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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterdrucksensor
und ein Herstellungsverfahren dafür, und insbesondere auf
einen Halbleiterdrucksensor, der einen Temperaturausgleich durchführen
kann, und ein Herstellungsverfahren dafür.
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Bei
einem herkömmlichen Halbleiterdrucksensor wird ein Diffusionswiderstand,
der ein Messwiderstand wird, in einem Siliciumsubstrat gebildet. Eine
Mehrzahl von Messwiderständen werden als Brücken
geschaltet durch Diffusionszwischenverbindungen niedrigen Widerstandes.
Ein Diaphragma wird durch Ätzen von einer hinteren Oberfläche
des Siliciumsubstrates gebildet. Die Messwiderstände sind
an einem Kantenabschnitt des Diaphragmas angeordnet.
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Als
Beispiel beschreibt die
japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift
63-1787353 einen Halbleiterdrucksensor mit einem Diaphragma, das
aus einem Oxidfilm gebildet ist, einem Polysiliciumsubstrat, einem
Oxidfilm und einer Messvorrichtung, die auf einem Siliciumsubstrat
mit einem Durchgangsloch gebildet ist.
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Weiter
beschreibt die
JP
63-042179 A einen Halbleiterdehnungsdetektor mit einem
Halbleiterdehnungsmesser, der auf einem halbisolierenden Polysiliciumsubstrat
mit einem dünnen Abschnitt als ein Diaphragma gebildet
ist.
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Weiter
beschreibt die
JP
60-259922 A die Bildung eines temperaturempfindlichen Widerstandes,
der aus dem gleichen Material wie ein dehnungsempfindlicher Widerstand
gebildet ist, an einem Abschnitt frei von irgendeiner Dehnung auf
dem Diaphragma in einem temperaturausgeglichenen Dehnungssensor.
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Bei
einem Halbleiterdrucksensor ist ein Messwiderstand auf einem Diaphragma
gebildet. Wenn Druck auf den Halbleitermesssensor ausgeübt wird,
verformt sich das Diaphragma, und der Widerstand des Messwiderstandes ändert
sich. Durch Erfassen der Änderung in dem Widerstandswert
des Messwiderstandes kann die Druckänderung gemessen werden.
Weiter wird bei dem Halbleiterdrucksensor der Widerstandswert des
auf dem Diaphragma gebildeten Messwiderstandes durch die Temperatur zu
der Zeit der Druckmessung beeinflusst. Daher ist es für
eine genaue Druckmessung wünschenswert, die Temperaturabhängigkeit
des Halbleiterdrucksensors durch einen Temperaturausgleich zu beseitigen.
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Bei
dem in der
JP 60-259922
A beschriebenen Dehnungssensor ist der temperaturempfindliche Widerstand
einfach getrennt von dem dehnungsempfindlichen Widerstand an einem
Abschnitt frei von Dehnung auf dem Diaphragma vorgesehen, und daher
ist ein genauer Temperaturausgleich schwierig.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf das Vorangehende gemacht,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterdrucksensor
vorzusehen, der einen hochgenauen Tem peraturausgleich ausführen
kann, und ein Herstellungsverfahren dafür.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Halbleiterdrucksensor nach
Anspruch 1.
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Die
Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellungsverfahren
eines Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 4.
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Der
Halbleiterdrucksensor enthält ein Substrat, einen Bildungsabschnitt
eines aktiven Messwiderstandes mit einem ersten Diaphragma und einem ersten
Messwiderstand, die auf dem Substrat gebildet sind, und einen Bildungsabschnitt
eines Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation mit einem
zweiten Diaphragma und einem zweiten Messwiderstand, die auf dem
Substrat gebildet sind. Das erste Diaphragma des Bildungsabschnittes
des aktiven Messwiderstandes und das zweite Diaphragma des Bildungsabschnittes
des Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation sind auf einem vorgeschriebenen
gemeinsamen Film gebildet. Der vorgeschriebene Film weist einen
Ankerabschnitt auf, der sich zu dem Substrat so erstreckt, dass
er mit dem Substrat verbunden ist. Das erste und das zweite Diaphragma
haben zueinander identische oder symmetrische Strukturen. Der erste
und der zweite Messwiderstand haben einander identisch oder symmetrische
Strukturen.
