklebstoff 16 an die untere Oberfläche des Glasträgers
11 geklebt, um den nachteiligen Effekt der thermischen Ver
zerrung des Gehäuses 13 an dem Sensorchip 10 zu verringern.
Jedoch ist es festgestellt worden, daß sich das Sensoraus
gangssignal als ein Ergebnis einer thermischen Hysterese
immer noch ändert.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das zuvor
beschriebene Problem geschaffen worden. Eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung besteht darin, Änderungen eines Aus
gangswerts aus einem Halbleiterdrucksensor zu verringern,
die durch thermische Hysterese verursacht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den An
sprüchen 1, 9 und 13 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist ein Halbleiterdrucksensor einen Spannungsausgleichs
film zum Ausgleichen von Spannungsänderungen einer Mehrzahl
von widerstandsbehafteten Elementen auf, die durch eine
Temperaturänderung bewirkt werden. Dies basiert auf einer
Analyse, daß eine Änderung eines Sensorausgangssignals
durch unterschiedliche Spannungsänderungen der widerstands
behafteten Elemente verursacht wird, welche durch die Tem
peraturveränderung erzeugt werden. Gemäß der zuvor be
schriebenen vorliegenden Erfindung kann die Änderung des
Sensorausgangssignals durch den Spannungsausgleichsfilm zum
Ausgleichen der Spannungsänderungen der widerstandsbehafte
ten Elemente auf nahezu null verringert werden.
Der Spannungsausgleichsfilm kann einstückig mit einem
Verdrahtungselement ausgebildet sein, das elektrisch mit
den widerstandsbehafteten Elementen verbunden ist und um
einen Membranabschnitt vorgesehen ist, auf welchem die wi
derstandsbehafteten Elemente angeordnet sind. Der Span
nungsausgleichsfilm kann eine Mehrzahl von Spannungsaus
gleichsfilmabschnitten beinhalten, die um den Membranab
schnitt angeordnet sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
beinhaltet ein Halbleiterdrucksensor ein Verdrahtungsele
ment, das elektrisch mit einer Mehrzahl von widerstandsbe
hafteten Elementen verbunden ist und aus einem Material be
steht, daß bei einer Temperatur, die höher als ein Be
triebstemperaturbereich des Drucksensors ist, eine Fließer
scheinung hervorbringt. Dies basiert auf einer Analyse, daß
die Spannungsänderungen der widerstandsbehafteten Elemente
durch thermische Hysteresecharakteristiken des Verdrah
tungselements erzeugt werden, das um die widerstandsbehaf
teten Elemente angeordnet ist.
Wenn das Verdrahtungselement aus dem zuvor beschriebe
nen Material besteht, bringt das Verdrahtungselement inner
halb des Betriebstemperaturbereichs des Drucksensors keine
thermischen Hysteresecharakteristiken hervor. Als Ergebnis
kann die Änderung des Sensorausgangssignals verhindert wer
den.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksen
sors im Stand der Technik,
Fig. 2 eine Darstellung eines aus Dehnungsmeß
streifen bestehenden Brückenschaltungs
aufbaus;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Zustands,
in dem der Drucksensor in Fig. 1 an einem
Gehäuse befestigt ist;
Fig. 4 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksen
sors gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine entlang einer Linie V-V in Fig. 4
genommene Querschnittsansicht;
Fig. 6 eine Draufsicht eines detaillierten Mu
sters eines in Fig. 5 gezeigten Verdrah
tungselements und von Schaltungsabschnit
ten;
Fig. 7 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksen
sors als ein Vergleichsbeispiel in dem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung;
Fig. 8 einen Graph einer Beziehung zwischen ei
nem Abstand des Verdrahtungselements von
einer Membran und einem Änderungswert ei
nes durch einen thermischen Test erzeug
ten Sensorausgangssignals;
Fig. 9A und 9B Graphen zum Erklären von zwei Fällen, in
denen Al-Filmabschnitte (Spannungsaus
gleichsfilme) nicht ausgebildet sind bzw.
