DE102004009360B4 - Druckerfassungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Druckerfassungsvorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (30), welches ein elektrisches Signal entsprechend einem Druck ausgibt, der in einer Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats aufgebracht wird; einem Druckübertragungsteil (20), welches an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und einen Druck auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats (30) überträgt; und einem Gehäuse (10), in welchem das Halbleitersubstrat (30) und das Druckübertragungsteil (20) untergebracht sind, wobei das Druckübertragungsteil (20) ein elektrisches Leitungsvermögen aufweist; das Halbleitersubstrat (30) eine erste Elektrode (35a) auf der Vorderseitenoberfläche davon und eine zweite Elektrode (35b) auf der Rückseitenoberfläche davon besitzt, wobei das elektrische Signal durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode ausgegeben wird, wenn der Druck aufgebracht wird; die erste Elektrode (35a) mit dem Druckübertragungsteil (20) elektrisch verbunden ist; ein Leitungsteil (50), welches von dem Gehäuse (10) elektrisch unabhängig ist, in dem Gehäuse an der Rückseite des Halbleitersubstrats (30) untergebracht ist; das Leitungsteil (50) und die zweite Elektrode (35b) miteinander elektrisch verbunden sind; das Halbleitersubstrat ein N-Typ-Siliziumsubstrat (30) ist, welches eine Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene besitzt; der Druck von dem Druckübertragungsteil (20) dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats (30) übertragen wird; eine erste N-Typ-Diffusionsschicht (31) an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) vorgesehen ist; das Halbleitersubstrat (30) eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht (32) enthält, welche darauf kontinuierlich gebildet ist und sich von der Umgebung der ersten N-Typ-Diffusionsschicht (31) über den mittleren Abschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) zu dem anderen Randabschnitt erstreckt; ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Druckerfassungsvorrichtung und insbesondere auf eine Druckerfassungsvorrichtung, welche ein Halbleitersubstrat als Druckerfassungselement und ein Druck übertragendes Teil enthält, welches einen Druck auf das Halbleitersubstrat überträgt, wobei das Druckerfassungselement und das Druckübertragungsteil in einem Gehäuse untergebracht sind.
  • Ein Halbleitersubstrat, welches einen piezoelektrischen Effekt aufweist, gibt ein elektrisches Signal entsprechend einem Druck aus, welcher in einer Abstandsrichtung zwischen sowohl den Vorder- (Ober-) als auch den Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats aufgebracht wird, d. h. in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats. Eine Widerstandsänderung des Halbleitersubstrats, welche einer durch das Aufbringen des Drucks hervorgerufenen Verformung entspricht, wird zur Messung des Drucks verwendet.
  • Die JP 07-253 364 A , die JP 07-19 981 A und die JP 3 166 015 B2 offenbaren Druckerfassungsvorrichtungen, welche ein Halbleitersubstrat als Druckerfassungselement enthalten. Bei diesen Druckerfassungsvorrichtungen sind ein Halbleitersubstrat und ein Druckübertragungsteil zum Übertragen des Drucks auf das Halbleitersubstrat in einem Metallgehäuse untergebracht. Des weiteren ist eine Erfassungselektrode an der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen, ein Leitungsteil ist an dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats vorgesehen, und die Elektrode und das Leitungsteil sind miteinander durch Drahtbonden verbunden, um ein Signal zu empfangen.
  • Wenn eine derartige Druckerfassungsvorrichtung wie oben beschrieben als Verbrennungsdrucksensor (combustion pressure sensor) für einen Motor verwendet wird, ist der Aufnahmeabschnitt des Druckübertragungsteils des Gehäuses in ein Loch des Motorblocks eingesetzt, und der Druck in der Verbrennungskammer wird von dem Druckübertragungsteil aufgenommen und dem Halbleitersubstrat übertragen, wodurch der Druck erfaßt wird.
  • Derzeitige Gestaltungserfordernisse machen es nötig, daß Motoren kompakt und leicht ausgebildet sind. Dementsprechend wird ebenfalls erfordert, daß der Raum der Druckerfassungsvorrichtung bezüglich der Größe verringert ist. Es wird daher ebenfalls verlangt, den Durchmesser (die Größe) der Druckerfassungsvorrichtung zu verringern, d. h. den Durchmesser (die Größe) des Gehäuses.
  • Jedoch besitzt die herkömmliche Druckerfassungsvorrichtung eine Einschränkung dahingehend, daß eine Verringerung der Größe des Gehäuses verhindert wird. Da bei der herkömmlichen Druckerfassungsvorrichtung wie oben beschrieben, das Halbleitersubstrat und das Leitungsteil aufeinander durch Drahtbonden gebondet sind, ist insbesondere das Leitungsteil an dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats befindlich. Daher ist der Drahtbondabschnitt, welcher das Leitungsteil enthält, größer als das Halbleitersubstrat, und der Durchmesser des Gehäuses wird durch die Größe des Drahtbondabschnitts bestimmt, welcher von den in dem Gehäuse untergebrachten Teilen am größten ist. Darüber hinaus wird der minimale Durchmesser des Gehäuses durch die Größe des Drahtbondabschnitts beschränkt. Da jedoch der Drahtbondabschnitt größer als das Halbleitersubstrat ist, besteht eine Beschränkung der Verringerung der Größe der Druckerfassungsvorrichtung.
  • Im Hinblick auf diese Schwierigkeit wurden Experimente bezüglich des Entwurfs der Druckerfassungsvorrichtung dahingehend durchgeführt, daß Elektroden bereitgestellt wurden, die auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats vorgesehen sind. Ebenfalls wurde das Halbleitersubstrat durch ein Teil des Metallgehäuses und die Leitungsteile in Sandwichbauart angeordnet. Demgemäß wurde nicht erwartet, daß ein Drahtbonden für einen Außenanschluß der Elektroden sowohl an den betreffenden Vorder- als auch Rückseitenoberflächen verlangt wird, und es konnte die Größe (der Durchmesser) des Gehäuses verringert werden.
  • Um mit dieser Gestaltung bzw. mit diesem Entwurf eine elektrische Leitfähigkeit herzustellen, wird verlangt, daß das Gehäuse an der Vorderseite des Halbleitersubstrats, d. h. das Gehäuse an der Druckaufbringungsseite des Halbleitersubstrats, aus Metall gebildet ist. Falls das gesamte Gehäuse aus Metall gebildet ist, würde insbesondere einfach erwartet werden, daß eine Elektrodenaußenanschlußkonstruktion für ein Halbleitersubstrat eines schichtweise angeordneten Typs angenommen werden kann. Falls jedoch das gesamte Gehäuse aus Metall gebildet ist, ist in dem Fall eines Verbrennungsdrucksensors wie oben beschrieben oder dergleichen ein Ende des Gehäuses einer Meßumgebung einer hohen Temperatur in einer Verbrennungskammer oder dergleichen ausgesetzt, und die große Wärme der Verbrennungskammer oder dergleichen wird durch das Gehäuse auf das Halbleitersubstrat übertragen, welches mit einem Teil des Gehäuses verbunden ist. Daher wird das Halbleitersubstrat auf eine hohe Temperatur gebracht, wodurch ein Betriebsfehler hervorgerufen werden kann und was zu Schwierigkeiten im Betrieb führt.
  • Die US 4 011 577 A offenbart eine Druckerfassungsvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, welches ein elektrisches Signal entsprechend einem aufgebrachten Druck ausgibt, einem Druckübertragungsteil, welches den Druck auf das Halbleitersubstrat überträgt, und einem Gehäuse, in welchem das Halbleitersubstrat und das Druckübertragungsteil aufgenommen sind, wobei das Druckübertragungsteil ein elektrisches Leitungsvermögen aufweist, das Halbleitersubstrat eine erste und eine zweite Elektrode zur Ausgabe des elektrischen Signals aufweist, die erste Elektrode elektrisch mit dem Druckübertragungsteil verbunden ist, und ein Leitungsteil in dem Gehäuse untergebracht ist, wobei das Leitungsteil elektrisch unabhängig von dem Gehäuse, jedoch elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
  • Auch aus der US 5 315 875 A und der US 4 567 395 A sind Gehäuse mit Sensoren und Druckübertragungsteilen bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aus der US 4 011 577 A bekannte Druckerfassungsvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die oben beschriebenen Schwierigkeiten überwunden werden. Insbesondere soll eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen werden, welche eine geeignete Konstruktion besitzt, wodurch die Verringerung der Größe (des Durchmessers) eines Gehäuses ermöglicht wird. Ferner soll eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen werden, bei welcher ein Erhöhen der Temperatur des Halbleitersubstrats unterdrückt werden kann, während der Durchmesser (die Größe) des Gehäuses verringert ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Druckerfassungsvorrichtung enthält ein Halbleitersubstrat zur Ausgabe eines elektrischen Signals entsprechend einem Druck, welcher in einer Richtung aufgebracht wird, in welcher sowohl die Vorder- als auch die Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, ein Druckübertragungsteil, welches elektrisch leitend ist und an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, um den Druck auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats zu übertragen, und ein Gehäuse, in welchem das Halbleitersubstrat und das Druckübertragungsteil untergebracht sind.
  • Das Halbleitersubstrat besitzt eine erste Elektrode auf der Vorderseitenoberfläche davon und eine zweite Elektrode auf der Rückseitenoberfläche davon, so daß ein elektrisches Signal durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode ausgegeben werden kann, wenn der Druck aufgebracht wird. Die erste Elektrode ist elektrisch mit dem Druckübertragungsteil verbunden.
  • Ein von dem Gehäuse elektrisch unabhängiges Leitungsteil ist in dem Gehäuse an der Rückseite des Halbleitersubstrats untergebracht. Das Leitungsteil und die zweite Elektrode des Halbleitersubstrats sind miteinander elektrisch verbunden.
  • Entsprechend der ersten Ausbildung ist die Halbleitervorrichtung derart entworfen, daß die Elektroden an den Vorder- und Rückseitenoberflächen davon vorgesehen sind und sowohl die Vorder- als auch Rückseitenoberflächen durch das leitende Druckübertragungsteil und das Leitungsteil in Sandwichbauart angeordnet sind, so daß kein Drahtbonden für einen Außenanschluß der Elektrode auf jeder der Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats erforderlich ist. Daher kann entsprechend dieser ersten Ausbildung eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen werden, welche eine Konstruktion aufweist, die zur Verringerung der Größe eines Gehäuses geeignet ist.
  • Entsprechend einer zweiten Ausbildung der Erfindung ist bei der Druckerfassungsvorrichtung der ersten Ausbildung die erste Elektrode an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet, wird der Druck von dem Druckübertragungsteil dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats übertragen und sind die erste Elektrode und das Druckübertragungsteil durch ein leitendes Haftmaterial elektrisch miteinander verbunden.
  • Entsprechend dieser Ausbildung wird der Druck von dem Druckübertragungsteil direkt dem Halbleitersubstrat durch die erste Elektrode aufgebracht, um dadurch einen Übertragungsverlust des Drucks zu verhindern oder deutlich zu beschränken.
  • Des weiteren ist entsprechend einer dritten Ausbildung die erste Elektrode der ersten Ausbildung in einer Ringform entworfen. Entsprechend dieser Ausbildung ist die erste Elektrode derart entworfen, daß das Druckübertragungsteil umgeben wird, welches an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Daher kann die Verbindung zwischen dem Druckübertragungsteil und der ersten Elektrode leicht durch das leitende Haftmaterial durchgeführt werden.