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Gemäß dem
Halbleiterdrucksensor der vorliegenden Erfindung weisen das erste
und das zweite Diaphragma gegenseitig identische oder symmetrische
Strukturen auf, und der erste und der zweite Messwiderstand weisen
gegenseitig identische oder symmetrische Strukturen auf. Daher ist
es möglich, die Änderung in dem Widerstandswert,
die durch die Temperatur verursacht wird, die durch den zweiten Messwiderstand
gemessen wird, von der Änderung im Widerstandswert, die
durch die Temperatur und durch den Druck verursacht wird, die durch
den ersten Messwiderstand gemessen werden, zu entfernen. Als Resultat
kann eine hochgenaue Temperaturkompensation durch den Halbleiterdrucksensor
der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
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Die
vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie
in Zusammenhang mit den begleitenden Figuren genommen wird. Von
den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht, die entlang der Linie II-II von 1 gemäß der Ausführungsform
1 genommen ist;
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3 bis 6 schematische
Querschnittsansichten, die in der Reihenfolge die Herstellungsschritte
des Halbleiterdrucksensors gemäß der Ausführungsform
1 zeigen;
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7 eine
schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem
eine Ätzmaske nicht richtig gebildet ist, bei dem Herstellungsverfahren
des Halbleiterdrucksensors;
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8 eine
schematische Draufsicht, die eine Modifikation des Halbleiterdrucksensors
gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;
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9 eine
schematische Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
schematische Querschnittsansicht des Halbleiterdrucksensors gemäß der
Ausführungsform 2;
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11 bis 13 schematische
Querschnittsansichten, die in der Reihenfolge die Herstellungsschritte
des Halbleiterdrucksensors gemäß der Ausführungsform
2 zeigen;
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14 eine
schematische Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer
Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
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15 eine
schematische Querschnittsansicht, die entlang der Linie XV-XV von 14 des Halbleiterdrucksensors
gemäß der Ausführungsform 3 genommen
ist.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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(Ausführungsform 1)
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Zunächst
wird eine Struktur des Halbleiterdrucksensors gemäß der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 1 und 2, ein Halbleiterdrucksensor 100 weist
hauptsächlich einen Bildungsabschnitt 101 eines
aktiven Messwiderstandes und einen Bildungsabschnitt 102 eines
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation auf. Der Bildungsab schnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes und der Bildungsabschnitt 102 des
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation sind durch eine
polykristalline Silicium- (hier im Folgenden als ”Polysilicium” bezeichnet)
Zwischenverbindungen 7a verbunden. Bei dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes, der in 1 gezeigt
ist, sind eine Diaphragma-Ätzmaske 10 und eine
Diaphragma-Bodenoberfläche 10a zur Erleichterung
der späteren Beschreibung des Herstellungsverfahrens gezeichnet.
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Der
Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes weist
hauptsächlich ein Siliciumsubstrat (Substrat) 1,
ein erstes Diaphragma 25, einen Messwiderstand 7 und
eine Aluminiumanschlussfläche 12 auf.
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Auf
einer ersten Hauptoberfläche 1a des Siliciumsubstrates 1 ist
das erste Diaphragma 25 des Polysiliciumfilmes 5 gebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Polysiliciumfilm 5 aus
einem dotierten Polysilicium (polykristallines Silicium, das mit
einem Dotierungsstoff dotiert ist) gebildet. Der Polysiliciumfilm 5 kann
aus einem nichtdotierten Polysilicium gebildet sein, das nicht mit
irgendeinem Dotierstoff dotiert ist.
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Auf
einer oberen Oberfläche des ersten Diaphragmas 25 sind
zwei Messwiderstände 7 gebildet, die Dehnung des
ersten Diaphragmas 25 erfassen als eine Änderung
im elektrischen Widerstand. An einem Abschnitt des Siliciumsubstrates 1,
an dem das erste Diaphragma 25 positioniert ist, ist ein
Durchgangsloch 41 gebildet, das eine hintere Oberfläche des
ersten Diaphragmas 25 offen legt. Zwischen dem ersten Diaphragma 25 und
dem Siliciumsubstrat 1 ist ein Ankerabschnitt 21 so
gebildet, dass er ein Öffnungsende des Durchgangsloches 41 auf
der Seite der ersten Hauptober fläche 1a von einer
Umfangsrichtung umgibt zum Befestigen des ersten Diaphragmas 25 auf
dem Siliciumsubstrat 1.
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Der
Ankerabschnitt 21 ist so gebildet, dass er einen Abschnitt
eines Opferfilmes 3 eines Polysiliciumfilmes, der eine Öffnung
eines ersten Isolierfilmes 2 füllt, und einen
Abschnitt des Polysiliciumfilmes 5, der eine Öffnung 32 eines
zweiten Isolierfilmes 4 füllt, umfasst, wobei
er sich von dem ersten Diaphragma 25 zu dem Siliciumsubstrat 1 erstreckt.
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Die
zwei Messwiderstände 7 sind aus Polysiliciumfilmen
auf dem Polysiliciumfilm 5 so gebildet, dass sie das erste
Diaphragma 25 bilden, wobei ein dritter Isolierfilm 6 dazwischen
eingefügt ist. Die Messwiderstände 7 sind
brückengeschaltet durch die Polysiliciumzwischenverbindung 7a,
die aus dem gleichen Polysiliciumfilm gebildet ist, der die Messwiderstände 7 bildet.
Ein vierter Isolierfilm 8 ist zum Bedecken der Messwiderstände 7 und
der Polysiliciumzwischenverbindung 7a gebildet.
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In
einem Bereich über dem vierten und fünften Isolierfilm 8 und 9 ist
eine Mehrzahl von Aluminiumanschlussflächen 12 gebildet.
Jede Aluminiumanschlussfläche 12 ist elektrisch
mit einer Aluminiumzwischenverbindung 12a verbunden. Jede
Aluminiumanschlussfläche 12 ist elektrisch mit
der Polysiliciumzwischenverbindung 7a durch einen Kontaktabschnitt 11 verbunden.
