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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor vom elektrischen
Kapazitätstyp (auch
als kapazitiver Drucksensor bezeichnet) und ein Verfahren zur Herstellung
dieses Drucksensors.
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Beschreibung
des einschlägigen
Standes der Technik
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Als
bereits bekannter herkömmlicher
kapazitiver Drucksensor ist zuerst eine Vorrichtung zu erwähnen, die
in JP-A-8-233672 beschrieben ist.
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Nach
der in der obigen Publikation offenbarten herkömmlichen Technik wird ein Hohlraum
in einer Hilfsschicht, die mit einer Diaphragmaschicht überdeckt
ist, mittels Durchlässen
oder Zwischenräumen,
die in der Diaphragmaschicht ausgebildet sind, erzeugt, worauf diese
Zwischenräume
so geschlossen werden, dass sie keinen Teil einer Schutzabdeckung
bilden, die in einem Endfertigungsprozess auf der Diaphragmaschicht
aufgebracht wird. Auf diese Weise wird dem endgültigen Diaphragma die erwünschte Deformierbarkeit
verliehen.
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Ferner
ist als bereits bekannter herkömmlicher
kapazitiver Drucksensor zweitens eine Vorrichtung zu erwähnen, die
in JP-A-6-307960 beschrieben ist.
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Bei
der in der oben erwähnten
Veröffentlichung
offenbarten Vorrichtung sind Drucksensoren in einer matrixartigen
Anordnung angeordnet, wobei aus Polysilicium erzeugte Diaphragmen über Mustern
von elektrischen Leitern angeordnet sind, die auf der oberen Oberfläche eines
Siliciumsubstrats ausgebildet sind, um die elektrische Kapazität, die sich
in Abhängigkeit
von einer Druckverformung ändert,
zu bestimmen oder zu erfassen. Diese Diaphragmen sind mit mindestens
zwei unterschiedlichen Größen ausgebildet,
und eine Anzahl von Sensoren, welche die entsprechenden Diaphragmen
der gleichen Größe umfassen,
sind in einer Untereinheit untergebracht. Somit werden mindestens
zwei Untereinheiten gebildet, wobei die individuellen Untereinheiten so
implementiert sind, dass ihre Grundkapazitäten den gleichen Wert annehmen.
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Die
erste oben erwähnte
herkömmliche Technik
ist mit dem Problem verbunden, dass die Größe des Diaphragmas, welche
die Druckcharakteristik des Sensors bestimmt, aufgrund der Streuung bei
den Ätzbedingungen
wegen der Erzeugung der Hohlräume
durch partielles Ätzen
der Hilfsschicht mit in der Diaphragmaschicht erzeugten Zwischenräumen unter
Anwendung einer zeit bezogenen Regelung von einem Sensor zum anderen
unterschiedlich sein kann. Wenn ferner eine Vielzahl von Sensoren parallel
miteinander verbunden werden sollen, resultiert daraus die Notwendigkeit,
die Abstände
zwischen den Sensoren so zu halten, dass benachbarte Sensoren und
Hohlräume
nicht physikalisch miteinander gekoppelt werden. Aus diesem Grund
wird der sogenannte unwirksame Bereich, der zur Erzeugung der zu
erfassenden Kapazität
nicht beiträgt,
größer, was
eine vergrößerte parasitäre Kapazität mit sich bringt.
Die Vergrößerung der
parasitären
Kapazität führt wiederum zu
dem Problem, dass es schwierig wird, den Druck mit hoher Genauigkeit
zu erfassen.
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Andererseits
besitzen im Fall des als zweiten erwähnten herkömmlichen kapazitiven Drucksensors zahlreiche
parallel zu schaltende Sensoren unabhängige Diaphragmen beziehungsweise
Hohlraumbereiche. Dementsprechend wird der sogenannte unwirksame
Bereich, der zur Erzeugung der zu erfassenden Kapazität nicht
beiträgt,
größer, was
aufgrund des unwirksamen Bereichs eine erhöhte parasitäre Kapazität mit sich bringt. Die erhöhte parasitäre Kapazität führt wiederum
dazu, dass es schwierig ist, den Druck mit hoher Genauigkeit zu
erfassen, was ein Problem darstellt.