  • Entsprechend einer vierten Ausbildung, die gemäß der Erfindung ist, ist das Halbleitersubstrat der ersten Ausbildung ein N-Typ-Siliziumsubstrat, welches eine Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene besitzt. Der Druck von dem Druckübertragungsteil wird dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats übertragen. Das Substrat enthält eine erste N-Typ-Diffusionsschicht, welche an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen ist, eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht, welche kontinuierlich derart gebildet ist, daß sie sich von der Umgebung der ersten N-Typ-Diffusionsschicht über den mittleren Abschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats zu dem anderen Randabschnitt erstreckt, und eine zweite N-Typ-Diffusionsschicht, welche auf der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen ist. Die P-Typ-Diffusionsmeßschicht ist elektrisch mit der ersten Elektrode an dem anderen Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats verbunden, und die zweite N-Typ-Diffusionsschicht ist elektrisch mit der zweiten Elektrode auf der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats verbunden. Eine dritte Elektrode, welche die erste N-Typ-Diffusionsschicht und die P-Typ-Diffusionsmeßschicht elektrisch verbindet, ist an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen.
  • Das Halbleitersubstrat der Druckerfassungsvorrichtung der ersten Ausbildung kann wie oben beschrieben konstruiert sein. Bei dem Halbleitersubstrat, welches das N-Typ-Siliziumsubstrat mit einer Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene aufweist, kann die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Eine Spannung wird an das Halbleitersubstrat oder insbesondere an das N-Typ-Siliziumsubstrat derart angelegt, daß die zweite Elektrode auf ein positives Potential und die erste Elektrode auf ein negatives Potential durch das Druckübertragungsteil und das Leitungsteil festgelegt sind.
  • In diesem Fall fließt Strom von der zweiten Elektrode durch die zweite N-Typ-Diffusionsschicht, die Innenseite des N-Typ-Siliziumsubstrats, die erste N-Typ-Diffusionsschicht, die dritte Elektrode, die P-Typ-Diffusionsmeßschicht und die erste Elektrode in dieser Reihenfolge. Zu dieser Zeit fließt in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht Strom hauptsächlich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse.
  • Wenn ein Druck dem N-Typ-Siliziumsubstrat in der Richtung des Abstands von sowohl den Vorder- als auch den Rückseitenoberflächen aufgebracht wird und somit das N-Typ-Siliziumsubstrat in Richtung der Dicke davon deformiert wird, ändert sich der Widerstandswert entlang der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht. Daher kann die Druckerfassung durch Ausgabe der Strom- oder Spannungsänderung hervorgerufen durch die Aufbringung des Drucks als elektrisches Signal an der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durchgeführt werden.
  • Entsprechend einer fünften Ausbildung, die gemäß der Erfindung ist, besitzt des weiteren die P-Diffusionsmeßschicht eine derartige Form, daß die Längsrichtung des Widerstands entlang der Richtung der <110>-Kristallachse des N-Typ-Siliziumsubstrats an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats liegt. Entsprechend dieser Ausbildung der Erfindung kann die Änderung des Widerstandswerts in der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats intensiviert werden, auf welcher der Druck von dem Druckübertragungsteil aufgebracht wird, und somit kann die Druckerfassung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Entsprechend einer nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betreffenden sechsten Ausbildung ist des weiteren das Halbleitersubstrat der ersten Ausbildung ein P-Typ-Siliziumsubstrat mit einer Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene. Der Druck von dem Druckübertragungsteil wird dem gesamten Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats übertragen. Das Substrat enthält eine erste P-Typ-Diffusionsschicht, welche elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist und auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen ist, eine P-Typ-Diffusionsschicht, welche elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und auf der Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen ist, und die erste P-Typ-Diffusionsschicht und die zweite P-Typ-Diffusionsschicht sind jeweils an einem Randabschnitt und dem anderen Randabschnitt angeordnet, welche über den mittleren Abschnitt des P-Typ-Siliziumsubstrats entlang der Richtung der <110>-Kristallachse einander gegenüberliegen.
  • Das Halbleitersubstrat der ersten Ausbildung kann wie oben beschrieben konstruiert sein. Bei dem Halbleitersubstrat, welches das P-Typ-Siliziumsubstrat aufweist, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene entspricht, kann die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Wenn eine Spannung über der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durch das Druckübertragungsteil und das Leitungsteil aufgebracht wird, fließt Strom von einer der ersten und zweiten P-Typ-Diffusionsschichten durch die Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats zu der anderen P-Typ-Diffusionsschicht hauptsächlich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse.
  • Wenn ein Druck dem P-Typ-Siliziumsubstrat in der Richtung des Abstands der Vorder- und Rückseitenoberflächen davon aufgebracht wird und somit das P-Typ-Siliziumsubstrat in Richtung der Dicke davon deformiert wird, ändert sich der Widerstandswert entlang der Richtung der <110>-Kristallachse in dem P-Typ-Siliziumsubstrat. Daher kann die Druckerfassung durch Ausgabe der Strom- oder Spannungsänderung hervorgerufen durch die Aufbringung des Drucks als elektrisches Signal an den ersten und zweiten Elektroden durchgeführt werden.
  • Des weiteren ist bei einer nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betreffenden siebenten Ausbildung das P-Typ-Siliziumsubstrat der sechsten Ausbildung in einer rechtwinkligen ebenen Form konstruiert, liegt die Richtung der <110>-Kristallachse davon entlang einer diagonalen Richtung des P-Typ-Siliziumsubstrats und liegen die erste P-Typ-Diffusionsschicht (210) und die zweite P-Typ-Diffusionsschicht (202) einander entlang der diagonalen Richtung des P-Typ-Siliziumsubstrats gegenüber.
  • Bei der siebenten Ausbildung der Erfindung ist in dem rechtwinkligen P-Typ-Siliziumsubstrat der Abstand zwischen der ersten P-Typ-Diffusionsschicht und der zweiten P-Typ-Diffusionsschicht erhöht, d. h. der Strompfad entlang der Richtung der <110>-Kristallachse kann verlängert sein, und die Änderung des Widerstandswerts kann intensiviert sein, so daß die Erfassungsempfindlichkeit erhöht sein kann.
  • Entsprechend einer achten Ausbildung, die gemäß dieser Erfindung ist, ist das Halbleitersubstrat der ersten Ausbildung ein P-Typ-Siliziumsubstrat mit einer Ebenenrichtung entsprechend einer (110)-Ebene. Der Druck von dem Druckübertragungsteil wird dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats übertragen. Das Substrat enthält eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht, welche mit der ersten Elektrode an einem Randabschnitt des P-Typ-Siliziumsubstrats und auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats elektrisch verbunden ist. Die P-Typ-Diffusionsmeßschicht besitzt eine derartige Form, welche. sich von dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats zu dem anderen Randabschnitt entlang der Richtung der <110>-Kristallachse erstreckt. Eine N-Typ-Diffusionsschicht, welche elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, ist an dem Randabschnitt und auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats gebildet, um zwischen der P-Typ-Diffusionsmeßschicht und der Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats befindlich zu sein, um die P-Typ-Diffusionsmeßschicht mit Ausnahme des Bereichs entsprechend dem Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht an der anderen Randabschnittsseite zu bedecken. Eine P-Typ-Diffusionsschicht, welche elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist, ist auf der Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats vorgesehen.
  • Des weiteren kann das Halbleitersubstrat der ersten Ausbildung wie oben beschrieben konstruiert sein. Bei dem Halbleitersubstrat, welches das P-Typ-Siliziumsubstrat aufweist, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene entspricht, kann die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Eine Spannung wird dem Halbleitersubstrat oder insbesondere dem P-Typ-Halbleitersubstrat derart aufgebracht, daß die erste Elektrode auf ein positives Potential und die zweite Elektrode auf ein negatives Potential durch das Druckübertragungsteil und das Leitungsteil und die zweite Elektrode festgelegt werden.
  • In diesem Fall fließt Strom von der ersten Elektrode durch die P-Typ-Diffusionsmeßschicht, die Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats und die P-Typ-Diffusionsschicht und die zweite Elektrode in dieser Reihenfolge. Zu dieser Zeit fließt Strom in der P-Typ-Meßschicht hauptsächlich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse.
  • Des weiteren stellt zu dieser Zeit die N-Typ-Diffusionsschicht, welche die P-Typ-Diffusionsmeßschicht bedeckt, eine elektrische Isolierung zwischen der P-Typ-Diffusionsmeßschicht und der Innenseite (P-Typ-Abschnitt) des P-Typ-Siliziumsubstrats sicher und hält einen Stromfluß wie oben beschrieben aufrecht.
  • Wenn ein Druck dem P-Typ-Siliziumsubstrat in der Abstandsrichtung sowohl der Vorder- als auch der Rückseitenoberflächen davon aufgebracht wird und somit das P-Typ-Siliziumsubstrat in der Richtung der Dicke davon deformiert wird, ändert sich der Widerstandswert entlang der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht. Daher kann die Druckerfassung durch Ausgeben der Strom- oder Spannungsänderung hervorgerufen durch die Druckaufbringung als elektrisches Signal von den ersten und zweiten Elektroden durchgeführt werden.
  • Entsprechend einer neunten Ausbildung ist auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats der vierten bis achten Ausbildung das Druckübertragungsteil dem mittleren Abschnitt gegenüberliegend angeordnet, und die erste Elektrode ist näher an der Seite des Randabschnitts als an dem Druckübertragungsteil angeordnet und elektrisch mit dem Druckübertragungsteil durch das leitende Haftmaterial verbunden.
  • Bezüglich dieser Ausbildung besitzen die vierten bis achten Ausbildungen dieselbe Wirkung wie die zweite Ausbildung.
  • Entsprechend einer zehnten Ausbildung der Erfindung besitzt des weiteren das Gehäuse ein elektrisches Leitungsvermögen, und die erste Elektrode ist durch das Druckübertragungsteil mit dem Gehäuse elektrisch verbunden, wodurch es der ersten Elektrode ermöglicht wird, nach außen einen elektrischen Anschluß zu bilden.
  • Bei dieser Ausführungsform kann das Gehäuse als Anschluß verwendet werden, und die elektrische Verbindungskonstruktion der Druckerfassungsvorrichtung kann vereinfacht werden.
  • Entsprechend einer elften Ausbildung sind des weiteren das Druckübertragungsteil und das Gehäuse der zehnten Ausbildung mit einer leitenden Schicht versehen, dessen elektrischer Widerstandswert niedriger als bei dem Druckübertragungsteil und dem Gehäuse ist.
  • Bei dieser Ausbildung kann der elektrische Widerstandswert in dem Strompfad zwischen der ersten Elektrode und außen verringert werden, was bevorzugt wird.
  • Wie oben dargelegt ist es ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckerfassungsvorrichtung zu schaffen, welche ein Ansteigen der Temperatur des Halbleitersubstrats unterdrückt, während der Durchmesser (die Größe) des Gehäuses verringert wird. Um diese Aufgabe der Erfindung zu lösen, enthält bei einer zwölften Ausbildung das Gehäuse einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, welcher eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt besitzt, und einen elektrisch leitenden Trennungs- bzw. Trennungsabschnitt (partition portion), durch welchen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander getrennt sind.
  • Das Halbleitersubstrat ist in dem ersten Abschnitt des Gehäuses untergebracht, und das Druckübertragungsteil ist in dem zweiten Abschnitt des Gehäuses derart untergebracht, daß der Druck durch den Trennungsabschnitt der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats übertragen wird.
  • Das Halbleitersubstrat besitzt eine erste Elektrode auf der Vorderseitenoberfläche davon und eine zweite Elektrode auf der Rückseitenoberfläche davon, und es wird ein elektrisches Signal von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgegeben, wenn ein Druck aufgebracht wird.
