DE19924061A1

DE19924061A1 - Halbleiterdrucksensor mit Dehnungsmeßstreifen und Spannungsausgleichsfilm

Info

Publication number: DE19924061A1
Application number: DE19924061A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Tanaka; Inao Toyoda; Yasutoshi Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE19924061B4; JPH11344402A; JP3873454B2; US6184561B1

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 O_A, O_B 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

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).

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.

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.

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.

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.

14. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Material eine Aluminiumlegierung ist.