DE2503781A1 - Verfahren zur herstellung von druck-messwertwandlern in halbleiterbauweise - Google Patents

Verfahren zur herstellung von druck-messwertwandlern in halbleiterbauweise

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Description

Pstsr^anwnlt
2 ;:λ;γ"7:2 so
US. 1.75
24. 1. 1975 N. 74 131 Fl.
National Semiconductor Corporation 2900 Semiconductor Drive Santa Clara, Kalif. (V. St. v. A.)
Verfahren zur Herstellung von Druck-Meßwertwandlern in Halbleiterbauweise
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Ser. No. 455 050 vom 27. März 1974 in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druck-Meßwertwandlern in Halbleiterbauweise für Manometerdruck- oder Differentialdruckmessung.
Druck-Meßwandler aus Halbleitermaterialien in integrierter Schaltungstechnik sind bereits bekannt. Eine Ausführungsform eines derartigen Druck-Meßwandlers ist in einem Aufsatz mit dem Titel "Integration Brings a Generation of Low Cost Transducers" ("Integration führt zu einer Generation preiswerter Wandler") von A. Zias und W. Hare in "Electronics", Ausg. 4. 12. 1972, Seiten 83 bis 88 beschrieben. Verbesserte Ausführungsformen derartiger Druck-Meßwertwandler sind in den weiteren U.S. Patentanmeldungen derselben Anmelderin Ser. No. mit dem Titel "Semiconductor Pressure Transducer Employing Novel Temperature Compensation Means" ("Druck-Meßwertwandler in Halbleiterbauweise mit neuartiger Temperaturkompensationseinrichtung") und Ser. No.
509 8 86/0 772
2503731
mit dem Titel "Semiconductor Pressure Transducer Employing Temperature Compensation Circuits and Novel Heater Circuitry" ("Druck-Meßwertwandler in Halbleiterbauweise mit Temperaturkompensationsschaltungen und neuartigem Heizkreis") beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Druck-Meßwertwandlers zur Absolutdruckmessung besteht aus einem 304,8 pm dicken Si 1iziumplättchen, das sich aus einem 279,4 pm dicken η Substrat mit einer auf der Oberfläche des Substrats ausgebildeten, 25,4 pm dicken η-Epitaxial schicht zusammensetzt. In einem Abschnitt des Plättchens ist ein Vakuum-Bezugshohlraum durch Ausätzen des dicken Substrats von der Rückseite her ausgebildet, so daß die 25,4 μηι dicke n-Epi taxial schicht eine dünne Membranwand an dem Bezugshohlraum bildet. Das Plättchen wird beispielsweise vermittels einer erhitzten Glasfritte unter Vakuum mit einer aus Silizium bestehenden, 304,8 um starken Versteifungs- oder Stützplatte verklebt, wodurch eine druckdicht abgeschlossene Vakuum-Bezugszelle entsteht, deren eine Wand durch die Silizium-Druckmembran gebildet ist. In der dünnwandigen Siliziummembran wird eine aus vier piezoelektrischen Widerständen bestehende Wheatstonebrücke ausgebildet, indem die vier Widerstände durch p-Diffusion von Bor in die auf dem Si 1iziumplättchen ausgebildete n-Epitaxialschicht hergestellt werden.
An die beiden eingangsseitigen Knotenpunkte der Wheatstonebrücke wird dann eine konstante Spannung angelegt, und an den Ausgangsknotenpunkten der Brücke die Ausgangsspannung gemessen, welche linear abhängig ist von dem auf die dünnwandige Membran ausgeübten Druck, durch den die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Bei Druckanstieg steigt auch die Ausgangsspannung an und stellt somit ein Maß für den auf den Wandler, d.h. die Widerstandsbrücke in der Halbleitermembran ausgeübten Druck dar.
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Neben Absolutdruck-Meßwertwandlern, mit denen der um den Wandler herum herrschende Druck in bezug auf eine abgeschlossene Vakuum-Bezugszelle meßbar ist, werden Manometerdruck- und Differentialdruck-Maßwertwandler unter anderem auch in der Weise hergestellt, daß in der Stützplatte eine zu dem hinter der Siliziummembran befindlichen Hohlraum durchgeführte öffnung ausgebildet wird und somit vermittels des Meßwertwandlers ein Druck in bezug auf den um den Wand·^ ler herum herrschenden Umgebungsdruck oder einen bekannten Bezugsdruckwert meßbar ist.