  • Die erste Elektrode des Halbleitersubstrats ist elektrisch mit dem Trennungsabschnitt des Gehäuses verbunden, ein Leitungsteil, welches von dem Gehäuse elektrisch unabhängig ist, ist an der Rückseite des Halbleitersubstrats in dem Gehäuse untergebracht, und das Leitungsteil und die zweite Elektrode des Halbleitersubstrats sind miteinander elektrisch verbunden.
  • Bei der Druckerfassungsvorrichtung der zwölften Ausbildung ist das Halbleitersubstrat mit den Elektroden sowohl an der Vorder- als auch Rückseitenoberfläche davon versehen, und der Trennungsabschnitt und das Leitungsteil sind derart angeordnet, daß sowohl die Vorder- als auch Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats durch den Trennungsabschnitt und das Leitungsteil in Sandwichbauart angeordnet sind. Daher wird kein Drahtbonden für einen Außenanschluß der Elektroden sowohl an der Vorder- als auch Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats erfordert. Dementsprechend kann die Größe (Durchmesser) des Gehäuses verringert werden.
  • Sogar wenn die Meßumgebung auf eine hohe Temperatur festgelegt ist, kann des weiteren verhindert werden, daß Wärme von der Meßumgebung auf das Halbleitersubstrat übertragen wird, da der zweite Abschnitt des Gehäuses, welcher an der Meßumgebung befindlich ist, eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt besitzt.
  • Daher kann bei der vorliegenden Erfindung eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen werden, bei welcher das Ansteigen der Temperatur des Halbleitersubstrats bei einem Verringern der Größe des Gehäuses unterdrückt werden kann.
  • Entsprechend einer dreizehnten Ausbildung ist der erste Abschnitt des Gehäuses aus Metall gebildet, und der zweite Abschnitt ist aus einem keramischen Werkstoff gebildet.
  • Entsprechend einer vierzehnten Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird es des weiteren bevorzugt, daß das Druckübertragungsteil eine kleinere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt des Gehäuses aufweist. In diesem Fall kann eine Unterdrückung der Wärmeübertragung von der Meßumgebung zu dem Halbleitersubstrat stark verbessert werden.
  • In diesem Fall kann bei einer fünfzehnten Ausbildung das Druckübertragungsteil aus demselben Material wie der zweite Abschnitt des Gehäuses gebildet werden.
  • Lediglich die erste Ausführungsform gemäß 1 bis 5, die dritte Ausführungsform gemäß 9 und 10 und die vierte Ausführungsform gemäß 1 und 12 sowie dazu in Bezug genommene Teile betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform hingegen betrifft nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung sondern dient als Beispiel allein deren Erläuterung.
  • Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt eine Längsquerschnittsansicht, welche die Gesamtkonstruktion einer Druckerfassungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Druckerfassungsvorrichtung darstellt;
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Halbleitersubstrats von 1 und dessen unmittelbare Umgebung;
  • 3 zeigt eine Draufsicht auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats von 1;
  • 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Halbleitersubstrats und dessen unmittelbare Umgebung einer Modifizierung der ersten Ausführungsform;
  • 5 zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion von jedem Teil an der Vorderseite des Halbleitersubstrats der Modifizierung der ersten Ausführungsform darstellt;
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht, welche das Halbleitersubstrat und dessen Umgebung einer zweiten Ausführungsform der Druckerfassungsvorrichtung darstellt;
  • 7A zeigt eine Draufsicht auf die Vorderseite des in 6 dargestellten Halbleitersubstrats;
  • 7B zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite des in 6 dargestellten Halbleitersubstrats;
  • 8 zeigt eine Veranschaulichung der Beziehung der planaren Anordnung der jeweiligen Teile des Halbleitersubstrats einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform;
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht, welche das Halbleitersubstrat und dessen unmittelbare Umgebung einer dritten Ausführungsform der Druckerfassungsvorrichtung darstellt;
  • 10 zeigt eine Draufsicht auf das in 9 dargestellte Halbleitersubstrat;
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht, welche die Gesamtkonstruktion einer Druckerfassungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform der Druckerfassungsvorrichtung darstellt; und
  • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht, welche das Halbleitersubstrat von 11 und dessen unmittelbare Umgebung darstellt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. Bei den folgenden Ausführungsformen werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen dargestellt.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 zeigt eine Längsquerschnittsansicht, welche die Gesamtkonstruktion einer Druckerfassungsvorrichtung S1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Druckerfassungsvorrichtung S1 kann beispielsweise als Verbrennungsdrucksensor zum Erfassen des Verbrennungsdrucks in einer Verbrennungskammer eines Motors verwendet werden.
  • Ein Gehäuse 10 ist in einer im wesentlichen zylindrischen Form als Ganzes konstruiert und aus Metall wie einem rostfreien Stahl oder dergleichen gebildet. Ein Diaphragma 11, welches durch Aufbringung eines Drucks F deformiert wird, ist an dem oberen Ende des Gehäuses 10 vorgesehen. Das Diaphragma 11 ist aus Metall wie einem rostfreien Stahl oder dergleichen gebildet und auf das Gehäuse 10 durch Schweißen, Kleben oder dergleichen gebondet.
  • Ein Druckübertragungsteil 20 zum Übertragen des Drucks F auf das Halbleitersubstrat 30 ist in dem Gehäuse 10 vorgesehen. Das Druckübertragungsteil 20 weist einen zylindrischen Stab 21, welcher an der Seite des Diaphragmas 11 befindlich ist, und ein dazwischen gebrachtes Teil 22 auf, welches in Kontakt mit dem Stab 21 und dem Halbleitersubstrat 30 befindlich ist. Der Stab 21 und das dazwischen gebrachte Teil 22 können aus einem Metall wie einem rostfreien Stahl oder dergleichen gebildet sein.
  • Das Halbleitersubstrat 30 ist an einer unteren Seite des Gehäuses 10 gegenüber dem Druckübertragungsteil 20 in dem Gehäuse 10 untergebracht. In der folgenden Beschreibung bedeutet die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 die obere Oberfläche des in 1 dargestellten Halbleitersubstrats 30, d. h., eine Oberfläche des Halbleitersubstrats 30, welche an der Seite des Druckübertragungsteils 20 befindlich ist. Die Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 bedeutet die untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 30, welche der Vorderseitenoberfläche gegenüberliegt. Des weiteren wird eine Richtung, entlang welcher die Vorder- und Rückseitenoberfläche voneinander beabstandet sind, d. h. die vertikale Richtung in 1, als ”Abstandsrichtung” bezeichnet. Das Halbleitersubstrat 30 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem in der Abstandsrichtung aufgebrachten Druck aus, d. h. in der Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats 30.
  • Die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 ist derart in Kontakt mit dem Druckübertragungsteil 20 gebracht, daß der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 übertragen wird. Bei dieser Ausführungsform sind das dazwischen gebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 und die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 durch ein leitendes Haftmaterial 40 wie eine Silberpaste oder dergleichen aufeinander gebondet.
  • Ein Leitungsteil 50, welches elektrisch unabhängig von dem Gehäuse 10 ist, ist an der Rückseite des Halbleitersubstrats 30 innerhalb des Gehäuses 10 untergebracht. Das Leitungsteil 50 ist als Metallstab konstruiert und enthält ein vergoldetes Basis- bzw. Sockelteil einer Ni-Cu-Co-Legierung.
  • Das Leitungsteil 50 ist in einen zylindrischen Leitungshalter 51 eingesetzt und wird davon gehalten, welcher aus einem keramischen Material wie einem elektrisch isolierenden Aluminiumoxid oder dergleichen gebildet ist. Die Lücke zwischen dem Leitungshalter 51 und dem Leitungsteil 50 wird durch hermetisches Glas oder dergleichen verschlossen.
  • Ein Endabschnitt des Leitungsteils 50 an der Seite des Halbleitersubstrats 30 springt von dem Leitungshalter 51 hervor und ist mit der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 in Kontakt gebracht, so daß eine elektrische Verbindung zu der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsform sind das Leitungsteil 50 und die Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 durch ein leitendes Haftmaterial 40 wie eine Silberpaste oder dergleichen aufeinander gebondet.
  • Ein elektrisch isolierender Ring 52, welcher aus einem keramischen Material gebildet ist, ist auf dem äußeren Rand des Endabschnitts des Leitungsteils 50 angeordnet und mit der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 in Kontakt gebracht. Der andere Endabschnitt des Leitungsteils 50, welcher an der gegenüberliegenden Seite zu dem Halbleitersubstrat 30 befindlich ist, ragt von dem Leitungshalter 51 derart hervor, daß das Leitungsteil 50 mit einem (nicht dargestellten) externen Verdrahtungsteil verbunden werden kann oder allgemein extern verbunden wird.
  • Dabei wird der Leitungshalter 51 von herausragenden Abschnitten 12, 13, welche auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 10 vorgesehen sind, derart getragen, daß im wesentlichen eine Verschiebung in den Längs- und Querrichtungen verhindert wird.
  • Bei der Druckerfassungsvorrichtung S1 wird der von dem Diaphragma 11 aufgenommene Druck F von dem Druckübertragungsteil 20, welches an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 30 befindlich ist, der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 übertragen. Dabei wird der Druck F dem Halbleitersubstrat 30 in der Abstandsrichtung der Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 30 aufgebracht, und es wird das elektrische Signal, welches von dem Halbleitersubstrat 30 ausgegeben wird, entsprechend der Änderung des Drucks F geändert. Die detaillierte Konstruktion des Halbleitersubstrats 30 dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht, welche die unmittelbare Umgebung des Halbleitersubstrats 30 von 1 darstellt, und 3 zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion von jedem Teil an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 30 darstellt. In 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung und Identifizierung der jeweiligen Teile die erste N-Typ-Diffusionsschicht 31 punktiert dargestellt, und es ist die erste Elektrode 35a gestrichelt dargestellt.
  • Das Halbleitersubstrat 30 dieser Ausführungsform ist ein N-Typ-Siliziumsubstrat 30, dessen rechtwinklige Ebenenrichtung einer (110)-Ebene entspricht. Ebenfalls ist die <110>-Kristallachse auf den Ebenen der Vorder- und Hinterseitenoberflächen des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 vorhanden.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, wird der Druck F von dem dazwischen gebrachten Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 dem mittleren Abschnitt der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 übertragen. Die erste N-Typ-Diffusionsschicht 31 ist an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 vorgesehen. Die erste N-Typ-Diffusionsschicht 31 wird durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Phosphor oder dergleichen gebildet. In diesem Fall wird die erste N-Typ-Diffusionsschicht 31 in einer Ringform an dem Randabschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet.
  • Des weiteren ist eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 kontinuierlich auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet und erstreckt sich von einem benachbarten Abschnitt der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 über den mittleren Abschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 zu dem anderen Randabschnitt. In der folgenden Beschreibung wird der Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 als ”der eine Endabschnitt” der Seite der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 bezeichnet. Der Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 an der anderen Randseite wird als ”der andere Endabschnitt” bezeichnet.
  • In diesem Fall ist wie in 3 dargestellt die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 von dem einen Endabschnitt des rechtwinkligen N-Typ-Siliziumsubstrats 30 bis zu dem anderen Endabschnitt davon kontinuierlich gebildet. Die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 wird durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet.
