DE19924061B4 - Halbleiterdrucksensor mit Dehnungsmeßstreifen und Spannungsausgleichsfilm - Google Patents

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Abstract

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 mechanische Spannungsänderungen durch eine Temperaturänderung aufweisen; und
einen auf dem Sensorchip an einem Umfang des Membranabschnitts (10a) vorgesehenen Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d), der die mechanischen Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) durch eine eigene eine bleibende mechanische Spannung ausgleicht, die durch eine Fließspannung erzeugt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor mit auf einem Membranabschnitt vorgesehenen Dehnungsmessstreifen zum Messen eines auf ihn ausgeübten Drucks.
  • Ein Halbleiterdrucksensor im Stand der Technik beinhaltet einen in 1 gezeigten Sensorchip 10, der einen dünnen Membranabschnitt 10a aufweist, der in der Figur durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist. Der Membranabschnitt 10a weist vier aus einer Störstellendiffusionsschicht bestehende 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 2 gezeigt ist, so dass ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit einem Druck aus Anschlüssen OA, OB ausgegeben wird. Um diesen Aufbau auszubilden, ist ein Aluminium- bzw. Al-Verdrahtungelement 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 3 gezeigt ist, ist der Sensorchip 10 durch anodisches Kontaktieren an einem Glasträger 11 befestigt und ist der Glasträger 11 durch einen Silikonsystemklebstoff 12 an eine Innenwand eines aus Polybutylenterephthalat (PBT) oder dergleichen bestehenden Gehäuses 13 geklebt. Ein Silikongel 14 ist auf die Oberfläche des Sensorchips 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 3 gezeigt ist, ist deshalb eine aus einer 42-Legierung bestehende Platte 15 durch einen Silikonsystemklebstoff 16 an die untere Oberfläche des Glasträgers 11 geklebt, um den nachteiligen Effekt der thermischen Verzerrung des Gehäuses 13 an dem Sensorchip 10 zu verringern. Jedoch ist festgestellt worden, dass sich das Sensorausgangssignal als ein Ergebnis einer thermischen Hysterese immer noch ändert.
  • Aus der JP 03229470 A ist ein Halbleiterdrucksensor bekannt, der einen Sensorchip mit einem Membranabschnitt, der auf ein Ausüben von Druck auf diesen versetzt wird, eine Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen, die auf dem Membranabschnitt vorgesehen sind und jeweils mechanische Spannungsänderungen durch eine Temperaturänderung aufweisen, und einen auf dem Sensorchip vorgesehenen Spannungsausgleichsfilm zum Ausgleichen der mechanischen Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen aufweist.
  • Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die DE 41 30 044 A1 und die DE 41 37 624 A1 verwiesen.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem geschaffen worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Änderungen eines Ausgangswerts aus einem Halbleiterdrucksensor zu verringern, die durch thermische Hysterese verursacht werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß Anspruch 1 weist ein Halbleiterdrucksensor einen Spannungsausgleichsfilm 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 widerstandsbehafteten Elemente verursacht wird, welche durch die Tempera turänderung erzeugt werden. Die Änderung des Sensorausgangssignals kann durch den Spannungsausgleichsfilm zum Ausgleichen der Spannungsänderungen der widerstandsbehafteten Elemente auf nahezu null verringert werden.
  • Gemäß Anspruch 6 kann der Spannungsausgleichsfilm einstückig mit einem Verdrahtungselement ausgebildet sein, das elektrisch mit den widerstandsbehafteten Elementen verbunden ist und um einen Membranabschnitt vorgesehen ist, auf welchem die widerstandsbehafteten Elemente angeordnet sind. Der Spannungsausgleichsfilm kann eine Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten beinhalten, die um den Membranabschnitt angeordnet sind.
  • Gemäß Anspruch 9 beinhaltet ein Halbleiterdrucksensor ein Verdrahtungselement, das elektrisch mit einer Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen verbunden ist und aus einem Material besteht, das bei einer Temperatur, die höher als ein Betriebstemperaturbereich des Drucksensors ist, eine Fließerscheinung hervorbringt. Dies basiert auf einer Analyse, dass die Spannungsänderungen der widerstandsbehafteten Elemente durch thermische Hysteresecharakteristiken des Verdrahtungselements erzeugt werden, das um die widerstandsbehafteten Elemente angeordnet ist.
