DE102017208436B4 - Halbleiterdrucksensor - Google Patents

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Abstract

Halbleiterdrucksensor (100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F), aufweisend:• eine stationäre Elektrode (18), die an einer Hauptseite eines Halbleitersubstrats (11) angeordnet ist; und• eine Membran (61), die durch einen Luftspalt (51) in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats zumindest in einem Bereich bewegbar ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der stationären Elektrode ist, wobei die Membran• eine bewegbare Elektrode (39);• eine erste Isolierschicht (39d), die mit Bezug auf die bewegbare Elektrode näher an dem Luftspalt angeordnet ist;• eine zweite Isolierschicht (58), die mit Bezug auf die bewegbare Elektrode gegenüberliegend zu dem Luftspalt angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht von demselben Schichttyp ist wie die erste Isolierschicht; und• eine Abschirmschicht (59), die die zweite Isolierschicht zwischen sich und der bewegbaren Elektrode aufnimmt, aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Druckeigenspannung aufweist, eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Zugeigenspannung aufweist, und eine dritte Polysiliziumschicht (39c), die eine Druckeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht, die zweite Polysiliziumschicht und die dritte Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Druckeigenspannung aufweist, oderdass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Zugeigenspannung aufweist, eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Druckeigenspannung aufweist, und eine dritte Polysiliziumschicht (39c), die eine Zugeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht, die zweite Polysiliziumschicht und die dritte Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Zugeigenspannung aufweist, oderdass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Druckeigenspannung aufweist, und eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Zugeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht und die zweite Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer vorgegebenen Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Druckeigenspannung aufweist, oderdass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Zugeigenspannung aufweist, und eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Druckeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht und die zweite Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Zugeigenspannung aufweist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Der Halbleiterdrucksensor ist zum Einbau in eine Schaltung (nachfolgend „MOS-Schaltung“ genannt) geeignet, die einen Feldeffekttransistor aufweist, der eine MOS-Struktur (nachfolgend „MOS-Transistor“ genannt) aufweist.
  • Der Ausdruck „MOS“ wird seit langem für mehrschichtigen Strukturen aus einem Metall, einem Oxid und einem Halbleiter verwendet und ist ein Akronym für „metal-oxid-semiconductor“. Insbesondere sind MOS-Transistoren angesichts der heutigen Integration in die Herstellungsprozesse und der Verbesserung der Herstellungsprozesse hinsichtlich ihrer Werkstoffe für Gate-Isolierschichten oder Gate-Elektroden verbessert worden.
  • Die MOS-Transistoren haben beispielsweise statt Metallen Polysilizium als einen Werkstoff für die Gate-Elektroden übernommen, um selbstjustierende Sources und Drains auszubilden. Obwohl Werkstoffe mit einer höheren dielektrischen Konstante als die Werkstoffe für die Gate-Isolierschichten verwendet werden, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern, sind diese Werkstoffe zudem nicht notwendigerweise auf Oxide eingeschränkt.
  • Daher wird der Ausdruck „MOS“ nicht notwendigerweise allein für die mehrschichtigen Strukturen aus einem Metall, einem Oxid und einem Halbleiter verwendet, und die Beschreibung basiert nicht auf einer solchen Einschränkung. Hinsichtlich des technischen Wissens ist mit anderen Worten „MOS“ nicht allein eine Abkürzung, die aus ihrer Etymologie abgeleitet ist, sondern umfasst auch weitgehend die Bedeutung von mehrschichtigen Strukturen aus einem Leiter, einem Isolator und einem Halbleiter.
  • Ein Halbleiterdrucksensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE 10 2004 061 796 A1 bekannt. Ein weiterer Halbleiterdrucksensor ist in der US 2008/0257497 A1 beschrieben.
  • In den vergangenen Jahren sind Halbleiterdrucksensoren auf verschiedenen Gebieten, umfassend Fahrzeuge, verwendet worden. Die Halbleiterdrucksensoren sind mit einer MOS-Schaltung integriert, wie beispielsweise durch das japanische Patent Nr. 4267322 (nachfolgend Patentdokument 1 genannt) offenbart.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor, der durch Patentdokument 1 offenbart ist, sind ein MOS-Bereich, in dem eine MOS-Schaltung auszubilden ist, und ein Drucksensorbereich, in dem ein Drucksensor auszubilden ist, in einem Halbleitersubstrat definiert.
  • In dem MOS-Bereich ist eine MOS-Schaltung ausgebildet, die einen n-Kanal-MOS-Transistor und einen p-Kanal-MOS-Transistor aufweist. In dem Drucksensorbereich ist ein kapazitiver Halbleiterdrucksensor ausgebildet.
  • Ähnlich wie bei dem durch Patentdokument 1 offenbarten Halbleiterdrucksensor ist ein kapazitiver Halbleiterdrucksensor bei jedem der Halbleiterdrucksensoren ausgebildet, die durch das japanische Patent Nr. 3359871 und das japanische Patent Nr. 3310216 (nachfolgend Patentdokument 2 bzw. Patentdokument 3 genannt) offenbart sind.
  • Bei einem solchen kapazitiven Halbleiterdrucksensor sind eine stationäre Elektrode und eine bewegbare Elektrode ausgebildet, und eine Vakuumkammer ist zwischen der stationären Elektrode und der bewegbaren Elektrode vorhanden. Die Vakuumkammer ist mit einer Abdichtschicht abgedichtet. Ein Abstand zwischen der stationären Elektrode und der bewegbaren Elektrode variiert in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks und wird als ein Wert einer elektrostatischen Kapazität (nachfolgend „Kapazität“) zwischen der stationären Elektrode und der bewegbaren Elektrode erfasst. Der Druck wird auf der Basis der Variation der Kapazität gemessen.
  • Die bewegbare Elektrode hat eine Eigen- bzw. Innenspannung, da sie beispielsweise unter Verwendung eines Halbleiterprozesses durch Abscheiden von Polysilizium ausgebildet ist. Beispiele zur Reduzierung der Eigenspannung von Polysilizium, das die bewegbare Elektrode ausbilden soll, umfassen die Durchführung einer Hochtemperaturwärmebehandlung. Der Halbleiterdrucksensor, der mit einer MOS-Schaltung integriert ist, macht es schwierig, ein solches Verfahren anzuwenden.
  • Daher schlägt Patentdokument 1 eine Technik zur gleichzeitigen Durchführung einer Hochtemperaturwärmebehandlung an einer Membran, die eine bewegbare Elektrode ist, und ein Glühen zur Aktivierung einer Source und eines Drains eines CMOS-Transistors vor.
  • Wie in Patentdokument 2 beschrieben, krümmt sich eine bewegbare Elektrode manchmal in eine konvexe Form gegenüberliegend zu einer Vakuumkammer, wenn die Eigenspannung eine Druckspannung ist. Eine solche konvexe Form der bewegbaren Elektrode destabilisiert die Eigenschaften des Halbleiterdrucksensors.
  • Daher schlägt Patentdokument 2 eine Technik zur Spannungsregulierung an einer bewegbaren Elektrode vor, bei der beispielsweise ein dicker Abschnitt, der eine Druckspannung an dem Rand der bewegbaren Elektrode aufweist, oder eine Schicht mit einer Zugeigenspannung bzw. Zuginnenspannung an der Mitte der bewegbaren Elektrode ausgebildet wird, um zu verhindern, dass die bewegbare Elektrode gegenüberliegend zu einer Vakuumkammer eine konvexe Form aufweist.
  • Als solches ist das Weglassen einer Hochtemperaturwärmebehandlung zur Spannungsregulierung an einer bewegbaren Elektrode zur monolithischen Integration mit MOS-Schaltungen, die durch eine Mikrobearbeitung gebildet sind, geeignet.
  • Wie in Patentdokument 3 beschrieben, wird ein geladenes Material manchmal von der bewegbaren Elektrode angezogen, wenn ein zu messendes Objekt bei der Messung des Drucks in Kontakt mit einer bewegbaren Elektrode steht. Das geladene Material kann eine Schwankung des Potenzials der bewegbaren Elektrode verursachen und folglich die Ausgabe des Halbleiterdrucksensors destabilisieren.
  • Daher schlägt Patentdokument 3 eine Technik zur Ausbildung einer geerdeten leitfähigen Schicht zur elektromagnetischen Abschirmung an einer Oberfläche der bewegbaren Elektrode über eine Isolierschicht unter Verwendung von leitfähigem Polysilizium vor. Dies macht den Halbleiterdrucksensor betriebssicherer.
  • Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2014-115153 (nachfolgend Patentdokument 4 genannt), die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-274096, die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. H11-281509 und die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. H08-335707 werden als weiterer Stand der Technik bezüglich der vorliegenden Anmeldung angeführt.
  • Die mit Patentdokument 1 vorgeschlagene Technik verwendet eine spannungsarme Nitritschicht mit einer Druckspannung als eine Schicht unter der Polysiliziumschicht. Da eine Membran, die einer Temperaturänderung unterworfen wird, aufgrund eines Unterschieds in dem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen der Polysiliziumschicht und der Nitritschicht leicht ausgelenkt wird, ist das Abbauen von Spannungen in der Membran durch Glühen zur Aktivierung einer Source und eines Drains eines CMOS-Transistors nicht bevorzugt.
  • Zudem hat die Membran aufgrund der Druckspannung der Polysiliziumschicht und der Zugspannung der Nitritschicht unter der Polysiliziumschicht eine konvexe Form nach unten. Die konvexe Form hat einen Nachteil, dass sie Herstellungsschwankungen in jeder der Schichten unterworfen ist.
  • Die mit Patentdokument 2 vorgeschlagene Technik erfordert die Ausbildung einer Schicht unter Regulierung durch die Druckspannung oder die Zugspannung teilweise in einem Bereich der bewegbaren Elektrode, und erfordert daher ein Hinzufügen von Prozessen zur Ausbildung einer solchen Schicht, in der die Spannung reguliert wird, und eine Strukturierung der Schicht durch Fotolithographie. Solche zusätzlichen Prozesse vergrößern und komplizieren die Herstellungsverfahren insgesamt, was nicht bevorzugt ist.