  • Wie in 3 dargestellt ist die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 derart konstruiert, daß sie (U-förmige) Umschlags- bzw. Wendeabschnitte (turn over portions) an dem mittleren Abschnitt der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 besitzt (d. h. die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 ist in einer Mäanderform konstruiert). Dieser mäandernde Abschnitt ist als Meßabschnitt 32a konstruiert. Der Längsabschnitt auf jedem Wendeabschnitt des mäandernden Meßabschnitts 32a ist entlang der Richtung der <110>-Kristallachse des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 vorgesehen.
  • Wie oben beschrieben besitzt die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 eine derartige Form, daß die Längsrichtung des Widerstands entlang der Richtung der <110>-Kristallachse des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 an dem mittleren Abschnitt der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 verläuft.
  • Des weiteren ist eine zweite N-Typ-Diffusionsschicht 33 auf der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 wie in 2 dargestellt vorgesehen. Die zweite N-Typ-Diffusionsschicht 33 wird durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Phosphor oder dergleichen gebildet. In diesem Fall ist die zweite N-Typ-Diffusionsschicht 33 im wesentlichen über dem gesamten Oberflächenbereich der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet.
  • Wie in 2 dargestellt ist des weiteren ein Siliziumoxidfilm 34 als Isolierfilm auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 durch thermische Oxidation oder dergleichen gebildet, um die Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 36 zu bedecken. Des weiteren sind eine erste Elektrode 35a und eine dritte Elektrode 35c auf dem Siliziumoxidfilm 34 an der Vorderseite des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet, und es ist eine zweite Elektrode 35b an der Rückseite des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet.
  • Diese ersten bis dritten Elektroden 35a bis 35c sind aus Aluminium oder dergleichen durch Zerstäuben, Aufdampfen oder dergleichen gebildet, und sie werden als ohmsche Elektroden konstruiert, welche mit den jeweiligen Diffusionsschichten 31, 32, 33 des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 durch einen ohmschen Kontakt verbunden sind.
  • In diesem Fall ist die erste Elektrode 35a an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 angeordnet, und in dem in 3 dargestellten Beispiel ist die erste Elektrode 35a in einer Ringform derart gebildet, daß sie das dazwischen gebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 umgibt, welches in dem mittleren Abschnitt befindlich ist. Insbesondere ist die erste Elektrode 35a an dem Randabschnitt außer dem Meßabschnitt 32a der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 befindlich, welche sich an dem mittleren Abschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 befindet. In dieser Ausführungsform ist die erste Elektrode 35a derart entworfen, daß sie eine Ringform besitzt, welche den Meßabschnitt 32a umgibt. Die erste Elektrode 35a und das dazwischen gebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 sind durch das leitende Haftmaterial 40 miteinander elektrisch verbunden.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist an der Vorderseite des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 ein (erstes) Kontaktloch 34a in dem Siliziumoxidfilm 34 an der Position entsprechend der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 und dem einen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 gebildet, welcher der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 benachbart ist. Die dritte Elektrode 35c ist mit der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 und dem einen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 durch das Kontaktloch 34a unter Bildung eines ohmschen Kontakts elektrisch verbunden.
  • Des weiteren ist ein (zweites) Kontaktloch 34b in dem Siliziumoxidfilm 34 an der Position entsprechend dem anderen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 an der gegenüberliegenden Seite zu der ersten N-Typ-Diffusionsschicht 31 gebildet. Die erste Elektrode 35a und der andere Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 sind durch das Kontaktloch 34b unter Bildung eines ohmschen Kontakts miteinander elektrisch verbunden.
  • Die zweite Elektrode 35b ist im wesentlichen über dem gesamten Oberflächenbereich der Rückseite des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 gebildet. Die zweite Elektrode 35b und die zweite N-Typ-Diffusionsschicht 33 sind an der Rückseite unter Bildung eines ohmschen Kontakts miteinander elektrisch verbunden. Die zweite Elektrode 35b ist auf das Leitungsteil 50 durch das leitende Haftmaterial 40 gebondet und damit elektrisch verbunden.
  • Wie oben beschrieben enthält das N-Typ-Siliziumsubstrat 30 die Diffusionsschichten 31, 32, 33, den Siliziumoxidfilm 34, die erste Elektrode 35a und die dritte Elektrode 35c, welche jeweils auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats 30 gebildet sind. Das Substrat 30 enthält ebenfalls die zweite Elektrode 35b, welche auf der Rückseitenoberfläche gebildet ist. Diese Elemente können durch bekannte Halbleiterherstellungstechniken hergestellt werden.
  • Bei der Konstruktion, bei welcher das Halbleitersubstrat 30 verwendet wird, welches das N-Typ-Siliziumsubstrat 30 aufweist, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene wie in 2 und 3 dargestellt entspricht, kann die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Bezüglich des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 wie oben beschrieben wird eine Spannung an das N-Typ-Siliziumsubstrat 31 durch das Druckübertragungsteil 20 und das Leitungsteil 50 angelegt, so daß die zweite Elektrode 35b auf ein positives Potential und die erste Elektrode 35a auf ein negatives Potential festgelegt werden. Dies wird als Zustand einer angelegten Spannung bezeichnet.
  • Dabei sind bei dieser Ausführungsform das Gehäuse 10, das Diaphragma 11 und das Druckübertragungsteil 20 jeweils aus Metall gebildet, sie besitzen ein elektrisches Leitungsvermögen und sind wechselseitig zueinander elektrisch leitend. Daher ist die erste Elektrode 35a mit dem Gehäuse 10 durch das Druckübertragungsteil 20 elektrisch derart verbunden, daß sie elektrisch mit der Außenseite verbunden werden kann.
  • Daher kann der oben beschriebene Zustand einer angelegten Spannung durch Bonden eines Verdrahtungsteils wie einer Steckverbindung oder dergleichen auf ein Ende (das untere Ende entsprechend 1) des Gehäuses 10 entsprechend 1 und durch Festlegen des Leitungsteils 50 und des Gehäuses 10 auf ein positives Potential bzw. auf ein Massepotential implementiert werden.
  • Unter diesem Zustand einer angelegten Spannung fließt ein Strom wie durch einen Pfeil in 2 angezeigt. Insbesondere fließt ein Strom von der zweiten Elektrode 35b durch die zweite N-Typ-Diffusionsschicht 33, die Innenseite des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 und die dritte Elektrode 35c. Der Strom fließt des weiteren von dem einen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 durch den Meßabschnitt 32a und den anderen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 zu der ersten Elektrode 35a in dieser Reihenfolge. Zu dieser Zeit fließt in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 ein Strom hauptsächlich entlang der Richtung der (110)-Kristallachse.
  • Wenn der von dem Diaphragma aufgenommene Druck F durch das Druckübertragungsteil 20 der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 in dem obigen Zustand übertragen wird, wird der Druck dem N-Typ-Siliziumsubstrat 30 in der Abstandsrichtung der Vorder- und Hinterseitenoberflächen übertragen, und es tritt eine Deformierung in dem N-Typ-Siliziumsubstrat 30 auf. Zu dieser Zeit wird der Widerstandswert entlang der Richtung der (110)-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 in Verbindung mit der Deformierung des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 geändert. Daher kann die Druckerfassung durch Ausgabe der Änderung des Widerstandswerts, hervorgerufen durch die Druckaufbringung, durchgeführt werden, d. h. durch Änderung des Stroms oder der Spannung als elektrisches Signal von sowohl der ersten als auch der zweiten Elektrode.
  • Wie oben beschrieben ist bei dieser Ausführungsform bezüglich des Halbleitersubstrats 30 zur Ausgabe eines elektrischen Signals entsprechend dem Druck, welcher in der Abstandsrichtung der Vorder- und Rückseitenoberflächen davon aufgebracht wird, die erste Elektrode 35a auf der Vorderseitenoberfläche davon gebildet, während die zweite Elektrode 35b auf der Rückseitenoberfläche davon gebildet ist, und das elektrische Signal wird an den ersten und zweiten Elektroden 35a und 35b ausgegeben.
  • Bei der Druckerfassungsvorrichtung S1 dieser Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 30 mit den Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- bzw. Rückseitenoberflächen davon versehen, und sowohl die Vorder- als auch Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 sind durch das leitende Druckübertragungsteil 20 und das leitende Leitungsteil 50 in Sandwichbauart angeordnet. Daher wird kein Drahtbonden für den Außenanschluß der Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 30 erfordert.
  • Daher wird bei dieser Ausführungsform die Notwendigkeit aufgehoben, ein Leitungsteil zum Drahtbonden auf dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats 30 wie in dem Fall des herkömmlichen Halbleitersensors anzuordnen, und somit kann der Durchmesser des Gehäuses 10 auf eine Größe verringert werden, die näher an der Größe des Halbleitersubstrats 30 liegt. Wie oben beschrieben kann bei dieser Ausführungsform die Druckerfassungsvorrichtung bereitgestellt werden, welche eine Konstruktion aufweist, die zum Verringern des Durchmessers (der Größe) des Gehäuses 10 geeignet ist.
  • Des weiteren ist bei dieser Ausführungsform das Druckübertragungsteil 20 (das dazwischen gebrachte Teil 22 bei dieser Ausführungsform) derart angeordnet, daß es dem mittleren Abschnitt der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt, so daß der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 dem mittleren Abschnitt der betreffenden Vorderseitenoberfläche übertragen wird.
  • Des weiteren ist auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 die erste Elektrode 35a derart angeordnet, daß sie näher an der Seite des Randabschnitts auf der Vorderseitenoberfläche als das Druckübertragungsteil 20 angeordnet ist, und das dazwischen angebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 und die erste Elektrode 35a sind durch das leitende Haftmaterial 40 miteinander elektrisch verbunden.
  • Entsprechend der oben beschriebenen Konstruktion wird der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 direkt der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 aufgebracht, ohne daß die erste Elektrode 35a passiert wird, so daß ein Übertragungsverlust des Drucks durch die erste Elektrode 35a, welche auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen ist, auf ein Minimum unterdrückt wird.
  • Die erste Elektrode 35a wird aus einem Metall wie Aluminium oder dergleichen gebildet, welche normalerweise weicher als das Halbleitersubstrat 30 ist. Es wird daher bevorzugt, daß der Druck auf das Halbleitersubstrat 30 übertragen wird, ohne daß die erste Elektrode 35a passiert wird.
  • Wenn die erste Elektrode 35a wie in 3 dargestellt in einer Ringform entworfen wird, wird das dazwischen gebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20, welches an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen ist, vorzugsweise derart konstruiert, daß es die erste Elektrode 35a umgibt. Daher kann die erste Elektrode 35a mit irgendeiner Seitenoberfläche des dazwischen gebrachten Teils 22 des Druckübertragungsteils 20 durch das leitende Haftmaterial 40 verbunden werden.
  • Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform das in 2 und 3 dargestellte N-Typ-Siliziumsubstrat 30 als das Halbleitersubstrat 30 verwendet. Insbesondere wird die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 32 in einer Form derart entworfen, daß die Längsrichtung des Widerstands an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 entlang der Richtung der <110>-Kristallachse verläuft, d. h., daß sie den Meßabschnitt 32a aufweist.
  • Bei dieser Konstruktion kann die Änderung des Widerstandswerts in der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmesschicht 32 an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats 30 intensiviert werden, auf welchem der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 aufgebracht wird, und somit kann die Druckerfassung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Des weiteren ist bei dieser Ausführungsform die erste Elektrode 35a mit dem Gehäuse 10, welches das elektrische Leitungsvermögen besitzt, durch das Druckübertragungsteil 20 elektrisch verbunden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 35a und einer externen Vorrichtung oder allgemein ein externer Anschluß der ersten Elektrode 35a ermöglicht wird. Dementsprechend kann das Gehäuse 10 als Anschluß verwendet werden, und es kann die elektrische Verbindungskonstruktion der Druckerfassungsvorrichtung vereinfacht werden.