Die Ausbildung derartiger Meßwertwandler in Halbleiterbauweise, insbesondere aus Silizium, erfolgt in Matrizenform auf einer einzigen Platte, die jeweils beispielsweise 150 oder mehr Wandler-Bauelemente trägt. Bei der Herstellung von Absolutdruck-Meßwertwandlern läßt sich der einzelne Wandler während des Herstellungsgangs und vor Aufteilung der Platte in einzelne Meßwertwertwandler elektrisch prüfen. Dazu wird die unter Druck stehende Wheatstonebrücke elektrisch durchgemessen. Aufgrund des im Hohlraum des Absolutdruck-Meßwertwandlers herrschenden Vakuums ist die Siliziummembran nach innen durchgebogen. Die elektrische Prüfung erfolgt in bekannter Weise vermittels eines automatisch arbeitenden X-Y-Koordinaten-Schrittprüfgeräts, mit dem die einzelnen Meßwertwandler nacheinander reihenweise durchgeprüft werden, wobei die Platte fest im Prüfgerät gehalten ist. Diejenigen Meßwertwandler, welche die elektrische Prüfung nicht bestehen, werden beispielsweise durch einen Farbpunkt gekennzeichnet, so daß nach Aufteilung der Platte in einzelne Meßwertwandler die bei der elektrischen Prüfung als fehlerhaft erkannten und markierten Wandler aussortiert werden können.
Im Falle von Manometerdruck- oder Differentialdruck-Meßwertwandlern steht die Siliziummembran nicht unter Druck und ist nicht durchgebogen, da der Innenhohlraum durch das Loch
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in der Stützplatte mit der Umgebung in Verbindung steht. Daher können elektrische Prüfungen zur Bestimmung des Druckansprechverhaltens der Membran mit dem X-Y-Schri ttprlif gerät so lange nicht ausgeführt werden, wie sich die Meßwertwandler noch in der Platte befinden. In diesen Fällen wurde daher bis jetzt so verfahren, daß die elektrische Prüfung der Dehnungs- oder Biegeeigenschaften der Siliziummembran so lange zurückgestellt wurde, bis die einzelnen Bauteile von der Platte getrennt und bereits auf einer Befestigungsplatte mit anderen integrierten Schaltungselementen wie z.B. Verstärkern zu einem vollständigen Druck-Meßwertwandlergerät ausgebildet worden, sind. Die Prüfkosten in diesem späteren Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens sind wesentlich höher im Vergleich zu denen für die elektrische Prüfung der Membran während die einzelnen Bauelemente noch in einer Platte zusammengefaßt si nd.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuartigen Verfahrens zur Herstellung von Druck-Meßwertwandlern vom Manometer- oder Differentialdrucktyp in Halbleiterbauweise, bei denen die elektrische Sondenprüfung der Dehnungseigenschaften der Membran jedes einzelnen Wandler-Bauelements bereits erfolgen kann, wenn der Wandler-Bauteil noch Teil einer aus vielen Wandler-Bauelementen bestehenen Platte bildet.
Auf diese Weise soll erreicht werden, daß die elektrische Prüfung der Membran eines Manometerdruck- oder Differential druck-Meßwertwandlers während des Herstellungsgangs gleichzeitig mit der elektrischen Prüfung von Absolutdruck-Meßwertwandlern erfolgen kann, d.h. zu einem Zeitpunkt, in welchem der Meßwertwandler noch als Abs'ol utdruck-Meßwertwandler ausgebildet ist. Im Anschluß an die elektrische Prüfung läßt sich dann der Meßwertwandler leicht aus der Absolutdruckform in die Manometerdruck- oder Differentialdruckform überführen. Auf diese Weise können Manometerdruck- oder
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Differentialdruck-Meßwertwandler mit fehlerhafter Dehnungskennlinie beispielsweise aufgrund eines Lecks in der Glasdichtung bereits bei der X-Y-Koordinaten-Schrittprüfung an den Platten erkannt werden.