  • Bei der mit Patentdokument 3 vorgeschlagenen Technik wird eine Isolierschicht allein für einen Abschnitt der bewegbaren Elektrode ausgebildet, an dem die leitfähige Schicht zur elektromagnetischen Abschirmung ausgebildet ist. Dies zeigt eine Übernahme einer mehrschichtigen Struktur auf Schichten mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Eine solche Übernahme erhöht und kompliziert die Abhängigkeit der Auslenkung der bewegbaren Elektrode von einer Temperatur. Daher sollten Änderungen der Auslenkung der bewegbaren Elektrode, die einer Änderung in einem angelegten Druck unterworfen ist, von Änderungen der Auslenkung der bewegbaren Elektrode, die einer Temperaturänderung unterworfen ist, getrennt werden. Jedoch erfordert eine solche Separation eine komplizierte Korrektur.
  • Eine Schaltung für eine solche Korrektur kann in eine MOS-Schaltung eingebunden sein. Jedoch vergrößert das Hinzufügen der Schaltung zur Korrektur die Schaltungsgröße und die Größe eines Chips, der die Schaltung umfasst, was nicht bevorzugt ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von solchen Gesichtspunkten erdacht und hat als eine Aufgabe eine Bereitstellung eines Halbleiterdrucksensors, der keine Wärmebehandlung zur Regulierung einer Spannung erfordert und der betriebssicherer ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung zum Inhalt.
  • Der Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt keine Wärmebehandlung zur Regulierung einer Spannung und ist betriebssicherer.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen.
  • Figurenliste
    • 1-2 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigen;
    • 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigt;
    • 4-5 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils schematisch einen Aufbau einer Membran zeigen;
    • 6-13 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschreiben;
    • 14 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt;
    • 15 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt;
    • 16-18 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 beschreiben;
    • 19 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 3 zeigt;
    • 20 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 3 zeigt;
    • 21 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 4 zeigt;
    • 22 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 5 zeigt; und
    • 23 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors gemäß Ausführungsbeispiel 6 zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele werden nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 1 und 2 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors 100A gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigen. 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiterdrucksensors 100A zeigt. In 3 entspricht die Linie AA der Schnittdarstellung aus 1, und die Linien BB entsprechen dem Querschnitt aus 2. Es sei angemerkt, dass „(100B)“, das in 3 neben dem Bezugszeichen „100A“ hinzugefügt ist, andeutet, dass 3 als eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensors 100B gemäß Ausführungsbeispiel 2, das später beschrieben wird, verwendet wird, jedoch keine weitere Bedeutung hat.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100A ist an einem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet. Die Technik zur Ausbildung einer CMOS-Schaltung an dem Halbleitersubstrat 11 ist beispielsweise in Patentdokument 4 ausgeführt. Daher wird die Beschreibung hier weggelassen. Das Halbleitersubstrat 11 ist beispielsweise ein Siliziumsubstrat.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100A ist an einer Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. In den 1 und 2 ist die Hauptseite gegenüberliegend zu der Seite, die unter dem Halbleitersubstrat 11 gegeben ist.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100A umfasst eine stationäre Elektrode 18 und eine Membran 61. Die stationäre Elektrode 18 ist auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 angeordnet. Die Membran 61 ist durch einen Luftspalt 51 gegenüberliegend zumindest zu der stationären Elektrode 18 und ist einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 11 (nachfolgend einfach „Dickenrichtung“ genannt) bewegbar.
  • An der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 sind ein erster Quellbereich 12 und ein zweiter Quellbereich 13 ausgebildet. Der erste Quellbereich 12 und der zweite Quellbereich 13 unterscheiden sich in dem Leitfähigkeitstyp. Wenn beispielsweise der erste Quellbereich 12 p-leitend ist, ist der zweite Quellbereich 13 n-leitend.
  • Die stationäre Elektrode 18 ist an der Oberfläche des ersten Quellbereichs 12 ausgebildet und hat denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Quellbereich 12. Die stationäre Elektrode 18 ist als eine Fremdstoffdiffusionsschicht realisiert, deren Fremdstoffdichte höher ist als diejenige des ersten Quellbereichs 12 und die als ein Leiter dient. Eine Isolierschicht 19 ist auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet, um die stationäre Elektrode 18 zu umgeben. Eine sogenannte Feldoxidschicht kann als die Isolierschicht 19 dienen.
  • Ein Teil der Isolierschicht 19, der an dem ersten Quellbereich 12 angeordnet ist, und der erste Quellbereich 12 nehmen einen Diffusionsschicht 20 zwischen sich auf. Die Diffusionsschicht 20 hat denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Quellbereich 12, hat eine höhere Fremdstoffdichte als der erste Quellbereich 12 und dient als ein Leiter. Die Diffusionsschicht 20 ist in Kontakt mit der stationären Elektrode 18 und fungiert als eine sogenannte diffundierte Leitung. Der erste Quellbereich 12 kann ebenfalls als die diffundierte Leitung betrachtet werden.
  • Der erste Quellbereich 12, der zweite Quellbereich 13, die Feldoxidschicht und die Fremdstoffdiffusionsschicht, die als ein Leiter dienen, der an dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet ist, sind von den Techniken zur Ausbildung beispielsweise von CMOS-Schaltungen bekannt.
  • Die stationäre Elektrode 18 und die Isolierschicht 19 sind mit einer Schutzschicht 25 abgedeckt. Obwohl die Schutzschicht 25 als Funktion den Schutz der stationären Elektrode 18 vor einem Ätzen bei der Ausbildung des Luftspalts 51 hat, dient sie keiner Funktion bezüglich eines Betriebs des Halbleiterdrucksensors 100A. Zudem muss die Schutzschicht 25 nicht notwendigerweise die Isolierschicht 19 abdecken.
  • Die Membran 61 umfasst eine bewegbare Elektrode 39, eine erste Isolierschicht 39d, eine zweite Isolierschicht 58 und eine leitfähige Abschirmschicht 59. Die erste Isolierschicht 39d und die zweite Isolierschicht 58 sind von demselben Schichttyp und sind beispielsweise Oxidschichten, die aus Tetraethylorthosilicat(TEOS)-basiertem Glas hergestellt sind. Die bewegbare Elektrode 39 und die leitfähige Abschirmschicht 59 sind beispielsweise aus leitfähigem Polysilizium gebildet.
  • Die erste Isolierschicht 39d ist näher an dem Luftspalt 51, während die zweite Isolierschicht 58 mit Bezug auf die bewegbare Elektrode 39 gegenüberliegend zu dem Luftspalt 51 ist. Die Abschirmschicht 59 und die bewegbare Elektrode 39 nehmen die zweite Isolierschicht 58 zwischen sich auf. Das Potential der Abschirmschicht 59 ist beispielsweise auf ein Erdungspotential festgelegt.
  • Abschnitte der ersten Isolierschicht 39d und der zweiten Isolierschicht 58, die in der Membran 61 enthalten sind, nehmen die bewegbare Elektrode 39 zwischen sich auf. Mit anderen Worten umfasst die Membran 61 keinen Verlängerungsabschnitt aus der ersten Isolierschicht 39d und der zweiten Isolierschicht 58, der nicht die bewegbare Elektrode 39 aufnimmt.
  • Die zweite Isolierschicht 58 hat als eine Funktion die Isolierung der Abschirmschicht 59 von der bewegbaren Elektrode 39. Eine solche mehrschichtige Struktur aus der bewegbaren Elektrode 39, der zweiten Isolierschicht 58 und der Abschirmschicht 59 ist beispielsweise aus Patentdokument 3 bekannt. Daher wird die weitere detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Es wird angemerkt, dass, selbst wenn ein geladenes Material von der Membran 61 angezogen wird, die Ausgabe des Halbleiterdrucksensors 100A nicht durch die Funktion der Abschirmschicht 59 destabilisiert wird, ähnlich zu dem in Patentdokument 3 beschriebenen Vorteil. Insbesondere können die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59 den Einfluss von geladenem Material und Feuchtigkeit, das bzw. die von der Membran 61 angezogen wird, und externem Rauschen auf den Halbleiterdrucksensor 100A verhindern.
  • Leitungen und Elektroden sind ausgebildet, um Elektrizität zwischen einer externen Vorrichtung des Halbleiterdrucksensors 100A und jeder der stationären Elektrode 18 und der bewegbaren Elektrode 39 zu leiten. Eine Leitung zur Erdung der Abschirmschicht 59, beispielsweise eine Leitung zur Verbindung der Abschirmschicht 59 mit dem Halbleitersubstrat 11, ist ebenso ausgebildet. Das Leiten mit der externen Vorrichtung und der Erdung unter Verwendung dieser Leitungen und Elektroden ist beispielsweise aus den Patentdokumenten 3 und 4 bekannt. Daher wird die Erläuterung und die detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Die bewegbare Elektrode 39 bildet zwischen der stationären Elektrode 18 und sich selbst eine Kapazität, die zur Erfassung eines Drucks verwendet wird, der an dem Halbleiterdrucksensor 100A anzulegen ist. Der Luftspalt 51 befindet sich im Vakuum, und die Membran 61 wird nach Maßgabe eines angelegten absoluten Drucks ausgelenkt. Eine Änderung des Ausmaßes der Auslenkung, die einer Änderung des an die Membran 61 angelegten Drucks entspricht, ändert einen Abstand zwischen der stationären Elektrode 18 und der bewegbaren Elektrode 39. Daher wird der angelegte absolute Druck als eine Kapazitätsänderung erfasst.
  • Unterschiede in der Eigenspannung zwischen der zweiten Isolierschicht 58 und der Abschirmschicht 59 und zwischen der zweiten Isolierschicht 58 und der bewegbaren Elektrode 39 erzeugen einen Gradienten der Eigenspannungen der Membran 61 in einer Dickenrichtung (nachfolgend einfach „Spannungsgradient“ genannt). Unterschiede in dem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen der zweiten Isolierschicht 58 und der Abschirmschicht 59 und zwischen der zweiten Isolierschicht 58 und der bewegbaren Elektrode 39 erhöhen die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur. Der Spannungsgradient und die Temperaturabhängigkeit der Membran 61 sind andere Faktoren als der angelegte Druck, die die Verlagerung der bewegbaren Elektrode 39 beeinflussen. Die Faktoren verursachen eine Kapazitätsverschiebung oder machen die Verschiebung stärker abhängig von einer Temperatur.