ausgebildet sind;
Fig. 10 einen Graph einer Beziehung zwischen ei
nem Abstand der Al-Filmabschnitte von der
Membran und einem Änderungswert eines
durch einen thermischen Test erzeugten
Sensorausgangssignals; und
Fig. 11A bis 11F ein Verfahren zum Herstellen des in den
Fig. 4 und 5 gezeigten Drucksensors.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungs
beispiels der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden Verlauf wird ein Halbleiterdrucksensor ge
mäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung un
ter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erklärt, in welchen
die gleichen Teile wie diejenigen in den Fig. 1 bis 3
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Es wird auf Fig. 5 verwiesen. In einem Sensorchip 100
ist eine eingebettete Schicht 4 eines N-Typs in einem Sili
ziumsubstrat 3 eines P-Typs vorgesehen, das eine (110)-Kri
stallausrichtung aufweist, und ist auf diesem eine Epita
xieschicht 5 eines N-Typs vorgesehen. Ein Teil des Silizi
umsubstrats 3 eines P-Typs ist durch Ätzen entfernt, um ei
nen dünnen Membranabschnitt 10a auszubilden. Mittlere Meß
streifen 1a, 1b und seitliche Meßstreifen 1c, 1d sind durch
Störstellendiffusion in dem Membranabschnitt 10a ausgebil
det. Die Meßstreifen 1a bis 1d bilden eine Brückenschaltung
aus, wie es ebenso in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Isolationsbe
reich 6 eines P-Typs ist in der Epitaxieschicht 5 eines N-Typs
ausgebildet, um den Membranabschnitt 10a von dessen
Umfang elektrisch zu isolieren. Ein Oxidfilm 7 ist auf der
Epitaxieschicht 5 eines N-Typs vorgesehen und ein Al-Ver
drahtungselement 2 ist an dem Umfang des Membranabschnitts
10a auf dem Oxidfilm 7 angeordnet. Ein aus einem Oxid,
Nitrid oder dergleichen bestehender Schutzfilm 8 ist derart
angeordnet, daß er das Al-Verdrahtungselement 2 bedeckt.
Die mittleren Meßstreifen 1a, 1b und die seitlichen
Meßstreifen 1c, 1d sind durch Kontaktlöcher, die in dem
Oxidfilm 7 ausgebildet sind, elektrisch mit dem Verdrah
tungselement 2 verbunden und das Verdrahtungselement 2 ist
elektrisch mit einem Schaltungsabschnitt verbunden, der auf
der Epitaxieschicht 5 eines N-Typs ausgebildet ist, wie es
nachstehend beschrieben wird. Ein Ausgangssignal aus der
Brückenschaltung wird in dem Verarbeitungsabschnitt verar
beitet, um als ein Sensorausgangssignal ausgegeben zu wer
den.
Al-Filmabschnitte 2a bis 2d als Spannungsausgleichs
filme sind als Teile des Verdrahtungselements 2 derart vor
gesehen, daß sie den vier Ecken des Membranabschnitts 10a
gegenüberliegen. Ein Abstand d von jedem der Al-Filmab
schnitte 2a bis 2d von der Kante des Membranabschnitts 10a
beträgt ungefähr 80 µm. Das Verdrahtungselement 2 ist zum
einfachen Unterscheiden der Al-Filmabschnitte 2a bis 2d von
diesem in Fig. 4 vereinfacht dargestellt; jedoch weist das
Verdrahtungselement 2 in der Praxis ein Muster auf, das in
Fig. 6 gezeigt ist, und weist ein Muster auf, das um den
Schaltungsabschnitt angeordnet ist, das ein Konstantstrom-
Energieversorgungsteil C1, ein Temperaturerfassungsbrücken
teil C2, ESD-Elemente C3, C4 und dergleichen aufweist. Das
Muster des Verdrahtungselements 2, das um den Schaltungsab
schnitt angeordnet ist, ist in Fig. 6 weggelassen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung verringern die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d die Än
derung des Sensorausgangssignals, die durch eine thermische
Hysterese verursacht wird. Diese Wirkung wurde unter Ver
wendung von drei Drucksensorproben A, B und C experimentell
bestätigt. Eine Probe A wies den gleichen Aufbau wie denje
nigen des Drucksensors im Stand der Technik auf, der in den
Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Probe C wies den gleichen Auf
bau wie denjenigen des vorliegenden Ausführungsbeispiels
auf, das in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Probe B wies
einen Aufbau auf, der in Fig. 7 gezeigt ist. In einem Sen
sorchip 100a einer Probe B sind die Al-Dünnfilmabschnitte
2a bis 2d derart angeordnet, daß sie mit den Ecken des Mem
branabschnitts 10a überlappen.