  • Wenn das Verdrahtungselement aus dem zuvor beschriebenen Material besteht, bringt das Verdrahtungselement innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Drucksensors keine thermischen Hysterescharakteristiken hervor. Als Ergebnis kann die Änderung des Sensorausgangssignals verhindert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors im Stand der Technik,
  • 2 eine Darstellung eines aus Dehnungsmessstreifen bestehenden Brückenschaltungsaufbaus;
  • 3 eine Querschnittsansicht eines Zustands, in dem der Drucksensor in 1 an einem Gehäuse befestigt ist;
  • 4 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine entlang einer Linie V-V in 4 genommene Querschnittsansicht;
  • 6 eine Draufsicht eines detaillierten Musters eines in 5 gezeigten Verdrahtungselements und von Schaltungsabschnitten;
  • 7 eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors als ein Vergleichsbeispiel in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 einen Graph einer Beziehung zwischen einem Abstand des Verdrahtungselements von einer Membran und einem Änderungswert eines durch einen thermischen Test erzeugten Sensorausgangssignals;
  • 9A und 9B Graphen zum Erklären von zwei Fällen, in denen Al-Filmabschnitte (Spannungsausgleichsfilme) nicht ausgebildet sind bzw. ausgebildet sind;
  • 10 einen Graph einer Beziehung zwischen einem Abstand der Al-Filmabschnitte von der Membran und einem Änderungswert eines durch einen thermischen Test erzeugten Sensorausgangssignals; und
  • 11A bis 11F ein Verfahren zum Herstellen des in den 4 und 5 gezeigten Drucksensors.
  • Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Im folgenden Verlauf wird ein Halbleiterdrucksensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 und 5 erklärt, in welchen die gleichen Teile wie diejenigen in den 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Es wird auf 5 verwiesen. In einem Sensorchip 100 ist eine eingebettete Schicht 4 eines N-Typs in einem Siliziumsubstrat 3 eines P-Typs vorgesehen, das eine (110)-Kristallausrichtung aufweist, und ist auf diesem eine Epitaxieschicht 5 eines N-Typs vorgesehen. Ein Teil des Siliziumsubstrats 3 eines P-Typs ist durch Ätzen entfernt, um einen dünnen Membranabschnitt 10a auszubilden. Mittlere Messstreifen 1a, 1b und seitliche Messstreifen 1c, 1d sind durch Störstellendiffusion in dem Membranabschnitt 10a ausgebildet. Die Messstreifen 1a bis 1d bilden eine Brückenschaltung aus, wie es ebenso in 2 gezeigt ist. Ein Isolationsbereich 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-Verdrahtungselement 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 Verdrahtungselement 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 verarbeitet, um als ein Sensorausgangssignal ausgegeben zu werden.
  • Al-Filmabschnitte 2a bis 2d als Spannungsausgleichsfilme sind als Teile des Verdrahtungselements 2 derart vorgesehen, dass sie den vier Ecken des Membranabschnitts 10a gegenüberliegen. Ein Abstand d von jedem der Al-Filmabschnitte 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 4 vereinfacht dargestellt; jedoch weist das Verdrahtungselement 2 in der Praxis ein Muster auf, das in 6 gezeigt ist, und weist ein Muster auf, das um den Schaltungsabschnitt angeordnet ist, das ein Konstantstrom-Energieversorgungsteil C1, ein Temperaturerfassungsbrückenteil C2, ESD-Elemente C3, C4 und dergleichen aufweist. Das Muster des Verdrahtungselements 2, das um den Schaltungsabschnitt angeordnet ist, ist in 6 weggelassen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verringern die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d die Änderung des Sensorausgangssignals, die durch eine thermische Hysterese verursacht wird. Diese Wirkung wurde unter Verwendung von drei Drucksensorproben A, B und C experimentell bestätigt. Eine Probe A wies den gleichen Aufbau wie denjenigen des Drucksensors im Stand der Technik auf, der in den 1 und 3 gezeigt ist. Probe C wies den gleichen Aufbau wie denjenigen des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf, das in den 4 und 5 gezeigt ist. Probe B wies einen Aufbau auf, der in 7 gezeigt ist. In einem Sensorchip 100a einer Probe B sind die Al-Dünnfilmabschnitte 2a bis 2d derart angeordnet, dass sie mit den Ecken des Membranabschnitts 10a überlappen.
  • Dann wurden Änderungen von Sensorausgangssignalen aus Proben A bis C, die durch eine thermische Hysterese verursacht wurden, durch einen thermischen Test gemessen.