  • Jedoch ist die erste Isolierschicht 39d mit Bezug auf die bewegbare Elektrode 39 gegenüberliegend zu der zweiten Isolierschicht 58. Daher reduziert die erste Isolierschicht 39d den Einfluss der Wärmeausdehnung und der Eigenspannung der zweiten Isolierschicht 58 über die gesamte Membran 61. Ein solcher Vorteil kann unabhängig von einem Werkstoff der bewegbaren Elektrode 39 erhalten werden.
  • Wie oben beschrieben, sind die zweite Isolierschicht 58 und die erste Isolierschicht 39d von demselben Schichttyp. Es ist des Weiteren bevorzugt, die Isolierschichten 58 und 39d unter denselben Ausbildungsbedingungen und zudem mit derselben Dicke auszubilden. Die erste Isolierschicht 39d hat auch eine Funktion des Schutzes der bewegbaren Elektrode 39 vor dem Ätzen bei der Ausbildung des Luftspalts 51. Daher ist es bevorzugt, die Dicke der zweiten Isolierschicht 58 auf die Dicke der ersten Isolierschicht 39d nicht während der Ausbildung, sondern nach dem Ätzen abzustimmen. Das Ätzen wird später beschrieben.
  • Als solches können die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59 nicht allein die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, aufweisend das Anziehen eines geladenen Materials und von Feuchtigkeit und das externe Rauschen, erhöhen, sondern die erste Isolierschicht 39d kann auch die Betriebssicherheit gegen Fehlerursachen erhöhen, die den Spannungsgradienten der Membran 61 und die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von der Temperatur umfassen.
  • Die Membran 61 hat in der Querschnittdarstellung an ihren Enden einen fixierten Abschnitt 60, der auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats 11 an der Isolierschicht 19 stationär ist. Da die Kapazität, die zwischen dem fixierten Abschnitt 60 und der stationären Elektrode 18 erzeugt wird, unabhängig von Druckschwankungen ist, wird die Kapazität als eine parasitäre Kapazität relativ zu der Kapazität des Halbleiterdrucksensors 100A betrachtet. Der fixierte Abschnitt 60 ist vorzugsweise an der Isolierschicht 19, die die stationäre Elektrode 18 umgibt, befestigt, um diese parasitäre Kapazität zu reduzieren.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100A umfasst eine Seitenwand 34. Die Seitenwand 34 ist über der Isolierschicht 19 angeordnet und hat eine Oberfläche benachbart zu dem fixierten Abschnitt 60. Die benachbarte Oberfläche ist eine gekrümmte Oberfläche, die näher zu dem Luftspalt 51 ist, je weiter sie von der Isolierschicht 19 beabstandet ist. Somit hat der fixierte Abschnitt 60 der Membran 61 in dem Querschnitt eine gekrümmte Form. Eine solche Form des fixierten Abschnitts 60 ist bevorzugt, um die Konzentration der Spannung in dem fixierten Abschnitt 60 zu verhindern, wenn ein Druck an die Membran 61 angelegt wird.
  • Eine erste Zwischenschichtisolierschicht 40 und eine zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 werden verwendet, um in einem Prozess zum Leiten einer Elektrode einer weiteren Schaltung, die parallel zu dem Halbleiterdrucksensor 100A hergestellt wird, beispielsweise einer CMOS-Schaltung, mit einer Leitung verbunden zu sein. Da das Verfahren eine bekannte Technik ist, die beispielsweise durch Patentdokument 4 offenbart ist, wird es später einfach beschrieben, jedoch wird die detaillierte Beschreibung weggelassen. Die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 wird mit Bezug auf die erste Zwischenschichtisolierschicht 40 gegenüberliegend zu (über in den 1 und 2) dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet.
  • Eine Abdichtschicht 47 ist mit Bezug auf die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 gegenüberliegend zu dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet. Wie in dem Querschnitt der Linien BB aus 2 gezeigt, erstreckt sich eine Ätzbohrung 46 durch die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45, die erste Isolierschicht 39d und die zweite Isolierschicht 58 und kommuniziert mit dem Luftspalt 51.
  • Die Abdichtschicht 47 erreicht die Ätzbohrung 46 und den Luftspalt 51 an der Position, die mit der Ätzbohrung 46 kommuniziert, und trägt zur Abdichtung des Luftspalts 51 an der Ätzbohrung 46 bei. Da die Ätzbohrung 46 zu einem Verfahren zum Ausbilden des Luftspalts 51 beiträgt und das Verfahren eine bekannte Technik ist, die beispielsweise durch Patentdokument 4 offenbart ist, wird das Verfahren später einfach beschrieben, jedoch wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 und die Abdichtschicht 47 decken den Rand der Membran 61 ab. Die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 und die Abdichtschicht 47 sind durch eine Öffnung 54 geöffnet, die wenigstens einen Bereich 108 freilegt. Der Bereich 108 ist ein Bereich, der in einem Bereich gegenüberliegend zu der stationären Elektrode 18 ist, wo der Luftspalt 51 gegeben ist. Durch das Freilegen des Bereichs 108 durch die Öffnung 54 wird die Beweglichkeit eines Abschnitts der Membran 61 gegenüberliegend zu der stationären Elektrode 18 sichergestellt, und eine Änderung der Kapazität, die stark den Druck wiedergibt, wird mit höherer Genauigkeit erfasst.
  • Die Öffnung 54 legt vorzugsweise des Weiteren den Rand des Bereichs 108, beispielsweise einen Abschnitt der Membran 61 gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19, frei, was die Beweglichkeit der Membran 61 um den Bereich 108 sicherstellt, die Verlagerung der Membran 61 in dem Bereich 108 erhöht und eine genauere Erfassung des Drucks ermöglicht.
  • Ein Bereich 103 ist ein Bereich, der den Bereich 108 in dem Bereich umgibt, wo der Luftspalt 51 gegeben ist, und ein Bereich, der mit der Ätzbohrung 46 kommuniziert. Somit ist wenigstens ein Bereich, in dem die Ätzbohrung 46 in dem Bereich 103 offen ist, mit der ersten Zwischenschichtisolierschicht 40, der zweiten Zwischenschichtisolierschicht 45 und der Abdichtschicht 47 abgedeckt.
  • Ausführungsbeispiel 1 zeigt beispielhaft einen Fall, bei dem die bewegbare Elektrode 39 eine erste Polysiliziumschicht 39a, eine zweite Polysiliziumschicht 39b und eine dritte Polysiliziumschicht 39c aufweist, die in einer Dickenrichtung in einer festgelegten Reihenfolge ausgehend von der stationären Elektrode 18 geschichtet sind. Des Weiteren zeigt Ausführungsbeispiel 1 beispielhaft einen Fall, bei dem die Abschirmschicht 59 eine vierte Polysiliziumschicht ist. Alle diese Polysilizium-Schichten sind leitfähig.
  • Es ist bevorzugt, dass jeweilige Richtungen der Eigenspannungen in der ersten Polysiliziumschicht 39a, der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 dieselben und entgegengesetzt zu der Richtung der Eigenspannung in der zweiten Polysiliziumschicht 39b sind. Im Gegensatz zu einem Fall, bei dem die bewegbare Elektrode 39 aus einer einzelnen Polysiliziumschicht gebildet ist, reduziert ein solcher Aufbau die Eigen- bzw. Innenspannung oder den Spannungsgradienten der Membran 61 und erhöht die Betriebssicherheit der Verlagerung der Membran 61 oder der Verlagerung der bewegbaren Elektrode 39, die zur Erfassung eines Drucks zu verwenden sind.
  • 4 und 5 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils schematisch einen Aufbau der Membran 61 zeigen. In 4 haben die erste Polysiliziumschicht 39a, die dritte Polysiliziumschicht 39c und die Abschirmschicht 59 Druckeigenspannungen Fa, Fc bzw. F5, wobei die zweite Polysiliziumschicht 39b eine Zugeigenspannung Fb aufweist, In 5 haben die erste Polysiliziumschicht 39a, die dritte Polysiliziumschicht 39c und die Abschirmschicht 59 Zugeigenspannungen Fa, Fc bzw. F5, während die zweite Polysiliziumschicht 39b eine Druckeigenspannung Fb aufweist.
  • In beiden 4 und 5 sind diese Eigenspannungen jeweils durch einen Blockpfeil angedeutet, dessen Länge die Höhe davon andeutet. Da die Höhe einer üblicherweise auftretenden Eigenspannung höher wird, wenn die Schicht dicker wird, haben die Längen der gezeichneten Pfeile in den 4 und 5 dieselbe Tendenz.
  • Die erste Polysiliziumschicht 39a, die dritte Polysiliziumschicht 39c und die Abschirmschicht 59 sind beispielsweise unter denselben Ausbildungsbedingungen ausgebildet. Dadurch sind die in diesen Schichten auftretenden Eigenspannungen in ihrer Richtung identisch, das heißt entweder Druck oder Zug, und haben dieselbe Höhe pro Einheitsdicke.
  • Bezüglich der zweiten Polysiliziumschicht 39b ist die erste Polysiliziumschicht 39a gegenüberliegend zu der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59. Daher kann ein Gleichsetzen einer Dicke der ersten Polysiliziumschicht 39a mit einer Summe aus den Dicken der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 den Spannungsgradienten der gesamten Membran 61 ausgleichen. Dies ist bevorzugt zur annähernden Eliminierung des Ausmaßes der Auslenkung der Membran 61, wenn keine Last angelegt ist.
  • Nicht nur der Spannungsgradient, sondern auch die Eigenspannungen können in der gesamten Membran 61 reduziert werden. Wenn beispielsweise die Eigenspannungen pro Einheitsdicke der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b, der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 identisch sind, gleicht das Gleichsetzen einer Summe aus den Dicken der ersten Polysiliziumschicht 39a, der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 mit einer Dicke der zweiten Polysiliziumschicht 39b alle Eigenspannungen der gesamten Membran 61 aus.
  • Die Eigenspannung in jeder der Polysiliziumschichten wird durch den Herstellungsprozess beeinflusst. Jedoch wird die Höhe der auftretenden Eigenspannung höher, wenn die Schicht dicker wird. Daher kann bei der Membran 61, die den vorgenannten Aufbau hat, obwohl sie die Abschirmschicht umfasst, der Spannungsgradient oder die Eigenspannung selbst der gesamten Membran 61 durch Anpassen der Dicken der Polysiliziumschichten einfach reduziert werden, ohne dass eine Hochtemperaturwärmebehandlung hinzugefügt wird oder irgendein komplizierter Prozess erforderlich ist. Dies ist bevorzugt zum einfachen Erlangen des Halbleiterdrucksensors 100A mit hoher Betriebssicherheit und Genauigkeit.
