壓力傳感器裝置以及電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體壓力傳感器（720）包括對(duì)與薄壁區(qū)域（402）對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體基板的部分賦予變形的薄膜壓電元件（701）。薄膜壓電元件（701）從具有作為變形計(jì)功能的擴(kuò)散電阻（406、408、410、及412）隔開(kāi)距離地形成，延伸設(shè)置到連接到薄膜壓電元件的上部電極層的焊盤(pán)（716A）以及連接到下部電極層的焊盤(pán)（716F）附近為止。擴(kuò)散電阻（406、408、410、及412）通過(guò)金屬布線（722）和擴(kuò)散布線（724）構(gòu)成橋式電路。在自身診斷時(shí)，薄膜壓電元件（701）上被施加規(guī)定電壓。如果電壓施加前后的橋式電路的輸出差在規(guī)定的范圍外，則判斷為在半導(dǎo)體壓力傳感器（720）上產(chǎn)生了損壞。
【專利說(shuō)明】壓力傳感器裝置以及電子設(shè)備
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年7月12日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080035964.X、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體壓力傳感器、壓力傳感器裝置、電子設(shè)備以及半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及基于壓力施加造成的可變形的隔膜的變形(strain)，將壓力變換為電信號(hào)的半導(dǎo)體壓力傳感器、包括該半導(dǎo)體壓力傳感器的壓力傳感器裝置、包含壓力傳感器裝置的電子設(shè)備、以及半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，在遍及汽車的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)、民用設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等多分支的領(lǐng)域中，使用半導(dǎo)體壓力傳感器作為將壓力變換為電信號(hào)的小型的裝置。在民用設(shè)備的領(lǐng)域中，半導(dǎo)體壓力傳感器例如用于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、電熱水器、空調(diào)、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)和吸塵器等。在測(cè)量設(shè)備的領(lǐng)域中，半導(dǎo)體壓力傳感器例如用于空氣壓力計(jì)、水壓計(jì)和油壓計(jì)等。在醫(yī)療設(shè)備的領(lǐng)域中，半導(dǎo)體壓力傳感器例如用于血壓計(jì)等。
[0004]利用在半導(dǎo)體集成電路的制造上使用的微細(xì)加工技術(shù)來(lái)制作半導(dǎo)體壓力傳感器。一般地，半導(dǎo)體壓力傳感器具備通過(guò)將硅基板的一部分加工為薄膜狀所形成的隔膜。
[0005]通過(guò)隔膜上施加的壓力，在隔膜上產(chǎn)生變形。為了檢測(cè)在隔膜中產(chǎn)生的變形，使其電阻值根據(jù)壓力而變化的電阻元件(例如壓電元件)被配置在硅基板的表面。半導(dǎo)體壓力傳感器根據(jù)電阻元件的電阻值的變化檢測(cè)壓力。
[0006]例如，專利文獻(xiàn)I (特開(kāi)2009-49026號(hào)公報(bào))公開(kāi)了各自具有電阻元件功能的包括四個(gè)肖特基勢(shì)魚(yú)二極管(Schottky barrier diode)的半導(dǎo)體壓力傳感器。四個(gè)肖特基勢(shì)壘二極管構(gòu)成惠斯登電橋。肖特基勢(shì)壘二極管的內(nèi)部電阻因肖特基接合部產(chǎn)生的變形而變化。
[0007]圖47是表示一例以往的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。參照?qǐng)D47，半導(dǎo)體壓力傳感器100具有薄壁部102和厚壁部104產(chǎn)生的隔膜結(jié)構(gòu)。在圖47中，薄壁部102表示為虛線包圍的區(qū)域。厚壁部104位于薄壁部102周圍。在薄壁部102的一主面中，形成變形計(jì)電阻106、108、110、以及 112。
[0008]圖48是圖47所示的半導(dǎo)體壓力傳感器100的XLVII1-XLVIII剖面圖。參照?qǐng)D48，玻璃基板116被設(shè)置在厚壁部104的底面。
[0009]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在薄壁部102和玻璃基板116之間，形成其外周被厚壁部104包圍的基準(zhǔn)壓力室114。在將半導(dǎo)體壓力傳感器100用作絕對(duì)氣壓的測(cè)量的情況下，基準(zhǔn)壓力室114通常為真空狀態(tài)。
[0010]根據(jù)半導(dǎo)體壓力傳感器100的周圍的氣壓，在薄壁部102中產(chǎn)生變形。根據(jù)該變形，變形計(jì)電阻106、108、110、以及112的電阻值產(chǎn)生變化。變形計(jì)電阻106、108、110、以及112通過(guò)未圖示的布線構(gòu)成橋式電路(bridgecircuit)。[0011]圖49是表示由圖47所示的變形計(jì)電阻106、108、110、以及112構(gòu)成的橋式電路150的圖。參照?qǐng)D49，在輸入端子122A、122B之間被施加規(guī)定電壓。在輸出端子120A、120B之間產(chǎn)生與薄壁部102的變形對(duì)應(yīng)的電壓。
[0012]為了提高具有圖47?圖49所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體壓力傳感器的靈敏度，需要使薄壁部薄。但是，在半導(dǎo)體壓力傳感器的制造中或半導(dǎo)體壓力傳感器的使用中，有時(shí)在薄壁部中產(chǎn)生損壞。
[0013]一般地，難以通過(guò)目視來(lái)確認(rèn)薄壁部的損壞。因此，在以往的可靠性試驗(yàn)中，例如采用一邊使配置了半導(dǎo)體壓力傳感器的密閉腔內(nèi)的氣壓變化，一邊確認(rèn)該壓力傳感器的輸出的方法。