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EP-A-0
947 816 offenbart einen kapazitiven Drucksensor, bei dem die Diaphragma-Befestigungsabschnitte
(Stufen 10) innerhalb des Hohlraumbereichs angeordnet sind
und eine abdichtende und isolierende Siliciumoxidschicht und eine
Schutzabdeckschicht auf dem Diaphragma aufgebracht sind. Die Hohlräume werden
durch Entfernen einer Isolierschicht (170, 6B, 6C) durch Seitenätzung erzeugt.
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Auch
bei
US 5 316 619 , wo
ein kapazitiver Drucksensor und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben
sind, wird die zu entfernende Schicht (
60) zur Erzeugung
des Hohlraums (
28) durch Seitenätzen entfernt (
4F,
4G).
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WO
98/23935 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Absolutdrucksensoren,
bei denen der Hohlraum in eine Hilfsschicht (3) unter einer Membranschicht
(5) durch Ätzlöcher (6)
geätzt
wird, die dann mit einer Passivierungsschicht (7) verschlossen
werden. Dieses Dokument offenbart keine Anordnung der Ätzlöcher (6)
in Bezug auf Diaphragma-Befestigungsabschnitte.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik liegt der
vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Drucksensor,
bei dem eine Erhöhung
der parasitären
Kapazität unterdrückt ist
und mit dem eine Druckerfassung mit erhöhter Genauigkeit sichergestellt
werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors
anzugeben.
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Die
obige Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der
vorliegenden Erfindung.
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Im
Hinblick auf die Lösung
der obigen Aufgabe, die aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht,
wird gemäß einem
allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drucksensor vom
elektrischen Kapazitätstyp
angegeben, der eine Vielzahl von Drucksensoreinheiten aufweist,
die miteinander parallelgeschaltet und auf einem Substrat durch
eine Elektrode, einen Hohlraumbereich und ein Diaphragma mit einem
elektrisch leitenden Film gebildet sind, der gegenüber der
vorerwähnten
Elektrode angeordnet ist, wobei sich der Hohlraumbereich zwischen
der Elektrode und dem Diaphragma befindet, wobei Diaphragma-Befestigungsabschnitte
innerhalb des Hohlraumbereichs so angeordnet sind, dass eine einzige
Schicht des Diaphragmas durch Unterteilung und bereichsmäßig entsprechenden
Bereichen der Vielzahl von Drucksensoreinheiten zugeordnet ist, und
wobei Ätzlöcher im
Diaphragma in Positionen auf Linien, welche die Diaphragma-Befestigungsabschnitte
verbinden, ausgebildet sind, wodurch der Hohlraumbereich gebildet
wird.
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Aufgrund
des oben beschriebenen Aufbaus des kapazitiven Drucksensors können unwirksame Bereiche,
die nicht zur Erzeugung der zu erfassenden Kapazität beitragen,
minimiert werden, wobei die parasitäre Kapazität verringert wird, wodurch
die Erfassungsgenauigkeit des Sensors signifikant erhöht werden
kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung können
die Elektrode und das Diaphragma auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet
werden, wobei eine Isolierschicht dazwischen angeordnet wird.
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Die
im Diaphragma ausgebildeten Ätzlöcher zur
Ausbildung des Hohlraumbereichs in Positionen auf Linien, welche
die Diaphragma-Befestigungsabschnitte
verbinden, sind dadurch vorteilhaft, dass der Durchsatz beim Herstellungsverfahren
erhöht
werden kann.
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Aufgrund
dieses Merkmals kann verhindert werden, dass die Diaphragmagröße der durch
die Diaphragma-Befestigungsabschnitte definierten Drucksensoreinheiten
von einer Sensoreinheit zur anderen unterschiedlich ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann ein leitender Film über die Oberfläche des
obersten Films, der das Diaphragma bildet, aufgebracht werden, der
das Diaphragma vollständig
abdeckt. Mit diesem Aufbau kann die Zuverlässigkeit wie auch die Erfassungsgenauigkeit
des Sensors erhöht
werden.