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Der
Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation
weist hauptsächlich ein Siliciumsubstrat 1, ein
zweites Diaphragma 26, Messwiderstände 7 und
Aluminiumanschlussflächen 12 auf. Auf der ersten
Hauptoberfläche 1 des Siliciumsubstrates 1 ist
das zweite Diaphragma 26 aus dem Polysiliciumfilm 5 gebildet. Auf
einer oberen Oberfläche des zweiten Dia phragmas 26 sind
zwei Messwiderstände 7 gebildet, die Dehnung des
zweiten Diaphragmas 26 als eine Änderung im elektrischen
Widerstand erfassen.
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Zwischen
dem zweiten Diaphragma 26 und dem Siliciumsubstrat 1 sind
der erste Siliciumfilm 2, der Polysilicium-Opferfilm 3 und
der zweite Isolierfilm 4 gestapelt. Der erste Isolierfilm 2 ist
zum Beispiel aus einem thermisch oxidierten Film gebildet. Der zweite
Isolierfilm 4 ist zum Beispiel aus TEOS (Tetraethoxysilan)
gebildet.
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Zwischen
dem zweiten Diaphragma 26 und dem Siliciumsubstrat 1 ist
ein Ankerabschnitt gebildet zum Umgeben des ersten Isolierfilmes 2,
des Polysilicium-Opferfilmes 3 und des zweiten Isolierfilmes 4 aus
der Umfangsrichtung zum Befestigen des zweiten Diaphragmas 26 auf
dem Siliciumsubstrat 1.
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Der
Ankerabschnitt 21 ist so gebildet, dass er einen Abschnitt
des Polysilicium-Opferfilmes 3, der eine Öffnung
des ersten Isolierfilmes 2 füllt, und einen Abschnitt
des Polysiliciumfilmes 5, der eine Öffnung 32 des
zweiten Isolierfilmes 4 füllt, umfasst, wobei
er sich von dem zweiten Diaphragma 26 zu dem Siliciumsubstrat 1 erstreckt.
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Zwei
Messwiderstände 7 sind aus Polysiliciumfilmen
auf dem Polysiliciumfilm 5 so gebildet, dass sie das zweite
Diaphragma 26 bilden, wobei ein dritter Isolierfilm 6 dazwischen
eingefügt ist. Der dritte Isolierfilm 6 ist zum
Beispiel aus einem Siliciumoxidfilm (HTO: Hochtemperaturoxid) gebildet.
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Die
Messwiderstände 7 sind brückengeschaltet
durch eine Polysiliciumzwischenverbindung 7a, die aus dem
gleichen Polysilicium film gebildet sind wie der, der die Messwiderstände 7 bildet.
Ein vierter Isolierfilm 8 ist zum Bedecken der Messwiderstände 7 und
der Polysiliciumzwischenverbindung 7a gebildet.
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In
einem Bereich über dem vierten und fünften Isolierfilm 8 und 9 ist
eine Mehrzahl von Aluminiumanschlussflächen 12 gebildet.
Jede Aluminiumanschlussfläche 12 ist elektrisch
mit einer Aluminiumzwischenverbindung verbunden. Jede Aluminiumanschlussfläche 12 ist
elektrisch mit der Polysiliciumzwischenverbindung 7a durch
einen Kontaktabschnitt 11 verbunden.
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Bei
dem Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes
und dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes
zur Temperaturkompensation sind das erste und zweite Diaphragma 25 und 26 aus
einem gemeinsamen Polysiliciumfilm 5 gebildet. Das erste
und zweite Diaphragma 25 und 26 als auch der erste
und der zweite Messwiderstand 7 an dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes und des Bildungsabschnittes 102 des
Blindwiderstandes zur Temperaturkompensation weisen symmetrische
Formen sowohl in der Draufsicht (1) als auch
in der Querschnittsansicht (2) auf.
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Genauer,
wie in 1 gezeigt ist, das erste Diaphragma 25 an
dem Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes
und das zweite Diaphragma 26 an dem Bildungsabschnitt 102 des
Blindwiderstandes zur Temperaturkompensation weisen Strukturen im
wesentlichen mit einer Liniensymmetrie in Bezug auf eine Phantomaxiallinie
J1 in der Draufsicht auf. Die Phantomaxiallinie J1 ist an dem Zentralabschnitt
des Ankerabschnittes 21 positioniert, der zwischen dem
ersten und dem zweiten Diaphragma 25 und 26 in
der Draufsicht positioniert ist. Ähnlich weisen der erste und
zweite Messwiderstand 7 Strukturen im Wesentlichen in Liniensymmetrie
zu der Phantomaxiallinie J1 in der Draufsicht auf.
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Weiter
weisen, wie in 2 gezeigt ist, das erste und
zweite Diaphragma 25 und 26 Strukturen im Wesentlichen
in Liniensymmetrie in Bezug auf die Phantomaxiallinie J2 in der
Querschnittsansicht auf. Die Phantomaxiallinie J2 ist an dem Zentralabschnitt des
Ankerabschnittes 21 positioniert, der zwischen dem ersten
und dem zweiten Diaphragma 25 und 26 im Querschnitt
positioniert ist. Ähnlich weisen der erste und der zweite
Messwiderstand 7 Strukturen im Wesentlichen in Liniensymmetrie
in Bezug auf die Phantomaxiallinie J2 in der Querschnittsansicht
auf.