[0014]但是，在上述方法中，為了可靠性試驗(yàn)而需要大規(guī)模的裝置和較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間。而且，在將半導(dǎo)體壓力傳感器裝入在電子設(shè)備內(nèi)部后，難以對(duì)該傳感器進(jìn)行試驗(yàn)。
[0015]專利文獻(xiàn)2 (特開(kāi)昭60-29627號(hào)公報(bào)(特公平4-26051號(hào)公報(bào)))公開(kāi)了可檢測(cè)隔膜的破損的半導(dǎo)體壓力傳感器。圖50是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)2的圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。參照?qǐng)D50，半導(dǎo)體壓力傳感器200包括:變形計(jì)電阻202、204 ;布線206 ;以及晶體管208。變形計(jì)電阻202、204、布線206、以及晶體管208被配置在隔膜201的一主面中。
[0016]布線206形成在與隔膜201的裂開(kāi)方向A、B兩方交叉的方向上。在布線206因隔膜201的破損而斷線的情況下，通過(guò)晶體管208檢測(cè)隔膜201的破損。
[0017]專利文獻(xiàn)3 (特開(kāi)2001-349797號(hào)公報(bào))公開(kāi)了可檢測(cè)隔膜的異常的壓力傳感器。圖51是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)3的圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。參照?qǐng)D51，半導(dǎo)體壓力傳感器300包括:包含薄壁部302A的隔膜302 ;檢測(cè)部304A、304B、以及304C ;變形賦予構(gòu)件306 ;支承構(gòu)件308 ；以及底座310。檢測(cè)部304A、304B、以及304C基于薄壁部302A的變形輸出電信號(hào)。變形賦予構(gòu)件306使薄壁部304A強(qiáng)制性地產(chǎn)生變形。支承構(gòu)件308支承變形賦予構(gòu)件306。
[0018]變形賦予構(gòu)件306由PZT (錯(cuò)鈦酸鉛(lead zirconate titanate))等壓電元件構(gòu)成。通過(guò)在變形賦予構(gòu)件306上施加電壓,變形賦予構(gòu)件306膨脹。通過(guò)變形賦予構(gòu)件306膨脹，薄壁部302A被按壓到下方。通過(guò)薄壁部302A被按下，可以使薄壁部302A強(qiáng)制性地
產(chǎn)生變形。
[0019]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0020]專利文獻(xiàn)
[0021]專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2009-49026號(hào)公報(bào)
[0022]專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)昭60-29627號(hào)公報(bào)(特公平4-26051號(hào)公報(bào))
[0023]專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)2001-349797號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]發(fā)明要解決的課題
[0025]專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了通過(guò)沿與隔膜的裂開(kāi)方向交叉的方向配置布線，檢測(cè)隔膜的破損的技術(shù)思想。但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的結(jié)構(gòu)，如果隨著隔膜的破損用于檢測(cè)破損的布線不斷線則不能檢測(cè)隔膜的破損。
[0026]而且，根據(jù)專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的結(jié)構(gòu)，使用用于檢測(cè)隔膜的破損的晶體管。因此，為了檢測(cè)隔膜的破損而需要向晶體管供給電流。
[0027]專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了在半導(dǎo)體壓力傳感器的薄壁部的表面中配置壓電元件，同時(shí)通過(guò)該壓電元件使薄壁部中強(qiáng)制地產(chǎn)生變形的技術(shù)。
[0028]根據(jù)該技術(shù)，基于對(duì)壓電元件的電壓施加后的半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出，可以進(jìn)行半導(dǎo)體壓力傳感器的自身診斷。
[0029]但是，專利文獻(xiàn)3的圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器，具有通過(guò)支承構(gòu)件固定壓電元件的結(jié)構(gòu)。因此，為了制造專利文獻(xiàn)3所公開(kāi)的半導(dǎo)體壓力傳感器而需要復(fù)雜的工序。專利文獻(xiàn)3啟示了通過(guò)公知的IC制造方法，在隔膜的一主面中形成壓電元件。但是，專利文獻(xiàn)3未明確論述有關(guān)在半導(dǎo)體壓力傳感器的一主面中作為薄膜形成壓電，由此不需要壓電元件的支承構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。
[0030]在薄壁部的表面中配置薄膜的壓電元件的情況下，需要考慮薄膜壓電元件的配置。如果單純地在薄壁部的全體表面中配置薄膜壓電元件，則因薄壁部和薄膜壓電元件之間的熱膨脹率的差異，在薄壁部中產(chǎn)生未預(yù)期的變形。因此，在半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出上廣生錯(cuò)舌L ο
[0031]而且，為了薄膜壓電元件進(jìn)行的自身診斷功能正常地進(jìn)行工作，也必須顧及薄膜壓電元件的配置。