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Wie
aus der vorstehenden Erläuterung
hervorgeht, können
durch die Konstruktion des kapazitiven Drucksensors gemäß der vorliegenden
Erfindung unwirksame Bereiche, die bei der Erfassung der Kapazität keine
Rolle spielen, minimiert werden, wodurch die parasitäre Kapazität des Sensors
bei gleichzeitig signifikant erhöhter
Erfassungsgenauigkeit verringert werden kann.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des kapazitiven
Drucksensors, wie er oben beschrieben wurde, umfasst folgende Schritte:
- (A) Vorsehen eines Substrats,
- (B) Erzeugen einer Isolierschicht über dem Substrat,
- (C) Aufbringen eines Polysilicium-Films über der Isolierschicht,
- (D) Dotieren des Polysilicium-Films, um ihn mit Leitfähigkeit
vom n-Typ zu versehen,
- (E) bildmustergemäße Ausbildung
des Polysilicium-Films vom n-Typ durch Photoätzen in der Weise, dass ein
matrixartiges Bildmuster einer Vielzahl von Polysilicium-Filmen,
die feste Elektroden bilden, erzeugt wird, die – als solche oder in Gruppen – miteinander
parallel geschaltet sind,
- (F) Aufbringen einer Isolierschicht über den Polysilicium-Filmen,
- (G) Aufbringen einer Siliciumoxidschicht auf der Isolierschicht,
die als Hilfsschicht dient,
- (H) bildmustergemäße Ausbildung
der Siliciumoxidschicht durch Photoätzen zur Erzeugung von Positionen
für die
Diaphragma-Befestigungsabschnitte in einem matrixartigen Bildmuster,
die in der Draufsicht zwischen den Polysilicium-Filmen angeordnet sind,
- (I) Aufbringen eines Polysilicium-Films auf der Siliciumoxidschicht,
- (J) Dotieren des Polysilicium-Films, um ihn mit Leitfähigkeit
vom n-Typ zu versehen,
- (K) bildmustergemäße Ausbildung
des Polysilicium-Films durch Photoätzen, um so gleichzeitig Polysilicium-Filmbereiche
vom n-Typ, die als Diaphragma-Befestigungsbereiche dienen, und einen
Polysiliciumbereich vom n-Typ zu erzeugen, der als bewegliche Elektrode,
Diaphragma, dient, wobei Ätzlöcher im
Diaphragma in Positionen auf Linien gebildet werden, welche die
Diaphragma-Befestigungsbereiche
verbinden,
- (L) Entfernen der Siliciumoxidschicht durch Ätzen unter Verwendung der Ätzlöcher, um
dadurch Hohlraumbereiche in einem matrixartigen Bildmuster zu erzeugen, und
- (M) Aufbringen einer Siliciumoxidschicht über der in Schritt (L) erhaltenen
Struktur, um dadurch die Hohlraumbereiche abzudichten.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird eine oder werden mehrere der nachstehenden
Maßnahmen
durchgeführt:
- – In
Schritt (A) wird halbleitendes Silicium als Substrat verwendet,
- – in
Schritt (B) wird die Isolierschicht durch thermische Oxidation des
Substrats erzeugt,
- – in
Schritt (C) wird der Polysilicium-Film durch ein CVD-Verfahren aufgebracht,
- – in
Schritt (D) wird der Polysilicium-Film durch Phosphorionenimplantation
dotiert,
- – in
Schritt (E) werden die Polysilicium-Filme in einer rechteckigen
oder quadratischen Form erzeugt,
- – in
Schritt (F) wird eine Siliciumnitridschicht als Isolierschicht aufgebracht,
- – in
Schritt (G) wird die Siliciumoxidschicht nach einem CVD-Verfahren erzeugt,
- – in
Schritt (G) wird eine Siliciumoxidschicht erzeugt, die mit Fluorwasserstoffsäure bei
hoher Ätzrate ätzbar ist,
- – in
Schritt (G) wird eine Siliciumoxidschicht aus PSG (Phospho-Silicate
Glass) oder BPSG (Boron-doped Phospho-Silicate Glass) erzeugt,
- – in
Schritt (J) wird die Dotierung durch Phosphorionenimplantation durchgeführt,
- – in
Schritt (M) wird die Siliciumoxidschicht durch ein Vakuum-CVD-Verfahren
abgeschieden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bei
der folgenden Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen,
worin zeigen:
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1 eine
Durchsicht durch einen kapazitiven Drucksensor zur Erläuterung
des Vorrichtungskonzepts von oben;
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2 eine
Querschnittsansicht des gleichen Sensors längs der Linie A-A in 1;
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Die 3A bis 3D Ansichten
zur Erläuterung
eines Prozesses oder Verfahrens zur Herstellung von kapazitiven
Drucksensoren in der Reihenfolge der Verfahrensschritte;
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4 eine
Durchsicht durch den kapazitiven Drucksensor von oben gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Querschnittsansicht des gleichen Sensors längs der Linie A-A in 4;
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6 eine
Durchsicht durch einen kapazitiven Drucksensor von oben zur Erläuterung
des Vorrichtungskonzepts und
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7 eine
Querschnittsansicht des gleichen Sensors längs der Linie A-A in 6.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer Ausführungsform,
die gegenwärtig
als bevorzugt oder typisch angesehen wird, unter Bezug auf die Zeichnungen
näher erläutert. Bei
der nachstehenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen
gleiche oder entsprechende Teile bei den verschiedenen Ansichten.