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von Druck-Meßwertwandlern in Halbleiterbauweise ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats eine Halbleiterschicht ausgebildet wird, eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen angeordneter Hohlraumbereiche in das Substrat eingeätzt wird, wobei die Halbleiterschicht zwecks Ausbildung biegsamer Membranen über den Hohlraumbereichen belassen wird, in den Membranen piezoelektrische Widerstandsmeßbrücken ausgebildet werden, eine aus Halbleitermaterial bestehende Stützplatte auf ihrer Oberseite mit einer Oxidschicht, und auf ihrer Unterseite mit einer Vielzahl in gegenseitigen Abständen angeordneter, jeweils zu den Hohlraumbereichen im Substrat ausgerichteter Ausnehmungen versehen wird, welche an den den Hohlraumbereichen entsprechenden Stellen jeweils einen Teil einer bis zu der auf der Oberseite der Stützplatte befindlichen Oxidschicht führenden 'Öffnung bilden, die Stützplatte unter Vakuum an ihrer Oberseite mit dem Substrat hermetisch abgedichtet verbunden wird, wobei in dem Substrat luftleere Absolutdruck-Meßwertwandlerhohlräume ausgebildet werden, die auf einer Seite durch eine Membran, und auf der entgegengesetzten Seite durch die die öffnungen überlagernden Oxidbereiche begrenzt sind, und diese Absolutdruck-Meßwertwandlerhohlräume durch Durchstechen der die Ausnehmungen in der Stützplatte überlagernden Oxidschichtbereiche unter Ausbildung einer Verbindung mit dem zugeordneten Hohlraum in zur Messung des Umgebungsdrucks dienende Meßwertwandlerhohlräume übergeführt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die aus Halbleitermaterial bestehende
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Stützplatte auf ihrer Oberseite und ihrer Unterseite jeweils mit einer Oxidschicht versehen werden, wonach in der auf der Unterseite der Stützplatte ausgebildeten Oxidschicht eine Maske mit in gegenseitigen Abständen angeordneten, jeweils zu einem Hohlraumbereich in dem Substrat ausgerichteten öffnungen ausgebildet und dann das hinter jeder öffnung befindliche Halbleitermaterial unter Ausbildung eines Teils einer bis zu der auf der Oberseite der Stützplatte befindlichen Oxidschicht führenden Ausnehmung durch Ätzen entfernt wird.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Ausnehmungen in der Stützplatte vermittels Hydrazin auszuätzen.
Die elektrische Prüfung dieser Meßwertwandler-Bauteile erfolgt, während die Meßwertwandler noch in Absolutdruckform vorliegen und mit anderen, gleichartigen Bauteilen in der Platte zusammengefaßt sind. Nach dem elektrischen Prüfvorgang läßt sich der Absolutdruck-Meßwertwandler leicht in eine Manometerdruckoder Differentialdruck-Meßwertwandlerform überführen. Auf diese Weise lassen sich Manometerdruck- oder Differentialdruck-Meßwertwandler mit fehlerhaften Dehnungskennlinien der Membran, welche beispielsweise auf ein Leck in der Glasdichtung zurückzuführen sind, bereits bei der Prüfung mit dem X-Y-Koordinaten-Schrittprüfgerät erkennen.
Das zur Herstellung der Meßwertwandler verwendete Halbleitermaterial besteht im allgemeinen aus Silizium. Entsprechend dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird die Stützplatte auf ihrer gesamten Oberseite mit einer dünnen Siliziumoxidschicht versehen, welche dann hermetisch gegen die Unterseite des den Hohlraum aufweisenden Si 1iziumbau-tei1s abgedichtet wird. Auf die Unterseite der Stützplatte kann gleichfalls vermittels herkömmlicher Photoresistverfahren eine Oxidmaskierung aufgebracht werden, welche eine Vielzahl öffnungen aufweist, durch welche hindurch die Unterseite der
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Stützplatte an den jeweils zu einem Hohlraum im Siliziumsubstrat ausgerichteten Stellen freiliegt. Die Stützplatte wird dann von ihrer Unterseite her vermittels eines Ätzmittels ausgeäzt, durch welches das Silizium bis zur dünnen Oxidschicht weggeätzt wird, so daß an der jedem Hohlraumbereich gegenüberliegenden Stelle nur ein dünner Oxidschichtbereich zurückbleibt. Die durch das Ätzen hergestellte Ausnehmung bildet einen Teil einer bis zu der auf der Oberseite der Stützplatte befindlichen Oxidschicht führenden 'Öffnung.