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Der
Ankerabschnitt 21 ist aus dem gemeinsamen Polysiliciumfilm 5 gebildet,
der sich zu dem Siliciumsubstrat 1 so erstreckt, dass er
mit dem Siliciumsubstrat 1 verbunden ist. An dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes werden das Siliciumsubstrat 1,
der erste Isolierfilm 2, der Polysilicium-Opferfilm 3 und
der zweite Isolierfilm 4 unter dem Polysiliciumfilm 5 durch Ätzen
entfernt, wodurch das erste Diaphragma 25 gebildet wird.
Wegen solch einer Struktur führt eine Druckänderung
an dem ersten Diaphragma 25 zu einer Änderung
in dem Widerstandswert des ersten Messwiderstandes 7.
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An
dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation werden der zweite Isolierfilm 4 und ähnliches
unter dem Polysiliciumfilm 5 nicht weggeätzt.
Genauer, das zweite Diaphragma 26 ist ohne einen Raum gebildet, der
unter dem Polysiliciumfilm 5 gebildet ist. Wegen solch
einer Struktur führt eine Druckänderung an dem
zweiten Diaphragma 6 kaum zu irgendeiner Änderung
in dem Widerstandswert des zweiten Messwider standes 2.
Der Widerstandswert des zweiten Messwiderstandes 7 ändert
sich nämlich als Reaktion auf eine Temperaturänderung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind die zwei Messwiderstände 7,
die an dem Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes
und die zwei Messwiderstände 7, die an dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes
zur Temperaturkompensation mittels der Polysiliciumzwischenverbindung 7a brückengeschaltet.
Wenn sich daher das erste Diaphragma 25 des Bildungsabschnittes 101 des
aktiven Messwiderstandes durch den Druck verformt, ändert
sich der Widerstandswert des Messwiderstandes 7, und eine
Ausgangsspannung wird gemäß dem Druck erzeugt.
Weiter wird eine Änderung im Widerstandswert, die durch
die Temperaturänderung in dem Messwiderstand 7 an
dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation verursacht wird, durch die Brückenschaltung
von der Änderung im Widerstandswert abgezogen, die durch
die Druckänderung und die Temperaturänderung in
dem Messwiderstand 7 an dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes erzeugt wird, wodurch ein Einfluss der
Dehnung, die durch die Temperaturänderung verursacht wird, kompensiert
wird. Auf diese Weise kann die Temperaturabhängigkeit des
Halbleiterdrucksensors 100 beseitigt werden.
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In
dem Vorangehenden sind der Bildungsabschnitt 101 des aktiven
Messwiderstandes und der Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation durch die Aluminiumzwischenverbindung 12a verbunden.
Wie in 8 gezeigt ist, können Aluminiumanschlussflächen 12 direkt
mit jedem des Bildungsabschnittes 101 des aktiven Messwiderstandes
und des Bildungsabschnittes 102 des Blindmesswiderstandes
zur Temperaturkompensation verbunden sein. An dünnen Abschnitten
des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 und
des Siliciumsubstrates 1 kön nen die Eigenschaften
durch den Einfluss von Spannung auf das Aluminium verschlechtert
werden. Die Benutzung der Aluminiumanschlussflächen 12 von
kleinerer Fläche verringert solch einen Verschlechterungseinfluss
der Spannung auf das Aluminium.
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Obwohl
ein Beispiel, bei dem das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 eine
liniensymmetrische Struktur aufweisen und der erste und der zweite
Messwiderstand 7 eine liniensymmetrische Struktur aufweisen,
wie in dem Vorangehenden beschrieben worden ist, sind die Strukturen
nicht auf die Liniensymmetrie begrenzt, und Strukturen in Punktsymmetrie
sind auch möglich. Ebenfalls sind identische Strukturen,
wie in 8 gezeigt ist, ebenfalls verfügbar.
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Obwohl
ein Beispiel, bei dem der Bildungsabschnitt 101 des aktiven
Messwiderstandes und der Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation liniensymmetrische Strukturen aufweisen,
beschrieben worden ist, sind die Strukturen nicht liniensymmetriebeschränkt,
und Strukturen in Punktsymmetrie sind ebenfalls möglich. Weiter
sind identische Strukturen, wie in 8 gezeigt
ist, ebenfalls verfügbar.
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Im
Folgenden wird ein Herstellungsverfahren des Halbleiterdrucksensors
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 3, ein Substrat 1 mit
einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche 1a und 1b,
die einander gegenüberliegen, wird vorbereitet. Ein Siliciumsubstrat 1,
von dem die zweite Hauptoberfläche 1b eine Kristallorientierung
von (100) aufweist, wird benutzt. Auf dem Siliciumsubstrat 1 wird
ein erster Isolierfilm 2 zum Beispiel ein thermisch oxidierter
Film gebildet. Öffnungen werden durch Ätzen in
dem ersten Isolierfilm 2 an Positionen gebildet, an denen
das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 (2)
und der Ankerabschnitt 21 zu bilden sind.
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Danach
wird zum Füllen der Öffnungen der Polysilicium-Opferfilm 3 zum
Beispiel durch dotiertes Polysilicium auf dem ersten Isolierfilm 2 gebildet.