Dann wurden Änderungen von Sensorausgangssignalen aus
Proben A bis C, die durch eine thermische Hysterese verur
sacht werden, durch einen thermischen Test gemessen.
In dem thermischen Test wurden ein Ausgangswert aus je
dem Sensor, wenn eine Umgebungstemperatur am Anfang bei ei
ner Raumtemperatur (ungefähr 25°C) gehalten wurde, und ein
Ausgangswert aus dem Sensor, wenn die Temperatur zu der
Raumtemperatur zurückgeführt wurde, nachdem die Temperatur
bis auf 70°C angehoben wurde, gemessen und wurde eine
Differenz zwischen den zwei Ausgangswerten berechnet. Das
Ergebnis ist in Fig. 8 gezeigt. Eine horizontale Achse in
Fig. 8 stellt einen Abstand des Verdrahtungselements 2, das
die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d beinhaltet, von den Ecken
des Membranabschnitts 10a dar.
Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, hat sich der Ausgangswert
einer Probe A, die dem Drucksensor im Stand der Technik
entspricht, durch den zuvor beschriebenen thermischen Test
zu einer Minusseite geändert und hat sich der Ausgangswert
einer Probe B, die in Fig. 7 gezeigt ist, zu einer Plus
seite geändert. Der Ausgangswert einer Probe C, die dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht, hat sich durch
den Test kaum geändert. Demgemäß ist es bestätigt, daß die
Al-Filmabschnitte 2a bis 2d die Änderung des Sensoraus
gangssignals, die durch den thermischen Test erzeugt wird,
wirkungsvoll verhindern können.
Genauer gesagt ändert sich, wenn die Al-Filmabschnitte
2a bis 2d nicht ausgebildet sind, wie es in Fig. 1 gezeigt
ist (Probe A), eine Spannung σ in einer Richtung X in Fig. 1
durch den zuvor beschriebenen thermischen Test, wie es in
Fig. 9A gezeigt ist, in welcher die obere Kurve eine Span
nung σ darstellt, wenn die Temperatur bei der Raumtempera
tur gehalten wird, und die untere Kurve eine Spannung σ
darstellt, wenn die Temperatur zu der Raumtemperatur zu
rückgeführt wird, nachdem sie auf 70°C angehoben worden
ist. In diesem Fall erfüllen eine Spannungsdifferenz Δσc an
den mittleren Meßstreifen 1a, 1b und eine Spannungsdiffe
renz Δσs an den seitlichen Meßstreifen 1c, 1d eine Bezie
hung von Δσc-Δσs < 0. Im übrigen stellt die horizontale
Achse in Fig. 9A einen Abstand von der Mitte des Membranab
schnitts dar.
Andererseits ändert sich, wenn die Al-Filmabschnitte 2a
bis 2d an den vier Ecken des Membranabschnitts 10a ausge
bildet sind, wie es in Fig. 7 gezeigt ist (Probe B), eine
Spannung σ in einer Richtung X in Fig. 7 durch den thermi
schen Test, wie es in Fig. 9B gezeigt ist, in welcher die
obere Kurve eine Spannung σ darstellt, wenn die Temperatur
bei der Raumtemperatur gehalten wird, und die untere Kurve
eine Spannung σ darstellt, wenn die Temperatur zu der Raum
temperatur zurückgeführt wird, nachdem sie ebenso auf 70°C
angehoben worden ist. In diesem Fall ändert sich die Bezie
hung zwischen der Spannungsdifferenz Δσc an den mittleren
Meßstreifen 1a, 1b und der Spannungsdifferenz Δσs an den
seitlichen Meßstreifen 1c, 1d zu Δσc-Δσs < 0. Deshalb
wird das Sensorausgangssignal aus einer Probe A, die die
Al-Filmabschnitte 2a bis 2d nicht aufweist, zu einer
Plusseite verschoben, während das Sensorausgangssignal aus
einer Probe B, die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d aufweist, zu
einer Minusseite verschoben wird.