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Zunächst wird
der prinzipielle Aufbau eines kapazitiven Drucksensors, wie er gemäß der Erfindung
verwendet wird, unter Bezug auf die 1 und 2 erläutert, wobei 1 eine
Durchsicht durch den kapazitiven Drucksensor von oben und 2 eine
Querschnittsansicht des gleichen Sensors längs der Linie A-A in 1 zeigen.
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Zunächst wird
auf die 1 und 2 Bezug
genommen; die Bezugszahl 1 bezeichnet ein Halbleitersubstrat
mit einer Oberfläche,
auf der eine Siliciumoxidschicht 2 als Isolierschicht aufgebracht ist.
Auf der Siliciumoxidschicht 2 befinden sich Polysilicium-Filme 3 in
einer matrixartigen Anordnung, die als entsprechende Elektroden
(feste Elektroden) dienen, wobei die Polysilicium-Filme von n-Typ
elektrisch miteinander parallelgeschaltet sind, wie aus 1 ersichtlich
ist. Über
der Siliciumoxidschicht 2 und den Polysilicium-Filmen 3 von
n-Typ ist ferner eine Siliciumnitridschicht 4 als Isolierschicht
ausgebildet oder aufgebracht, die als Ätzstopper dient, wenn ein Hohlraumbereich 8 erzeugt
wird.
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Innerhalb
des Hohlraumbereichs 8 sind Polysilicium-Filmbereiche vom
n-Typ vorgesehen, die als Diaphragma-Befestigungsabschnitte zum
Tragen einer Diaphragmaschicht dienen, wobei das Diaphragma bereichsmäßig in eine
Vielzahl von Diaphragmaabschnitten unterteilt ist, die jeweils eine
vorgegebene Größe besitzen,
um eine Vielzahl entsprechender Sensoreinheitsbereiche zu erzielen. Über dem
Hohlraumbereich 8 ist ferner ein Polysilicium-Filmabschnitt 6 vom
n-Typ vorgesehen,
der einen Teil des Diaphragmas darstellt und als Elektrode (bewegliche Elektrode)
dient.
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Über dem
Polysilicium-Filmabschnitt 6 ist eine Siliciumoxidschicht 9 so
aufgebracht, dass der Hohlraumbereich 8 dadurch vakuumverschlossen wird,
das heißt
in evakuiertem Zustand abgedichtet wird. Ferner werden eine Anschlussleitung 10 für feste
Elektroden und eine Anschlussleitung 11 für bewegliche
Elektroden für
die festen Elektroden 3 (Polysilicium-Film vom n-Typ) beziehungsweise
die beweglichen Elektroden 6 (Polysilicium-Filmbereich vom n-Typ)
vorgesehen, wobei die Anschlüsse
für die festen
Elektroden und die beweglichen Elektroden zum elektrischen Anschluss
an eine Kapazitätserfassungsschaltung
(nicht dargestellt) herausgeführt sind.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, besteht das Diaphragma aus
dem Polysilicium-Filmabschnitt 6 vom n-Typ und der Siliciumoxidschicht 9.