  • Dabei kann eine (nicht dargestellte) leitende Schicht, deren elektrischer Widerstandswert kleiner als derjenige des Druckübertragungsteils 20 und des Gehäuses 10 ist, in dem Druckübertragungsteil und dem Gehäuse 10 gebildet werden. Beispielsweise dient durch Beschichten der äußeren Oberfläche des Druckübertragungsteils 20 oder der inneren Oberfläche des Gehäuses 10 mit Gold die somit gebildete vergoldete Schicht als leitende Schicht, welche ein noch besseres elektrisches Leitungsvermögen im Vergleich mit beiden Teilen 10, 20 besitzt, die aus rostfreiem Stahl oder dergleichen gebildet sind.
  • Durch Bilden einer derartigen leitenden Schicht kann der elektrische Widerstandswert in dem Strompfad, welcher sich von der ersten Elektrode 35a durch das Druckübertragungsteil 20 und das Gehäuse 10 nach außen erstreckt, verringert werden, was bevorzugt wird.
  • Als nächstes wird eine Modifizierung der obigen Ausführungsform beschrieben. Bei der in 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform ist die erste Elektrode 35a an dem Randabschnitt des Druckübertragungsteils 20 angeordnet, welches sich an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 befindet, wodurch der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats übertragen wird. Insbesondere wird der Druck dem Meßabschnitt 32a übertragen, ohne daß die erste Elektrode 35a passiert wird.
  • Jedoch kann die Druckerfassungsvorrichtung derart modifiziert werden, daß der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 durch die erste Elektrode 35a auf den mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 übertragen werden kann, d. h., auf den Meßabschnitt 32a wie in 4 und 5 dargestellt. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der unmittelbaren Umgebung des Halbleitersubstrats 30 bei der Modifizierung der obigen Ausführungsform, und 5 zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion jedes Teils an der Vorderseite des Halbleiters 30 der Modifizierung darstellt.
  • Bei dieser Modifizierung ist der innere Abschnitt der ringförmigen ersten Elektrode 35a in die in 2 und 3 dargestellte Konstruktion eingebettet. D. h., die erste Elektrode 35a ist kontinuierlich von dem mittleren Abschnitt bis zu dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30 gebildet, und die planare Form davon ist im wesentlichen in der Abbildung kreisförmig.
  • In diesem Fall können die erste Elektrode 35a und das dazwischen gebrachte Teil 22 des Druckübertragungsteils 20 in direkten Kontakt miteinander gebracht werden, wenn sie miteinander elektrisch verbunden werden können. Es wird jedoch normalerweise bevorzugt, sie durch ein leitendes Haftmaterial 40 wie in 4 dargestellt elektrisch zu verbinden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat einer zweiten Ausführungsform modifiziert. In der folgenden Beschreibung werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 6 stellt den Hauptteil der Druckerfassungvorrichtung der zweiten Ausführungsform dar und zeigt insbesondere eine Querschnittsansicht, welche das Halbleitersubstrat 200 und dessen unmittelbare Umgebung darstellt. In 6 ist der Ring 52, welcher das Leitungsteil 50 umgibt, zur Vereinfachung der Abbildung ausgelassen.
  • 7A zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion jedes Teils an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 200 darstellt, und 7B zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion jedes Teils an der Rückseite des Halbleitersubstrats 200 darstellt. In den 7A und 7B sind die Diffusionsschichten 201, 202 zur Vereinfachung der Abbildung und Identifizierung der jeweiligen Elemente schraffiert.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein P-Typ-Siliziumsubstrat 200, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene entspricht, als das Halbleitersubstrat der Druckerfassungsvorrichtung S1 verwendet. Das P-Typ-Siliziumsubstrat 200 ist ebenfalls derart entworfen, daß der Druck F von dem Druckübertragungsteil 20 dem mittleren Abschnitt der Vorderseitenoberfläche davon übertragen wird.
  • Wie in 6 und 7 dargestellt ist die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 vorgesehen. Die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 wird durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet.
  • Des weiteren ist eine zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 auf der Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 an dem anderen Randabschnitt gegenüberliegend den Richtungen der (110)-Kristallachse vorgesehen, wodurch der mittlere Abschnitt von dem Randabschnitt des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 aus dazwischen gestellt wird, in welchem die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 positioniert ist. Die zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 wird ebenfalls durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet.
  • Bei dieser Ausführungsform (wie in 7A und 7B dargestellt) stimmt in dem rechtwinkligen P-Typ-Siliziumsubstrat 200 die Richtung der (110)-Kristallachse mit der Richtung überein, in welcher zwei gegenüberliegende Seiten des Substrats 200 voneinander beabstandet sind. Daher ist die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 an dem Randabschnitt der linken Seite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 angeordnet, und es ist die zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 an dem Randabschnitt der rechten Seite der zweiten P-Typ-Diffusionsschicht in 7A und 7B angeordnet.
  • Des weiteren ist wie in 6 dargestellt ein Siliziumoxidfilm 203, 204 als Isolierfilm auf den Vorder- und Hinterseiten des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 durch thermische Oxidation oder dergleichen gebildet, um die Vorder- bzw. Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 zu bedecken.
  • Des weiteren ist die erste Elektrode 35a derart gebildet, daß sie den Siliziumoxidfilm 203 an der Vorderseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 bedeckt, und es ist die zweite Elektrode 35b derart gebildet, daß sie den Siliziumoxidfilm 204 an der Rückseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 bedeckt.
  • In diesem Fall sind die erste Elektrode 35a und die zweite Elektrode 35b im wesentlichen auf dem gesamten Oberflächenbereich der Vorder- und Rückseitenoberflächen des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 gebildet. Des weiteren ist wie in 6 dargestellt die erste Elektrode 35a durch das leitende Haftmaterial 40 auf das Druckübertragungsteil 20 gebondet und damit elektrisch verbunden, und es ist die zweite Elektrode 35b durch das leitende Haftmaterial 40 mit dem Leitungsteil 50 elektrisch verbunden.
  • Diese Ausführungsform kann derart modifiziert werden, daß die erste Elektrode 35a an dem Randabschnitt des Druckübertragungsteils 20 angeordnet ist, welches an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 befindlich ist, und die erste Elektrode 35a und das Druckübertragungsteil 20 sind durch das leitende Haftmaterial 40 miteinander elektrisch verbunden. In diesem Fall ist beispielsweise wie in 7A dargestellt das Druckübertragungsteil 20 abgenommen bzw. gelöst, und die erste Elektrode 35a ist an der linken Seite des Substrats 200 gebildet.
  • Des weiteren ist ein Kontaktloch 203a an der Position entsprechend der ersten P-Typ-Diffusionsschicht 201 in dem Siliziumoxidfilm 203 an der Oberflächenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 gebildet. Die erste Elektrode 35a und die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 sind durch das Kontaktloch 203a unter Bildung eines ohmschen Kontakts miteinander elektrisch verbunden.
  • Darüber hinaus ist ein Kontaktloch 204a an der Position entsprechend der zweiten P-Typ-Diffusionsschicht 202 in dem Siliziumoxidfilm 204 an der Rückseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 gebildet. Die zweite Elektrode 35b und die zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 sind durch das Kontaktloch 204a unter Bildung eines ohmschen Kontakts miteinander elektrisch verbunden.
  • Wie oben beschrieben besitzt das P-Typ-Siliziumsubstrat 200 die jeweiligen Diffusionsschichten 201, 202, den Siliziumoxidfilm 203 und die auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats 200 gebildete erste Elektrode 35a sowie den Siliziumoxidfilm 204 und die auf der Rückseitenoberfläche des Substrats 200 gebildete zweite Elektrode 35b. Diese Elemente werden unter Verwendung von bekannten Halbleiterherstellungstechniken hergestellt.
  • Bei der Konstruktion, welche das Halbleitersubstrat 200 verwendet, das das P-Typ-Siliziumsubstrat 200 aufweist, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene wie in 6 und 7A, 7B dargestellt entspricht, kann die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Die Potentialbeziehung (positives Potential und negatives Potential) zwischen der ersten Elektrode 35a und der zweiten Elektrode 35b ist nicht auf eine bestimmte Struktur beschränkt. D. h., jede der ersten Elektrode 35a und der zweiten Elektrode 35b kann auf einen positiven oder negativen Wert festgelegt werden. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, daß eine Spannung an das Halbleitersubstrat angelegt wird, d. h. an das P-Typ-Siliziumsubstrat 200 über das Druckübertragungsteil 20 und das Leitungsteil 50, so daß die erste Elektrode 35a auf ein positives Potential und die zweite Elektrode 35b auf ein negatives Potential lediglich zur Erörterung festgelegt werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird der Zustand einer angelegten Spannung durch Bonden eines Endes (des unteren Endes in 1) des Gehäuses 10 von 1 auf ein äußeres Verdrahtungsteil wie eine Steckverbindung oder dergleichen und durch Festlegen des Leitungsteils 50 auf ein negatives Potential (oder Masse), während das Gehäuse 10 auf ein positives Potential festgelegt wird, implementiert. Bei dieser Ausführungsform fließt in dem Zustand einer angelegten Spannung ein Strom wie durch einen Pfeil in 6 angezeigt. D. h., der Strom fließt von der ersten P-Typ-Diffusionsschicht 201 durch die Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 zu der zweiten P-Typ-Diffusionsschicht 202 hauptsächlich in der Richtung der <110>-Kristallachse.
  • Wenn der Druck F auf dem P-Typ-Siliziumsubstrat 200 in der Abstandsrichtung sowohl auf der Vorder- als auch Rückseitenoberfläche davon aufgebracht wird und somit das P-Typ-Siliziumsubstrat 200 in Richtung der Dicke davon deformiert wird, ändert sich der Widerstandswert entlang der Richtung der <110>-Kristallachse des P-Typ-Siliziumsubstrats. Daher wird die Strom- oder Spannungsänderung, welche durch Aufbringen der Spannung hervorgerufen wird, als elektrisches Signal von sowohl der ersten als auch zweiten Elektrode 35a bzw. 35b ausgegeben, wodurch die Druckerfassung durchgeführt werden kann.
  • Bei der Druckerfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform wird durch einen Entwurf bzw. eine Konstruktion des Halbleitersubstrats 200 dahingehend, daß die Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 200 vorgesehen sind und die Vorder- und Rückseitenoberflächen zwischen dem leitenden Druckübertragungsteil 20 und dem Leitungsteil 50 in Sandwichbauart angeordnet sind, kein Drahtbonden für den Außenanschluß der Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 200 erfordert.
  • Es ist daher unnötig, das Leitungsteil zum Drahtbonden auf dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats 200 anzuordnen, so daß der Durchmesser (die Größe) des Gehäuses 10 auf eine Größe nahe der Größe des Halbleitersubstrats 200 verringert, werden kann. Wie oben beschrieben kann bei dieser Ausführungsform eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen werden, welche eine Konstruktion aufweist, die zum Verringern der Größe des Gehäuses 10 geeignet ist.
  • Es wird eine Modifizierung der obigen Ausführungsform beschrieben. Bei der in 6, 7A und 7B dargestellten Ausführungsform stimmt im Hinblick auf das rechtwinklige P-Typ-Siliziumsubstrat 200 die Richtung der <110>-Kristallachse mit der Richtung überein, in welcher zwei gegenüberliegende Seiten des Substrats 200 voneinander beabstandet sind. Daher sind die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 und die zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 an den gegenüberliegenden einen und anderen Seiten des rechtwinkligen P-Typ-Siliziumsubstrats 200 in der planaren Positionsbeziehung befindlich.