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Bezug
nehmend auf 4, eine Öffnung wird
in dem Polysilicium-Opferfilm 3 zum Umgeben einer Bodenoberfläche 10a des
Diaphragmas gebildet. Die Diaphragma-Bodenoberfläche 10a stellt
die Form des Polysilicium-Opferfilmes 3 dar, die geöffnet wurde
unmittelbar nachdem das Durchgangsloch 41 den Polysilicium-Opferfilm 3 erreicht
hat, als Resultat des Siliciumätzens von der zweiten Hauptoberfläche 1b.
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Als
nächstes wird der zweite Isolierfilm 4 durch zum
Beispiel TEOS gebildet. Der zweite Isolierfilm 4 steht
in Kontakt mit dem ersten Isolierfilm 2 an der Öffnung 31 und
er dient als ein Ätzstopper, wenn der erste und der zweite
Isolierfilm 2 und 4 von der zweiten Hauptoberfläche 1b siliciumgeätzt
werden. In dem zweiten Isolierfilm 4 wird eine Öffnung 32 gebildet
zum Umgeben des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 (2),
auf der Grundlage des Gebietes zum Bilden des Ankerabschnittes 21. Weiter
wird die Größe des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 (2)
durch den Polysilicium-Opferfilm und den zweiten Isolierfilm 4 bestimmt. Auf
diese Weise wird die Öffnung 32, die die erste Hauptoberfläche 1 des
Siliciumsubstrates 1 frei legt, in dem ersten Isolierfilm 2 gebildet,
zum Umgeben von der Umfangsrichtung eines vorbestimmten Bereiches,
in dem das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 (2)
und der Ankerabschnitt 21 zu bilden sind.
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Danach
wird der Polysiliciumfilm 5, der beide Diaphragmen in dem
Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes und
dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation werden soll, zum Beispiel aus einem dotierten
Polysiliciumfilm gebildet. Durch mechanische Spannungssteuerung
wird der Polysiliciumfilm 5 so gebildet, dass er eine flache
Oberfläche aufweist, wenn die Spannung freigegeben wird.
Auf diese Weise wird der Polysiliciumfilm 5, der das erste und
das zweite Diaphragma 25 und 26 (2)
werden soll, in die Öffnung 32 des zweiten Isolierfilmes 4 gefüllt,
so dass er mit einem Abschnitt des Polysilicium-Opferfilmes 3 zu
verbinden ist, und ein Abschnitt des Polysilicium-Opferfilmes 3 wird
in den ersten Isolierfilm 2 gefüllt, so dass er
mit dem Siliciumsubstrat 1 zu verbinden ist, wodurch der
Ankerabschnitt 21 gebildet wird.
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Als
nächstes wird auf dem Polysiliciumfilm 5, der
das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 werden
soll (2), ein dritter Isolierfilm 6 aus zum Beispiel
HTO durch CVD (chemisches Dampfabscheiden) abgeschieden.
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Als
nächstes werden die Polysiliciumzwischenverbindung 7a und
der Messwiderstand 7 (1) an vorgeschriebenen
Positionen auf dem dritten Isolierfilm 6 gebildet. Die
Polysiliciumzwischenverbindung 7a und der Messwiderstand 7 werden
zum Beispiel durch Einführen eines Dotierstoffes wie B
(Bor) in einen undotierten Polysiliciumfilm gebildet.
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Danach
wird der vierte Isolierfilm 8 zum Bedecken der Polysiliciumzwischenverbindung 7a gebildet.
Dann wird der fünfte Isolierfilm 9 gebildet. Dann
werden die Aluminiumzwischenverbindun gen 12a gebildet.
Somit ist das Muster auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 1a fertig.
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Als
nächstes wird die zweite Hauptoberfläche des Siliciumsubstrates 1 einem
Schleifen unterworfen, so dass ein dünner Film von ungefähr
200 μm gebildet wird. Danach wird, wie in 3 gezeigt ist,
eine vorgeschriebene Diaphragma-Ätzmaske 10 auf
einem Bereich der zweiten Hauptoberfläche 1b des
Siliciumsubstrates 1 gebildet. Die Diaphragma-Ätzmaske 10 wird
in Hinblick auf den Überlagerungsfehler, den Seitenätzbetrag
während des Siliciumätzens gebildet. Insbesondere
wird die Diaphragma-Ätzmaske 10 derart gebildet,
dass, wenn das Siliciumsubstrat 1 geätzt wird
und das Durchgangsloch 41 den Polysilicium-Opferfilm 3 erreicht,
die Diaphragma-Bodenoberfläche 10a nicht gegen
den Polysilicium-Opferfilm 3 an dem Bildungsabschnitt 102 des
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation stößt.
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Weiter
wird die Diaphragma-Ätzmaske 10 derart gebildet,
dass die Diaphragma-Bodenoberfläche 10a nicht
außerhalb des Polysilicium-Opferfilmes 3 an dem
Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes ist.
Genauer, Bezug nehmend auf 7, wenn
ein Überlagerungsfehler in der Fotolithographie auftreten
sollte, würde der Polysilicium-Opferfilm 3 an
dem Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation geätzt werden. In solch einem Fall
wird der Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes
zur Temperaturkompensation durch die Druckänderung beeinflusst, und
eine genaue Temperaturkompensation wird unmöglich.