  • Der Spannungsgradient kann bei dem in 4 gezeigten Aufbau durch Reduzieren der Dicke der ersten Polysiliziumschicht 39a weitergehender als eine Summe der Dicken der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 oder bei dem in 5 gezeigten Aufbau durch Vergrößern der Dicke der ersten Polysiliziumschicht 39a auf mehr als eine Summe der Dicken der dritten Polysiliziumschicht 39c und der Abschirmschicht 59 aktiv verwendet werden. Mit einer solchen Anpassung der Dicken hat die Membran 61 einen Spannungsgradienten und ein Biegemoment, die in Richtung des Halbleitersubstrats 11 ansteigen. Dies ist geeignet, wenn es gewünscht ist, dass sich die Membran 61 in Richtung des Halbleitersubstrats 11 baucht, wenn keine Last angelegt ist, wie mit Patentdokument 2 vorgeschlagen.
  • Mit anderen Worten kann die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 oder der Verlagerung der bewegbaren Elektrode 39 von der Spannung durch Anpassen der Dicke von jeder der Polysiliziumschichten kontrolliert werden.
  • Die Beschreibung mit Bezug auf die 4 und 5 lässt die Eigenspannungen in der ersten Isolierschicht 39d und der zweiten Isolierschicht 58 unbeachtet. Dies ist so, da sowohl die erste Isolierschicht 39d als auch die zweite Isolierschicht 59 dünner als die erste Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39d, die dritte Polysiliziumschicht 39c und die Abschirmschicht 59, die eine vierte Polysiliziumschicht ist, sind. Mit anderen Worten können die erste Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39b, die dritte Polysiliziumschicht 39c und die Abschirmschicht 59 bestimmte Rollen beim Ausgleich der Spannungen der gesamten Membran 61 und der Reduzierung des Spannungsgradienten davon spielen.
  • Jedoch ist es bevorzugt, die erste Isolierschicht 39d vorzusehen, um die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur zu reduzieren, die durch die Unterschiede in dem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen der zweiten Isolierschicht 58 und jeder der oben beschriebenen Polysiliziumschichten verursacht wird.
  • Unter Berücksichtigung der Eigenspannungen in der ersten Isolierschicht 39d und der zweiten Isolierschicht 58 als ein Beurteilungskriterium kann der in 4 oder 5 gezeigte Aufbau ausgewählt werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors 100A mit einem solchen Aufbau wird nachfolgend mit Bezug auf die 6 bis 13 beschrieben. 6 bis 10 sind Querschnittdarstellungen entsprechend der Linie AA aus 3, und die 11 bis 13 sind Querschnittdarstellungen entsprechend den Linien BB aus 3.
  • Zunächst wird auf 6 Bezug genommen. Der erste Quellbereich 12 und der zweite Quellbereich 13 werden an der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 durch ein aus CMOS-Prozessen bekanntes Verfahren ausgebildet. Die Prozesse umfassen insbesondere ein Implantieren von Fremdstoffen und eine thermische Diffusion. Die Arten der Fremdstoffe, die in den ersten Quellbereich 12 und den zweiten Quellbereich 13 zu implantieren sind, werden derart ausgebildet, dass sie sich in dem jeweiligen Leitfähigkeitstyp unterscheiden.
  • Als nächstes wird Bezug auf 7 genommen. Die Isolierschicht 19 wird beispielsweise unter Verwendung eines Prozesses zur lokalen Oxidation von Silizium (local oxidation of silicon; LOCOS), der aus CMOS-Prozessen bekannt ist, als eine Feldoxidschicht ausgebildet. Die Isolierschicht 19 hat eine Dicke von etwa 0,2 bis 1,0 µm. Die Isolierschicht 19 deckt den zweiten Quellbereich 13 ab und legt teilweise den ersten Quellbereich 12 frei.
  • Da der LOCOS-Prozess eine bekannte Technik ist, wird die Beschreibung davon vereinfacht. Zuerst werden eine unterliegende Oxidschicht, eine Polysiliziumschicht und eine Siliziumnitritschicht (alle nicht gezeigt) in dieser Reihenfolge an der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 geschichtet. Durch Anwendung von vorher festgelegter Fotolithographie und Ätzen auf die geschichteten Schichten wird ein Teil der Siliziumnitritschicht, der einem Bereich entspricht, wo die Isolierschicht 19 auszubilden ist, entfernt.
  • Danach werden wieder durch Anwendung von Fotolithographie Fremdstoffe unter Verwendung einer Fotolackmaske (nicht gezeigt) als eine Implantiermaske in einen Bereich implantiert, wo die Diffusionsschicht 20 an einem Teil der Hauptseite des ersten Quellbereichs 12 auszubilden ist. Die Fremdstoffe haben denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Quellbereich 12.
  • Dann wird die Fotolackmaske entfernt. Als nächstes wird die Polysilizium-Schicht, die dem Bereich entspricht, wo die Siliziumnitritschicht entfernt wird, lokal durch eine Oxidierung unter vorgegebenen Bedingungen oxidiert, um die Isolierschicht 19 zu bilden. Dann wird die restliche Siliziumnitritschicht entfernt.
  • Während der Oxidierung zur Ausbildung der Isolierschicht 19 werden die Fremdstoffe, die in den Bereich implantiert sind, wo die Diffusionsschicht 20 auszubilden ist, aktiviert, um die Diffusionsschicht 20 zu bilden. Die Diffusionsschicht 20 unmittelbar unter der Isolierschicht 19 trägt zur Reduzierung des Widerstands des diffundierten Leitungsabschnitts für die stationäre Elektrode 18 des Halbleiterdrucksensors 100A bei.
  • Als nächstes wird die isolierende Schutzschicht 25 beispielsweise durch thermisches Oxidieren oberhalb des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Die Schutzschicht 25 wird unter Verwendung von Prozessen zur Ausbildung einer Gate-Oxidschicht ausgebildet, die aus CMOS-Prozessen bekannt sind.
  • Als nächstes wird Bezug auf 8 genommen. Der erste Quellbereich 12 in dem Bereich, der von der Isolierschicht 19 umgeben ist, in die Fremdstoffe mit demselben Leitfähigkeitstyp wie diejenigen des ersten Quellbereichs 12 durch die Schutzschicht 25 implantiert sind, wird dann thermisch diffundiert, um die stationäre Elektrode 18 auszubilden. Die Fremdstoffe können unter Verwendung einer bekannten Technik implantiert werden, wie beispielsweise unter Verwendung einer Fotolackmaske (nicht gezeigt) als eine Implantiermaske.
  • Als nächstes wird eine Opferschicht 23 ausgebildet, um die Schutzschicht 25 abzudecken. Die Opferschicht 23 ist beispielsweise aus einer Polycidschicht oder einfach aus einer Polysiliziumschicht unter Verwendung der Prozesse zur Ausbildung einer Gate-Elektrode ausgebildet, die aus CMOS-Prozessen bekannt sind.
  • Da die Opferschicht 23 entfernt wird und nicht in dem Halbleiterdrucksensor 100A verbleibt, wie später beschrieben wird, ist die Leitfähigkeit davon unwesentlich. Da die Opferschicht 23 unter Verwendung der Prozesse zur Ausbildung einer Gate-Elektrode ausgebildet wird, basiert die Beschreibung hierin auf der Opferschicht 23 mit Leitfähigkeit.
  • Die Polycidschicht umfasst beispielsweise eine Polysiliziumschicht mit einer Dicke von etwa 50 bis 300 nm und eine Wolframsilizid(WSi2)-Schicht mit einer Dicke von etwa 50 bis 300 nm. Die Polysiliziumschicht wird durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet, wobei Phosphor während oder unmittelbar nach der Ausbildung eingeführt wird, um eine n-leitende Polysiliziumschicht zu erhalten. Die Wolframsilizidschicht wird durch Sputtern oder CVD ausgebildet, um die Polysiliziumschicht abzudecken.
  • Die auf diese Art und Weise ausgebildete Polycidschicht wird durch Ätzen geformt, um die Opferschicht 23 zu bilden. Die Opferschicht 23 deckt zumindest die stationäre Elektrode 18 ab und liegt um die stationäre Elektrode 18 herum auf der Isolierschicht 19. Ein solches Formen kann durch einen bekannten Ätzprozess durchgeführt werden, der als eine Ätzmaske eine Fotolackmaske (nicht gezeigt) verwendet, die durch Anwendung von bekannter Fotolithographie erhalten wird.
  • Als nächstes wird die Seitenwand 34 an der Seitenfläche der Opferschicht 23 ausgebildet. Die Seitenwand 34 ist durch die Schutzschicht 25 gegenüber der stationären Elektrode 18 und durch die erste Isolierschicht 39d gegenüber der bewegbaren Elektrode 39 isoliert. Daher spielt es grundsätzlich keine Rolle, ob der Werkstoff der Seitenwand 34 leitfähig oder isolierend ist, wenn die Seitenwand 34 in dem Halbleiterdrucksensor 100A verwendet wird.
  • Die Seitenwand 34 kann unter Verwendung eines Prozesses zur Ausbildung einer Seitenwand neben einer Gate-Elektrode ausgebildet werden, der aus CMOS-Prozessen bekannt ist. Hierbei umfassen Beispiele für den Prozess zur Ausbildung der Seitenwand 34 Prozesse zur Ausbildung einer Schicht, die beispielsweise die Opferschicht 23 abdeckt, beispielsweise einer TEOS-basierenden Oxidschicht, und zur Anwendung eines anisotropen Trockenätzens auf die resultierende Struktur.
  • Des Weiteren ist ein solches Trockenätzen zur Ausbildung einer Rundung geeignet, die umso näher an dem Luftspalt 51 ist, je weiter sie von der Isolierschicht 19 beabstandet ist, um bezüglich der Seitenwand 34 gegenüberliegend zu dem Luftspalt 51 zu sein. Die Rundung reduziert eine Stufenhöhe um die Opferschicht 23, was zur Ausbildung der ersten Isolierschicht 39d mit höherer Stufenabdeckung über die Opferschicht 23 beiträgt und bevorzugt ist, wenn der fixierte Abschnitt 60, wie oben beschrieben, in seinem Querschnitt gekrümmt ist.