Diese Erscheinung wird in Verbindung mit der Hysterese
eigenschaft des Al-Verdrahtungselements und der Al-Filmab
schnitte wie folgt betrachtet.
Al, das das Verdrahtungselement 2 ausbildet, weist eine
äußerst kleine Fließspannung von ungefähr 15 MPa auf. Des
halb überschreitet eine Spannung, die in dem Verdrahtungs
element 2 aufgrund einer Temperaturänderung erzeugt wird,
leicht die Fließspannung von diesem, bei welcher eine
Fließerscheinung auftritt, um eine bleibende Beanspruchung
und bleibende Spannung in dem Verdrahtungselement 2 zu er
zeugen. Die bleibende Beanspruchung und die bleibende Span
nung bleiben auch zurück, nachdem die Temperatur zu der
Raumtemperatur zurückgeführt worden ist. Diese Hysterese
eigenschaft beeinträchtigt die mittleren Meßstreifen 1a, 1b
und die seitlichen Meßstreifen 1c, 1d unterschiedlich, wo
durch unterschiedliche Spannungsänderungen der mittleren
Meßstreifen 1a, 1b und der seitlichen Meßstreifen 1c, 1d
erzeugt werden. Die Änderung des Sensorausgangssignals
kommt von diesen unterschiedlichen Spannungsänderungen der
mittleren und seitlichen Meßstreifen 1a bis 1d, das heißt,
von der Unausgeglichenheit der thermischen Hysteresewirkung
zwischen den mittleren Meßstreifen 1a, 1b und den seitli
chen Meßstreifen 1c, 1d. Es wird angenommen, daß die Al-
Filmabschnitte 2a bis 2d die Unausgeglichenheit der thermi
schen Hysteresewirkung zwischen den mittleren Meßstreifen
1a, 1b und den seitlichen Meßstreifen 1c, 1d kompensieren
können, um die Spannungsänderungen der mittleren und seit
lichen Meßstreifen 1a bis 1d auszugleichen.
Auf der Grundlage dieser Analyse werden die Positionen
der Al-Filmabschnitte 2a bis 2d um die Ecken des Membranab
schnitts 10a optimiert. Genauer gesagt wurde ein Änderungs
wert (ein Wert einer thermischen Hysterese) des Sensoraus
gangssignals bezüglich des Abstands d (siehe Fig. 4) von
jedem Al-Filmabschnitt von jeder Ecke des Membranabschnitts
10a (Membranecke) durch den thermischen Test im wesentli
chen auf die gleiche Weise, wie sie zuvor beschrieben wor
den ist, gemessen. Das Ergebnis ist in Fig. 10 gezeigt. Wie
es sich aus Fig. 10 versteht, wird der Änderungswert des
Sensorausgangssignals verringert, wenn der Abstand d erhöht
wird. Wenn der Abstand ungefähr 80 µm beträgt, ist der Än
derungswert des Sensorausgangssignals im wesentlichen null.
Demgemäß wurde der Abstand d der Al-Filmabschnitte 2a bis
2d von dem Membranabschnitt 10a bestimmt und an dem Druck
sensor (Probe C) des vorliegenden Ausführungsbeispiels an
gewendet. Der Änderungswert des Sensorausgangssignals aus
einer Probe C ist sowohl in Fig. 8 im Vergleich zu Proben
A, B als auch in Fig. 10 dargestellt.