Die hermetisch abdichtende Verbindung zwischen Siliziumsubstrat und Stützplatte erfolgt im Vakuum vermittels eines Dichtungsmittels wie z.B. Glasfritte. Der kleine Oxidschichtbereich, welcher die Wand des Hohlraums auf der Seite der Stützplatte im Siliziumsubstrat gegenüber der Ausnehmung bildet, widersteht dem auf das Vakuum einwirkenden Drück, wobei sich die Siliziummembran wie im Falle eines Absolutdruck-M ßwertwandlerhohlraums nach innen durchbiegen kann. Da die Hohlräume im Siliziumsubstrat in dieser Form dem Hohlraum eines Absolutdruck-Meßwertwandlers entsprechen, lassen sich die entsprechenden Meßwertwandler-Bauelemente vermittels des X-Y-Schrittprüfgeräts messen, während das Meßwertwandler-Bauelement noch Teil einer viele Bauelemente aufweisenden Platte bildet.
Im Anschluß an die elektrische Sondenprüfung können die Meßwertwandler mit zufriedenstellenden Dehnungskennlinien ausgewählt und in Manometerdruck-Meßwertwandler übergeführt werden. Dazu wird der kleine Oxidschichtbereich auf der Stützplatte zwischen der Oberseite derselben und der Unterseite des im .Substrat ausgebildeten Hohlraums ausgestanzt, wodurch eine öffnung entsteht, durch welche der unterhalb der Siliziummembran befindliche Hohlraum mit Umgebungsdruck in Verbindung steht. Durch diese einfachen Verrichtungen wird somit ein Manometerdruck- oder Differentialdruck-Meßwertwandler erhalten.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird im nachfolgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert, in welcher ist
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Druck-Meßwertwandlers ,
Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung ein Schnitt durch den Hohlraum des Halbleitersubstrats am Meßwertwandler von Fig. 1, aus welchem die dünne, biegsame Membranwand des Hohlraums und die Ausnehmung in der Stützplatte ersichtlich sind,
Fig. 3 ein Querschnitt durch einen Teil einer entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stützplatte über einen Bereich von drei Meßwertwandlern,
Fig. 4 ein Fig. 3 ähnlicher Querschnitt des gleichen Ausschnitts der Stützplatte nach Verbindung mit dem Halbleitersubstrat im Anschluß an die elektrische Prüfung und vor Fertigstellung, und
Fig. 5 ein Querschnitt durch einen Teil eines SiIiziumplättchens, in welchem drei Manometerdruck-Meßwertwandler ausgebildet sind.
Figur 1 veranschaulicht einen in bekannter Weise ausgebildeten Druck-Meßwertwandler in Form eines Halbleiter-Druckmeßfühlers 11 mit einer piezoelektrischen Widerstandsmeßbrücke 12, die durch p-Diffusion von vier Widerstandszweigen in die auf einem n+ Substrat ausgebildete n-Epitaxialschicht hergestellt sind. Der Druckfühler ist an einer Keramikplatte befestigt. Ein Druckrohr-Anschlußstück 14 ist in abgedichteter Weise an der Unterseite der Keramikplatte 13 befestigt
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und steht über eine Druckrohröffnung 15 in der Keramikplatte 13 mit dem Druckmeßbereich in Verbindung. Auf der Keramikplatte 13 sind weiterhin ein Pufferverstärker 16 (wie z.B. ein Pufferverstärker vom Typ 747 mit Verstärkungsgrad 1) und z.B. ein Rechenverstärker 17 vom Typ 741 befestigt, mit dem das von der Widerstandsmeßbrücke 12 abgegebene Ausgangssignal über den Pufferverstärker 16 auf einen gewünschten Ausgangssignalwert verstärkt wird. Für Drücke im Bereich von ο bis 2,11 kp/cm2 beträgt die Ausgangsspannung typischerweise zwischen 2,5 und 12,5 Volt.
Der die Druckrohröffnung 15 und den Druckmeßfühler 11 aufweisende Bereich der Keramikplatte 13 ist durch eine abgedichtet mit der Keramikplatte verbundene Metallhaube 19 abgedeckt. Mehrere Dickfilm-Trimmwiderstände sind an einem Rand 18 der Keramikplatte 13 und außerhalb des abgedeckten Bereichs angeordnet. Der Einfachhheit halber sind hier nur zwei Trimmwiderstände 21 und 22 dargestellt. Die Eingangs- und Ausgangs-Anschlußklemmen befinden sich am gegenüberliegenden Rand 23 der Keramikplatte, wobei auch hier wiederum lediglich zwei Anschlußklemmen 24 und 25 dargestellt sind.