  • Dann werden die erste Isolierschicht 39d, die die Opferschicht 23 abdeckt, die Schutzschicht 25 und die Seitenwand 34 beispielsweise als eine TEOS-basierte Oxidschicht ausgebildet.
  • Als nächstes wird Bezug auf 9 genommen. Die bewegbare Elektrode 39 wird an der ersten Isolierschicht 39d ausgebildet. Die bewegbare Elektrode 39 hat den vorgenannten Schichtaufbau. Die ersten Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39b und die dritte Polysiliziumschicht 39c werden nacheinander in dieser Reihenfolge ausgebildet und dann geformt, um die bewegbare Elektrode 39 zu bilden.
  • Die erste Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39b und die dritte Polysiliziumschicht 39c werden jeweils beispielsweise durch Niederdruck-CVD ausgebildet. Es ist bekannt, dass die Eigenspannungen in diesen Polysiliziumschichten durch die Temperatur reguliert werden, wenn die Schichten ausgebildet werden. Beispielsweise wird eine Temperatur, bei der eine Polysiliziumschicht ausgebildet wird, die eine Druckspannung aufweist, auf 620°C festgelegt, während eine Temperatur, bei der eine Polysiliziumschicht ausgebildet wird, die eine Zugspannung aufweist, auf 580°C festgelegt wird.
  • Da die bewegbare Elektrode 39 leitfähig sein muss, werden Fremdstoffe in die erste Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39b und die dritte Polysiliziumschicht 39c während oder unmittelbar nach der Ausbildung implantiert. Die Leitfähigkeit der bewegbaren Elektrode 39 kann vom n-Typ oder p-Typ sein, abhängig von den zu implantierenden Fremdstoffen. Es ist bevorzugt, dieselbe Leitfähigkeit in der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b und der dritten Polysiliziumschicht 39c im Hinblick auf die Leitfähigkeit der bewegbaren Elektrode 39 insgesamt zu haben.
  • Die erste Polysiliziumschicht 39a, die zweite Polysiliziumschicht 39b und die dritte Polysiliziumschicht 39c können in einer Draufsicht dieselbe Form haben. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird angenommen, dass diese Schicht in einer Draufsicht dieselbe Form haben. Dadurch können diese Schichten durch eine einzelne Fotolithograhie und einen Prozess geformt werden. Mit anderen Worten wird ein Anwachsen der Anzahl von Prozessen unterdrückt, da die bewegbare Elektrode 39 ausgebildet wird, ohne dass irgendwelche komplizierten Prozesse hinzugefügt werden, und die Eigenspannungen in der bewegbaren Elektrode 39 einfach reguliert werden können. Dies ist bevorzugt zur Unterdrückung eines Anwachsens der Kosten.
  • Als nächstes wird Bezug auf die 10 und 11 genommen. Die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59, die die bewegbare Elektrode 39 abdecken, werden in dieser Reihenfolge gebildet. Diese beiden Schichten können durch CVD gebildet werden. Da die zweite Isolierschicht 58 von demselben Schichttyp ist wie die erste Isolierschicht 39d, werden jedoch die zweite Isolierschicht 58 und die erste Isolierschicht 39d unter denselben Bedingungen gebildet. Das Dickenverhältnis zwischen diesen Schichten ist vorhergehend beschrieben.
  • Fremdstoffe werden während oder unmittelbar nach der Ausbildung in die Abschirmschicht 59 implantiert. Die Leitfähigkeit der Abschirmschicht 59 kann vom n-Typ oder p-Typ sein, abhängig von den zu implantierenden Fremdstoffen. Die Abschirmschicht 59 wird durch Fotolithograhie und einen Ätzprozess geformt. Die Membran 61 hat eine Schichtdicke von etwa 500 bis 2000 nm.
  • Als nächstes wird auf 12 Bezug genommen. Die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die die Membran 61, die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59 abdeckt, wird ausgebildet. Eine Aluminiumleitung, die an der Oberfläche der ersten Zwischenschichtisolierschicht 40 vorhanden ist, und ein Kontaktloch, das sich in der Dickenrichtung dadurch erstreckt, werden durch eine bekannte Technik gebildet. Die stationäre Elektrode 18, die bewegbare Elektrode 39 und die Abschirmschicht 59 sind über das Kontaktloch mit der Aluminiumleitung verbunden, wodurch sie über die Aluminiumleitung in Leitung mit einer externen Vorrichtung des Halbleiterdrucksensors 100A gebracht werden. Da die Technik zur Leitung beispielsweise aus Patentdokument 4 bekannt ist, werden die Darstellung und die detaillierte Beschreibung des Kontaktlochs und der Aluminiumleitung weggelassen.
  • Die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45, die die Aluminiumleitung (Darstellung weggelassen) und die erste Zwischenschichtisolierschicht 40 abdeckt, wird ausgebildet. Die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 wird beispielsweise aus einem plasmagestützten Tetraethylorthosilicat(PE-TEOS)-Glas gebildet. Dann wird durch Anwendung von Fotolithograhie und einem Ätzprozess die Ätzbohrung 46, die die Opferschicht 23 an einer Position erreicht, wo die Membran 61 nicht gegeben ist, durch Durchstehen durch die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45, die zweite Isolierschicht 58 und die erste Isolierschicht 39d geöffnet. Hierbei wird ein Fall, bei dem die Ätzbohrung 46 an einer Position angeordnet ist, wo die Abschirmschicht 59 nicht gegeben ist, beispielhaft erläutert.
  • Eine Ätzlösung wird in die Ätzbohrung 46 geladen. Die Ätzlösung ist beispielsweise ein Ätzmittel zum Ätzen von Polysilizium. Obwohl die Lösung die Opferschicht 23 ätzt, werden die erste Isolierschicht 39d und die Schutzschicht 25 nicht signifikant geätzt. Dementsprechend wird der in den 1 und 2 gezeigte Luftspalt 51 erhalten.
  • Unter Berücksichtigung des Einflusses der Ätzung der Opferschicht 23 auf die erste Isolierschicht 39d ist es bevorzugt, dass die zweite Isolierschicht 58 dieselbe Dicke wie die erste Isolierschicht 39d hat, wenn die erste Isolierschicht 39d, wie oben beschrieben, nach dem Ätzen gebildet wird.
  • Als nächstes wird Bezug auf 13 genommen. Die isolierende Abdichtschicht 47, die die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 abdeckt und die Ätzbohrung 46 abdichtet, wird ausgebildet. Da die Abdichtschicht 47 in einer Vakuumatmosphäre gebildet wird, wird der Luftspalt 51 eine Vakuumkammer. Des Weiteren werden die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 und die Abdichtschicht 47 durch eine bekannte Technik geformt, um den in den 1 und 2 gezeigten Aufbau zu erhalten.
  • Wie oben beschrieben, können die meisten Prozesse zur Ausbildung des Halbleiterdrucksensors 100A einen ausgezeichneten Halbleiterprozess zur Ausbildung von MOS-Schaltungen übernehmen. Zudem ist irgendeine zusätzliche Wärmebehandlung zur Regulierung der Eigenspannungen in der Membran 61 überflüssig. Jede der Polysiliziumschichten wird ausreichend bei 560 bis 750°C gebildet, was andeutet, dass die Wärmebehandlung, die bei einer Temperatur höher als oder gleich 900°C durchgeführt wird, wie durch Patentdokument 1 eingeführt, überflüssig ist. Folglich wird die MOS-Schaltung nicht beeinträchtigt, selbst wenn der Halbleiterdrucksensor 100A monolithisch mit der MOS-Schaltung gebildet wird. Mit anderen Worten ist der Halbleiterdrucksensor 100A geeignet, monolithisch mit einer MOS-Schaltung integriert zu werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • 14 und 15 sind Querschnittdarstellungen, die jeweils einen Aufbau des Halbleiterdrucksensors 100B gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigen. 14 ist eine Querschnittdarstellung entsprechend der Linie AA aus 3, und 15 ist eine Querschnittdarstellung entsprechend den Linien BB aus 3.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100B unterscheidet sich von dem Halbleiterdrucksensor 100A lediglich in dem Schichtaufbau der bewegbaren Elektrode 39. Insbesondere zeigt Ausführungsbeispiel 2 beispielhaft einen Fall, bei dem die bewegbare Elektrode 39 des Halbleiterdrucksensors 100B die erste Polysiliziumschicht 39a und die zweite Polysiliziumschicht 39b aufweist, die in einer Dickenrichtung in einer festgelegten Reihenfolge ausgehend von der stationären Elektrode 18 geschichtet sind. Mit anderen Worten hat der Halbleiterdrucksensor 100B einen Aufbau, bei dem die dritte Polysiliziumschicht 39c des Halbleiterdrucksensors 100A weggelassen ist.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor 100B ändert eine an der Membran 61 angelegte Druckänderung das Ausmaß der Auslenkung der Membran 61 und einen Abstand zwischen der bewegbaren Elektrode 39 und der stationären Elektrode 18 entsprechend zu dem Halbleiterdrucksensor 100A. Dann wird die Änderung des Abstands als eine Änderung der Kapazität erfasst.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor 100B wird beispielsweise angenommen, dass die erste Polysiliziumschicht 39a und die Abschirmschicht 59 Zugeigenspannungen haben und die zweite Polysiliziumschicht 39b eine Druckeigenspannung hat. Alternativ wird angenommen, dass die erste Polysiliziumschicht 39a und die Abschirmschicht 59 Druckeigenspannungen haben und die zweite Polysiliziumschicht 39b eine Zugeigenspannung hat. Wie bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, kann die Spannung in jeder der Schichten beispielsweise durch Regulieren einer Temperatur reguliert werden, wenn die Schicht gebildet wird.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor 100B wird die erste Isolierschicht 39d auf denselben Schichttyp festgelegt wie die zweite Isolierschicht 58, ähnlich wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100A. Dementsprechend wird der Spannungsgradient der Membran 61, der durch Unterschiede in der Eigenspannung der bewegbaren Elektrode 39 und der zweiten Isolierschicht 58 und zwischen der Abschirmschicht 59 und der zweiten Isolierschicht 58 verursacht wird, reduziert. Des Weiteren wird die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur, die durch die Unterschiede in dem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen der bewegbaren Elektrode 39 und der zweiten Isolierschicht 58 und zwischen der Abschirmschicht 59 und der zweite Isolierschicht 58 verursacht ist, reduziert.