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Als
nächstes wird, wie in 4 gezeigt
ist, das Siliciumsubstrat 1 unter Benutzung der Diaphragma-Ätzmaske 10 geätzt.
Wie in 5 gezeigt ist, nach der Bildung der Diaphragma- Bodenoberfläche 10a wird
das Ätzen fortgesetzt und das Siliciumsubstrat 1 und
der Polysilicium-Opferfilm 3 werden seitengeätzt.
Wenn das Ätzen weiter fortgesetzt wird, wird das Durchgangsloch 41,
das in dem Siliciumsubstrat 1 gebildet wird, größer,
wie in 6 gezeigt ist.
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Das
Siliciumsubstrat 1 wird unter Benutzung eines Alkaliätzmittels
wie TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) geätzt. Ätzen
wird fortgesetzt, bis der Polysilicium-Opferfilm 3 vollständig
entfernt ist. Der zweite Isolierfilm 4 dient als Ätzstopper.
Somit wird das Durchgangsloch 41 gebildet, so dass die
Oberfläche eines Abschnittes des zweiten Isolierfilmes 4 offen
gelegt wird. Wenn das Siliciumätzen unter Benutzung von
TMAH ausgeführt wird und der zweite Isolierfilm aus einem
Oxidfilm wie TEOS gebildet ist, kann eine ausreichende Ätzselektivität
erzielt werden, was die Bildung des ersten Diaphragmas 25 erleichtert.
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Schließlich
werden der zweite Isolierfilm 4 und die Diaphragma-Ätzmaske 10 durch
HF (Flusssäure) entfernt, wodurch Abschnitte des ersten
und des zweiten Isolierfilmes 2 und 4, die an
einem vorbestimmten Bereich positioniert sind, an dem das erste
Diaphragma 25 zu bilden ist, entfernt werden. Der Polysiliciumfilm 5 des
ersten Diaphragmas 25 wird durch das Durchgangsloch 41 offen
gelegt, und somit wird das erste Diaphragma 25 an dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes gebildet.
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Als
nächstes werden die Funktionen und Effekte der vorliegenden
Ausführungsform beschrieben.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, wenn es eine Druckänderung
auf dem ersten Diaphragma 25 gibt, ändert sich
der Widerstandswert des ersten Messwiderstandes 7. Der
Widerstandswert des ersten Messwiderstandes 7 ändert
sich auch in Abhängigkeit von der Temperatur. Daher ist es
durch das erste Diaphragma 25 selbst schwierig, die Änderung
im Widerstandswert zu messen, die alleine von der Druckänderung
auf den ersten Messwiderstand 7 wirkt. Andererseits hat
das zweite Diaphragma 26 keinen Raum unter dem Polysiliciumfilm 5,
und daher ändert sich der Widerstandswert des zweiten Messwiderstandes 7 kaum,
selbst wenn sich der Druck ändert. Der Widerstandswert
des zweiten Messwiderstandes 7 ändert sich als
Reaktion auf die Temperaturänderung.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform weisen das erste und das
zweite Diaphragma 25 und 26 die identische oder
symmetrische Struktur auf, und der erste und der zweite Messwiderstand 7 weisen die
identische oder symmetrische Struktur auf. Daher kann die Änderung
im Widerstandswert des ersten Messwiderstandes 7, die durch
die Temperaturänderung des ersten Diaphragmas 25 verursacht
wird, unter Benutzung des zweiten Diaphragmas 26 gemessen
werden.
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Daher
kann von der Änderung in dem Widerstandswert, der von dem
Druck und der Temperatur abgeleitet wird, die durch den ersten Messwiderstand 7 gemessen
sind, die Änderung im Widerstandswert, die von der Temperatur
abgeleitet wird, die von dem zweiten Messwiderstand 7 gemessen
wird, subtrahiert werden. Dieses realisiert eine hochgenaue Temperaturkompensation
des Halbleiterdrucksensors 100. Daher kann der Halbleiterdrucksensor 100 genau
die Änderung messen, die durch den Druck verursacht wird.
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Weiter
enthält der Bildungsabschnitt 101 des aktiven
Messwiderstandes zum Messen des Druckes zusätzlich zu dem
ersten Diaphragma 25 und dem ersten Messwiderstand 7 die
Polysiliciumzwischenverbindung 7a, den Kontaktabschnitt 11,
usw. Weiter enthält der Bildungsabschnitt 102 des
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation zusätzlich zu
dem zweiten Diaphragma 26 und dem zweiten Messwiderstand 7 die
Polysiliciumzwischenverbindung 7b den Kontaktabschnitt 11,
usw. Da der Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes und
der Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur
Temperaturkompensation so gebildet sind, dass sie einander symmetrische
oder identische Strukturen aufweisen, kann der Einfluss der Temperatureigenschaften
nicht nur auf das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 und
den ersten und den zweiten Messwiderstand 7 sondern auch
auf die Polysiliciumzwischenverbindungen 7a und die Kontaktabschnitte 11 kompensiert
werden. Weiter wird das Bemustern leichter, und folglich kann die Produktivität
verbessert werden.
