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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Halbleitermessvorrichtung, die durch Ausbilden einer Temperaturmessbrückenschaltung
mit Widerstandselementen auf einem Halbleitersubstrat hergestellt wird.
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Eine Halbleitermessvorrichtung, wie
zum Beispiel eine Druckmessvorrichtung weist ein Halbleitersubstrat
mit einer Druckmessbrückenschaltung auf,
die piezoelektrische Widerstandselemente enthält, die auf einer Seite davon
ausgebildet sind. Ferner ist eine Temperaturmessbrückenschaltung,
die Widerstandselemente enthält,
ebenso auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet (
JP-A-11-153503 und
JP-A-10-281912 ).
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Eine typische Temperaturmessbrückenschaltung
ist in 7 gezeigt. Wie
in 7 gezeigt, werden
Temperaturmessbrückenschaltungen
im Allgemeinen durch Ausbilden von vier Widerstandselementen 9 bis 12 mit
Widerstandswerten R1 bis R4 in einer Wheatstone'schen Brücke hergestellt.
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Genauer gesagt, ist ein Stromversorgungsanschluss
T1 mit den Widerstandselementen 9 und 10 verbunden,
und ein Masseanschluss T2 ist mit den Widerstandselementen 11 und 12 verbunden. Gleichzeitig
sind die Widerstandselemente 9 und 12 miteinander
an dem Verbindungspunkt T3 und die Widerstandselemente 10 und 11 miteinander
an dem Verbindungspunkt T4 verbunden. Das Prinzip nach dem Temperatur
durch eine solche Schaltung gemessen wird, ist Folgendes.
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Die Potentiale an den Verbindungspunkten T3
und T4 in der Brückenschaltung
sind Vtp und Vtm. Wenn Vtp = Vtm, wird die Beziehung zwischen den Widerstandswerten
mit R1 × R3
= R2 × R4
ausgedrückt.
Dieser Ausdruck wird nachstehend Ex.1 genannt.
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Herkömmlicherweise benutzen die
Widerstandselemente 9 und 11 eine identischen
Widerstandstyp A und die Widerstandselemente R2 und R4 verwenden
einen anderen, aber auch identischen Widerstandstyp B. Die zwei
Widerstandstypen A und B weisen verschiedene Temperaturcharakteristiken auf.
Die Formulierung „Unterschied
beim Widerstandstyp" bedeutet,
dass sich die Widerstandstypen dahingehend unterscheiden, dass eine
Schwankung des Widerstands mit der Temperatur unterschiedlich ist.
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Es wird angenommen, dass ein Gleichgewicht,
das heißt
Vtp = Vtm zum Beispiel bei Raumtemperatur (zum Beispiel 25°C) erreicht
wird. wenn die Temperatur weiter ansteigt, wird die in Ex.1 ausgedrückte Beziehung
nicht eingehalten, so dass Vtp ≠ Vtm
ist. Demzufolge wird eine Potentialdifferenz Ve zwischen den Verbindungspunkten
T3 und T4 erzeugt. Die Temperatur kann durch die Veränderung der
Potentialdifferenz Ve mit der Temperatur gemessen werden.
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Im Falle einer Druckmessvorrichtung
wird die von einer Druckmessschaltung ausgegebene Druckinformation
mit der gemessenen Temperaturinformation korrigiert. Dadurch werden
temperaturkompensierte Ausgabewerte erzeugt.
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Allerdings wird bei dieser Temperaturmessbrückenschaltung
eine Potentialdifferenz Ve zwischen den Verbindungspunkten ebenso
durch Spannung bzw. Belastung erzeugt. Daher muss, um die Temperaturmessgenauigkeit
zu verbessern, die Potentialdifferenz Ve auf Grund von Belastung
kompensiert werden.
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Bei der herkömmlichen Druckmessvorrichtung
ist die Temperaturmessbrückenschaltung
auf dem Halbleitersubstrat an einer Stelle ausgebildet, bei der
die Belastungsansprechempfindlichkeit am geringsten ist. Trotzdem
wird unweigerlich etwas Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung ausgeübt.
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Demzufolge ändert das Ausüben von
Belastung die Widerstandswerte der Widerstandselemente zur Temperaturmessung.
Dadurch wird die Potentialdifferenz Ve zwischen den Verbindungspunkten selbst
dann geändert,
wenn die Temperatur sich eigentlich nicht ändert.
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Aus diesem Grund wird die Potentialdifferenz Ve
verursacht, wenn Belastung ausgeübt
wird, selbst wenn keine Temperaturänderung auftritt. Demzufolge
ist es schwierig Temperaturschwankungen der Ausgabewerte genau zu
kompensieren.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die Schwankung der Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens von
Belastung in der Temperaturmessbrückenschaltung einer Halbleitermessvorrichtung,
wie zum Beispiel einer Druckmessvorrichtung, zu unterdrücken.