  • 8 stellt die planare Positionsbeziehung der jeweiligen Teile des Halbleitersubstrats der Modifizierung der obigen Ausführungsform dar. Bei der in 8 dargestellten Modifizierung verläuft in dem rechtwinkligen P-Typ-Siliziumsubstrat 200 die Richtung der <110>-Kristallachse entlang der diagonalen Richtung des P-Typ-Siliziumsubstrats 200.
  • In dem oben beschriebenen P-Typ-Siliziumsubstrat 200 liegen die erste P-Typ-Diffusionsschicht 201 und die zweite P-Typ-Diffusionsschicht 202 entlang der diagonalen Richtung des P-Typ-Siliziumsubstrats 200 einander gegenüber. Insbesondere befinden sich beide P-Typ-Diffusionsschichten 201, 202 an den gegenüberliegenden Eckabschnitten des P-Typ-Siliziumsubstrats 200.
  • Bei dieser Konstruktion kann der Abstand zwischen der ersten P-Typ-Diffusionsschicht 201 und der zweiten P-Typ-Diffusionsschicht 2 in dem rechtwinkligen P-Typ-Siliziumsubstrat 200 erhöht werden. D. h., es kann der Strompfad entlang der Richtung der <110>-Kristallachse verlängert werden. Dementsprechend kann die Änderung des Widerstandswerts intensiviert werden, und es kann die Erfassungsempfindlichkeit erhöht werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Bei einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Halbleitersubstrat der obigen Ausführungsform modifiziert. In der folgenden Beschreibung werden hauptsächlich Unterschiede zu der obigen Ausführungsform beschrieben.
  • 9 zeigt ein Diagramm, welches den Hauptteil einer Druckerfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform darstellt, und insbesondere 9 zeigt eine Querschnittsansicht, welche das Halbleitersubstrat 300 und dessen unmittelbare Umgebung darstellt. In 9 ist der Ring 52, welcher das Leitungsteil 50 umgibt, zur Vereinfachung der Abbildung ausgelassen.
  • 10 zeigt eine Draufsicht, welche die Konstruktion jedes Teils an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 300 darstellt. In 10 wird die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 schraffiert dargestellt, und es wird eine N-Typ-Diffuusionsschicht 302 gestrichelt dargestellt, um ein Identifizieren der jeweiligen Teile zu erleichtern.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein P-Typ-Siliziumsubstrat 300, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene entspricht, als der Halbleiter in der Druckerfassungsvorrichtung S1 verwendet. Das P-Typ-Siliziumsubstrat 300 ist ebenfalls derart konstruiert, daß der Druck von dem Druckübertragungsteil 20 dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 übertragen wird.
  • Wie in 9 und 10 dargestellt ist die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 vorgesehen. Die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 wird durch Dotieren oder Diffundieren von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen hergestellt.
  • Die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 besitzt eine derartige Form, daß sie sich von einem Randabschnitt des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 zu einem anderen Randabschnitt entlang der Richtung der (110)-Kristallachse erstreckt. Insbesondere besitzt die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 (U-förmige) Wende- bzw. Umschlagsabschnitte (d. h. einen mäandernden Abschnitt) an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 wie in 10 dargestellt, und der Längsabschnitt jedes Wendeabschnitts an dem mäandernden Abschnitt ist entlang der Richtung der <110>-Kristallachse konstruiert.
  • Des weiteren ist die N-Typ-Diffusionsschicht 302 an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 gebildet. Die N-Typ-Diffusionsschicht 302 wird durch Dotieren oder Diffundieren von Verunreinigungen wie Phosphor oder dergleichen gebildet.
  • Die N-Typ-Diffusionsschicht 302 ist zwischen der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 und der Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 (P–-Abschnitt) befindlich, um die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 in einem Bereich außer dem Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 an dem anderen Randabschnitt zu bedecken.
  • Wie in 9 dargestellt ist eine P-Typ-Diffusionsschicht 303 auf der Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 vorgesehen. Die P-Typ-Diffusionsschicht 303 wird ebenfalls durch Dotieren oder Diffundieren von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet.
  • Ein Siliziumoxidfilm 304 ist als Isolierfilm auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 durch thermische Oxidation oder dergleichen gebildet, um die Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 wie in 9 dargestellt zu bedecken. Des weiteren ist die erste Elektrode 35a auf dem Siliziumoxidfilm 304 an der Vorderseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 gebildet, und es ist die zweite Elektrode 35b an der Rückseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 gebildet.
  • In diesem Fall sind die ersten und zweiten Elektroden 35a und 35b im wesentlichen über dem gesamten Oberflächenbereich der Vorder- und Rückseitenoberflächen des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 gebildet. Des weiteren ist die erste Elektrode 35a durch das leitende Haftmaterial 40 auf das Druckübertragungsteil 20 gebondet und damit elektrisch verbunden, und es ist die zweite Elektrode 35b mit dem leitenden Haftmaterial 40 wie in 9 dargestellt mit dem Leitungsteil 50 elektrisch verbunden.
  • Diese Ausführungsform kann ebenfalls derart modifiziert werden, daß die erste Elektrode 35a an dem Randabschnitt des Druckübertragungsteils 20 angeordnet ist, welches an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Halbleitersubstrats 300 befindlich ist, und daß die erste Elektrode 35a und das Druckübertragungsteil 20 durch das leitende Haftmaterial 40 miteinander elektrisch verbunden sind. In diesem Fall kann die erste Elektrode 35a an lediglich der linken Seite des Substrats 300 wie in 10 dargestellt gebildet sein.
  • Entsprechend 10 ist an der Vorderseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 ein Kontaktloch 304a in dem Siliziumoxidfilm 304 an der Position entsprechend der N-Typ-Diffusionsschicht 302 und einem Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 gebildet, welche von der N-Typ-Diffusionsschicht 302 bedeckt ist. Die erste Elektrode 35a ist mit der N-Typ-Diffusionsschicht 302 und dem einen Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 durch das Kontaktloch 304a unter Bildung eines ohmschen Kontakts elektrisch verbunden.
  • Des weiteren ist die zweite Elektrode 35b im wesentlichen über dem gesamten Oberflächenbereich der Rückseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 gebildet, und die zweite Elektrode 35b und die P-Typ-Diffusionsschicht 303 sind miteinander unter Bildung eines ohmschen Kontakts als die betreffende Rückseite miteinander elektrisch verbunden.
  • Wie oben beschrieben, enthält das P-Typ-Siliziumsubstrat 300 die jeweiligen Diffusionsschichten 301, 302, 303, den Siliziumoxidfilm 304 und die erste Elektrode 35a, welche jeweils auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats 300 gebildet sind. Das Substrat 300 enthält ebenfalls die zweite Elektrode 35b, welche auf dessen Rückseite gebildet ist. Diese Elemente können unter Verwendung von herkömmlichen Halbleiterherstellungstechniken hergestellt werden.
  • Wie in 9 und 10 dargestellt kann bei der Konstruktion, bei welcher das Halbleitersubstrat 300 verwendet wird, welches das P-Typ-Siliziumsubstrat 300 enthält, dessen Ebenenrichtung der (110)-Ebene entspricht, die Druckerfassung wie folgt durchgeführt werden.
  • Es wird eine Spannung an das Halbleitersubstrat, d. h. an das P-Typ-Siliziumsubstrat 300, über das Druckübertragungsteil 20 und das Leitungsteil 50 derart angelegt, daß die erste Elektrode 35a auf ein positives Potential und die zweite Elektrode 35b auf ein negatives Potential festgelegt werden. Dieser Zustand einer angelegten Spannung ist der gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform.
  • Unter diesem Zustand einer angelegten Spannung fließt Strom wie durch einen Pfeil in 9 angezeigt. D. h., der Strom fließt von der ersten Elektrode 35a über die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301, die Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 (P–-Typ-Abschnitt), die P-Typ-Diffusionsschicht 303 in dieser Reihenfolge zu der zweiten Elektrode 35b. Zu dieser Zeit fließt ein Strom hauptsächlich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301.
  • Zu dieser Zeit sichert die N-Typ-Diffusionsschicht 302, welche die P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 bedeckt, die elektrische Isolierung zwischen der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301 und der Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats 300 (P–-Typ-Abschnitt) und erhält einen normalen Stromfluß aufrecht.
  • Wenn der Druck F dem P-Typ-Siliziumsubstrat 300 in der Abstandsrichtung von sowohl den Vorder- als auch den Rückseitenoberflächen aufgebracht wird, wird das P-Typ-Siliziumsubstrat 300 in Richtung der Dicke davon deformiert, und es ändert sich der Widerstandswert entlang der Richtung der <110>-Kristallachse in der P-Typ-Diffusionsmeßschicht 301. Daher kann die Druckerfassung durch Ausgeben der Strom- oder Spannungsänderung hervorgerufen durch die Druckaufbringung als elektrisches Signal an den ersten und zweiten Elektroden durchgeführt werden.
  • Bei der Druckerfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 300 ebenfalls derart konstruiert, daß die Elektroden 35a und 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Substrats 300 vorgesehen sind und sowohl die Vorder- als auch Rückseitenoberflächen durch das leitende Druckübertragungsteil 20 und das Leitungsteil 50 in Sandwichbauart angeordnet sind, so daß kein Drahtbonden für einen Außenanschluß der Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 200 erfordert wird.
  • Daher ist es nicht nötig, das Leitungsteil zum Drahtbonden auf dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats 300 wie in dem Fall der herkömmlichen Druckerfassungsvorrichtung anzuordnen, und somit kann die Größe des Gehäuses 10 stärker auf eine Größe näher zu dem Halbleitersubstrat 300 verringert werden. Wie oben beschrieben kann bei dieser Ausführungsform eine Druckerfassungsvorrichtung bereitgestellt werden, welche eine Konstruktion aufweist, die zum Verringern der Größe des Gehäuses 10 geeignet ist.
  • Vierte Ausführungsform
  • Entsprechend 11 wird eine vierte Ausführungsform der Druckerfassungsvorrichtung unter Hervorhebung von Unterschieden zu der ersten Ausführungsform erörtert. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 10 im wesentlichen in einer zylindrischen Form als Ganzes konstruiert und enthält einen ersten Abschnitt 101, welcher an einer Seite des anderen Endes davon (unteres Ende entsprechend 11) befindlich ist, einen zweiten Abschnitt 102, welcher an der anderen Endseite davon (oberes Ende in 11) befindlich ist und eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt 101 besitzt, und einen elektrisch leitenden Trennungsabschnitt (partition portion) 103, durch welchen der erste Abschnitt 101 und der zweite Abschnitt 102 aufgeteilt werden.
  • Beispielsweise sind der erste Abschnitt 101 und der Trennungsabschnitt 103 aus Metall wie einem rostfreien Stahl oder dergleichen gebildet, und es ist der zweite Abschnitt 102 aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid oder dergleichen gebildet. In diesem Fall sind der erste Abschnitt 101 und der Trennungsabschnitt 103 durch Kleben, Schweißen oder dergleichen fest aufeinander gebondet, und es sind der zweite Abschnitt 102 und der Trennungsabschnitt 103 durch Kleben oder dergleichen fest aufeinander gebondet.