  • In dem thermischen Test wurden ein Ausgangswert aus jedem Sensor, wenn eine Umgebungstemperatur am Anfang bei einer 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 8 gezeigt. Eine horizontale Achse in 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 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 7 gezeigt ist, zu einer Plusseite 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 Sensorausgangssignals, 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 1 gezeigt ist (Probe A), eine Spannung σ in einer Richtung X in 1 durch den zuvor beschriebenen thermischen Test, wie es in 9A 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 Raumtemperatur zurückgeführt wird, nachdem sie auf 70°C angehoben worden ist. In diesem Fall erfüllen eine Spannungsdifferenz Δσc an den mittleren Messstreifen 1a, 1b und eine Spannungsdifferenz Δσs an den seitlichen Messstreifen 1c, 1d eine Beziehung von Δσc – Δσs < 0. Im Übrigen stellt die horizontale Achse in 9A einen Abstand von der Mitte des Membranabschnitts dar.
  • Andererseits ändert sich, wenn die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d an den vier Ecken des Membranabschnitts 10a ausgebildet sind, wie es in 7 gezeigt ist (Probe B), eine Spannung σ in einer Richtung X in 7 durch den thermischen Test, wie es in 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 Raumtemperatur zurückgeführt wird, nachdem sie ebenso auf 70°C angehoben worden ist. In diesem Fall ändert sich die Beziehung 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 Sensorausgangsignal aus einer Probe B, die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d aufweist, zu einer Minusseite verschoben wird.
  • Diese Erscheinung wird in Verbindung mit der Hystereseeigenschaft des Al-Verdrahtungselements und der Al-Filmabschnitte wie folgt betrachtet.
  • Al, das das Verdrahtungselement 2 ausbildet, weist eine äußerst kleine Fließspannung von ungefähr 15 MPa auf. Deshalb überschreitet eine Spannung, die in dem Verdrahtungselement 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 erzeugen. Die bleibende Beanspruchung und die bleibende Spannung bleiben auch zurück, nachdem die Temperatur zu der Raumtemperatur zurückgeführt worden ist. Diese Hystereseeigenschaft beeinträchtigt die mittleren Messstreifen 1a, 1b und die seitlichen Messstreifen 1c, 1d unterschiedlich, wodurch 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 seitlichen Messstreifen 1c, 1d. Es wird angenommen, dass die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d die Unausgeglichenheit der thermischen Hysteresewirkung zwischen den mittleren Messstreifen 1a, 1b und den seitlichen Messstreifen 1c, 1d kompensieren können, um die Spannungsänderungen der mittleren und seitlichen Messstreifen 1a bis 1d auszugleichen.
  • Auf der Grundlage dieser Analyse werden die Positionen der Al-Filmabschnitte 2a bis 2d um die Ecken des Membranabschnitts 10a optimiert. Genauer gesagt wurde ein Änderungswert (ein Wert einer thermischen Hysterese) des Sensorausgangssignals bezüglich des Abstands d (siehe 4) von jedem Al-Filmabschnitt von jeder Ecke des Membranabschnitts 10a (Membranecke) durch den thermischen Test im Wesentlichen auf die gleiche Weise, wie sie zuvor beschrieben worden ist, gemessen. Das Ergebnis ist in 10 gezeigt. Wie es sich aus 10 versteht, wird der Änderungswert des Sensorausgangssignals verringert, wenn der Abstand d erhöht wird. Wenn der Abstand ungefähr 80 μm beträgt, ist der Änderungswert des Sensorausgangssignals im Wesentlichen null. Demgemäß wurde der Abstand d der Al-Filmabschnitte 2a bis 2d von dem Membranabschnitt 10a bestimmt und an dem Drucksensor (Probe C) des vorliegenden Ausführungsbeispiels angewendet. Der Änderungswert des Sensorausgangssignals aus einer Probe C ist sowohl in 8 im Vergleich zu Proben A, B als auch in 10 dargestellt.
  • Daher werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die unterschiedlichen Spannungsänderungen 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 Änderungswert des Sensorausgangssignals zu verringern. Im Übrigen wurden die Ergebnisse, die in den 8 bis 10 gezeigt sind, durch den thermischen Test erzielt, bei welchem die Temperatur von einer hohen Temperatur (70°C) zu der Raumtemperatur zurückgeführt wurde; jedoch ist es bestätigt, dass die gleiche Wirkung eines Setzens des Änderungswerts des Sensorausgangssignals auf nahezu null durch einen thermischen 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 Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 11A bis 11F beschrieben. Zuerst wird ein Halbleitersubstrat vorbereitet. Wie es in 11A gezeigt ist, besteht das Halbleitersubstrat aus einem Siliziumsubstrat 3 eines P-Typs, einer eingebetteten Schicht 4 eines N-Typs, die in dem Siliziumsubstrat 3 eines P-Typs ausgebildet ist, und einer Epitaxieschicht 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 ausgebildet, wie es in 11B gezeigt ist, und wird der Oxidfilm 7 auf der Epitaxieschicht 5 eines N-Typs ausgebildet, wie es in 11C gezeigt ist.