In Fig. 2 ist der Halbleiter-Druckmeßfühler 11 schaubildlich aufgeschnitten dargestellt. Der Druckmeßfühler 11 besteht aus einem n+ Substrat 26 von etwa 279,4.pm (11 mils) Dicke, auf dem eine 25,4 pm (1 mil) dicke n-Epitaxialschicht 27 aufgebracht ist. Das η Substratmaterial ist in einem mittigen Bereich des Substrats 26 weggeätzt, wodurch ein Bezugshohlraum ausgebildet ist, der auf seiner Oberseite lediglich durch die 25,4 μηι dicke n-Epi taxialschicht 27 abgedeckt, ist, welche als Membran 28 dient. Substrat 26, Epitaxialschicht 27 und Membran 28 sind aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt. Das Oberteil 26, 27 und 28 wird dann im Vakuum unter Zuhilfenahme eines Bindemittels mit einem zweiten Halbleiterplättchen 29 abgedichtet verbunden, das eine Stütz-
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platte für den oberen Halbleiterbauteil 26, 27, 28 bildet. Wenn der Druck-Meßwertwandler als Manometerdruck- oder Differentialdruck-Meßwertwandler und nicht als Absolutdruck-Meßwertwandler ausgebildet sein soll, wird in der Stützplatte 29 eine durchgehende Ausnehmung 31 ausgebildet, welche bis zum Hohlraumbereich 32 durchgeführt ist, so daß sich der unterhalb der Membran 28 befindliche Hohlraumbereich 32 auf Umgebungsdruck befindet. Das in der Zeichnung dargestellte Bauelement ist nicht maßstabsgerecht; in Wirklichkeit weisen der Oberteil 26, 27, 28 und die Stützplatte 29 die Abmessungen von etwa 2,92 χ 4,19 mm bei 610 \im Dicke auf. Die Abmessungen des Hohlraums 32 betragen dabei etwa 1,52 χ 2,92 mm, bei einer Höhe von 280 pm.
Bei bekannten Herstellungsverfahren erfolgt die Ausbildung der Ausnehmungen oder öffnungen 31 in der Stützplatte 29 vor der elektrischen Sondenprüfung des noch in der Platte befindlichen Bauelements, so daß demzufolge die Membran 28 bei der Prüfung nicht druckbelastet und verformt ist. Die elektrische Prüfung der Membraneigenschaften erfolgt üblicherweise in einem späteren Zeitpunkt bei der Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Druck-Meßwertwandlers.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 werden bereits in einem frühen Zeitpunkt bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahren thermische Oxidschichten 33 und auf Oberseite und Unterseite der Stützplatte 29 ausgebildet. Vermittels bekannter Photoresist-Maskierungstechniken werden dann öffnungen 35 vorbestimmter Größe von z.B.560 pm Durchmesser in der unteren Oxidschicht 34 ausgebildet, wobei die Lage und die gegenseitigen Abstände dieser öffnungen so bemessen sind, daß die öffnungen jeweils genau zu einem Hohlraumbereich ausgerichtet sind. Das Siliziummaterial der Stützplatte 29 wird dann vermittels eines Ätzmittels wie z.B. Hydrazin (N2H-H2O) weggeäzt, so daß in der Siliziumplatte
eine Ausnehmung 31 entsteht, jedoch die etwa 8000 A dicke Oxidschicht 33 nicht angegriffen wird. Am Boden jeder" Ausnehmung bleibt daher ein kleiner Oxidschichtbereich 36 von beispielsweise 51 pm Durchmesser stehen.
Wie anhand Fig. 4 ersichtlich, wird dann die Stützplatte 29 beispielsweise durch geschmolzene Glasfritte unter Vakuum 'abgedichtet mit dem Substrat 26 verbunden, wobei darauf geachtet wird, daß die Ausnehmungen 31 in der Stützplatte genau zu den Hohlraumbereichen 32 ausgerichtet sind.