  • Ein Druckübertragungsteil 20 zum Übertragen eines Drucks P auf das Halbleitersubstrat 400 ist in dem zweiten Abschnitt 102 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform besitzt das Druckübertragungsteil 20 ebenfalls eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt 101 des Gehäuses 10 und ist insbesondere aus demselben Material wie der zweite Abschnitt 102 des Gehäuses wie beispielsweise einem keramischen Werkstoff oder dergleichen gebildet.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das Druckübertragungsteil 20 in einer zylindrischen Form konstruiert und in dem zweiten Abschnitt 102 des Gehäuses 10 untergebracht, während ein Ende davon in Kontakt mit dem Diaphragma 11 gebracht ist und das andere Ende davon mit dem Trennungsabschnitt 103 in Kontakt gebracht ist. Der Trennungsabschnitt 103 ist in einer Scheibenform konstruiert, welche Vorsprünge auf den oberen und unteren Oberflächen an dem mittleren Abschnitt davon aufweist, und ein Vorsprung des Trennungsabschnitts 103 kommt in Kontakt mit dem Druckübertragungsteil 20. Das Halbleitersubstrat 400 ist in nerhalb eines Endabschnitts (eines Endabschnitts an der Seite des Trennungsabschnitts 103) des ersten Abschnitts des Gehäuses 10 angebracht.
  • Die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 400 kommt in Kontakt mit dem Vorsprung des Trennungsabschnitts 103. Ein Leitungsteil 50, welches von dem Gehäuse 10 elektrisch unabhängig ist, ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 400 in dem ersten Abschnitt 101 des Gehäuses 10 angebracht.
  • Das Leitungsteil 50 ist als aus Kupfer oder dergleichen gebildeter Metallstab konstruiert und ist in einen zylindrischen Leitungshalter 51 eingesetzt und wird davon gehalten, welcher aus einem elektrisch isolierenden keramischen Werkstoff wie Aluminiumoxid oder dergleichen gebildet ist. Die Lücke zwischen dem Leitungshalter 41 und dem Leitungsteil 40 ist durch hermetisches Glas oder dergleichen verschlossen.
  • Der Endabschnitt an der Seite des Halbleitersubstrats 400 des Leitungsteils 50 ragt von dem Leitungshalter 51 heraus, welcher mit der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 400 in Kontakt kommt. Des weiteren ist ein Endabschnitt des Leitungsteils 50, welcher in Kontakt mit der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 400 kommt, in einen elektrisch isolierenden Ring 42 eingesetzt, welcher aus Keramik oder dergleichen gebildet ist, und das Halbleitersubstrat 400 wird ebenfalls von dem Ring 42 getragen. Der andere Endabschnitt des Leitungsteils 50 an der gegenüberliegenden Seite zu dem Halbleitersubstrat 400 ragt von dem Leitungshalter 51 derart heraus, daß es dem Leitungsteil 50 ermöglicht wird, elektrisch mit einem (nicht dargestellten) externen Verdrahtungsteil verbunden zu werden.
  • In der Druckerfassungsvorrichtung S1 wie oben beschrieben wird der von dem Diaphragma 14 aufgenommene Druck F von dem Druckübertragungsteil 20, welches an der Vorderseite (Seite der oberen Oberfläche in 11) des Halbleitersubstrats 400 befindlich ist, über die Trennungsplatte (partition plate) 103 auf die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 400 übertragen.
  • Dabei wird der Druck dem Halbleitersubstrat 400 in der Richtung aufgebracht, entlang welcher die Vorder- und Rückseitenoberflächen davon voneinander beabstandet sind, und es wird das an den Elektroden des Halbleitersubstrats 400 ausgegebene elektrische Signal entsprechend einer Änderung des Drucks P geändert.
  • Als nächstes wird die detaillierte Konstruktion des Halbleitersubstrats 400 dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
  • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht, welche das Halbleitersubstrat 400 von 11 und dessen unmittelbare Umgebung darstellt. Das Halbleitersubstrat 400 ist aus einem N–-Typ-Siliziumsubstrat 401 beispielsweise gebildet und besitzt eine <110>-Kristallachse auf den Ebenen der Vorder- und Rückseitenoberflächen des Siliziumsubstrats 401. Die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Siliziumsubstrats 401 stimmen mit den Vorder- bzw. Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 400 überein.
  • Eine erste N+-Schicht 31 wird auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 401 durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Phosphor und dergleichen gebildet, und ebenfalls wird eine P+-Schicht 32a auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 401 durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet, um benachbart der ersten N+-Schicht 31 zu sein und sich entlang der Richtung der <110>-Kristallachse zu erstrecken. Des weiteren wird eine zweite N+-Schicht 133 auf der Rückseitenoberfläche des Siliziumsubstrats 401 ebenfalls durch Dotieren oder Diffusion von Verunreinigungen wie Bor oder dergleichen gebildet.
  • Danach wird ein Siliziumoxidfilm 34a, 34b durch thermische Oxidation oder dergleichen gebildet, um die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Siliziumsubstrats 401 zu bedecken, und danach wird ein elektrisch leitender Film 35a, 35b, 35c aus Aluminiumoxid oder dergleichen durch Zerstäuben, Aufdampfen oder dergleichen gebildet, um den Siliziumoxidfilm 34a, 34b zu bedecken.
  • Dabei wird ein Kontaktloch in dem Siliziumoxidfilm 34a an der Oberflächenseite des Siliziumsubstrats 401 gebildet, um an der Position befindlich zu sein, welche der Übergangsschnittstelle zwischen der ersten N+-Schicht 31 und der P+-Schicht 32a entspricht, und die betreffende Übergangsschnittstelle und der elektrisch leitende Film 35c sind elektrisch miteinander verbunden. Der elektrisch leitende Film 35c wird als Weiterleitungs- bzw. Relaiselektrode (relay electrode) 35c konstruiert.
  • Des weiteren wird ein Kontaktloch in dem Siliziumoxidfilm 34a an der Oberflächenseite des Siliziumsubstrats 401 gebildet, um an der Position entsprechend dem Endabschnitt der P+-Schicht 32a an den gegenüberliegenden Seiten zu der Übergangsschnittstelle zwischen der ersten N+-Schicht 31 und der P+-Schicht 32a befindlich zu sein, und der Endabschnitt der betreffenden P+-Schicht 32a und der elektrisch leitende Film 35a sind miteinander elektrisch verbunden. Der elektrisch leitende Film 35a wird als erste Elektrode 35a konstruiert.
  • Des weiteren wird ein Kontaktloch in dem Siliziumoxidfilm 34b an der Rückseite des Siliziumsubstrats 401 gebildet, um an der Position entsprechend der zweiten N+-Schicht 133 befindlich zu sein, und die zweite N+-Schicht 133 und der elektrisch leitende Film 35b sind elektrisch miteinander verbunden. Der elektrisch leitende Film 35b wird als zweite Elektrode 35b konstruiert.
  • Wie oben beschrieben besitzt das Halbleitersubstrat 400 die erste Elektrode 35a auf der Vorderseitenoberfläche davon und die zweite Elektrode 35b auf der Rückseitenoberfläche davon. Ein derartiges Halbleitersubstrat 400 kann unter Verwendung einer bekannten Halbleiterherstellungstechnik hergestellt werden.
  • Wie in 12 dargestellt wird die erste Elektrode 35a an der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 400 in einen elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung des Trennungsabschnitts 103 des Gehäuses 10 gebracht. Darüber hinaus wird die zweite Elektrode 35b an der Rückseite des Halbleitersubstrats 400 in Kontakt mit dem Leitungsabschnitt 50 gebracht.
  • Dabei können die ersten und zweiten Elektroden 35a, 35b in direkten Kontakt mit dem Trennungsabschnitt 103 bzw. dem Leitungsabschnitt 50 gebracht werden, um die elektrische Verbindung dazwischen herzustellen, oder sie können in einen Kontakt mit dem Trennungsabschnitt 103 bzw. dem Leitungsteil 50 durch ein elektrisch leitendes Haftmittel, eine Silberpaste oder dergleichen gebracht werden. Insbesondere ist die erste Elektrode 35a an der Druckaufnahmeseite befindlich, und es wird somit bevorzugt, daß der Trennungsabschnitt 103 und die erste Elektrode 35a durch ein elektrisch leitendes, hartes Haftmittel aneinander befestigt werden.
  • Bei dem oben beschriebenen Halbleitersubstrat 400 wird eine Spannung an das Halbleitersubstrat 400 über den Trennungsabschnitt 103 und das Leitungsteil 50 derart angelegt, daß die erste Elektrode 35a auf ein Massepotential und die zweite Elektrode 35b auf ein positives Potential festgelegt werden. Dieser Zustand einer angelegten Spannung ist in 11 dargestellt.
  • Dieser Zustand einer angelegten Spannung wird durch Bonden eines externen Verdrahtungsteils wie einer Steckverbindung oder dergleichen auf ein Ende des Gehäuses von 11 (das untere Ende in 11) derart implementiert, daß das Leitungsteil 50 auf das positive Potential und der erste Abschnitt 101 des Gehäuses 10, welches mit dem Trennungsabschnitt 103 elektrisch verbunden ist, auf das Massepotential festgelegt werden.
  • Unter dem oben beschriebenen Zustand einer angelegten Spannung fließt ein Strom in der durch einen Pfeil in 12 angezeigten Richtung. D. h., es fließt ein Strom von der zweiten Elektrode 35a und der zweiten N+-Schicht 133 an der Rückseite durch die Innenseite des Siliziumsubstrats 401 zu der ersten N+-Schicht 31, der Weiterleitungselektrode 35c und der P+-Schicht 32a an der Vorderseite. In der P+-Schicht 32a fließt ein Strom zu der ersten Elektrode 35a entlang der Richtung der <110>-Kristallachse.
  • Wenn in diesem Fall der von dem Diaphragma 11 aufgenommene Druck P über das Druckübertragungsteil 20 und den Trennungsabschnitt 103 der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 400 übertragen wird, wird ein Druck dem Halbleitersubstrat 400 in der Richtung aufgebracht, entlang der die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 400 voneinander beabstandet sind, und somit tritt eine Deformierung in dem Halbleitersubstrat 400 auf. Zu dieser Zeit ändert sich der Widerstandswert der P+-Schicht 32a in dem Halbleitersubstrat 400 entsprechend dieser Deformierung, und es ändert sich ebenfalls der Strom, welcher in dem Halbleitersubstrat 400 fließt, infolge der Änderung des Widerstandswerts. Die Änderung des Stroms wird als elektrisches Signal zwischen den ersten und zweiten Elektroden 35a, 35b erfaßt, um den aufgebrachten Druck zu bestimmen.
  • Wie oben beschrieben sind bei dieser Ausführungsform in dem Halbleitersubstrat 400 zur Ausgabe des elektrischen Signals entsprechend dem Druck, welcher in der Richtung aufgebracht wird, entlang welcher die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind (offenbart in JP 316 60 15 B2 ), die ersten und zweiten Elektroden 35a und 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 400 gebildet, und es wird das elektrische Signal an den ersten und zweiten Elektroden 35a und 35b ausgegeben.
  • Des weiteren sind in der Druckerfassungsvorrichtung S1 dieser Ausführungsform die Elektroden 35a, 35b auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 400 gebildet, und der Trennungsabschnitt 103 des Gehäuses 10 und das Leitungsteil 50 sind derart vorgesehen, daß die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Halbleitersubstrats 400 durch den Trennungsabschnitt 103 und das Leitungsteil 50 in Sandwichbauart angeordnet sind, so daß kein Drahtbonden für den Außenanschluß der Elektroden 35a, 35b auf den jeweiligen Oberflächen des Halbleitersubstrats 400 benötigt wird.
  • Daher ist es anders als bei der herkömmlichen Druckerfassungsvorrichtung nicht nötig, Leitungsteile zum Drahtbonden auf dem äußeren Rand des Halbleitersubstrats 400 anzuordnen, und somit kann das Gehäuse 10 bezüglich der Größe in etwa auf die Größe des Halbleitersubstrats 400 verringert werden.