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Um obige Aufgabe zu erfüllen ist
die vorliegende Erfindung aus einem Paar von Widerstandselementen
aufgebaut, das mit einem Stromversorgungsanschluss verbunden ist,
und einem anderen Paar von Widerstandselementen, das mit einem Masseanschluss
verbunden ist. Die Widerstandselemente eines oder beider dieser
Widerstandselementpaare bestehen aus verschiedenen Widerstandstypen
und weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp
auf.
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Da die Widerstandselemente eines
oder beider dieser Widerstandselementpaare aus verschiedenen Widerstandstypen
bestehen, kann eine Potentialdifferenz auf Grund von Temperaturänderung
wegen der Eigenschaften der Brückenschaltung
gemessen werden. Darüber
hinaus kann, da die Widerstandselemente eines oder beider Widerstandselementpaare
den gleichen Leitfähigkeitstyp
aufweisen, in diesem Paar von Widerstandselementen die Richtungen,
in die der Widerstandswert mit der Belastung geändert wird, identisch gemacht
werden.
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Es wird in 7 vorausgesetzt, dass bei der Temperaturmessbrückenschaltung
ein Paar von Widerstandselementen, die mit dem Stromversorgungsanschluss
T1 verbunden sind, die Widerstandselemente 9 und 10 sind.
Ferner wird vorausgesetzt, dass ein Paar von Widerstandselementen,
das mit dem Masseanschluss T2 verbunden ist, die Widerstandselemente 11 und 12 sind.
Darüber
hinaus wird vorausgesetzt, dass das Widerstandselementpaar 9 und 10 auf
der Stromversorgungsanschlussseite aus verschiedenen Widerstandstypen
besteht und den selben Leitfähigkeitstyp
aufweist.
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In diesem Fall wird die Temperatur
basierend auf der in Ex 1 ausgedrückten Beziehung gemessen: R1 × R3
= R2 × R4.
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Genauer gesagt bestehen die Widerstandselemente 9 und 10 aus
verschiedenen Widerstandstypen. Daher wird, wenn die Temperatur
sich ändert, eine
Potentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten in der Brückenschaltung
erzeugt. Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
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Ferner weist das Widerstandselementpaar 9 und 10 auf
der Stromversorgungsanschlussseite den gleichen Leitfähigkeitstyp
auf. Daher werden, wenn Belastung ausgeübt wird, zum Beispiel die Widerstandswerte
der Widerstands elementpaare 9, 10 auf der Stromversorgungsanschlussseite
in die ansteigende Richtung geändert.
Aus diesem Grund werden, selbst wenn Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung
ausgeübt
wird, sowohl der linke Ausdruck als auch der rechte Ausdruck der
Ex.1 gemeinsam erhöht.
Daher kann, obwohl der linke Ausdruck und der rechte Ausdruck nicht
notwendigerweise vollständig
ausgeglichen sind, ein bestmögliches Gleichgewicht
erhalten werden.
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Das heißt, in diesem Fall hebt sich
die auf das Widerstandselementpaar 9, 10 auf der Stromversorgungsanschlussseite
ausgeübte
Belastung im Wesentlichen gegenseitig auf. Das gleiche trifft für das Widerstandselementpaar 11, 12 zu,
das mit dem Masseanschluss verbunden ist.
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Somit kann folgendes bei der Druckmessvorrichtung
erreicht werden, die durch Ausbilden der Druckmessbrückenschaltung
und der Temperaturmessbrückenschaltung
auf dem Halbleitersubstrat hergestellt wird: Die Änderung
der Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens von Belastung auf die
Temperaturmessbrückenschaltung
kann so gut wie möglich
unterdrückt
werden.
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Obige und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung
noch zugänglicher.
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1A und 1B sind eine schematische Draufsicht
und eine schematische Querschnittsansicht, die ein Halbleitersubstrat
einer Halbleitermessvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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2 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die die Anordnung von piezoelelektrischen
Widerstandselementen zum Temperaturmessen auf dem Halbleitersubstrat
zeigt;
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3 ist
ein schematisches Diagramm der Druckmessbrückenschaltung, die auf dem
Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
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4 ist
eine Draufsicht einer bevorzugten Anordnung von piezoelektrischen
Widerstandselementen zum Tem- peraturmessen auf dem Halbleitersubstrat,
wobei die piezoelektrischen Widerstandselemente die Temperaturmessbrückenschaltung
bilden;
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5 ist
ein schematisches Diagramm der Temperaturmessbrückenschaltung in der in 4 gezeigten Ausfüh- rungsform;
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6A und 6B sind schematische Ansichten,
die den Effekt der in 4 gezeigten
Ausführungsform
zeigen; und
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7 ist
ein schematisches Diagramm einer Temperaturmessbrückenschaltung
gemäß einem Stand
der Technik.