Daher werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung die unterschiedlichen Spannungsänderun
gen zwischen den Dehnungsmeßstreifen 1a, 1d, das heißt, die
Unausgeglichenheit der thermischen Hysteresewirkung durch
das Verdrahtungselement 2 an den Dehnungsmeßstreifen 1a bis
1d, durch die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d eingestellt, die
als die Spannungsausgleichsfilme wirken, um den Änderungs
wert des Sensorausgangssignals zu verringern. Im übrigen
wurden die Ergebnisse, die in den Fig. 8 bis 10 gezeigt
sind, durch den thermischen Test erzielt, bei welchem die
Temperatur von einer hohen Temperatur (70°C) zu der Raum
temperatur zurückgeführt wurde; jedoch ist es bestätigt,
daß die gleiche Wirkung eines Setzens des Änderungswerts
des Sensorausgangssignals auf nahezu null durch einen ther
mischen Test erzielt wird, bei welchem die Temperatur zu
einer niedrigen Temperatur (-30°C) verringert wird und dann
zu der Raumtemperatur zurückgeführt wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des
Halbleiterdrucksensors gemäß dem vorliegenden Ausführungs
beispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11F be
schrieben. Zuerst wird ein Halbleitersubstrat vorbereitet.
Wie es in Fig. 11A gezeigt ist, besteht das Halbleiter
substrat aus einem Siliziumsubstrat 3 eines P-Typs, einer
eingebetteten Schicht 4 eines N-Typs, die in dem Silizium
substrat 3 eines P-Typs ausgebildet ist, und einer Epita
xieschicht 5 eines N-Typs, die auf dem Siliziumsubstrat 3
ausgebildet ist. Als nächstes wird der Isolationsbereich 6
eines P-Typs in der Epitaxieschicht 5 eines N-Typs ausge
bildet, wie es in Fig. 11B gezeigt ist, und wird der Oxid
film 7 auf der Epitaxieschicht 5 eines N-Typs ausgebildet,
wie es in Fig. 11C gezeigt ist.
Danach werden das Verdrahtungselement 2 und die Span
nungsausgleichsfilme 2a bis 2d aus Al ausgebildet, wie es
Fig. 11D gezeigt ist. Nachdem der Schutzfilm 8 ausgebildet
worden ist, wie es in Fig. 11E gezeigt ist, wird das Sili
ziumsubstrat 3 eines P-Typs von der Seite der hinteren
Oberfläche geätzt, um dadurch den Membranabschnitt 10a aus
zubilden, wie es in Fig. 11F gezeigt ist. Als Ergebnis ist
der Halbleiterdrucksensor fertiggestellt, wie er in den Fig.
4 und 5 gezeigt ist.
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es, da die
Al-Filmabschnitte 2a bis 2d als die Spannungsausgleichs
filme in dem gleichen Schritt mit dem Verdrahtungselement
ausgebildet werden, nicht notwendig, einen besonderen
Schritt für die Spannungsausgleichsfilme durchzuführen. Ob
gleich die Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d in diesem
Ausführungsbeispiel als Teile des Verdrahtungselements 2
ausgebildet werden, können die Spannungsausgleichsfilme 2a
bis 2d getrennt von dem Verdrahtungselement 2 ausgebildet
werden. Jede Form der Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d
ist nicht auf ein Dreieck beschränkt und ist veränderbar.
Weiterhin kann, wenn die Spannungsausgleichsfilme 2a
bis 2d derart vorgesehen werden, daß sie wie in dem vorlie
genden Ausführungsbeispiel den vier Ecken des Membranab
schnitts 10a gegenüberliegen, ein Raum zwischen dem Ver
drahtungselement 2 und den Dehnungsmeßstreifen 1a bis 1d
insbesondere dann wirkungsvoll verwendet werden, wenn die
Membran achteckig ist; jedoch können die Positionen der
Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d geändert werden. Zum
Beispiel können die Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d nä
her an den mittleren Meßstreifen 1a, 1b ausgebildet werden.
Die Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d können aus anderen
Materialien, wie zum Beispiel Al-Si, Ni, zusätzlich zu Al
bestehen, vorausgesetzt, daß das Material eine kleine
Fließspannung aufweist.