  • Insbesondere trifft die Beschreibung von Ausführungsbeispiel 1 bezüglich des Punktes, dass es bevorzugt ist, die Dicken der ersten Isolierschicht 39d und der zweiten Isolierschicht 58 aufeinander abzustimmen, auf Ausführungsbeispiel 2 zu.
  • Die Richtungen der Eigenspannungen sind zwischen der ersten Polysiliziumschicht 39a und der Abschirmschicht 59 identisch. Dadurch wird der Spannungsgradient der Membran 61 reduziert.
  • Insbesondere gleichen eine Abstimmung des Typs und der Ausbildungsbedingungen zwischen der ersten Polysiliziumschicht 39a und der Abschirmschicht 59 den Spannungsgradienten der gesamten Membran 61 aus. Diese Abstimmung ist bevorzugt zur annähernden Planarisierung der Membran 61, wenn keine Last angelegt ist, das heißt zur annähernden Eliminierung des Ausmaßes der Auslenkung der Membran 61, wenn keine Last angelegt ist.
  • Wenn es bevorzugt ist, die Membran 61 zu erhalten, die sich ohne angelegte Last in Richtung des Halbleitersubstrats 11 baucht, ist ein Biegemoment, das durch den Spannungsgradienten der Membran 61 eingeführt wird, vorhanden. Wenn beispielsweise die erste Polysiliziumschicht 39a und die Abschirmschicht 59 Zugeigenspannungen haben, ist die erste Polysiliziumschicht 39a vorzugsweise dicker als die Abschirmschicht 59. Wenn beispielsweise die erste Polysiliziumschicht 39a und die Abschirmschicht 59 Druckeigenspannungen haben, ist die Abschirmschicht 59 vorzugsweise dicker als die erste Polysiliziumschicht 39a.
  • Nicht nur der Spannungsgradient, sondern auch die Eigenspannungen können in der gesamten Membran 61 reduziert werden. Wenn beispielsweise die Eigenspannungen pro Einheitsdicke der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b und der Abschirmschicht 59 identisch sind, gleicht das Angleichen einer Summe der Dicken der ersten Polysiliziumschicht 39a und der Abschirmschicht 59 an eine Dicke der zweiten Polysiliziumschicht 39b alle Eigenspannungen der gesamten Membran 61 aus.
  • Somit ist nicht nur die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, die das Anziehen von geladenem Material und von Feuchtigkeit und das externe Rauschen enthalten, sondern auch die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, die den Spannungsgradienten der Membran 61 und die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur enthalten, entsprechend dem Halbleiterdrucksensor 100A bei dem Halbleiterdrucksensor 100B höher.
  • Des Weiteren kann die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 oder der bewegbaren Elektrode 39 von der Spannung durch Abstimmen der Dicke von jeder der Polysiliziumschichten reguliert werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors 100B wird nachfolgend mit Bezug auf die 16 bis 18 beschrieben. 16 bis 18 sind Querschnittdarstellungen entsprechend den Linien BB aus 3. Der Herstellungsprozess für den Halbleiterdrucksensor 100A bis auf den Prozess zur Ausbildung der zweiten Polysiliziumschicht 39b werden für den Halbleiterdrucksensor 100B verwendet.
  • Mit Bezug auf 16 werden die erste Polysiliziumschicht 39a und die zweite Polysiliziumschicht 39b in dieser Reihenfolge nacheinander an der ersten Isolierschicht 39b gebildet und dann geformt, um die bewegbare Elektrode 39 zu bilden.
  • Die erste Polysiliziumschicht 39a und die zweite Polysiliziumschicht 39b werden beispielsweise unter denselben Ausbildungsbedingungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen gebildet.
  • Die erste Polysiliziumschicht 39a und die zweite Polysiliziumschicht 39b können in einer Draufsicht dieselbe Form haben. Bei Ausführungsbeispiel 2 wird angenommen, dass diese Schichten dieselbe Form haben. Dadurch können diese Schichten durch eine einzelne Fotolithograhie und einen Prozess geformt werden. Mit anderen Worten wird ein Anwachsen der Anzahl von Prozessen unterdrückt, da die bewegbare Elektrode 39 ausgebildet wird, ohne das Hinzufügen irgendeines komplizierten Prozesses, und die Eigenspannungen in der bewegbaren Elektrode 39 wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100A einfach reguliert werden können. Dies ist bevorzugt zum Unterdrücken eines Anwachsens der Kosten.
  • Als nächstes werden die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59, die die bewegbare Elektrode 39 abdecken, in dieser Reihenfolge gebildet. Diese Schichten werden unter denselben Ausbildungsbedingungen gebildet, wie die bei Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen. Die Abschirmschicht 59 wird durch Fotolithograhie und einen Ätzprozess geformt. Die Membran 61 hat eine Schichtdicke von etwa 500 bis 2000 nm.
  • Als nächstes wird Bezug auf 17 genommen. Die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die die Membran 61 abdeckt, die zweite Isolierschicht 58 und die Abschirmschicht 59 werden gebildet. Dann wird die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45, die die erste Zwischenschichtisolierschicht 40 abdeckt, gebildet. Diese Schichten werden unter denselben Ausbildungsbedingungen gebildet, wie die bei Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen.
  • Entsprechend zu Ausführungsbeispiel 1 wird die Ätzbohrung 46 durch Durchstechen durch die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die Zwischenschichtisolierschicht 45, die zweite Isolierschicht 58 und die erste Isolierschicht 39d geöffnet.
  • Eine Ätzlösung wird in die Ätzbohrung 46 geladen, um die Opferschicht 23 zu ätzen, wodurch der Luftspalt 51 erhalten wird, wie in den 14 und 15 gezeigt.
  • Als nächstes wird auf 18 Bezug genommen. Die isolierende Abdichtschicht 47, die die zweite Zwischenschichtisolierschicht 45 abdeckt und die Ätzbohrung 46 abdichtet, wird gebildet. Da die Abdichtschicht 47 in einer Vakuumatmosphäre gebildet wird, wird der Luftspalt 51 eine Vakuumkammer. Des Weiteren werden die erste Zwischenschichtisolierschicht 40, die Zwischenschichtisolierschicht 45 und die Abdichtschicht 47 durch eine bekannte Technik geformt, um den in den 14 und 15 gezeigten Aufbau zu erhalten.
  • Wie oben beschrieben, werden die Prozesse zur Ausbildung des Halbleiterdrucksensors 100B durch Weglassen des Prozesses zur Ausbildung der dritten Polysiliziumschicht 39c von den Prozessen zur Ausbildung des Halbleiterdrucksensors 100A erhalten. Daher sind die Prozesse zur Ausbildung des Halbleiterdrucksensors 100B aufgrund einer kleineren Anzahl von Prozessen vorteilhafter als bei dem Halbleiterdrucksensor 100A. Zudem ist auch der Halbleiterdrucksensor 100B geeignet, wie der Halbleiterdrucksensor 100A, monolithisch mit einer MOS-Schaltung integriert zu werden.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • 19 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors 100C gemäß Ausführungsbeispiel 3 zeigt. 20 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiterdrucksensors 100C zeigt. Die Linie CC aus 20 entspricht dem Querschnitt aus 19.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100C aus 19 unterscheidet sich von dem Halbleiterdrucksensor 100A aus 1 in einem breiteren Bereich des Luftspalts 51 um die stationäre Elektrode 18. Mit anderen Worten zeigt 19 eindeutig, dass der Luftspalt 51 bei dem Halbleiterdrucksensor 100C ebenso zwischen der Isolierschicht 19 und der Membran 61 angeordnet ist. Bei Ausführungsbeispiel 3 und der nachfolgenden Beschreibung wird ein Bereich, wo der Luftspalt 51 zusätzlich zu dem Bereich 103 (vergleiche 2 und 3) des Halbleiterdrucksensors 100A um die stationäre Elektrode 18 herum gegeben ist, als ein Bereich 109 betrachtet.
  • In dem Bereich 109 ist die Membran 61 in einer Dickenrichtung durch den Luftspalt 51 auch gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 und in der Dickenrichtung auch in einem Bereich bewegbar, wo die Membran 61 gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 ist. Jedoch wird die Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 39 und der stationären Elektrode 18 kaum durch die Auslenkung der bewegbaren Elektrode 39 in dem Bereich 109 beeinflusst.
  • Auf der anderen Seite umgibt die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 108. Zudem legt die Öffnung 54 nicht nur den Bereich 108, sondern auch den Bereich 109 frei, ausgenommen der Umgebung der abzudichtenden Ätzbohrung 46 (vergleiche beispielsweise 2 und 15). Somit dient die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 als eine Feder, die die Auslenkung der bewegbaren Elektrode 39 in dem Bereich 108 vergrößert. Der breitere Bereich 109 ist hinsichtlich der Kapazität vorzugsweise stark abhängig von dem an den Halbleiterdrucksensor 100C anzulegenden Druck, das heißt hinsichtlich der Erhöhung der Empfindlichkeit und Genauigkeit zur Erfassung des Drucks.
  • Bei dem Querschnitt aus 19 ist es beispielsweise zweckdienlich, dass die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 etwa halb bis dreimal so lang ist wie die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 108.
  • Obwohl der Halbleiterdrucksensor 100C ähnlich wie der Halbleiterdrucksensor 100A hergestellt wird, ist die geformte Opferschicht 23 (vergleiche 8 bis 12) in Richtung der Isolierschicht 19 vergrößert, um den Luftspalt 51 zu vergrößern.
  • 19 zeigt beispielhaft, dass der Halbleiterdrucksensor 100C einen dreischichtigen Aufbau aus der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b und der dritten Polysiliziumschicht 39c als die bewegbare Elektrode 39 hat, ähnlich zu dem Halbleiterdrucksensor 100A. Der Halbleiterdrucksensor 100C kann einen zweischichtigen Aufbau aus der ersten Polysiliziumschicht 39a und der zweiten Polysiliziumschicht 39b als die bewegbare Elektrode 39 haben, ähnlich zu dem Halbleiterdrucksensor 100B. Die Richtungen der Spannungen und die Dicken der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b, der dritten Polysiliziumschicht 39c, der ersten Isolierschicht 39d, der zweiten Isolierschicht 58 und der Abschirmschicht 59 sind bevorzugt auf ähnliche Weise, wie bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben, festgelegt.