[0032]因生成隔膜時(shí)的加工精度，在隔膜的位置和電阻元件的位置之間有可能產(chǎn)生偏移。因隔膜和電阻元件之間的相對(duì)位置偏移，在由相同工序制造的多個(gè)壓力傳感器裝置之間，有可能產(chǎn)生電阻橋的特性的偏差。電阻橋的特性，例如是隔膜上所施加的壓力和電阻橋的輸出電壓之間的關(guān)系。
[0033]一般地，壓力傳感器裝置構(gòu)成為可以在寬范圍內(nèi)檢測(cè)壓力。例如，大氣壓在標(biāo)準(zhǔn)氣壓(約101.3[kPa])的附近變化。在為了大氣壓的檢測(cè)而使用半導(dǎo)體壓力傳感器的情況下，優(yōu)選該傳感器的靈敏度在標(biāo)準(zhǔn)氣壓附近較高。
[0034]但是，根據(jù)以往的壓力傳感器裝置的結(jié)構(gòu)，壓力傳感器裝置的檢測(cè)范圍寬。因此，不容易構(gòu)成這樣的壓力傳感器裝置，以使壓力傳感器裝置的靈敏度在期望的區(qū)域、特別僅在靠近檢測(cè)范圍的上限值的區(qū)域中變高。
[0035]用于解決課題的方案
[0036]本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供通過(guò)在薄壁部上配置薄膜壓電元件而能夠執(zhí)行自身診斷，同時(shí)可降低該薄膜壓電元件造成的對(duì)輸出的影響的半導(dǎo)體壓力傳感器。
[0037]本發(fā)明的另一目的在于，抑制因隔膜的位置和電阻橋的位置之間的偏移造成的電阻橋的特性的偏差增大。
[0038]本發(fā)明的另一目的在于，可在半導(dǎo)體壓力傳感器的檢測(cè)范圍的上限值附近的區(qū)域中提高該半導(dǎo)體壓力傳感器的檢測(cè)靈敏度。
[0039]在本說(shuō)明書(shū)中‘自身診斷功能’是指半導(dǎo)體壓力傳感器檢測(cè)該半導(dǎo)體壓力傳感器自身的結(jié)構(gòu)性缺陷的功能。
[0040]在本說(shuō)明書(shū)中‘診斷基準(zhǔn)電壓’是指不存在隔膜的破損等缺陷的半導(dǎo)體壓力傳感器實(shí)施自身診斷時(shí)的、半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出電壓的差分。
[0041]在本說(shuō)明書(shū)中‘偏置(offset)電壓’是指在隔膜中不產(chǎn)生變形的狀態(tài)下的、半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出。[0042]在本說(shuō)明書(shū)中‘薄壁區(qū)域’包含在半導(dǎo)體基板中形成的薄壁部的表面、以及薄壁部。在本說(shuō)明書(shū)中‘厚壁區(qū)域’包含在半導(dǎo)體基板中形成的厚壁部的表面、以及厚壁部。
[0043]在本發(fā)明的某個(gè)方案中，半導(dǎo)體壓力傳感器包括:半導(dǎo)體基板，其具有薄壁區(qū)域和設(shè)置在薄壁區(qū)域周圍的厚壁區(qū)域；至少一個(gè)變形計(jì)電阻，其形成在半導(dǎo)體基板的一主面上，使電阻值根據(jù)與薄壁區(qū)域?qū)?yīng)的半導(dǎo)體基板部分的變形變化；以及至少一個(gè)薄膜壓電元件，其形成在半導(dǎo)體基板上的、包含薄壁區(qū)域的至少一部分的區(qū)域中，具有下部電極層、壓電層和上部電極層。至少一個(gè)薄膜壓電元件形成在由至少一個(gè)變形計(jì)電阻隔開(kāi)距離的區(qū)域中。
[0044]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以基于對(duì)薄膜壓電元件的電壓施加前后的半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出，進(jìn)行半導(dǎo)體壓力傳感器的自身診斷。而且，通過(guò)降低薄膜壓電元件和半導(dǎo)體基板之間的熱膨脹率的差異造成的變形計(jì)電阻的變形，可以防止在半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出、例如偏置電壓等上產(chǎn)生錯(cuò)亂。
[0045]優(yōu)選是至少一個(gè)薄膜壓電元件具有在面向薄壁區(qū)域的中央部分的方向上具有長(zhǎng)度方向軸的細(xì)長(zhǎng)形狀。
[0046]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于可以通過(guò)小面積的薄膜壓電元件使薄壁區(qū)域整體均勻地變形，所以可以提高自身診斷的精度。
[0047]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，設(shè)置至少一個(gè)薄膜壓電元件，以使其橫穿薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域的邊界并延伸至厚壁區(qū)域。
[0048]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于薄膜壓電元件的一部分被物理性地固定在牢固的厚壁區(qū)域上，所以在自身診斷時(shí)對(duì)薄壁部賦予的變形量穩(wěn)定。由此，可以提高自身診斷的精度，同時(shí)可以僅在厚壁區(qū)域上進(jìn)行薄膜壓電元件的金屬布線。
[0049]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，設(shè)置至少一個(gè)薄膜壓電元件，以使其在厚壁區(qū)域中沿薄壁區(qū)域的外圍延伸。
[0050]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，薄膜壓電元件的一部分被牢固地固定在厚壁區(qū)域上。由此，由于在自身診斷時(shí)對(duì)薄壁部賦予的變形量穩(wěn)定，所以可以提高自身診斷的精度。
[0051]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，至少一個(gè)薄膜壓電元件也可以包含形成在半導(dǎo)體基板上的多個(gè)薄膜壓電元件。
[0052]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)在半導(dǎo)體基板上的不同位置形成的多個(gè)薄膜壓電元件上施加相同電壓，使薄壁部全體均勻地變形。
[0053]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，多個(gè)薄膜壓電元件在所述厚壁區(qū)域上相互地結(jié)合(couple)。