Durch Verbindung der Stützplatte 29 mit dem Substrat 26 entsteht eine Vielzahl von Hohlräumen, die an einer Wandseite durch die biegsame Membran 28, und auf der entgegengesetzten Wandseite teilweise durch den Oxidschichtbereich 36 begrenzt sind. Die kleinen Oxidschichtbereiche 36 widerstehen aufgrund ihrer geringen Ausdehnung ohne weiteres dem auf sie aufgrund des inneren Hohlraums lastenden Druck gegenüber Vakuum. Die auf diese Weise ausgebildeten Druck-Meßwertwandler weisen Absolutdruck-Meßwertwandlerhohlräume 32 auf. Da die Hohlräume luftleer sind, stehen die Membranen 28 unter Druck und sind nach innen zum Hohlraum hin verformt. In diesem Zustand lassen sich die in den Membranen 28 ausgebildeten Widerstandsmeßbrücken 12 vermittels der bekantnen X-Y-Koordinaten-Schrittprüfgeräte leicht elektrisch durchmessen. Alle fehlerhaften Meßwertwandler wie z.B. solche, die ein Leck in der Glasdichtung aufweisen, werden bei der Prüfung als Ausschuß, markiert.
Zu einem späteren Zeitpunkt, der entweder auf die elektrische Prüfung der Platte folgt, bevor diese in einzelne Bauelemente unterteilt wird, oder im Anschluß an die Aufteilung der Platte in Bauelemente, jedoch vor Einbau derselben in ein Drück-Meßwertwandlergerät, werden die Oxidschichtbereiche 36 vermittels einer Nadel oder eines Dorns 37 durchgestochen, um die Aus-
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nehmungen 31 vermittels der so ausgebildeten öffnungen mit den Hohlraumbereichen 32 zu verbinden. In Fig. 5 ist ein Abschnitt einer Platte nach Ausbildung dieser 'Öffnungen dargestellt, wobei die einzelnen Bauelemente noch in einer Platte miteinander verbunden sind.
Da bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die Dehnungskennlinien der Membranen 28 bereits dann elektrisch ausgemessen werden können, wenn die Meßwertwandler-Bauelemente noch einen Teil der Platte bilden, läßt sich die Ausbeute an brauchbaren Wandlern bereits in einem frühen Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens ermitteln, was zu einer beträchtlichen Senkung der bei der Herstellung von Druck-Meßwertwandlern anfallenden Kosten führt.
- Patentansprüche
50 9-H G / O1; \: ν

Claims (3)

Patentansprüche :
1..Verfahren zur Herstellung von Druck-Meßwertwandlern in Halbleiterbauweise, dadurch gekennzei chn e t , daß auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (26) eine Halbleiterschicht (27) ausgebildet wird, eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen angeordneter Hohlraumbereiche (32) in das Substrat eingeätzt wird, wobei die Halbleiterschicht zwecks Ausbildung biegsamer Membranen (28) über den Hohlraumbereichen belassen wird, in den Membranen piezoelektrische Widerstandsmeßbrücken (12) ausgebildet werden, eine aus Halbleitermaterial bestehende Stützplatte (29) auf ihrer Oberseite mit einer Oxidschicht (32), und auf ihrer Unterseite mit einer Vielzahl in gegenseitigen Abständen angeordneter, jeweils zu den Hohlraumbereichen (32) im Substrat (26) ausgerichteter Ausnehmungen (31) versehen wird, welche an den den Hohlraumbereichen entsprechenden Stellen jeweils einen Teil eines bis zu der auf der Oberseite der Stützplatte (29) befindlichen Oxidschicht (33) führenden öffnung bilden, die Stützplatte unter Vakuum an ihrer Oberseite mit dem Substrat (26) hermetisch abgedichtet verbunden wird, wobei in dem Substrat luftleere Absolutdruck-Meßwertwandlerhohlräume (32) ausgebildet werden, die auf einer Seite durch eine Membran (28), und auf der entgegengesetzten Seite durch die die 'Öffnungen überlagernden Oxidschichtbereiche (36) begrenzt sind, und diese Absolutdruck-Meßwertwandlerhohlräume durch Durchstechen der die Ausnehmungen (31) in der Stützplatte (29) überlagernden Oxidschichtbereiche (36) unter Ausbildung einer Verbindung mit dem zugeordneten Hohlraum (32) in zur Messung des Umgebungsdrucks dienende Meßwertwandlerhohlräume übergeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Halbleitermaterial bestehende Stützplatte (29)