Die Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d sind vorgesehen,
um die Unausgeglichenheit der thermischen Hysteresewirkung
durch das Al-Verdrahtungselement 2 zwischen den Dehnungs
meßstreifen 1a bis 1d zu kompensieren, und die thermischen
Hysteresewirkungen sind dem Verdrahtungselement 2 zueigen,
das aus einem Material besteht, das eine kleine Fließspan
nung aufweist. Deshalb kann, wenn das Verdrahtungselement 2
aus einem Material besteht, das eine Fließspannung auf
weist, die größer als eine maximale Spannung ist, die bei
einem Betriebstemperaturbereich von zum Beispiel -30°C bis
70°C in dem Verdrahtungselement 2 erzeugt wird, die Ände
rung des Sensorausgangssignals ohne Vorsehen der Spannungs
ausgleichsfilme 2a bis 2d wirkungsvoll verhindert werden.
Die anwendbaren Materialien für ein derartiges Verdrah
tungselement sind zum Beispiel Al(4,5 Gew.-%)-Mg(0,5
Gew.-%)-Mn, Al(4 Gew.-%)-Cu(0,6 Gew.-%)-Mg(0,5 Gew.-%)-Mn,
Al(4,5 Gew.-%)-Cu(1,5 Gew.-%)-Mg(0,6 Gew.-%)-Mn und Al(5,6
Gew.-%)-Zn(2,5 Gew.-%)-Mg(1,6 Gew.-%)-Cu, die eine Fließ
spannung von 195 MPa, 195 MPa, 323 MPa bzw. 505 MPa aufwei
sen.
Obgleich die vorliegende Erfindung an dem Drucksensor
angewendet worden ist, der aus dem Siliziumsubstrat 3 be
steht, das eine (110)-Kristallausrichtung aufweist, kann
sie an einem Drucksensor angewendet werden, der aus einem
Siliziumsubstrat besteht, das eine (100)-Kristallausrich
tung aufweist.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf
die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden
ist, ist es für Fachleute ersichtlich, daß Änderungen in
Form und Detail in ihnen durchgeführt werden können, ohne
den in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung zu
verlassen.
In einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Halblei
terddrucksensor, der einen Membranabschnitt und Dehnungs
meßstreifen auf dem Membranabschnitt aufweist, sind Al-
Spannungsausgleichsfilme um den Membranabschnitt vorgese
hen, um Spannungsänderungen der Dehnungsmeßstreifen auszu
gleichen, welche durch eine Temperaturänderung erzeugt wer
den. Als Ergebnis wird verhindert, daß sich ein Sensoraus
gangssignal aufgrund der Temperaturänderung ändert.
Claims (14)
1. Halbleiterdrucksensor, der aufweist:
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Ausüben eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) vorgesehen sind und jeweils Spannungsänderungen durch eine Tempe raturänderung aufweisen; und
einen auf dem Sensorchip vorgesehenen Spannungsaus gleichsfilm (2a bis 2d) zum Ausgleichen der Span nungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d).
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Ausüben eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) vorgesehen sind und jeweils Spannungsänderungen durch eine Tempe raturänderung aufweisen; und
einen auf dem Sensorchip vorgesehenen Spannungsaus gleichsfilm (2a bis 2d) zum Ausgleichen der Span nungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d).
2. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spannungsänderungen der Mehrzahl von
widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) durch eine
Temperaturänderung in einem Bereich von 25°C bis 70°C
erzeugt werden und durch den Spannungsausgleichsfilm
(2a bis 2d) ausgeglichen werden.
3. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spannungsänderungen der Mehrzahl von
widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) durch eine
Temperaturänderung in einem Bereich von -30°C bis 25°C
erzeugt werden und durch den Spannungsausgleichsfilm
(2a bis 2d) ausgeglichen werden.
4. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsaus
gleichsfilm (2a bis 2d) die Spannungsänderungen der
Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis
1d) durch eine bleibende Spannung von ihm ausgleicht,
die durch die Temperaturänderung erzeugt wird.
5. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsaus
gleichsfilm (2a bis 2d) eine Mehrzahl von Spannungsaus
gleichsfilmabschnitten beinhaltet, die an einem Umfang
des Membranabschnitts (10a) angeordnet sind.
6. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin ein
Verdrahtungselement (2) aufweist, das an dem Umfang
des Membranabschnitts (10a) angeordnet ist und elek
trisch mit der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Ele
menten (1a bis 1d) verbunden ist, wobei der Spannungs
ausgleichsfilm (2a bis 2d) einstückig mit dem Verdrah
tungselement (2) ausgebildet ist.
7. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß:
das Verdrahtungselement (2) eine Hystereseeigenschaft in einem Temperaturbereich von -30°C bis 70°C aufweist, um eine Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsände rungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) zu verursachen; und
der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) an einer be stimmten Position angeordnet ist, um die Unausge glichenheit auszugleichen.
das Verdrahtungselement (2) eine Hystereseeigenschaft in einem Temperaturbereich von -30°C bis 70°C aufweist, um eine Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsände rungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) zu verursachen; und
der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) an einer be stimmten Position angeordnet ist, um die Unausge glichenheit auszugleichen.
8. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 6 und 7, da
durch gekennzeichnet, daß das Verdrahtungselement (2)
und der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) aus Alumi
nium bestehen.
9. Halbleiterdrucksensor, der aufweist:
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Ausüben eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) vorgesehen sind;
ein Verdrahtungselement (2), das derart auf dem Sensor chip angeordnet ist, daß es elektrisch mit der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbun den ist, und eine Fließerscheinung innerhalb eines Be triebstemperaturbereichs des Drucksensors hervorbringt, welche eine Unausgeglichenheit zwischen Spannungsände rungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verursacht; und
einen Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d), der auf dem Sensorchip angeordnet ist, um die Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsänderungen der Mehrzahl von wi derstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) auszuglei chen.
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Ausüben eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) vorgesehen sind;
ein Verdrahtungselement (2), das derart auf dem Sensor chip angeordnet ist, daß es elektrisch mit der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbun den ist, und eine Fließerscheinung innerhalb eines Be triebstemperaturbereichs des Drucksensors hervorbringt, welche eine Unausgeglichenheit zwischen Spannungsände rungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verursacht; und
einen Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d), der auf dem Sensorchip angeordnet ist, um die Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsänderungen der Mehrzahl von wi derstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) auszuglei chen.
10. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verdrahtungselement (2) und der Span
nungsausgleichsfilm (2a bis 2d) aus Aluminium bestehen.
11. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß:
der Membranabschnitt (10a) eine Polygonform mit einer Mehrzahl von Ecken aufweist; und
der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) eine Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten beinhaltet, die derart um den Membranabschnitt (10a) angeordnet sind, daß sie der Mehrzahl von Ecken gegenüberliegen.
der Membranabschnitt (10a) eine Polygonform mit einer Mehrzahl von Ecken aufweist; und
der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) eine Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten beinhaltet, die derart um den Membranabschnitt (10a) angeordnet sind, daß sie der Mehrzahl von Ecken gegenüberliegen.
12. Halbleiterdrucksensor nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebstemperatur
bereich von -30°C bis 70°C reicht.
13. Halbleiterdrucksensor, der aufweist:
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Aufnehmen eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) angeordnet sind; und
ein Verdrahtungselement (2), das auf dem Sensorchip an geordnet ist und elektrisch mit der Mehrzahl von wider standsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbunden ist, wobei das Verdrahtungselement (2) aus einem Material besteht, das eine Fließspannung aufweist, die größer als eine maximale Spannung ist, die in ihm bei einem Betriebstemperaturbereich des Drucksensors erzeugt wird.
einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt (10a), der auf ein Aufnehmen eines Drucks auf diesen versetzt wird;
eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d), die auf dem Membranabschnitt (10a) angeordnet sind; und
ein Verdrahtungselement (2), das auf dem Sensorchip an geordnet ist und elektrisch mit der Mehrzahl von wider standsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbunden ist, wobei das Verdrahtungselement (2) aus einem Material besteht, das eine Fließspannung aufweist, die größer als eine maximale Spannung ist, die in ihm bei einem Betriebstemperaturbereich des Drucksensors erzeugt wird.
14. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Material eine Aluminiumlegierung ist.
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