[0054]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于薄膜壓電元件的上部電極層的布線和薄膜壓電元件的下部電極層的布線各一個(gè)即可，所以可以簡(jiǎn)化半導(dǎo)體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。
[0055]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，多個(gè)薄膜壓電元件也可以延伸至薄壁區(qū)域的中央部分并且在薄壁區(qū)域的中央部相互地結(jié)合。
[0056]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，半導(dǎo)體壓力傳感器還包括在厚壁區(qū)域上設(shè)置的多個(gè)焊盤(pán)，也可以設(shè)置至少一個(gè)薄膜壓電元件，以使其延伸至多個(gè)焊盤(pán)中的至少一個(gè)焊盤(pán)附近。
[0057]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于可以縮短薄膜壓電元件的金屬布線，所以可以擴(kuò)大在變形計(jì)電阻的金屬布線中能夠利用的區(qū)域。由此，在連接多個(gè)變形計(jì)電阻構(gòu)成橋式電路時(shí)，可以容易地進(jìn)行布線長(zhǎng)度的調(diào)整。
[0058]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，多個(gè)焊盤(pán)也可以并排設(shè)置在半導(dǎo)體基板的一側(cè)。
[0059]根據(jù)上述結(jié)構(gòu),可以提高引線鍵合(wire bonding)時(shí)的便利性。
[0060]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上部電極層和下部電極層也可以分別連接到半導(dǎo)體基板的一側(cè)并排的多個(gè)焊盤(pán)中的、位于第I端的第I焊盤(pán)和位于第2端的第2焊盤(pán)。
[0061]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，半導(dǎo)體壓力傳感器包括四個(gè)上述變形計(jì)電阻，薄壁區(qū)域呈現(xiàn)大致四邊形，變形計(jì)電阻也可以形成在所述薄壁區(qū)域的各邊的中點(diǎn)附近。
[0062]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于可以使變形計(jì)電阻的電阻值極大地變化，所以可以提高半導(dǎo)體壓力傳感器的靈敏度。
[0063]優(yōu)選是至少一個(gè)薄膜壓電元件形成在薄壁區(qū)域的對(duì)角線上。
[0064]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，薄壁區(qū)域也可以呈現(xiàn)大致圓形。
[0065]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于圓周上的半導(dǎo)體基板的變形方式是相同的，所以變形計(jì)電阻的配置中的自由度高。
[0066]優(yōu)選是變形計(jì)電阻是通過(guò)在半導(dǎo)體基板的一主面上擴(kuò)散雜質(zhì)而形成的擴(kuò)散電阻。
[0067]優(yōu)選是壓電層的主成分是PZT。
[0068]優(yōu)選是變形計(jì)電阻連接到薄壁區(qū)域上的布線，布線包含擴(kuò)散布線。
[0069]優(yōu)選是壓電層的厚度為0.01 μ m以上、5 μ m以下。
[0070]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于可以同時(shí)地形成到達(dá)薄膜壓電元件的上部電極層的接觸孔和到達(dá)薄膜壓電元件的下部電極層的接觸孔，所以可以縮短半導(dǎo)體壓力傳感器的制造時(shí)間。
[0071]優(yōu)選是半導(dǎo)體基板是SOI (Silicon On Insulator ;娃-絕緣體)基板。
[0072]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在薄壁部的制造時(shí)，可以使薄壁部的厚度的精度高。
[0073]在本發(fā)明的另一方案中，半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法包括:準(zhǔn)備具有第I導(dǎo)電型的一主面Si層、以及具有其他主面Si層的半導(dǎo)體基板的工序；在一主面Si層中形成具有與第I導(dǎo)電型不同的第2導(dǎo)電型的變形計(jì)電阻的工序；在與一主面Si層中的變形計(jì)電阻鄰接的區(qū)域中，形成具有所述第2導(dǎo)電型且雜質(zhì)濃度比變形計(jì)電阻高的擴(kuò)散布線的工序；在一主面Si層上形成第I層間絕緣膜的工序；在第I層間絕緣膜上形成下部電極層的工序；在下部電極層上形成壓電層的工序；在壓電層上形成上部電極層的工序；在第I層間絕緣膜、下部電極層、壓電層、以及上部電極層上形成第2層間絕緣膜的工序；在第2層間絕緣膜中，形成至擴(kuò)散布線、下部電極層、以及上部電極層的接觸孔的工序；在第2層間絕緣膜上和接觸孔中形成金屬布線的工序；以及在其他主面Si層中形成基準(zhǔn)壓力室的工序。
[0074]在上述制造方法中，同時(shí)地形成至下部電極層的接觸孔和至上部電極層的接觸孔。
[0075]在本發(fā)明的另一方案中，半導(dǎo)體壓力傳感器包括:半導(dǎo)體基板；以及至少一個(gè)電阻橋。半導(dǎo)體基板包括:隔膜；以及用于支承隔膜的外緣部的支承部。至少一個(gè)電阻橋被配置在半導(dǎo)體基板的主表面中。至少一個(gè)電阻橋包含根據(jù)隔膜上所施加的壓力使各個(gè)電阻值變化的多個(gè)電阻元件。多個(gè)電阻元件集中地配置在包含隔膜和支承部的邊界的一部分的主表面內(nèi)的一部分區(qū)域中。
[0076]優(yōu)選是多個(gè)電阻元件包括:第I電阻元件；以及第2電阻元件。第2電阻元件與第I電阻元件進(jìn)行電連接，并且配置在區(qū)域中，以使其與第I電阻元件鄰接。[0077]優(yōu)選是第I電阻元件形成在區(qū)域中，以使其沿平行于邊界的方向延展。第2電阻元件形成在區(qū)域中，以使其沿與邊界交叉的方向延展。
[0078]優(yōu)選是至少一個(gè)電阻橋是相互并聯(lián)地電連接的多個(gè)電阻橋。