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Die vorliegende Erfindung wird detailliert
mit Bezug auf eine Druckmessvorrichtung als eine Halbleitermessvorrichtung
beschrieben. In den 1A und 1B, die ein Halbleitersubstrat 1 der
Druckmessvorrichtung zeigen, ist das Halbleitersubstrat 1 aus einem
Siliziumsubstrat hergestellt. Das Halbleitersubstrat 1 verwendet
ein P-Typ Siliziumsubstrat 1a, dessen Oberfläche die
(110)-Ebene darstellt, wobei eine n-Typ epitaktische Schicht 1b darauf
aufgewachsen ist.
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Ein vertiefter Abschnitt 2 ist
in der Mitte des p-Typ Siliziumsubstrats 1a ausgebildet.
Der Bodenflächenabschnitt 2a des
vertieften Abschnitts 2 ist ein Teil eines dünnwandigen
Abschnitts 3, und der rechteckige Rahmenabschnitt darum
bildet einen dickwandigen Abschnitt 4. Genauer gesagt wird
der vertiefte Abschnitt 2 durch Ätzen eines vorbestimmten Bereiches
auf dem p-Typ Siliziumsubstrat 1a durch elektrochemisches
Stopätzen
geätzt,
wobei das Ätzen
durch einen p-n-Übergang
beendet wird.
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Der dünnwandige Abschnitt 3 des
Halbleitersubstrats 1 bildet eine Sensormembran. Wenn Druck auf
die Membran aus dem dünnwandigen
Abschnitt 3 ausgeübt
wird, wird darin eine Verformung erzeugt. Somit ist der dünnwandige
Abschnitt 3 in einem Teil des dicken Halbleitersubstrats 1 ausgebildet.
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In dem Flächenabschnitt von, das heißt auf einer
Seite des dünnwandigen
Abschnitts 3 des Halbleitersubstrats 1, sind piezoelektrische
Widerstandselemente (Messwiderstände) 5, 6, 7 und 8,
die eine p-Typ Störstellendiffusionsschicht
enthalten, ausgebildet. Der Druck kann durch die Ausgabe der Druckmessbrückenschaltung
gemessen werden, die die piezoelektrischen Widerstandselemente 5 bis 8 enthält.
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In dem Flächenabschnitt des dickwandigen Abschnitts 4 des
Halbleitersubstrats 1 werden piezoelektrische Widerstandselemente 9, 10, 11 und 12 zum
Temperaturmessen ausgebildet, die aus einer p-Typ Störstellendiffusionsschicht
bestehen. Die Temperatur kann durch die Ausgabe der Temperaturmessbrückenschaltung
gemessen werden, die die Widerstandselemente 9 bis 12 enthält. Die
piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zum
Temperaturmessen erstrecken sich in die (100) Richtung, in die die
Ansprechempfindlichkeit auf Belastung am geringsten ist.
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2 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die die Anordnung der piezoelektrischen
Widerstandselemente 9 bis 12 zum Temperaturmessen auf
dem Halbleitersubstrat 1 zeigt. In 2 wird mit Bezug auf die n-Typ epitaktische
Schicht 1b Elementisolation durch eine p-Typ Diffusionsschicht 23 zur Elementisolation
ausgeführt.
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In einer Insel werden piezoelektrische
Widerstandselemente (diffundierte Widerstandselemente) 10 und 12 bestehend
aus einer stark dotierten (hoch dichten) p-Typ Störstellendiffusionsschicht
in dem Flächenabschnitt
der n-Typ epitaktische Schicht 1b ausgebildet. In einer
anderen Insel werden piezoelektrische Widerstandselemente (diffundierte
Widerstandselemente) 9 und 11 bestehend aus einer schwach
dotierten (niedrig dichten) p-Typ Störstellendiffusionsschicht in
dem Flächenabschnitt
der n-Typ epitaktische Schicht 1b ausgebildet. Somit werden
die piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zum
Temperaturmessen aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet:
die piezoelektrischen Widerstandselemente 9 und 10 bestehen
aus einer schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht und
die piezoelektrischen Widerstandselemente 10 und 12 bestehen
aus einer stark dotierten p-Typ
Störstellendiffusionsschicht.
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Die piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 zum
Temperaturmessen sind durch Aluminiumleiterbahnen 26, 27 und 28 miteinander
verbunden und bilden eine Temperaturmessbrückenschaltung 40,
die in 3 gezeigt ist.