Die Größe der Biegung
oder Durchbiegung des Diaphragmas ändert sich unter Ansprechen
auf eine Änderung
im Umgebungsdruck, was eine entsprechende Änderung oder Variation in der
Dicke des Hohlraumbereichs 8 hervorruft. Im Zusammenhang damit
kann die elektrische Kapazität
C, die zwischen der festen Elektrode 3 (Polysilicium-Film
vom n-Typ) und der beweglichen Elektrode 6 (Polysilicium-Filmabschnitt
vom n-Typ) durch die nachstehende Gleichung dargestellt werden: C = ε0·ε·S/d,worin
bedeuten:
- ε0
- die Vakuum-Dielektrizitätskonstante,
- ε
- die relative Dielektrizitätskonstante
des Materials oder der Substanz zwischen den Elektroden,
- S
- die Fläche der
einander gegenüberliegenden Elektroden
und
- d
- den Abstand zwischen
den Elektroden.
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Wie
aus der obigen Gleichung hervorgeht, ist eine Änderung der Dicke des Hohlraumbereichs 8 von
einer Änderung
des Abstands d zwischen den Elektroden begleitet, was zu einer entsprechenden Änderung
der elektrischen Kapazität
C führt.
Es ist daher möglich,
den Druck auf der Basis der elektrischen Kapazität C zu erfassen.
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Mit
dem kapazitiven Drucksensor, auf dem die Erfindung beruht, werden
die Polysilicium-Filmbereiche 7 vom n-Typ, die als Diaphragma-Befestigungsabschnitte
dienen, zur integralen Implementierung mit dem Polysilicium-Filmabschnitt 6 herangezogen,
der als bewegliche Elektrode dient. In diesem Zusammenhang ist allerdings
zu erwähnen,
dass eine Isolierschicht, wie etwa eine Siliciumnitridschicht, mit
im Wesentlichen gleicher Wirkung verwendet werden kann.
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Obgleich
ferner die Diaphragma-Befestigungsabschnitte 7 (Polysilicium-Filmbereiche
vom n-Typ) lediglich an den Eckbereichen, welche die Sensoreinheiten
vorgeben, angeordnet sind, kann die Anzahl der Diaphragma-Befestigungsabschnitte 7 erforderlichenfalls
vergrößert werden.
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Ferner
wurde bei der vorstehenden Beschreibung des kapazitiven Drucksensors
davon ausgegangen, dass neun Sensoreinheiten miteinander parallel
geschaltet sind. Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf eine spezielle Anzahl von Sensoreinheiten
beschränkt,
sondern es kann eine gegebene Anzahl von Sensoreinheiten in Abhängigkeit
von den vorliegenden Anforderungen vorgesehen werden.
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Bei
dem kapazitiven Drucksensor sind ferner die festen Elektroden 3 jeweils
in einer quadratischen Form vorgesehen und miteinander parallelgeschaltet.
Die feste Elektrode 3 kann allerdings auch in einer anderen
geeigneten Form ausgebildet werden. Außerdem kann die feste Elektrode über die
gesamte Oberfläche
der Siliciumoxidschicht erzeugt werden.
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Bei
dem beschriebenen kapazitiven Drucksensor sind die Sensoreinheitsbereiche
des Diaphragmas lediglich durch die Diaphragma-Befestigungsabschnitte 7 unterteilt
oder definiert, wobei das Diaphragma, der Hohlraumbereich und die
Diaphragma-Befestigungsabschnitte 7 der
benachbarten Sensoreinheiten von den Sensoreinheitsbereichen gemeinsam
verwendet werden. Somit sind die unwirksamen Bereiche, die keinen
Beitrag zur Erzeugung der zu erfassenden Kapazität leisten, verringert, was wiederum
bedeutet, dass die parasitäre
Kapazität verringert
ist. Da ferner die festen Elektroden auf der Isolierschicht ausgebildet
sind, kann die parasitäre Kapazität durch
Vergrößerung der
Dicke der Isolierschicht weiter verringert werden.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugter Prozess oder ein bevorzugtes Verfahren
zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors unter Bezug auf die 3A bis 3D erläutert, die
das Herstellungsverfahren in der Abfolge der Verfahrensschritte
zeigen.
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Verfahrensschritt, der
in 3A dargestellt ist
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Die
Siliciumoxidschicht (Isolierschicht) 2 wird durch ein thermisches
Oxidationsverfahren auf dem Substrat 1 erzeugt.