  • Somit ist nicht nur die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, die das Anziehen von geladenem Material und von Feuchtigkeit und das externe Rauschen umfassen, sondern auch die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, die den Spannungsgradienten der Membran 61 und die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur umfassen, höher bei dem Halbleiterdrucksensor 100C, ähnlich zu den Halbleiterdrucksensoren 100A und 100B.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor 100C hat die Membran 61 den fixierten Abschnitt 60 geformt, der auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats 11 an der Isolierschicht 19 befestigt ist. Die Seitenwand 34 ist über der Isolierschicht 19 angeordnet, und eine Oberfläche der Seitenwand 34, die benachbart zu dem fixierten Abschnitt 60 ist, ist vorzugsweise eine Abrundung, die umso näher an dem Luftspalt 51 ist, je weiter sie von der Isolierschicht 19 beabstandet ist. Die Vorteile der Eigenschaften des Halbleiterdrucksensors 100C sind ähnlich zu denjenigen der Halbleiterdrucksensoren 100A und 100B.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • 21 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors 100D gemäß Ausführungsbeispiel 4 zeigt. Der Querschnitt aus 21 entspricht dem Querschnitt aus 19.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100D unterscheidet sich von dem Halbleiterdrucksensor 100C darin, dass die Membran 61 einen fixierten Abschnitt 110 in dem Bereich 109 ausbildet. Der Luftspalt 51 ist nicht zwischen dem fixierten Abschnitt 110 und dem Halbleitersubstrat 11 vorhanden, und die erste Isolierschicht 39d ist an dem fixierten Abschnitt 110 in Kontakt mit der Schutzschicht 25. Der fixierte Abschnitt 110 ist in einer Draufsicht beispielsweise ringförmig, um den Bereich 108 zu umgeben, oder unterbrochen ringförmig.
  • Selbst wenn der Bereich 109 wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100C vergrößert ist, verhindert der fixierte Abschnitt 110, dass die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 als eine Feder für die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 108 dient. In dieser Hinsicht ist der fixierte Abschnitt 110 in dem Bereich 109 vorzugsweise näher zu dem Bereich 108 angeordnet.
  • Als solches ist bei dem Halbleiterdrucksensor 100D der Luftspalt 51 auch zwischen der Isolierschicht 19 und der Membran 61 angeordnet, und die Membran 61 ist durch den Luftspalt 51 in der Dickenrichtung auch gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 angeordnet, ähnlich zu dem Halbleiterdrucksensor 100C. Jedoch ist die Membran 61 in der Dickenrichtung an der Position gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 fixiert.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100D ist geeignet als eine Referenz für den Halbleiterdrucksensor 100C. Da der fixierte Abschnitt 110 über der Isolierschicht 19 gebildet ist, verursacht er keine Differenz in der Kapazität zwischen den Halbleiterdrucksensoren 100C und 100D. Somit werden unter Kapazitätsänderungen des Halbleiterdrucksensors 100C mit Bezug auf den Wert der Kapazität des Halbleiterdrucksensors 100D Änderungen, die den Herstellungsschwankungen unterliegen, und Faktoren, die andere als Änderungen des Drucks sind, aufgehoben. Dadurch kann der Druck unter Verwendung der Kapazitätsunterschiede zwischen den Halbleiterdrucksensoren 100C und 100D mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
  • Zu diesen Zwecken sind der Halbleiterdrucksensor 100C und der Halbleiterdrucksensor 100D geeignet, um mit einer MOS-Schaltung monolithisch integriert zu werden.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100D kann ähnlich wie der Halbleiterdrucksensor 100C hergestellt werden. Jedoch wird die Opferschicht 23 (vergleiche 8 bis 12) über der Isolierschicht 19 ringförmig entfernt, um den fixierten Abschnitt 110 bereitzustellen.
  • Die Opferschicht 23 ist vorzugsweise durchgehend zwischen den Bereichen 108 und 109, um die Opferschicht 23 von dem Bereich 109 zu dem Bereich 108 zu ätzen. Somit wird die Opferschicht 23 vorzugsweise nicht vollständig, sondern unterbrochen ringförmig entfernt. Obwohl der fixierte Abschnitt 110 den Bereich 108 nicht vollständig von dem Bereich 109 trennt, dient er dazu, dass die bewegbare Elektrode 39 in den Bereich 109 nicht als eine Feder für die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 108 dient.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • 22 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors 100E gemäß Ausführungsbeispiel 5 zeigt. Der Querschnitt aus 22 entspricht dem Querschnitt aus 19.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100E aus 22 unterscheidet sich von dem Halbleiterdrucksensor 100A aus 1 in einem breiteren Bereich des Luftspalts 51 um die stationäre Elektrode 18. Mit anderen Worten ist der Luftspalt 51 bei dem Halbleiterdrucksensor 100E auch zwischen der Membran 61 und einer umgebenden Hauptseite, die die stationäre Elektrode 18 umgibt, angeordnet und an der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 vorhanden. Die umgebende Hauptseite kann als die Hauptseite des Halbleitersubstrats 11 in dem Bereich 109 betrachtet werden.
  • Der Luftspalt 51 schlängelt sich in der Dickenrichtung um die stationäre Elektrode 18 oder in dem Bereich 109 hiervon. Die Membran 61 ist auch an der Position gegenüberliegend zu dem Bereich 109 in der Dickenrichtung bewegbar.
  • Bei Ausführungsbeispiel 5 wird ein Bereich, wo der Luftspalt 51 um die stationäre Elektrode 18 gegeben ist, auch als der Bereich 109 betrachtet. Ausführungsbeispiel 5 unterscheidet sich von Ausführungsbeispiel 4 darin, dass der Bereich 109 nicht nur einen Bereich, wo die Isolierschicht 19 gebildet ist, sondern auch einen Bereich, wo weder die stationäre Elektrode 18 noch die Isolierschicht 19 ausgebildet ist, umfasst. Insbesondere umfasst der Bereich 109 nach links in 22 die Isolierschicht 19 und den ersten Quellbereich 12 über der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11. Der Bereich 109 nach rechts in 22 umfasst die Isolierschicht 19 und den zweiten Quellbereich 13 an der Hauptseite des Halbleitersubstrats 11.
  • Die Diffusionsschicht 20 ist auf dem ersten Quellbereich 12 und unter der Isolierschicht 19 angeordnet, das heißt an der gegenüberliegenden Seite des Luftspalts 51. Die Diffusionsschicht 20 ist durch die Isolierschicht 19 weitergehender als der Luftspalt 51 von der bewegbaren Elektrode 39 getrennt. Somit dient die Diffusionsschicht 20 nicht als eine stationäre Elektrode selbst, sondern dient lediglich als eine diffundierte Leitung, die mit der stationären Elektrode 18 verbunden ist.
  • Die Isolierschicht 19 hat auch eine Funktion zum Festlegen der Position des Luftspalts 51 in der Dickenrichtung, wie beschrieben mit Bezug auf die 8 bis 18 von Ausführungsbeispiel 1. Insbesondere ist die Opferschicht 23 in dem die Isolierschicht 19 umfassenden Bereich weiter entfernt von dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet als in dem Bereich, der die Isolierschicht 19 nicht umfasst. Mit anderen Worten ist der Luftspalt 51 in dem die Isolierschicht 19 umfassenden Bereich weiter beabstandet von dem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet als in dem Bereich, der die Isolierschicht 19 nicht umfasst.
  • Bei Ausführungsbeispiel 5 schlängelt sich der Luftspalt 51 in dem Bereich 109 in der Dickenrichtung, da die Isolierschichten 19 in dem Bereich 109 an den Enden näher zu dem Bereich 108 und an den Enden weiter entfernt von dem Bereich 108 ausgebildet sind. Beispielsweise schlängelt sich die Membran 61 auch in dem Bereich 109 in der Dickenrichtung. Insbesondere hat die Membran 61 in dem Bereich 109 eine Vertiefung 107 gegenüberliegend zu dem Halbleitersubstrat 11.
  • Zudem legt die Öffnung 54 nicht nur den Bereich 108, sondern auch den Bereich 109, ausgenommen der Umgebung der abzudichtenden Ätzbohrung 46 (vergleiche beispielsweise 2 und 15) frei. Somit dient die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 als eine Feder, die die Auslenkung der bewegbaren Elektrode 39 in dem Bereich 108 vergrößert. Es ist bevorzugt, dass sich der Luftspalt 51 in der Dickenrichtung in dem Bereich 109 mit Hinblick darauf schlängelt, dass die Kapazität stark von dem an den Halbleiterdrucksensor 100E anzulegenden Druck abhängt, das heißt im Hinblick auf die Erhöhung der Empfindlichkeit und Genauigkeit zur Erfassung des Drucks.
  • Obwohl der Halbleiterdrucksensor 100E ähnlich wie der Halbleiterdrucksensor 100C hergestellt wird, ist die Isolierschicht 19 auch um den Bereich 108 herum ausgebildet, so dass sich der Luftspalt 51 schlängelt.
  • 22 zeigt beispielhaft, dass der Halbleiterdrucksensor 100E einen dreischichtigen Aufbau aus der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b und der dritten Polysiliziumschicht 39c als die bewegbare Elektrode 39 aufweist, ähnlich zu dem Halbleiterdrucksensor 100A. Der Halbleiterdrucksensor 100E kann einen zweischichtigen Aufbau aus der ersten Polysiliziumschicht 39a und der zweiten Polysiliziumschicht 39b als die bewegbare Elektrode 39 aufweisen, ähnlich zu dem Halbleiterdrucksensor 100B. Die Richtungen der Spannungen und die Dicken der ersten Polysiliziumschicht 39a, der zweiten Polysiliziumschicht 39b, der dritten Polysiliziumschicht 39c, der ersten Isolierschicht 39d, der zweiten Isolierschicht 58 und der Abschirmschicht 59 sind vorzugsweise auf eine ähnliche Art und Weise, wie bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben, festgelegt.
  • Somit ist nicht nur die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, aufweisend das Anziehen von geladenem Material und von Feuchtigkeit und das externe Rauschen, sondern auch die Betriebssicherheit gegenüber Fehlerursachen, aufweisend den Spannungsgradienten der Membran 61 und die Abhängigkeit der Verlagerung der Membran 61 von einer Temperatur, höher bei dem Halbleiterdrucksensor 100E, ähnlich zu den Halbleiterdrucksensoren 100A und 100B.