Die obere Fläche
der n-Typ epitaktischen Schicht 1b ist mit einem Siliziumoxidfilm 29 bedeckt,
und die Aluminiumleiterbahnen 26 bis 28 sind darauf
angesiedelt. Ferner sind die Aluminiumleiterbahnen 26 bis 28 mit
einem Schutzfilm 30 bedeckt.
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Als nächstes wird die Druckmessbrückenschaltung 40 in
der Druckmessvorrichtung in 3 gezeigt,
und eine Temperaturmessbrückenschaltung 50 wird
in 7 gezeigt.
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Die Druckmessbrückenschaltung 40,
die in 3 gezeigt ist,
umfasst die piezoelektrischen Widerstandselemente 5 bis 8 in 1A. Das heißt, die Druckmessbrückenschaltung 40 ist
so aufgebaut, dass sie druckempfindliche Widerstandselemente 5, 6, 7 und 8 mit
den jeweiligen Widerstandswerten R11, R12, R13 und R14 aufweist,
die entsprechend dem ausgeübten
Druck veränderbar
sind, der durch den piezoelektrischen Widerstandseffekt gemessen werden
soll.
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Aus diesem Grund wird das Übergangspotential
Vd1 zwischen den Widerstandselementen 7 und 8 mit
der Zunahme des Betrages des ausgeübten Druckes verringert. Das Übergangspotential
Vd2 zwischen den Widerstandselementen R11 und R14 wird mit der Zunahme
des Betrages des ausgeübten Druckes
erhöht.
Dann wird die Potentialdifferenz (Vd2-Vd1) zwischen diesen Übergangspotentialen als
die Brückenausgabe
der Brückenschaltung 40 entnommen.
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Das heißt, die Brückenausgabe der Druckmessbrückenschaltung 40 dient
als Druckinformation D. Die Ausgangsspannung D der Brückenschaltung 40 hängt von
der Temperatur der Druckmessvorrichtung selbst, wie auch von dem
ausgeübten
Druck ab.
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Die in 7 gezeigte
Temperaturmessbrückenschaltung 50 ist
in Brückenschaltung
unter Verwendung der piezoelektrischen Widerstandselemente 9 bis 12 in 1A. Das heißt, wie
in 7 gezeigt, besteht
die Brückenschaltung 50 aus
Widerstandselementen 9, 10, 11 und 12,
die auf Temperatur ansprechen, deren Widerstandswerte entsprechend der
Temperatur der Messvorrichtung selbst vari abel sind. Genauer gesagt
bilden die vier piezoelektrischen Widerstandselemente 9, 10, 11 und
12 zum Temperaturmessen eine Wheatstone'sche Brücke.
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Der Stromversorgungsanschluss T1
ist mit dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 verbunden.
Der Masseanschiuss T2 ist mit dem Widerstandselement 11 und
dem Widerstandselement 12 verbunden. Das Widerstandselement 9 und
das Widerstandselement 12 sind miteinander an dem Verbindungspunkt
T3 verbunden. Das Widerstandselement 10 und das Widerstandselement 11 sind
miteinander an dem Verbindungspunkt T4 verbunden.
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Auf Grund des vorher gesagten kann
mit Bezug auf den Widerstandstyp und den Leitfähigkeitstyp die Beziehung zwischen
den piezoelektrischen Widerstandselementen 9 bis 12 zum
Temperaturmessen in dieser Ausführungsform
wie folgt beschrieben werden.
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Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ist
ein Paar aus dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 mit
dem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden. Ein Widerstandselement 9 besteht
aus der schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht und
das andere Widerstandselement 10 besteht aus der stark
dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.
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Bei dieser Brückenschaltung 50 ist
ein Paar aus dem Widerstandselement 11 und dem Widerstandselement 12 mit
dem Masseanschluss T2 verbunden. Ein Widerstandselement 11 besteht
aus der schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht und
das andere Widerstandselement 12 besteht aus der stark
dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.
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Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 in
dieser Ausführungsform
ist das Widerstandselementpaar 9 und 10 mit dem
Stromversorgungsanschluss T1 verbunden, und das Widerstandselementpaar 11 und 12 ist
mit dem Masseanschluss T2 verbunden. Mit Bezug auf jedes Paar sind
die Widerstandselemente in diesem Paar aus verschiedenen Widerstandstypen
ausgebildet. Alle Widerstandselemente 9 bis 12 weisen
den gleichen Leitfähigkeitstyp auf.
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Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 wird
die Spannung. Vdd von einer Stromquelle zwischen dem Widerstandselement 9 und
dem Widerstandselement 10 angelegt. Die Ausgangsspannung
Vtm wird zwischen dem Widerstandselement 10 und dem Widerstandselement 11 erzeugt,
und die Ausgangsspannung Vtp wird zwischen dem Widerstandselement 9 und
dem Widerstandselement 12 erzeugt. Somit wird die Potentialdifferenz
zwischen diesen Ausgangsspannungen Vtm und Vtp als ein Signal verwendet,
das der Temperatur entspricht. Somit kann die Temperatur mit diesem
Brückenausgangssignalpegel
gemessen werden.