[0079]在本發(fā)明的另一方案中，壓力傳感器裝置包括:半導(dǎo)體基板；以及至少一個(gè)電阻橋。半導(dǎo)體基板包括隔膜和用于支承隔膜的外緣部的支承部。至少一個(gè)電阻橋被配置在半導(dǎo)體基板的主表面中。至少一個(gè)電阻橋包含根據(jù)隔膜上所施加的壓力而使各自的電阻值變化的多個(gè)電阻元件。多個(gè)電阻元件集中地配置在包含隔膜和支承部的邊界的一部分的主表面內(nèi)的一部分區(qū)域中。壓力傳感器裝置還包括基于多個(gè)電阻元件的各自的電阻值，輸出表示壓力的信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0080]在本發(fā)明的另一方案中，電子設(shè)備包括:半導(dǎo)體基板；以及至少一個(gè)電阻橋。半導(dǎo)體基板包括隔膜和用于支承隔膜的外緣部的支承部。至少一個(gè)電阻橋被配置在半導(dǎo)體基板的主表面中。至少一個(gè)電阻橋包含根據(jù)對(duì)隔膜施加的壓力而使各個(gè)電阻值變化的多個(gè)電阻元件。多個(gè)電阻元件集中地配置在包含隔膜和支承部的邊界的一部分的主表面內(nèi)的一部分區(qū)域中。電子設(shè)備還包括:用于基于多個(gè)電阻元件的各個(gè)電阻值，輸出表示壓力的信號(hào)的信號(hào)處理電路；以及基于來(lái)自信號(hào)處理電路的信號(hào)，執(zhí)行規(guī)定的處理的本體部。
[0081]在本發(fā)明的另一方案中，壓力傳感器裝置包括:傳感器，使信號(hào)電壓基于壓力產(chǎn)生變化；以及信號(hào)處理電路，用于處理從傳感器輸出的信號(hào)。信號(hào)處理電路包括:放大電路，用于放大信號(hào)電壓；以及運(yùn)算電路，用于基于放大電路的輸出電壓，生成根據(jù)壓力產(chǎn)生變化的檢測(cè)電壓。運(yùn)算電路通過(guò)從規(guī)定的偏置電壓中減去對(duì)于放大電路的輸出電壓具有規(guī)定的相關(guān)關(guān)系的電壓，生成檢測(cè)電壓。
[0082]優(yōu)選是信號(hào)處理電路還包括:第2運(yùn)算電路，用于基于第I電壓，生成根據(jù)壓力產(chǎn)生變化的第2電壓。第I電壓對(duì)壓力的第I變化率與第2電壓對(duì)壓力的第2變化率不同。第I電壓在由傳感器檢測(cè)的壓力范圍的上限值中，與第2電壓一致。
[0083]優(yōu)選是第2變化率的絕對(duì)值大于第I變化率的絕對(duì)值。
[0084]優(yōu)選是第2運(yùn)算電路通過(guò)放大第I電壓而生成第2電壓。
[0085]優(yōu)選是信號(hào)處理電路還包括:第I端子，用于將第I電壓輸出到信號(hào)處理電路的外部；以及第2端子，用于將第2電壓輸出到信號(hào)處理電路的外部。
[0086]優(yōu)選是確定壓力的范圍，以使其包含大氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值并且上限值為標(biāo)準(zhǔn)值附近的值。
[0087]在本發(fā)明的另一方案中，電子設(shè)備包括:傳感器，其使信號(hào)電壓基于壓力產(chǎn)生變化；以及信號(hào)處理電路，用于處理從傳感器輸出的信號(hào)。信號(hào)處理電路包括:放大電路，用于放大信號(hào)電壓；以及運(yùn)算電路，用于基于放大電路的輸出電壓，生成根據(jù)壓力產(chǎn)生變化的檢測(cè)電壓。運(yùn)算電路通過(guò)從規(guī)定的偏置電壓中減去對(duì)于放大電路的輸出電壓有規(guī)定的相關(guān)關(guān)系的電壓，生成檢測(cè)電壓。電子設(shè)備還包括基于檢測(cè)電壓，執(zhí)行規(guī)定的處理的本體部。
[0088]發(fā)明效果
[0089]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)對(duì)在薄壁區(qū)域上形成的薄膜壓電元件施加電壓，可以進(jìn)行半導(dǎo)體壓力傳感器的自身診斷。由于薄膜壓電元件形成在由變形計(jì)電阻隔開(kāi)的區(qū)域中，所以可以將薄膜壓電元件和半導(dǎo)體基板之間的熱膨脹率的差異造成的變形計(jì)電阻的變形抑制到最小限度。因此，可以防止半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出上產(chǎn)生錯(cuò)亂。[0090]根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置薄膜壓電元件，以使其延伸至厚壁區(qū)域上的規(guī)定的位置。由此，可以將薄膜壓電元件的一部分固定在厚壁區(qū)域中，同時(shí)可以縮短薄膜壓電元件的金屬布線。因此，自身診斷的精度高，并且可以擴(kuò)大在變形計(jì)電阻的金屬布線中能夠使用的區(qū)域。
[0091]根據(jù)本發(fā)明，可以抑制隔膜的位置和電阻橋的位置之間的偏移造成的、電阻橋的特性的偏差增大。
[0092]根據(jù)本發(fā)明，可以提高檢測(cè)范圍的上限值附近的區(qū)域中的壓力傳感器裝置的檢測(cè)靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0093]圖1是概念性地表示包括本發(fā)明的實(shí)施方式的壓力傳感器裝置的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。
[0094]圖2是圖1所示的壓力傳感器裝置10的俯視圖。
[0095]圖3是圖1所示的壓力傳感器裝置10的側(cè)面圖。
[0096]圖4是表示圖2及圖3所示的壓力傳感器裝置10的內(nèi)部的剖面圖。
[0097]圖5是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器400的俯視圖。
[0098]圖6是圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400的V1-VI剖面圖。
[0099]圖7是示意地表示在圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400中，因基準(zhǔn)壓力室418內(nèi)部的壓力和外部氣壓之間的氣壓差而在薄壁區(qū)域402中產(chǎn)生了變形的狀態(tài)的圖。
[0100]圖8是示意地表示圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400的VII1-VIII剖面的剖面圖。