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Verfahrensschritt, der
in 3B dargestellt ist
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Zunächst wird
ein Polysilicium-Film auf der Siliciumoxidschicht (Isolierschicht) 2 nach
einem CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahren abgeschieden, wonach dem Polysilicium-Film
durch Dotieren Leitfähigkeit
vom n-Typ verliehen wird, zum Beispiel durch Phosphorionenimplantation.
Anschließend
wird der Polysilicium-Film vom n-Typ durch Photoätzen mit einem Bildmuster versehen,
um so den Polysilicium-Film 3 vom n-Typ zu erzeugen.
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Anschließend wird
die Siliciumnitridschicht 4 durch CVD abgeschieden, wonach
eine Siliciumoxidschicht 5 als Hilfsschicht durch CVD abgeschieden wird.
In Verbindung damit sollte die Siliciumoxidschicht 5 vorzugsweise
bei hoher Ätzrate
mit Fluorwasserstoffsäure ätzbar sein.
Hierzu sollte die Siliciumoxidschicht 5 vorzugsweise zum
Beispiel aus PSG (Phospho-Silicate
Glass), BPSG (Boron-doped Phospho-Silicate Glass) oder dergleichen
erzeugt werden.
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Verfahrensschritt, der
in 3C dargestellt ist
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Zunächst wird
die Siliciumoxidschicht 5 durch Photoätzen bildmustergemäß ausgebildet.
Anschließend
wird ein Polysilicium-Film
auf der bildmustergemäß erzeugten
Siliciumoxidschicht 5 aufgebracht und durch Dotieren mit
Leitfähigkeit
vom n-Typ versehen, zum Beispiel durch Phosphorionenimplantation.
Im Anschluss daran wird eine Bildmustererzeugung durch Photoätzen durchgeführt, wodurch zugleich
die als Diaphragma-Befestigungsabschnitte dienenden
Polysilicium-Filmbereiche 7 beziehungsweise der als bewegliche
Elektrode dienende Polysilicium-Filmabschnitt 6 vom
n-Typ erzeugt werden.
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Verfahrensschritt, der
in 3D dargestellt ist
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Die
Siliciumoxidschicht 5 wird von den äußeren Umfangsenden des Polysilicium-Filmabschnitts 6 entfernt,
um dadurch den Hohlraumbereich 8 auszubilden. Anschließend wird
die Siliciumoxidschicht 9 durch CVD unter Vakuum abgeschieden,
um dadurch den oben erwähnten
Hohlraumbereich 8 in evakuiertem Zustand abzudichten. Die
Siliciumoxidschicht 9 dient als Vakuumabdichtschicht und
als Schicht, die das Diaphragma auf baut.
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Selbstverständlich können der
beschriebene Drucksensor und eine komplementäre MOS (Metalloxid-Halbleiter)-Schaltungsanordnung
gleichzeitig ausgebildet werden, obgleich eine entsprechende Erläuterung
und Beschreibung weggelassen wurde. Es ist hervorzuheben, dass durch
Implementierung des Drucksensors mit Mehrfachschaltung oder Parallelschaltung
der Sensoreinheiten, wie oben beschrieben, der geforderte, zu erfassende
Kapazitätswert durch
die Anzahl der Sensoreinheiten vorgegeben werden kann, wobei die
Dicke des Diaphragmas mit einem hohen Freiheitsgrad gewählt werden
kann. Daher ist das Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Drucksensors
gut in herkömmliche
Verfahren zur Herstellung komplementärer MOS integrierbar, wodurch
es möglich
wird, das Verfahren bei hohen Ausbeuten und niederen Kosten durchzuführen.
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Ausführungsform
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Im
Folgenden wird der kapazitive Drucksensor gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 4 und 5 erläutert, wobei 4 eine
Durchsicht durch den kapazitiven Drucksensor von oben und 5 eine
Querschnittsansicht des gleichen Sensors längs der Linie A-A in 4 darstellen.