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Die Potentialdifferenz entsprechend
der Temperatur der Messvorrichtung selbst wird zwischen den Verbindungspunktpotentialen
Vtp und Vtm erzeugt. Das Übergangspotential
Vtp ist das zwischen dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 12 in 7 und das Übergangspotential
Vtm ist das zwischen dem Widerstandselement 10 und dem
Widerstandselement 11. Diese Potentialdifferenz wird als
die Brückenausgabe
der Brückenschaltung 50 entnommen.
Das heißt
die Brückenausgabe
der Temperaturmessbrückenschaltung 15 in 7 dient als Temperaturinformation
T.
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Die piezoelektrischen Widerstandselemente 5, 6, 7 und 8 der
Druckmessbrückenschaltung 40 in den 1A, 1B und 3 ändern ihre
Widerstandswerte entsprechend der Druckänderung. Die piezoelektrischen
Widerstandselemente 5, 6, 7 und 8 ändern ihre Widerstandswerte
entsprechend der Temperaturänderung.
Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 kann
zwischenzeitlich die Temperaturänderung durch
die Widerstandselemente 9, 10, 11 und 12 gemessen
werden.
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Das heißt, die Druckmessvorrichtung
ist so ausgebildet, dass die von der Druckmessbrückenschaltung
40 ausgegebene
Druckinformation D und die von der Temperaturmessbrückensehaltung
50 ausgegebene
Temperaturinformation T in eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung
40 eingegeben
werden, wie in
3 gezeigt.
Die Druckinformation D wird mit der Temperaturinformation T in der
Signalverarbeitungsschaltung
60 korrigiert. Dadurch können Ausgabewerte
erzeugt werden, die lediglich von der Belastung ohne Einfluss der
Temperatur erzeugt werden. Die Details dieser Signalverarbeitung können die
gleichen wie die in
JP-A-10-281912 beschriebenen
sein.
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Das Halbleitersubstrat 1 kann
mit bekannten Halbleiterherstellungstechnologien hergestellt werden,
wie zum Beispiel Störstellendotierung
und Diffusion, Abscheidungstechniken und Strukturierungstechniken.
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Mit Bezug auf die Druckmessvorrichtung wird
die Temperaturmessbrückenschaltung 50 auf dem
Halbleitersubstrat 1 an einer Stelle ausgebildet, an der
die Belastungsansprechempfindlichkeit am geringsten ist. Allerdings
wird etwas Belastung unweigerlich auf die Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgeübt.
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Um das zu handhaben, werden in dieser Ausführungsform
Maßnahmen
getroffen, um die Schwankung der Potentialdifferenz auf Grund des Ausübens von
Druck in der Temperaturmessbrückenschaltung
so gut wie möglich
zu unterdrü cken. Genauer
gesagt wird bei der Brückenschaltung 50 ein
Paar Widerstandselemente 9 und 10 mit dem Stromversorgungsanschluss
T1 verbunden und ein Paar von Widerstandselementen 11 und 12 wird
mit dem Masseanschluss T2 verbunden. Mit Bezug auf jedes Paar werden
die Widerstandselemente mit verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet.
Gleichzeitig sind die vier Widerstandselemente 9 bis 12 aber
vom gleichen Leitfähigkeitstyp.
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Somit ist das Widerstandselement 9 und
das Widerstandselement 10, die mit dem Stromversorgungsanschluss
T1 verbunden sind, aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet.
Ferner sind das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12,
die mit dem Masseanschluss T2 verbunden sind, aus verschiedenen
Widerstandstypen ausgebildet.
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Aus diesem Grund können Potentialdifferenzen
auf Grund der Temperaturänderung
unter Verwendung der Eigenschaften der Brückenschaltung 50 basierend
auf der durch Ex.1 ausgedrückten
Beziehung: R1 × R3
= R2 × R4
gemessen werden. Genauer gesagt sind die Widerstandselemente 9 und 10 aus
verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet und die Widerstandselemente 11 und 12 sind
aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Daher wird, wenn
sich die Temperatur ändert,
eine Potentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten T3 und T4
in der Brückenschaltung 50 erzeugt.
Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
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Ferner sind das Widerstandselement 9 und das
Widerstandselement 10 mit dem Stromversorgungsanschluss
T1 verbunden und das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12 sind
mit dem Masseanschluss T2 verbunden, wobei diese bezüglich der
jeweiligen Beziehung dazwischen den gleichen Leitfähigkeitstyp
aufweisen.