[0101]圖9是繪制了改變了對(duì)薄膜壓電元件414的施加電壓時(shí)的、薄壁區(qū)域402中心的位移量的例子的圖。
[0102]圖10是表示一例在圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400中的、擴(kuò)散電阻406、408、410,412和薄膜壓電元件414的布線圖案的圖。
[0103]圖11是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器400的變形例的俯視圖。
[0104]圖12是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器500的俯視圖。
[0105]圖13是表示圖12所示的半導(dǎo)體壓力傳感器500的變形例的圖。
[0106]圖14是表不圖12所不的半導(dǎo)體壓力傳感器500的另一變形例的圖。
[0107]圖15是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器600的俯視圖。
[0108]圖16是表示圖15所示的半導(dǎo)體壓力傳感器600的變形例的圖。
[0109]圖17是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器700的俯視圖。
[0110]圖18是表示可將偏置電壓設(shè)定為O的金屬布線和擴(kuò)散布線的例子的圖。
[0111]圖19是表示圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700的其他變形例的圖。
[0112]圖20是表不圖17所不的半導(dǎo)體壓力傳感器700的又一其他變形例的圖。
[0113]圖21是表示本發(fā)明的制造方法的第I工序的圖。
[0114]圖22是表示本發(fā)明的制造方法的第2工序的圖。
[0115]圖23是表示本發(fā)明的制造方法的第3工序的圖。
[0116]圖24是表示本發(fā)明的制造方法的第4工序的圖。
[0117]圖25是表示本發(fā)明的制造方法的第5工序的圖。
[0118]圖26是表示本發(fā)明的制造方法的第6工序的圖。[0119]圖27是表示本發(fā)明的制造方法的第7工序的圖。
[0120]圖28是概略性地表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的傳感器的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0121]圖29是表不圖28所不的娃基板6的王表面6A上的應(yīng)力與位直之間關(guān)系的圖。
[0122]圖30是圖28所示的電阻橋BI?B4的電路圖。
[0123]圖31是詳細(xì)地表示圖28所示的電阻橋BI的圖。
[0124]圖32是表示第5實(shí)施方式的傳感器的比較例的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0125]圖33是用于說(shuō)明在圖32所示的傳感器IA的制造時(shí)可能產(chǎn)生的問(wèn)題的第I圖。
[0126]圖34是用于說(shuō)明在圖32所示的傳感器IA的制造時(shí)可能產(chǎn)生的問(wèn)題的第2圖。
[0127]圖35是第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的電路圖。
[0128]圖36是表示隔膜上所施加的壓力和從惠斯登電橋輸出的電壓之間關(guān)系的圖。
[0129]圖37是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路2的運(yùn)算單元22輸出的電壓Voutl之間關(guān)系的圖。
[0130]圖38是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路2的運(yùn)算單元23輸出的電壓Vout2之間關(guān)系的圖。
[0131]圖39是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的比較例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0132]圖40是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路251的運(yùn)算單元32輸出的電壓Vout之間關(guān)系的圖。
[0133]圖41是示意地表示壓力傳感器裝置10中所包含的傳感器I的狀態(tài)的剖面圖。
[0134]圖42是示意地表示傳感器的研討例子的剖面圖。
[0135]圖43是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第I變形例的圖。
[0136]圖44是用于說(shuō)明從圖43所示的運(yùn)算單元22A輸出的電壓VoutI的圖。
[0137]圖45是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第2變形例的圖。
[0138]圖46是表不第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第3變形例的圖。
[0139]圖47是表示一例以往的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。
[0140]圖48是圖47所示的半導(dǎo)體壓力傳感器100的XLVII1-XLVIII剖面圖。
[0141]圖49是表示由圖47所示的變形計(jì)電阻106、108、110及112構(gòu)成的橋式電路150的圖。
[0142]圖50是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)2的圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。
[0143]圖51是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)3的圖1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器的圖。