  • Danach werden das Verdrahtungselement 2 und die Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d aus Al ausgebildet, wie es in 11D gezeigt ist. Nachdem der Schutzfilm 8 ausgebildet worden ist, wie es in 11E gezeigt ist, wird das Siliziumsubstrat 3 eines P-Typs von der Seite der hinteren Oberfläche geätzt, um dadurch den Membranabschnitt 10a auszubilden, wie es in 11F gezeigt ist. Als Ergebnis ist der Halbleiterdrucksensor fertig gestellt, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es, da die Al-Filmabschnitte 2a bis 2d als die Spannungsausgleichsfilme in dem gleichen Schritt mit dem Verdrahtungselement ausgebildet werden, nicht notwendig, einen besonderen Schritt für die Spannungsausgleichsfilme durchzuführen. Obgleich 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 vorliegenden Ausführungsbeispiel den vier Ecken des Membranabschnitts 10a gegenüberliegen, ein Raum zwischen dem Verdrahtungselement 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 näher 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 Dehnungsmessstreifen 1a bis 1d zu kompensieren, und die thermischen Hysteresewirkungen sind dem Verdrahtungselement 2 zu Eigen, das aus einem Material besteht, das eine kleine Fließspannung aufweist. Deshalb kann, wenn das Verdrahtungselement 2 aus einem Material besteht, das eine Fließspannung aufweist, 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 Änderung des Sensorausgangssignals ohne Vorsehen der Spannungsausgleichsfilme 2a bis 2d wirkungsvoll verhindert werden. Die anwendbaren Materialien für ein derartiges Verdrahtungselement 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 Fließspannung von 195 MPa, 195 MPa, 323 MPa bzw. 505 MPa aufweisen.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung an dem Drucksensor angewendet worden ist, der aus dem Siliziumsubstrat 3 besteht, das eine (110)-Kristallausrichtung aufweist, kann sie an einem Drucksensor angewendet werden, der aus einem Siliziumsubstrat besteht, das eine (100)-Kristallausrichtung aufweist.

Claims (16)

  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 mechanische Spannungsänderungen durch eine Temperaturänderung aufweisen; und einen auf dem Sensorchip an einem Umfang des Membranabschnitts (10a) vorgesehenen Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d), der die mechanischen Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) durch eine eigene eine bleibende mechanische Spannung ausgleicht, die durch eine Fließspannung erzeugt ist.
  2. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, mit einem Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) für einen Temperaturbereich von 25°C bis 70°C.
  3. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, mit einem Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) für einen Temperaturbereich von –30°C bis 25°C.
  4. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) die mechanischen Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) durch eine bleibende mechanische Spannung, die durch die Temperaturänderung erzeugt ist, ausgleicht.
  5. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) eine Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten beinhaltet, die an dem Umfang des Membranabschnitts (10a) angeordnet sind.
  6. Halbleiterdrucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin ein Verdrahtungselement (2) aufweist, das an dem Umfang des Membranabschnitts (10a) angeordnet ist und elektrisch mit der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbunden ist, wobei der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) einstückig mit dem Verdrahtungselement (2) ausgebildet ist.
  7. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) so angeordnet ist, dass eine Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verursacht durch eine thermische Hystereseeigenschaft des Verdrahtungselements (2) in einem Temperaturbereich von –30°C bis 70°C ausgeglichen ist.
  8. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungselement (2) und der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) aus Aluminium bestehen.
  9. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrahtungselement (2) derart auf dem Sensorchip angeordnet ist, dass es elektrisch mit der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verbunden ist, und eine innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs des Drucksensors auftretende Fließerscheinung im Verdrahtungselement (2), welche eine Unausgeglichenheit zwischen den Spannungsänderungen der Mehrzahl von widerstandsbehafteten Elementen (1a bis 1d) verursacht, durch den Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) kompensiert ist.
  10. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungselement (2) und der Spannungsausgleichsfilm (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 Betriebstemperaturbereich von –30°C bis 70°C reicht.
  13. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten derart angeordnet ist, dass er einer Ecke des Membranabschnitts (10a) gegenüberliegt.
  14. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Mehrzahl von Spannungsausgleichsfilmabschnitten eine Form eines Dreiecks aufweist.
  15. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) aus Al-Si besteht.
  16. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsausgleichsfilm (2a bis 2d) aus Ni besteht.
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