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Durch
die Brückenverbindung zwischen dem Bildungsabschnitt 101 des
aktiven Messwiderstandes und dem Bildungsabschnitt 102 des
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation kann die Temperaturabhängigkeit
des Halbleiterdrucksensors 100 beseitigt werden.
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Da
das erste Diaphragma 25 des Bildungsabschnittes 101 des
aktiven Messabschnittes und das zweite Diaphragma 26 des
Bildungsabschnittes des Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation
den gemeinsamen Ankerabschnitt 21 aufweisen, kann der Halbleiterdrucksensor 100 in
der Größe reduziert werden.
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Als
nächstes werden Funktionen und Effekt der vorliegenden
Ausführungsform im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel
beschrieben.
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In
einem üblichen Halbleiterdrucksensor gibt es einen Überlagerungsfehler
von ungefähr 10 μm zwischen einem Messwiderstand
auf einer vorderen Oberflächenseite und einer Diaphragma-Ätzmaske auf
einer hinteren Oberflächenseite. Weiter gibt es eine Variation
von ungefähr 10 μm im Betrag des Seitenätzens
beim Diaphragma-Ätzen. Wegen des Fehlers und der Variation,
die oben erwähnt wurden, ist es schwierig, die Größe
des herkömmlichen Halbleiterdrucksensors zu reduzieren.
Bei einem üblichen Halbleiterdrucksensor wird die Diaphragma-Dicke durch
Steuern der Ätzzeit eingestellt. Solch eine Steuerung führt
zu einer niedrigeren Betriebseffizienz und unzureichender Genauigkeit.
Weiter ist es schwierig, das Diaphragma in Hinblick auf die Variation
in der Waferdicke nach dem Schleifen und Variation in dem Ätzbetrag
der Waferoberfläche dünner zu machen.
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Dagegen
ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der Polysilicium-Opferfilm 3 geätzt, und dadurch
wird das erste und das zweite Diaphragma 25 und 26 gebildet,
die in Kontakt mit dem Substrat 1 durch den Ankerabschnitt 21 stehen.
Daher wird die Fläche des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 durch
den Ankerabschnitt 21 bestimmt, der an einem äußeren
Rand des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 gebildet
ist.
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Weiter
wird die Dicke des ersten und des zweiten Diaphragmas 25 und 26 durch
die Dicke des Polysiliciumfilmes 5 und die Höhe
des Ankerabschnittes 21 von dem Siliciumsubstrat 1 nach
dem Ätzen des Polysilicium-Opferfilmes 3 bestimmt.
Die Positionen, an denen der Ankerabschnitt 21 und die Messwiderstände 7 gebildet
werden, werden durch die Genauigkeit der Fotolithographie auf der
Seite der ersten Hauptoberfläche 1a bestimmt.
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Genauer,
die Fläche, Dicke und Positionen des ersten und des zweiten
Diaphragmas 25 und 26 können eingestellt
werden durch Steuern der Filmbildungsgenauigkeit des Polysilicium-Opferfilmes 3 und des
Polysiliciumfilmes 5 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 1a des
Siliciumsubstrates 1, die Genauigkeit der Bearbeitung einschließlich
der Fotolithographie und die Registrationsgenauigkeit zwischen den
Messwiderständen 7 und dem Ankerabschnitt 21.
Als Resultat wird es möglich, genau das erste und das zweite
Diaphragma 25 und 26 durch den Ankerabschnitt 21 zu
tragen. Daher kann ein hochgenauer und kompakter Halbleiterdrucksensor vorgesehen
werden.
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(Ausführungsform 2)
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Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von Ausführungsform
1 hauptsächlich in der Weise des Ätzens des Siliciumsubstrates 1.
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Bezug
nehmend auf 9 weist im Vergleich mit Ausführungsform
1 die Diaphragma-Ätzmaske 10 eine längliche
Form entlang der Längsrichtung des Messwiderstandes 7 in
der Draufsicht auf. Weiter weist die Diaphragma-Bodenoberfläche 10a eine
Form eines Parallelogramms in der Draufsicht auf.
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Bezug
nehmend auf 10 ist das Durchgangsloch 41 in
dem Siliciumsubstrat so gebildet, dass es sich von der zweiten Hauptoberfläche 1b zu der
ersten Hauptoberfläche 1a erstreckt und sich im Wesentlichen
vertikal zu einem mittleren Abschnitt zwischen der zweiten Hauptoberfläche 1b und
der ersten Hauptoberfläche 1a von der zweiten
Hauptoberfläche 1b erstreckt. Das Durchgangsloch 41 ist
so gebildet, dass es sich allmählich von dem mittleren Abschnitt
zwischen der zweiten Hauptoberfläche 1b und der
ersten Hauptoberfläche 1 zu der ersten Hauptoberfläche 1a erweitert.
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Bezug
nehmend auf 11 wird ein Siliciumsubstrat 1,
dessen zweite Hauptoberfläche 1b eine Kristallorientierung
von (110) aufweist, benutzt. Danach wird durch die gleichen Prozessschritte
wie in der Ausführungsform 1 die Musterbildung
auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 1a fertig
gestellt. Danach wird die Diaphragma-Ätzmaske 10 gebildet zum
Ermöglichen des Ätzens in der Richtung von <111> auf der zweiten Hauptoberfläche 1b.