[0144]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0145]1、400、500、530、550、600、630、700、720、730、780、800 半導(dǎo)體壓力傳感器，IA 傳感器，2、2A、2B、2C、251信號(hào)處理電路，3外殼，3A容器，3B蓋，4、6C開(kāi)口部，5、15A、15B、15C布線，6硅基板，6A、6B主表面，6A1、6A2、6A3、6A4區(qū)域，7隔膜，7A邊界，8支承部，9底座，10壓力傳感器裝置，11?14、IlA?14A、11B?14B、11C?14C、11D?14D電阻元件，16A、16B、16CU6D電極，20、25?29節(jié)點(diǎn)，21放大單元，22、23、22A、32運(yùn)算單元，30、35端子，36選擇單元，50 本體部，211、212、221、231 差動(dòng)放大器，213 ?215,222 ?225、232、233 電阻，226、226A偏置電源，227,234驅(qū)動(dòng)電源，401半導(dǎo)體基板，402薄壁區(qū)域，402A薄壁部，402C中心，404 厚壁區(qū)域，404A 厚壁部，406、408、410、412、818 擴(kuò)散電阻，414、502、532、552、602、604、606、608、632、634、636、638、701、702、704、706、708、782 薄膜壓電元件，414A、502A、532A、552A、602A、604A、606A、608A、636A、701A、824 下部電極層，414B、826 壓電層，414C、828 上部電極層，415箭頭，416、842玻璃基板，418、840基準(zhǔn)壓力室，420、432、504、712、722、834A金屬布線，422、714、724、820A、820B 擴(kuò)散布線，424、426、428、434、438、516、518、610、612、614、616、618、620、622、624、640、642、716、716A、716B、716C、716D、716F、838 焊盤(pán)，532X、532Y、554、710A、710E、710F延伸設(shè)置部，784縫隙部，802基板，804 —主面Si層，806埋入氧化膜層，808其他主面Si層，810焊盤(pán)氧化膜，812SiN膜，813有源區(qū)域，814抗蝕劑，816場(chǎng)氧化膜，822第I層間絕緣膜，830第2層間絕緣膜，832A、832B、832C接觸孔，836鈍化膜，1000電子設(shè)備，BI?B4電阻橋，O中心點(diǎn)，X、Y直線。
【具體實(shí)施方式】
[0146]以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。再有，在圖中同一或相當(dāng)部分上附加同一標(biāo)號(hào)而不重復(fù)其說(shuō)明。
[0147]圖1是概念性地表示包括本發(fā)明的實(shí)施方式的壓力傳感器裝置的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)施方式的電子設(shè)備1000包括壓力傳感器裝置10和本體部50。壓力傳感器裝置10包括半導(dǎo)體壓力傳感器(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為‘傳感器’)1和信號(hào)處理電路2。在一個(gè)實(shí)施方式中，壓力傳感器裝置10被用于檢測(cè)大氣壓。但是，壓力傳感器裝置10的用途不限于大氣壓的檢測(cè)。
[0148]半導(dǎo)體壓力傳感器I檢測(cè)在半導(dǎo)體壓力傳感器I上施加的壓力(例如大氣壓)，同時(shí)將表示該檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)電壓發(fā)送到信號(hào)處理電路2。半導(dǎo)體壓力傳感器I根據(jù)半導(dǎo)體壓力傳感器I上施加的壓力使信號(hào)電壓產(chǎn)生變化。
[0149]信號(hào)處理電路2基于來(lái)自半導(dǎo)體壓力傳感器I的信號(hào)電壓，生成表示在半導(dǎo)體壓力傳感器I上施加的壓力的檢測(cè)電壓(信號(hào))。信號(hào)處理電路2將該檢測(cè)電壓輸出到本體部50。本體部50基于從信號(hào)處理電路2輸出的檢測(cè)電壓(即從壓力傳感器裝置10輸出的檢測(cè)電壓)執(zhí)行規(guī)定的處理。
[0150]本發(fā)明的實(shí)施方式的電子設(shè)備1000的種類沒(méi)有特別限定。作為一例，電子設(shè)備1000為硬盤(pán)。在硬盤(pán)的情況下，磁盤(pán)和磁頭之間的間隔可因硬盤(pán)周邊的氣壓而產(chǎn)生變動(dòng)。例如，本體部50包括磁盤(pán)、磁頭、以及用于調(diào)整磁盤(pán)和磁頭之間的間隔的機(jī)構(gòu)。本體部50基于來(lái)自壓力傳感器裝置10的檢測(cè)電壓，調(diào)整磁盤(pán)和磁頭之間的間隔，以使磁盤(pán)和磁頭之間的間隔保持恒定。
[0151]在其他的例子中，電子設(shè)備1000是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。車輛周圍的大氣壓因車輛的高度產(chǎn)生變化。本體部50基于來(lái)自壓力傳感器裝置10的檢測(cè)電壓，計(jì)算車輛的當(dāng)前的高度。由此，系統(tǒng)可以獲取車輛的高度信息。
[0152]圖2是圖1所示的壓力傳感器裝置10的俯視圖。圖3是圖1所示的壓力傳感器裝置10的側(cè)面圖。參照?qǐng)D2和圖3，半導(dǎo)體壓力傳感器I和信號(hào)處理電路2被容納在外殼3的內(nèi)部。半導(dǎo)體壓力傳感器I和信號(hào)處理電路2通過(guò)布線5而被電連接。在外殼3中，形成用于將大氣從外殼3的外部導(dǎo)入到外殼3的內(nèi)部的開(kāi)口部4。
[0153]圖4是表示圖2和圖3所示的壓力傳感器裝置10的內(nèi)部的剖面圖。參照?qǐng)D4，外殼3包括容器3A、以及用于擋住容器3A的蓋3B。容器3A例如由陶瓷形成。蓋3B例如由金屬形成。在蓋3B中形成開(kāi)口部4 (通孔)。[0154]半導(dǎo)體壓力傳感器I包含一體地形成了隔膜7和支承隔膜7的外緣的支承部8的娃基板6。隔膜7通過(guò)將娃基板6的一部分加工為薄膜狀而形成。例如,通過(guò)介由規(guī)定的蝕刻掩模(etching mask),在娃基板6的背面上進(jìn)行蝕刻,形成隔膜7和支承部8。