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Unter
Bezug auf die 4 und 5 wird der
Polysilicium-Filmabschnitt 6,
der als bewegliche Elektrode dient, mit Ätzlöchern 15 versehen,
um den Hohlraumbereich 8 auszubilden. Die Ätzlöcher 15 sind
auf Linien angeordnet, welche die Polysilicium-Filmbereiche 7 vom
n-Typ verbinden, sodass die Größe des Diaphragmabereichs,
der von den Polysilicium-Filmbereichen 7 getragen und in
Bereiche unterteilt ist, dadurch gleichmäßig bleiben kann.
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Beim Ätzen der
Siliciumoxidschicht unter Verwendung der Ätzlöcher 15, um dadurch
durch Unterteilung den Hohlraumbereich 8 auszubilden, wird die
zum Ätzen
erforderliche Zeit in Abhängigkeit
von der Größe der Sensoreinheit
ermittelt. So kann die zur Ausbildung des Hohlraumbereichs 8 erforderliche Zeit
im Vergleich mit dem Verfahren der Seitenätzung des Polysilicium-Filmabschnitts 6 vom
n-Typ von seinen äußeren Umfangsenden
her signifikant verringert werden. Darüber hinaus wird die Zeit zum Ätzen auch
dann nicht erhöht,
wenn die Anzahl der parallelgeschalteten Sensoreinheiten vergrößert wird.
Daher kann der Durchsatz des Herstellungsprozesses vergrößert werden,
wodurch d er kapazitive Drucksensor mit niedrigen Kosten hergestellt
werden kann.
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Die Ätzlöcher 15 werden
abschließend
mit dem Material der Siliciumoxidschicht 9 gefüllt, das zur
Vakuumabdichtung des Hohlraumbereichs 8 verwendet wurde.
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Im
Folgenden wird ein kapazitiver Drucksensor mit einem Aufbau, wie
er bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, unter Bezug
auf 6 und 7 erläutert, wobei 6 eine
Durchsicht durch den nunmehr betrachteten kapazitiven Drucksensor
von oben und 7 eine Querschnittsansicht des
gleichen Sensors längs
der Linie A-A in 6 darstellen.
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Unter
Bezug auf die 6 und 7 wird bei
dem kapazitiven Drucksensor ein Polysilicium-Film 20 vom
n-Typ auf der Siliciumoxidschicht 9 so erzeugt, dass der
Polysilicium-Film 20 vom n-Typ als Schutzelektrode dient,
um ein Eindringen von Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, beweglichen
Ionen oder dergleichen sowie Rauschen von außen zu verhindern.
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Zwischen
dem Polysilicium-Film 20 vom n-Typ, der als Schutzelektrode
dient, und dem Polysilicium-Filmabschnitt 6 vom n-Typ, der als bewegliche
Elektrode dient, tritt eine parasitäre Kapazität auf, wobei das Dielektrikum
durch die Siliciumoxidschicht 9 gebildet wird. In Verbindung
damit ist festzustellen, dass dadurch, dass der Polysilicium-Film 20 vom
n-Typ, der als Schutzelektrode dient, so ausgebildet ist, dass er
den ganzen Sensor abdeckt, die parasitäre Kapazität im Wesentlichen durch den
Bereich des Polysilicium-Filmbereichs 6 vom n-Typ bestimmt
wird, der als bewegliche Elektrode dient.
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Mit
diesem Aufbau des kapazitiven Drucksensors werden das Diaphragma,
der Hohlraumbereich und die Diaphragma-Befestigungsabschnitte von benachbarten
Sensoreinheiten untereinander gemeinsam verwendet, wobei der Bereich
des Polysilicium-Filmabschnitts 6 vom n-Typ als bewegliche Elektrode
dient, die auf das notwendige Minimum reduziert ist. Aufgrund dieses
Merkmals kann die parasitäre
Kapazität,
die zwischen dem als Schutzelektrode dienenden Polysilicium-Film 20 vom
n-Typ und dem Polysilicium-Filmabschnitt 6 vom n-Typ, der
als bewegliche Elektrode dient, verringert werden. Somit wird ein
kapazitiver Drucksensor realisiert, der eine erhöhte Zuverlässigkeit wie auch eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit
sicherstellen kann.
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Im
Licht der oben beschriebenen Lehre sind zahlreiche Modifizierungen
und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist somit klar, dass
die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche auch anders praktiziert
werden kann, als dies oben speziell beschrieben wurde.