  • Wenn die Druckerfassungsvorrichtung S1 dieser Ausführungsform als Verbrennungsdrucksensor verwendet wird, ist des weiteren der zweite Abschnitt 102, welcher als Anbringungsabschnitt für das Druckübertragungsteil 20 dient, in das Gehäuse 10 in ein Loch eines Motorblocks eingesetzt, und der zweite Abschnitt 102 des Gehäuses 10 ist einer Meßumgebung einer hohen Temperatur ausgesetzt.
  • Dabei besitzt bei dieser Ausführungsform der zweite Abschnitt 102 des Gehäuses 10, welches an der Seite der Meßumgebung einer hohen Temperatur befindlich ist, eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt 101, so daß unterdrückt werden kann, daß Wärme von der Meßumgebung dem Halbleitersubstrat 400 übertragen wird.
  • Wie oben beschrieben kann bei dieser Ausführungsform eine Druckerfassungsvorrichtung S1 geschaffen werden, bei welcher ein Ansteigen der Temperatur des Halbleitersubstrats 400 mit einem Verringern der Größe (des Durchmessers) des Gehäuses 10 im Vergleich mit herkömmlichen Druckerfassungsvorrichtungen unterdrückt werden kann.
  • Das Druckübertragungsteil 20 kann aus einem Metall wie rostfreiem Stahl oder dergleichen gebildet werden. Wenn jedoch das Druckübertragungsteil 20 derart konstruiert wird, daß es eine kleinere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt 101 des Gehäuses 10 wie bei der obigen Ausführungsform besitzt, wäre es augenscheinlich, daß die Wirkung des Unterdrückens der Wärmeübertragung von der Meßumgebung auf das Halbleitersubstrat 30 deutlicher ausgebildet werden kann.
  • Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform das Diaphragma 11, welches der Meßumgebung ausgesetzt wird, ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff derart gebildet, daß die Wirkung des Unterdrückens der thermischen Leitung zu dem Halbleitersubstrat 30 erhöht werden kann. Das Diaphragma 11 kann aus Metall wie einem rostfreien Stahl oder dergleichen gebildet werden.
  • Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhaft, und somit liegen Änderungen, welche nicht vom Kern der Erfindung abweichen, im Rahmen der Erfindung. Derartige Änderungen werden nicht als Abweichung von dem Rahmen der Erfindung angesehen.
  • Vorstehend wurde eine Druckerfassungsvorrichtung offenbart. Die Druckerfassungsvorrichtung enthält ein Halbleitersubstrat 30, 200, 300, 400 zur Ausgabe eines elektrischen Signals entsprechend einem aufgebrachten Druck, welcher von einem Druckübertragungsteil 20 aufgenommen wird, das ein elektrisches Leitungsvermögen besitzt und auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 30, 200, 300, 400 angeordnet ist. Das Substrat 30, 200, 300, 400 und das Druckübertragungsteil 20 sind in einem Gehäuse 10 untergebracht. Ein Leitungsteil 50, welches von dem Gehäuse (10) elektrisch unabhängig ist, ist in dem Gehäuse 10 an der Rückseite des Halbleitersubstrats 30, 200, 300, 400 untergebracht, und das Leitungsteil 50 und eine Elektrode 35b des Substrats 30, 200, 300, 400 sind durch ein leitendes Haftmaterial 40 miteinander elektrisch verbunden. Das Gehäuse 10 enthält vorzugsweise einen ersten Abschnitt 101, einen zweiten Abschnitt 102, welcher eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt aufweist, und einen elektrisch leitenden Trennungsabschnitt 103.

Claims (13)

  1. Druckerfassungsvorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (30), welches ein elektrisches Signal entsprechend einem Druck ausgibt, der in einer Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats aufgebracht wird; einem Druckübertragungsteil (20), welches an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und einen Druck auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats (30) überträgt; und einem Gehäuse (10), in welchem das Halbleitersubstrat (30) und das Druckübertragungsteil (20) untergebracht sind, wobei das Druckübertragungsteil (20) ein elektrisches Leitungsvermögen aufweist; das Halbleitersubstrat (30) eine erste Elektrode (35a) auf der Vorderseitenoberfläche davon und eine zweite Elektrode (35b) auf der Rückseitenoberfläche davon besitzt, wobei das elektrische Signal durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode ausgegeben wird, wenn der Druck aufgebracht wird; die erste Elektrode (35a) mit dem Druckübertragungsteil (20) elektrisch verbunden ist; ein Leitungsteil (50), welches von dem Gehäuse (10) elektrisch unabhängig ist, in dem Gehäuse an der Rückseite des Halbleitersubstrats (30) untergebracht ist; das Leitungsteil (50) und die zweite Elektrode (35b) miteinander elektrisch verbunden sind; das Halbleitersubstrat ein N-Typ-Siliziumsubstrat (30) ist, welches eine Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene besitzt; der Druck von dem Druckübertragungsteil (20) dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats (30) übertragen wird; eine erste N-Typ-Diffusionsschicht (31) an einem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) vorgesehen ist; das Halbleitersubstrat (30) eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht (32) enthält, welche darauf kontinuierlich gebildet ist und sich von der Umgebung der ersten N-Typ-Diffusionsschicht (31) über den mittleren Abschnitt des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) zu dem anderen Randabschnitt erstreckt; eine zweite N-Typ-Diffusionsschicht (33) auf der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) vorgesehen ist; die P-Typ-Diffusionsmeßschicht (32) mit der ersten Elektrode (35a) an dem anderen Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) elektrisch verbunden ist; die zweite N-Typ-Diffusionsschicht (33) mit der zweiten Elektrode (35b) auf der Rückseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) elektrisch verbunden ist; eine dritte Elektrode (35c) für einen elektrischen Anschluß an die erste N-Typ-Diffusionsschicht (31) vorgesehen ist; und die P-Typ-Diffusionsmeßschicht (32) an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) vorgesehen ist.
  2. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (35a) an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats (30) angeordnet ist, der Druck von dem Druckübertragungsteil (20) dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats übertragen wird und die erste Elektrode und das Druckübertragungsteil durch ein leitendes Haftmaterial (40) miteinander elektrisch verbunden sind.
  3. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode (35a) in einer Ringform konstruiert ist.
  4. Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die P-Typ-Diffusionsmeßschicht (32) derart geformt ist, daß die Längsrichtung des Widerstands entlang der Richtung der <110>-Kristallachse des N-Typ-Siliziumsubstrats (30) an dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des N-Typ-Siliziumsubstrats verläuft.
  5. Druckerfassungsvorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (300), welches ein elektrisches Signal entsprechend einem Druck ausgibt, der in einer Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats aufgebracht wird; einem Druckübertragungsteil (20), welches an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und einen Druck auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats (300) überträgt; und einem Gehäuse (10), in welchem das Halbleitersubstrat (300) und das Druckübertragungsteil (20) untergebracht sind, wobei das Druckübertragungsteil (20) ein elektrisches Leitungsvermögen aufweist; das Halbleitersubstrat (300) eine erste Elektrode (35a) auf der Vorderseitenoberfläche davon und eine zweite Elektrode (35b) auf der Rückseitenoberfläche davon besitzt, wobei das elektrische Signal durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode ausgegeben wird, wenn der Druck aufgebracht wird; die erste Elektrode (35a) mit dem Druckübertragungsteil (20) elektrisch verbunden ist; ein Leitungsteil (50), welches von dem Gehäuse (10) elektrisch unabhängig ist, in dem Gehäuse an der Rückseite des Halbleitersubstrats (300) untergebracht ist; das Leitungsteil (50) und die zweite Elektrode (35b) miteinander elektrisch verbunden sind; das Halbleitersubstrat ein P-Typ-Siliziumsubstrat (300) ist, welches eine Ebenenrichtung entsprechend der (110)-Ebene aufweist; der Druck von dem Druckübertragungsteil (20) dem mittleren Abschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats (300) übertragen wird; eine P-Typ-Diffusionsmeßschicht (301), welche elektrisch mit der ersten Elektrode (35a) an einem Randabschnitt des P-Typ-Siliziumsubstrats (300) verbunden ist, auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats gebildet ist; die P-Typ-Diffusionsmeßschicht (301) derart geformt ist, daß sie sich von dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats (300) zu dem anderen Randabschnitt entlang der Richtung der <110>-Kristallachse erstreckt; eine N-Typ-Diffusionsschicht (302), welche mit der ersten Elektrode (35a) elektrisch verbunden ist, an dem Randabschnitt auf der Vorderseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats (300) gebildet ist und zwischen der P-Typ-Diffusionsmeßschicht (301) und der Innenseite des P-Typ-Siliziumsubstrats befindlich ist, um die P-Typ-Diffusionsmeßschicht außer einem Bereich entsprechend dem Endabschnitt der P-Typ-Diffusionsmeßschicht an der Seite des anderen Randabschnitts zu überdecken; und eine P-Typ-Diffusionsschicht (303), welche mit der zweiten Elektrode (35b) elektrisch verbunden ist, auf der Rückseitenoberfläche des P-Typ-Siliziumsubstrats (300) vorgesehen ist.
  6. Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckübertragungsteil (20) auf der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats (30, 300) gegenüberliegend dem mittleren Abschnitt angeordnet ist; und die erste Elektrode (35a) näher an der Seite des Randabschnitts als an dem Druckübertragungsteil (20) angeordnet ist und durch das leitende Haftmaterial (40) mit dem Druckübertragungsteil elektrisch verbunden ist.
  7. Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) ein elektrisches Leitungsvermögen aufweist und die erste Elektrode (35a) mit dem Gehäuse (10) durch das Druckübertragungsteil (20) elektrisch verbunden ist, wodurch es der ersten Elektrode (35a) ermöglicht wird, von außen elektrisch angeschlossen zu werden.
  8. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Druckübertragungsteil (20) und das Gehäuse (10) mit einer leitenden Schicht ausgestattet sind, welche einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der geringer als derjenige des Druckübertragungsteils und des Gehäuses ist.
  9. Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) ein elektrisches Leitungsvermögen besitzt und das an der ersten Elektrode (35a) ausgegebene elektrische Signal durch das Druckübertragungsteil (20) und das Gehäuse nach außen ausgegeben wird.
  10. Druckerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuse (10) einen ersten Abschnitt (101), einen zweiten Abschnitt (102), dessen thermische Leitfähigkeit kleiner als diejenige des ersten Abschnitts ist, und einen elektrisch leitenden Trennungsabschnitt (103) aufweist, durch welchen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander getrennt werden; das Halbleitersubstrat (401) in dem ersten Abschnitt (101) des Gehäuses (10) untergebracht ist; das Druckübertragungsteil (20) in dem zweiten Abschnitt (102) des Gehäuses (10) derart untergebracht ist, daß der Druck durch den Trennungsabschnitt (103) der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats (401) übertragen wird; die erste Elektrode (35a) des Halbleitersubstrats (401) mit dem Trennungsabschnitt (103) des Gehäuses (10) elektrisch verbunden ist; und das Leitungsteil (50) und die zweite Elektrode (35b) des Halbleitersubstrats (401) miteinander elektrisch verbunden sind.
  11. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Abschnitt (101) des Gehäuses (10) aus Metall gebildet ist und der zweite Abschnitt (102) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist.
  12. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Druckübertragungsteil (20) eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Abschnitt (110) des Gehäuses (10) besitzt.
  13. Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Druckübertragungsteil (20) aus demselben Material wie der zweite Abschnitt (102) des Gehäuses (10) gebildet ist.
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