  • Bei dem Halbleiterdrucksensor 100E hat die Membran 61 in der Querschnittdarstellung an ihren Enden den fixierten Abschnitt 60, der auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats 11 an der Isolierschicht 19 befestigt ist. Die Seitenwand 34 ist über der Isolierschicht 19 angeordnet, und eine Oberfläche der Seitenwand 34, die benachbart zu dem fixierten Abschnitt 60 ist, ist bevorzugt eine Abrundung, die umso näher an dem Luftspalt 51 ist, je weiter sie von der Isolierschicht 19 entfernt ist. Die Vorteile der Eigenschaften des Halbleiterdrucksensors 100E sind ähnlich zu denjenigen der Halbleiterdrucksensoren 100A und 100B.
  • Ausführungsbeispiel 6
  • 23 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Aufbau eines Halbleiterdrucksensors 100F gemäß Ausführungsbeispiel 6 zeigt. Der Querschnitt aus 23 entspricht dem Querschnitt aus 19.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100F unterscheidet sich von dem Halbleiterdrucksensor 100E darin, dass die Membran 61 einen fixierten Abschnitt 110 in dem Bereich 109 ausbildet. Der Luftspalt 51 ist nicht zwischen dem fixierten Abschnitt 110 und dem Halbleitersubstrat 11 gegeben, und die erste Isolierschicht 39d ist an dem fixierten Abschnitt 110 in Kontakt mit der Schutzschicht 25.
  • Selbst wenn der Bereich 109 wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100E vergrößert ist, verhindert der fixierte Abschnitt 110, dass die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 109 als eine Feder für die bewegbare Elektrode 39 in dem Bereich 108 dient. In dieser Hinsicht ist der fixierte Abschnitt 110 vorzugsweise in dem Bereich 109 näher zu dem Bereich 108 angeordnet. Der fixierte Abschnitt 110 ist beispielsweise in einer Draufsicht an einer Position der Isolierschicht 19 angeordnet.
  • Als solches ist bei dem Halbleiterdrucksensor 100F der Luftspalt 51 auch zwischen der Isolierschicht 19 und der Membran 61 angeordnet, und die Membran 61 ist in dem Bereich 109 in der Dickenrichtung über dem Luftspalt 51 auch gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 angeordnet, wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100E. Jedoch ist die Membran 61 in der Dickenrichtung an dem Abschnitt gegenüberliegend zu der Isolierschicht 19 fixiert.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100F ist geeignet als die Referenz für den Halbleiterdrucksensor 100E. Da der fixierte Abschnitt 110 über der Isolierschicht 19 ausgebildet ist, verursacht er keine Differenz in der Kapazität zwischen den Halbleiterdrucksensoren 100E und 100F. Daher werden unter Änderungen der Kapazität des Halbleiterdrucksensors 100E mit Bezug auf den Wert der Kapazität des Halbleiterdrucksensors 100F Änderungen, die den Herstellungsschwankungen unterworfen sind, und Faktoren, die andere als Druckänderungen sind, aufgehoben. Dadurch kann der Druck unter Verwendung der Kapazitätsunterschiede zwischen den Halbleiterdrucksensoren 100E und 100F mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
  • Für diese Zwecke sind der Halbleiterdrucksensor 100E und der Halbleiterdrucksensor 100F geeignet, mit einer MOS-Schaltung monolithisch integriert zu werden.
  • Der Halbleiterdrucksensor 100F kann ähnlich wie der Halbleiterdrucksensor 100E hergestellt werden. Die Opferschicht 23 (vergleiche 8 bis 12) über der Isolierschicht 19 wird ringförmig entfernt, um den fixierten Abschnitt 110 bereitzustellen. Daher wird die Opferschicht 23 vorzugsweise nicht vollständig, sondern unterbrochen entfernt, ähnlich wie bei dem Halbleiterdrucksensor 100D.
  • Innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung können Ausführungsbeispiele frei kombiniert werden, und irgendein Bestandteil von jedem der Ausführungsbeispiele kann angemessen abgewandelt oder weggelassen werden.
  • Obwohl die Ausführungsbeispiele beispielsweise die Werkstoffe von jedem der Bestandteile und Bedingungen zur Implementierung beschreiben, sind sie beispielhaft und nicht beschränkend.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    Halbleitersubstrat
    12
    erster Quellbereich
    13
    zweiter Quellbereich
    18
    stationäre Elektrode
    19
    Isolierschicht
    20
    Diffusionsschicht
    23
    Opferschicht
    25
    Schutzschicht
    34
    Seitenwand
    39
    bewegbare Elektrode
    39a
    erste Polysiliziumschicht
    39b
    zweite Polysiliziumschicht
    39c
    dritte Polysiliziumschicht
    39d
    erste Isolierschicht
    40
    erste Zwischenschichtisolierschicht
    45
    zweite Zwischenschichtisolierschicht
    46
    Ätzbohrung
    47
    Abdichtschicht
    51
    Luftspalt
    54
    Öffnung
    58
    zweite Isolierschicht
    59
    Abschirmschicht
    60
    fixierter Abschnitt
    61
    Membran
    100A
    Halbleiterdrucksensor
    100B
    Halbleiterdrucksensor
    100C
    Halbleiterdrucksensor
    100D
    Halbleiterdrucksensor
    100E
    Halbleiterdrucksensor
    100F
    Halbleiterdrucksensor
    103
    Bereich
    107
    Vertiefung
    108
    Bereich
    109
    Bereich
    110
    fixierter Abschnitt
    F5
    Spannung
    Fa
    Spannung
    Fb
    Spannung
    Fc
    Spannung

Claims (7)

  1. Halbleiterdrucksensor (100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F), aufweisend: • eine stationäre Elektrode (18), die an einer Hauptseite eines Halbleitersubstrats (11) angeordnet ist; und • eine Membran (61), die durch einen Luftspalt (51) in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats zumindest in einem Bereich bewegbar ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der stationären Elektrode ist, wobei die Membran • eine bewegbare Elektrode (39); • eine erste Isolierschicht (39d), die mit Bezug auf die bewegbare Elektrode näher an dem Luftspalt angeordnet ist; • eine zweite Isolierschicht (58), die mit Bezug auf die bewegbare Elektrode gegenüberliegend zu dem Luftspalt angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht von demselben Schichttyp ist wie die erste Isolierschicht; und • eine Abschirmschicht (59), die die zweite Isolierschicht zwischen sich und der bewegbaren Elektrode aufnimmt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Druckeigenspannung aufweist, eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Zugeigenspannung aufweist, und eine dritte Polysiliziumschicht (39c), die eine Druckeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht, die zweite Polysiliziumschicht und die dritte Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Druckeigenspannung aufweist, oder dass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Zugeigenspannung aufweist, eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Druckeigenspannung aufweist, und eine dritte Polysiliziumschicht (39c), die eine Zugeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht, die zweite Polysiliziumschicht und die dritte Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Zugeigenspannung aufweist, oder dass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Druckeigenspannung aufweist, und eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Zugeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht und die zweite Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer vorgegebenen Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Druckeigenspannung aufweist, oder dass die bewegbare Elektrode eine erste Polysiliziumschicht (39a), die eine Zugeigenspannung aufweist, und eine zweite Polysiliziumschicht (39b), die eine Druckeigenspannung aufweist, umfasst, wobei die erste Polysiliziumschicht und die zweite Polysiliziumschicht ausgehend von der stationären Elektrode in einer festgelegten Reihenfolge in der Dickenrichtung geschichtet sind, und die Abschirmschicht (59) eine vierte Polysiliziumschicht ist, die eine Zugeigenspannung aufweist.
  2. Halbleiterdrucksensor (100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine dritte Isolierschicht (19), die die stationäre Elektrode (18) an der Hauptseite des Halbleitersubstrats (11) umgibt, wobei die Membran (61) in einem Querschnitt an Enden der Membran einen fixierten Abschnitt (60) aufweist, der auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats (11) an der dritten Isolierschicht befestigt ist.
  3. Halbleiterdrucksensor (100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) nach Anspruch 2, weiter aufweisend eine Seitenwand (34), die über der dritten Isolierschicht (19) angeordnet ist und eine Oberfläche benachbart zu dem fixierten Abschnitt (60) aufweist, wobei die benachbarte Oberfläche eine Abrundung ist, die umso näher an dem Luftspalt (51) ist, je weiter sie von der dritten Isolierschicht beabstandet ist.
  4. Halbleiterdrucksensor (100C, 100E) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Luftspalt (51) zwischen der dritten Isolierschicht (19) und der Membran (61) angeordnet ist, und die Membran über den Luftspalt (51) in der Dickenrichtung gegenüberliegend zu der dritten Isolierschicht ist und in einem Bereich in der Dickenrichtung bewegbar ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der dritten Isolierschicht ist.
  5. Halbleiterdrucksensor (100D, 100F) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Luftspalt (51) zwischen der dritten Isolierschicht (19) und der Membran (61) angeordnet ist, und die Membran über den Luftspalt (51) in der Dickenrichtung gegenüberliegend zu der dritten Isolierschicht ist und in der Dickenrichtung in einem Bereich fixiert ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der dritten Isolierschicht ist.
  6. Halbleiterdrucksensor (100E) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Luftspalt (51) zwischen der Membran (61) und einer Hauptseite, die die stationäre Elektrode (18) umgibt, angeordnet ist, die umgebende Hauptseite in der Hauptseite des Halbleitersubstrats enthalten ist, der Luftspalt sich in der Dickenrichtung zumindest um die stationäre Elektrode herum schlängelt, und die Membran in der Dickenrichtung in einem Bereich bewegbar ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der umgebenden Hauptseite ist.
  7. Halbleiterdrucksensor (100F) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Luftspalt (51) zwischen der Membran (61) und einer Hauptseite, die die stationäre Elektrode (18) umgibt, angeordnet ist, die umgebende Hauptseite in der Hauptseite des Halbleitersubstrats enthalten ist, der Luftspalt sich in der Dickenrichtung zumindest um die stationäre Elektrode herum schlängelt, und die Membran (61) in der Dickenrichtung in einem Bereich fixiert ist, wo die Membran gegenüberliegend zu der umgebenden Hauptseite ist.
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