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In diesem Fall werden in der durch
Ex.1 ausgedrückten
Beziehung: R1 × R3
= R2 × R4
die Widerstandswerte R1 bis R4 aller Widerstandselemente in die
ansteigende Richtung geändert,
wenn Belastung ausgeübt
wird. Aus diesem Grund werden, selbst wenn Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung
ausgeübt
wird, sowohl der linke Ausdruck als auch der rechte Ausdruck der
Ex.1 gemeinsam erhöht.
Daher kann, obwohl der linke Ausdruck und der rechte Ausdruck nicht
notwendigerweise vollständig
abgeglichen sind, ein möglichst
gutes Gleichgewicht beibehalten werden.
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In dieser Ausführungsform kann folgendes bie
der Druckmessvorrichtung erreicht werden, die durch Ausbilden der
Druckmessbrückenschaltung 40 und
der Temperaturmessbrückenschaltung 50 auf dem
Halbleitersubstrat 1 ausge- bildet wird: Die Änderung
der Potentialdifferenz auf Grund der Ausübung einer Belastung auf die
Temperaturmessbrückenschaltung 50 kann
so gut wie möglich
unterdrückt
werden.
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Bei dieser Ausführungsform wird bei jedem der
Widerstandselementpaare, die mit den Anschlüssen T1 und T2 verbunden sind,
ein Widerstandselement mit einem anderen Widerstandstyp ausgebildet als
das andere. Ferner weisen alle Widerstandselemente 9 bis 12 den
selben Leitfähigkeitstyp
auf. Der Aufbau genügt
der Vorbedingung, dass nach Ausbilden der Temperaturmessbrückenschaltung 50 die Temperatur
gemessen werden kann.
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Die Temperatur kann nicht basierend
auf der in Ex.1 ausgedrückten
Beziehung (R1 × R3
= R2 × R4)
zum Beispiel in folgendem Fall gemessen werden: Mit Bezug auf die
Brückenschaltung 50 auf
der Stromversorgungsanschlussseite besteht das Widerstandselement 9 aus
einer schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht
und das Wider standselement 10 besteht aus einer stark dotierten
p-Typ Störstellendiffusionsschicht;
und auf der Masseanschlussseite besteht das Widerstandselement 11 aus einer
stark dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht
und dem Widerstandselement 12 besteht aus einer schwach
dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht.
Es ist offensichtlich, dass solche Fälle von der vorliegenden Erfindung
ausgeschlossen werden sollten.
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In dieser Ausführungsform kann ein anderer Aufbau
verwendet werden. Zum Beispiel kann nur ein Paar der Widerstandselemente 9 und 10,
die mit dem Stromversorgungsanschluss T1 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 verbunden
sind, aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet werden. Nur
das Widerstandselementpaar 9 und 10 kann den selben
Leitfähigkeitstyp
aufweisen.
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Alternativ ist nur ein Paar der Widerstandselemente 11 und 12 mit
dem Masseanschluss T2 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 aus
verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Nur das Widerstandselementpaar 11 und 12 kann
den gleichen Leitfähigkeitstyp
aufweisen.
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Auch in diesem Fällen sind eines oder beide der
Widerstandselementpaare in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 aus
verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Ein Paar 9 und 10 ist
mit dem Stromversorgungsanschluss T1 und das andere Paar 11 und 12 ist
mit dem Masseanschluss T2 verbunden. Daher können Potentialdifferenzen auf Grund
von Temperaturänderung
wegen den Eigenschaften der Brückenschaltung 50 gemessen
werden.
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Ferner weisen die Widerstandselemente
in einem oder in beiden der Widerstandselementpaare den gleichen
Leitfähigkeitstyp
auf. Daher können
mit Bezug auf das Paar von Widerstandselementen die Richtungen in
die der Wider standswert mit der Belastung verändert wird, identisch gemacht
werden.
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Zum Beispiel ist ein Paar aus dem
Widerstandselement S und dem Widerstandselement 10, das
mit dem Stromversorgungsanschluss T1 in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgebildet ist,
aus verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Die Widerstandselemente 9 und 10 sind
vom dem gleichen Leitfähigkeitstyp.
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Solche Beispiele beinhalten verschiedene Fälle. Einer
ist, dass in der Brückenschaltung 50 das Widerstandselement 9 aus
einer schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht
besteht; und die anderen (Widerstandselement 10, Widerstandselement 11 und
Widerstandselement 12) aus einer stark dotierten p-Typ
Störstellendiffusionsschickt
bestehen. Ein anderes Beispiel stellt der Fall dar, dass das Widerstandselement 9,
das Widerstandselement 11 und das Widerstandselement 12 aus
einer schwach dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht
bestehen; und das andere Widerstandselement 10 aus einer
stark dotierten p-Typ Störstellendiffusionsschicht besteht.