Bezug nehmend auf 12 wird die Wandoberfläche
des Durchgangsloches 41 in dem Siliciumsubstrat 1 so bearbeitet,
dass sie vertikal ist. Als Resultat ist die Diaphragma-Bodenoberfläche 10a gebildet.
Bezug nehmend auf 13 werden durch fortgesetztes Ätzen
das Siliciumsubstrat 1 und der Polysilicium-Opferfilm 3 seitengeätzt.
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Mit
der Ausnahme der oben beschriebenen Punkte sind die Struktur und
das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Ausführungsform die gleichen wie jene der Ausführungsform
1, die oben beschrieben wurde, und daher sind die gleichen Komponenten
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung
davon wird nicht wiederholt.
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Aus
dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass die Ausführungsform
2 die Funktionen und Effekte ähnlich zu jenen der Ausführungsform
1 erzielt.
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Da
weiter die (110)-Ebene der zweiten Hauptoberfläche 1b des
Siliciumsubstrates 1 in der <111>-Richtung
geätzt wird, kann ein Teil der Wandoberfläche
des Siliciumsubstrates 1 so bearbeitet werden, dass sie
vertikal ist. Dieses verhindert, dass das Ätzen des Siliciumsubstrates 1 an
dem Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes
den Bildungsabschnitt 102 des Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation
erreicht. Als Resultat können das erste Diaphragma 25 an
dem Bildungsabschnitt 101 des aktiven Messwiderstandes
und das zweite Diaphragma 26 an dem Bildungsabschnitt 102 des
Blindmesswiderstandes zur Temperaturkompensation mit höherer
Genauigkeit gebildet werden.
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(Ausführungsform 3)
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Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von Ausführungsform
1 hauptsächlich in dem Messwiderstand 7 und der
Polysiliciumzwischenverbindung 7a.
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Bezug
nehmend auf 14, ist eine Mehrzahl von Blindpolysiliciummustern
(Blindmustern) 7b in einer Richtung gebildet, die die Längsrichtung
des Messwiderstandes 7 schneidet. Die Blindpolysiliciummuster 7b sind
so angeordnet, dass sie die gleiche Breite und den gleichen Abstand
wie die Breite und der Abstand des Messwiderstandes 7 in
der Draufsicht aufweisen.
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Bezug
nehmend auf 15 wird das Blindpolysiliciummuster 7b auf
dem gleichen Polysiliciumfilm wie die Polysiliciumzwischenverbindung 7a gebildet,
die auf dem dritten Isolierfilm 6 gebildet ist. Weiter
wird der Messwiderstand 7 benachbart zu dem Blindpolysiliciummuster 7b gebildet.
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Wie
in 15 gezeigt ist, ist das Blindpolysilicium 7b auf
dem dritten Isolierfilm 6 gebildet. Das Blindpolysiliciummuster 7b wird
als Beispiel durch Einführen eines Dotierstoffes wie B
in einem undotierten Polysiliciumfilm gebildet.
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Mit
der Ausnahme der oben beschriebenen Punkte sind die Strukturen des
Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden
Ausführungsform die gleichen wie jene der Ausführungsform
1, die oben beschrieben wurde, und daher sind die gleichen Komponenten
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung
davon wird nicht wiederholt.
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Wie
aus dem Vorangehenden ersichtlich ist, erzielt die Ausführungsform
3 die Funktionen und Effekte ähnlich zu jenen der Ausführungsform
1.
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Weiter
ist die Querschnittsfläche des ersten und des zweiten Messwiderstandes 7 kleiner,
daher kann der Piezowiderstandskoeffizient größer
gemacht werden. Wenn die Breite des ersten und des zweiten Messwiderstandes 7 reduziert
wird, nimmt jedoch der Einfluss der Variation in der Resistbreite bei
der Fotolithographie und die Variation bei dem Ätzen zu.
Durch Vorsehen einer Mehrzahl von Blindpolysiliciummustern 7b,
die so angeordnet sind, dass sie die gleiche Breite und den gleichen
Abstand wie der erste und der zweite Messwiderstand 7 aufweisen,
kann die Bemusterungsgenauigkeit verbessert werden. Somit können
die oben erwähnten Variationen reduziert werden. Durch
Reduzieren der Breite und der Querschnittsfläche des ersten
und des zweiten Messwiderstandes 7 wird es möglich,
den Piezowiderstandskoeffizienten des ersten und des zweiten Messwiderstandes 7 zu
erhöhen. Folglich kann ein Halbleiterdrucksensor höherer
Genauigkeit vorgesehen werden.
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Weiter
ist es durch Reduzieren der oben erwähnten Variationen
möglich, den ersten und den zweiten Messwiderstand 7 mit
höherer Genauigkeit zu bilden.
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Die
vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise insbesondere auf einen
Halbleiterdrucksensor angewendet werden, der Tempera turkompensation ausführen
kann, und auf ein Herstellungsverfahren desselben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 63-1787353 [0003]
- - JP 63-042179 A [0004]
- - JP 60-259922 A [0005, 0007]