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auf ihrer Oberseite und ihrer Unterseite jeweils mit einer Oxidschicht (33 bzw. 34) versehen, in der auf der Unterseite der Stützplatte ausgebildeten Oxidschicht (34) eine Maske mit in gegenseitigen Abständen angeordneten, jeweils zu einem Hohlraumbereich (32) in dem Substrat ausgerichteten öffnungen ausgebildet und dann das hinter jeder öffnung befindliche Halbleitermaterial unter Ausbildung eines Teils einer bis zu der auf der Oberseite der Stutzplatte (29) befindlichen Oxidschicht (33) führenden Ausnehmung (31) durch Ätzen entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (31) in der Stützplatte (29) vermittels Hydrazin ausgeätzt werden.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121334A (en) * 1974-12-17 1978-10-24 P. R. Mallory & Co. Inc. Application of field-assisted bonding to the mass production of silicon type pressure transducers
US4023562A (en) * 1975-09-02 1977-05-17 Case Western Reserve University Miniature pressure transducer for medical use and assembly method
US4144516A (en) * 1976-03-29 1979-03-13 Aine Harry E Solid state transducer and method of making same
US4376929A (en) * 1976-12-27 1983-03-15 Myhre Kjell E Optimized stress and strain distribution diaphragms
US4133100A (en) * 1976-12-27 1979-01-09 Myhre Kjell E Method of making diaphragm of optimized stress and strain distribution
US4317126A (en) * 1980-04-14 1982-02-23 Motorola, Inc. Silicon pressure sensor
US4790192A (en) * 1987-09-24 1988-12-13 Rosemount Inc. Silicon side by side coplanar pressure sensors
US4987780A (en) * 1987-11-16 1991-01-29 Litton Systems, Inc. Integrated accelerometer assembly
US5006487A (en) * 1989-07-27 1991-04-09 Honeywell Inc. Method of making an electrostatic silicon accelerometer
JPH0352186U (de) * 1989-09-28 1991-05-21
US6903084B2 (en) 1991-08-29 2005-06-07 Sterix Limited Steroid sulphatase inhibitors
US5616514A (en) * 1993-06-03 1997-04-01 Robert Bosch Gmbh Method of fabricating a micromechanical sensor
US5736430A (en) * 1995-06-07 1998-04-07 Ssi Technologies, Inc. Transducer having a silicon diaphragm and method for forming same
CA2176052A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-08 James D. Seefeldt Transducer having a resonating silicon beam and method for forming same
US6021675A (en) * 1995-06-07 2000-02-08 Ssi Technologies, Inc. Resonating structure and method for forming the resonating structure
US5636729A (en) * 1995-06-12 1997-06-10 Wiciel; Richard Piezo switch
US5874679A (en) * 1996-04-04 1999-02-23 Ssi Technologies, Inc. Pressure sensor package and method of making the same
US5831170A (en) * 1996-04-04 1998-11-03 Ssi Technologies, Inc. Pressure sensor package and method of making the same
DE69706213T2 (de) * 1996-04-04 2002-05-16 Ssi Technologies, Inc. Druckmessgerät und Verfahren zu seiner Herstellung
US5999082A (en) * 1998-03-25 1999-12-07 Kulite Semiconductor Products, Inc. Compensated oil-filled pressure transducers
ATE252225T1 (de) * 1998-12-15 2003-11-15 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum erzeugen eines mikro- elektromechanischen elements
US7335650B2 (en) * 2000-01-14 2008-02-26 Sterix Limited Composition
JP2006237118A (ja) * 2005-02-23 2006-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電素子の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3160539A (en) * 1958-09-08 1964-12-08 Trw Semiconductors Inc Surface treatment of silicon
US3757414A (en) * 1971-03-26 1973-09-11 Honeywell Inc Method for batch fabricating semiconductor devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3160539A (en) * 1958-09-08 1964-12-08 Trw Semiconductors Inc Surface treatment of silicon
US3757414A (en) * 1971-03-26 1973-09-11 Honeywell Inc Method for batch fabricating semiconductor devices

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Publication number Publication date
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US3909924A (en) 1975-10-07
GB1476582A (en) 1977-06-16
DE2503781C2 (de) 1984-06-28

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