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Auch in diesen Fällen sind die Widerstandselemente 9 und 10 aus
verschiedenen Widerstandstypen ausgebildet. Daher wird, wenn sich
die Temperatur ändert,
eine Potentialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten T3 und T4
in der Brückenschaltung 50 auf
Grund der Beziehung erzeugt, die durch Ex.1 ausgedrückt ist:
R1 × R3
= R2 × R4.
Demzufolge kann die Temperatur gemessen werden.
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Ferner weist ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 auf
der Stromversorgungsanschlussseite T1 den selben Leitfähigkeitstyp
auf. Daher werden, wenn Druck ausgeübt wird, zum Beispiel die Widerstandswerte
des Widerstandelementpaars 9 und 10 auf der Stromversorgungsanschluss seite T1
in die ansteigende Richtung verändert.
Aus diesem Grund werden, selbst wenn eine Belastung auf die Temperaturmessbrückenschaltung 50 ausgeübt wird,
sowohl der linke als auch der rechte Ausdruck von Ex.1 gemeinsam
erhöht.
Daher kann ähnlich
wie oben ein Gleichgewicht so gut wie möglich beibehalten werden.
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In diesem Fall wird ein auf das Widerstandselementpaar 9 und 10 auf
der Stromversorgungsanschlussseite ausgeübte Belastung merklich aufgehoben.
Das selbe trifft für
das Widerstandselementpaar 11 und 12 zu, das mit
dem Masseanschluss T2 verbunden ist.
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Wie oben beschrieben, ist die Wirkung
dieser Ausführungsform
auch vorgesehen, wenn die Widerstandselemente in der Temperaturmessbrückenschaltung 50 wie
folgt aufge- baut sind: Eines oder beide des Widerstandelementpaars 9, 10,
das mit dem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden ist und des Widerstandselementpaars 11, 12,
das mit dem Masseanschluss T2 verbunden ist, ist/sind aus verschiedenen
Widerstandstypen ausgebildet. Gleichzeitig weisen die Widerstandselemente
in diesem Paar den gleichen Leitfähigkeitstyp auf.
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In dieser Ausführungsform werden die stark dotierte
p-Typ Diffusionsschicht und die schwach dotierte p-Typ Diffusionsschicht
als die verschiedenen Widerstandstypen verwendet. Allerdings ist
die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Jeder
andere Aufbau, wie zum Beispiel eine p-Wanneschicht und eine n-Typ
Diffusionsschicht, können
verwendet werden, solange die Beziehung mit Bezug auf den Widerstandstyp
und den Leitfähigkeitstyp
in dieser Ausführungsform
beibehalten wird.
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Fig. 4 ist
eine Draufsicht einer bevorzugten Anordnung der piezoelektrischen
Widerstandselemente 9, (9a,
9b) bis 12 zum
Temperaturmessen auf dem Halbleitersubstrat 1. Die piezoelektrischen
Widerstandselemente bilden die Temperaturmessbrückenschaltung 50. 5 ist eine schematische
Darstellung der Temperaturmessbrückenschaltung 50 in der
in 4 gezeigten Ausführungsform.
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Bei der Temperaturmessbrückenschaltung 50 ist
ein Paar aus dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10,
das mit dem Stromversorgungsanschluss T1 verbunden ist, in erste
geteilte Widerstandselemente (geteiltes Widersaandselement 9a mit
dem Widerstand R1a und geteiltes Widerstandselement 10a mit
dem Widerstand R2a) und zweite geteilte Widerstandselemente (geteiltes
Widerstandselement 9b mit dem Widerstand R1b und geteiltes
Widerstandselement 10b mit dem Widerstand R2b) geteilt.
Das Prinzip nach dem die in 5 gezeigte
Brückenschaltung 50 die
Temperatur misst ist das gleiche wie das der Brückenschaltung 50,
die in 7 gezeigt ist.
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Diese Ausführungsform kann wie folgt umgesetzt
werden: mit Bezug auf das Widerstandselement 9 wird die
schwach dotierte p-Typ Diffusionsschicht in 2 geteilt; mit Bezug auf das Widerstandselement 10 wird
die stark dotierte p-Typ Diffusionsschicht in 2 geteilt. Ähnlich wie oben können die
geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b und
die anderen Widerstandselemente 11 und 12 mittels
Aluminiumleiterbahnen verbunden werden.
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Mit Bezug auf ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10,
die geteilt werden, wie in 4 gezeigt,
werden die vier geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b so
angeordnet, dass sie an den Ecken eines virtuellen Rechtecks positioniert
sind.
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Mit Bezug auf ein Widerstandselement 9 werden
das erste geteilte Widerstandselement 9a und das zweite
ge teilte Widerstandselement 9b auf einer diagonalen Linie
angeordnet. Bei dem anderen Widerstandselement 10 ist das
erste geteilte Widerstandselement 10a und das zweite geteilte
Widerstandselement 10b auf der anderen diagonalen Linie positioniert.
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Das heißt mit Bezug auf ein Paar von
Widerstandselementen 9 und 10, die geteilt sind,
ist folgendes klar: von den vier geteilten Widerstandselementen 9a, 9b, 10a und 10b sind
das erste und das zweite geteilte Widerstandselement 9a und 9b des
Widerstandselements 9 und das erste und das zweite geteilte
Widerstandselement 10a und 10b des Widerstandselements 10 in
einem sich diagonal kreuzendem Muster angeordnet.
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Die Wirkung der Anordnung in einem
diagonalen sich kreuzenden Muster wird mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben. 6A ist eine Layoutdarstellung in einem
Fall, in dem ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 in
die geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b geteilt
werden. 6B ist ein Layout,
das ein Paar von Widerstandselementen 9 und 10 in 1A darstellt. Die 6A und 6B sind teilweise schraffiert, um die
Unterscheidung zu erleichtern.
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Zunächst wird das in 6B gezeigte Layout beschrieben.
Wenn eine Belastung auf den linken Bereich von der gestrichelten
Linie A-A sich von der Belastung auf den rechten Bereich unterscheidet, taucht
kein merkliches Problem auf. Wenn allerdings eine Belastung auf
die obere Fläche
der gestrichelten Linie B-B sich von der auf die untere Fläche unterscheidet,
taucht ein Problem auf.
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Als Beispiel wird angenommen, dass
die Belastung in dem Bereich oberhalb der gestrichelten Linie B-B
hoch ist und in dem Bereich unter der Linie B-B niedrig ist. In diesem
Fall ändert
sich der Widerstandswert des oberen Widerstandselement 10 merklich,
aber die Änderung
in dem unteren Widerstandselement 9 ist nur gering. Das
heißt
die Belastung neigt dazu zwischen einem Paar von Widerstandselementen 9 und 10 unausgeglichen
zu sein. Demzufolge ist es wahrscheinlich, dass eine Änderung
der Potentialdifferenz auf Grund der Belastung wegen Ex.1: R1 × R3 = R2 × R4 signifikant
wird.
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Währenddessen
wird im Fall des diagonalen sich kreuzenden Layouts, das in 6A gezeigt ist, die ausgeübte Belastung
zwischen dem Widerstandselement 9 und dem Widerstandselement 10 verteilt und
es wird weniger wahrscheinlich, dass ein Ungleichgewicht auftritt.
Das ist nicht nur der Fall, wenn sich die auf den linken Bereich
der gestrichelten Linie A-A und die auf den rechten Bereich ausgeübte Belastung
unterscheidet. Das ist auch der Fall, wenn sich die auf den oberen
Bereich der gestrichelten Linie B-B und die auf den unteren Bereich
ausgeübte Belastung
voneinander unterscheidet.
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Wie oben beschrieben, erwächst durch
Anordnung der geteilten Widerstandselemente 9a, 9b, 10a und 10b,
die durch Teilen eines Paares von Widerstandselementen 9 und 10 in
einem diagonalen sich kreuzenden Muster erzeugt werden, ein Vorteil. Die
ausgeübte
Belastung wird zwischen den Widerstandselementen 9 und 10 in
dem Paar gemittelt. Somit wird zum Beispiel eine außerordentlich
hohe Belastung nicht auf jedes Widerstandselement ausgeübt.
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Das verringert die Unterschiede bei
der Änderung
des Widerstandswerts auf Grund der Belastung zwischen einem Paar
der geteilten Widerstandselemente 9 und 10. Das
heißt,
um die Änderung
der Potentialdifferenz auf Grund der Ausübung von Belastung auf die
Temperaturmessbrückenschaltung 50 so
gut wie möglich
zu unterdrücken,
ist es vorzuziehen, dass das diagonal sich kreuzende Layout verwendet
wird.
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Bei obigem Beispiel der Widerstandselemente 9 bis 12 in
der Temperaturmessbrückenschaltung 50 wird
das Widerstandselementpaar 9 und 10 geteilt, das
an den Stromversorgungsanschluss T1 angeschlossen ist. Dann werden
die erhaltenen geteilten Widerstandselemente in dem diagonal sich kreuzenden
Muster angeordnet. Allerdings ist es offensichtlich, dass der gleiche
Effekt erzeugt wird, wenn das mit dem Masseanschluss T1 verbundene Widerstandselementpaar 11 und 12 geteilt
und in einem diagonal sich kreuzenden Muster angeordnet wird.