[0155]硅基板6被設(shè)置在底座9上。硅基板6的背面上形成的開(kāi)口部被底座9擋住。因此，在硅基板6的內(nèi)部，形成固定地保持了壓力的壓力室。在本實(shí)施方式中，壓力室的內(nèi)部大致為真空(0[Pa])。以下將壓力室的內(nèi)部的壓力也稱為‘基準(zhǔn)壓力’。
[0156]信號(hào)處理電路2例如是在硅芯片上形成的半導(dǎo)體集成電路。信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)在后面詳細(xì)地說(shuō)明。在形成了隔膜7的硅基板6的主表面上，形成電阻元件(未圖示)。該電阻元件和信號(hào)處理電路2通過(guò)布線5連接。布線5例如是金制的線。
[0157]為了提高形成了信號(hào)處理電路2的半導(dǎo)體芯片的防潮性，例如也可以由樹(shù)脂密封硅芯片。同樣地，從防潮的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，外殼3的內(nèi)部的空間也可以被填滿難以通過(guò)水分的原材料(例如凝膠(gel)等)。但是，該原材料被要求可以變形，以通過(guò)壓力傳感器裝置10的周圍的氣壓對(duì)隔膜7施加壓力。
[0158]下面，說(shuō)明圖1?圖3所示的半導(dǎo)體壓力傳感器I的實(shí)施方式。再有，在各實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)中，薄壁區(qū)域?qū)?yīng)于圖4所示的隔膜7，厚壁區(qū)域?qū)?yīng)于圖4所示的支承部8。
[0159][第I實(shí)施方式]
[0160]圖5是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器400的俯視圖。參照?qǐng)D5，半導(dǎo)體壓力傳感器400具有半導(dǎo)體基板401。半導(dǎo)體基板401具有薄壁區(qū)域402和厚壁區(qū)域404。薄壁區(qū)域402設(shè)置在半導(dǎo)體基板401的主表面的大致中央。厚壁區(qū)域404設(shè)置在薄壁區(qū)域402的周圍。半導(dǎo)體基板401具有薄壁部和厚壁部形成的隔膜構(gòu)造。
[0161]在薄壁部的一主面上，形成擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412。擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412通過(guò)在薄壁部的一主面上進(jìn)行雜質(zhì)的擴(kuò)散而形成。擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412是檢測(cè)薄壁部的變形的變形計(jì)電阻。擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412通過(guò)未圖示的布線構(gòu)成橋式電路(bridgecircuit)。
[0162]在薄壁區(qū)域402上，避開(kāi)擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412表面而配置薄膜壓電元件414。薄膜壓電元件414被用于半導(dǎo)體壓力傳感器400的自身診斷。后面論述有關(guān)自身診斷的方法。
[0163]半導(dǎo)體基板401和薄膜壓電元件414的熱膨脹率不同。因此，在半導(dǎo)體壓力傳感器400中產(chǎn)生了溫度變化的情況下，有時(shí)在半導(dǎo)體基板401中的與薄膜壓電元件414的接觸面附近產(chǎn)生未預(yù)期到的變形。
[0164]通常，在半導(dǎo)體壓力傳感器400中形成薄膜壓電元件414時(shí)，將壓電材料在500°C?800°C的高溫下燒成后，將半導(dǎo)體壓力傳感器400冷卻至常溫。因此，上述變形在半導(dǎo)體壓力傳感器400的制造過(guò)程中已經(jīng)產(chǎn)生。
[0165]為了防止該變形對(duì)擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的電阻值產(chǎn)生影響，薄膜壓電元件414從擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412盡可能隔開(kāi)距離地配置。
[0166]而且，為了在自身診斷時(shí)使薄壁區(qū)域402整體均勻地變形，期望薄膜壓電元件414具有在面向薄壁區(qū)域402的中心402的方向上有長(zhǎng)度方向軸的細(xì)長(zhǎng)形狀。后面論述有關(guān)自身診斷時(shí)的薄膜壓電元件414的變形方向和薄壁區(qū)域402的變形方面。[0167]圖6是圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400的V1-VI剖面圖。參照?qǐng)D6，在厚壁部404A的底部中固定作為底座的玻璃基板416。在薄壁部402A和玻璃基板416之間，形成基準(zhǔn)壓力室418。
[0168]薄壁部402A根據(jù)基準(zhǔn)壓力室418的內(nèi)部的壓力和外部氣壓之間的氣壓差產(chǎn)生變形。因此，在將半導(dǎo)體壓力傳感器400用于絕對(duì)壓力的測(cè)量的情況下，通常，基準(zhǔn)壓力室418被設(shè)為真空狀態(tài)。本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器，在以下所有的實(shí)施方式中，可適用于絕對(duì)壓力測(cè)量型壓力傳感器、相對(duì)壓力測(cè)量型壓力傳感器雙方。
[0169]薄膜壓電兀件414具有下部電極層414A、壓電層414B、以及上部電極層414C。壓電層414B例如由PZT等的壓電材料構(gòu)成。通過(guò)在下部電極層414A和上部電極層414C之間施加電壓，壓電層414B的整體產(chǎn)生膨脹或收縮。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過(guò)使壓電層414B在與薄壁區(qū)域402并行的方向上收縮，在薄壁區(qū)域402中有意地產(chǎn)生變形而進(jìn)行自身診斷。后面論述有關(guān)自身診斷的方法。
[0170]圖7是示意地表示在圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400中，因基準(zhǔn)壓力室418的內(nèi)部的壓力和外部氣壓之間的氣壓差而在薄壁區(qū)域402中產(chǎn)生了變形的狀態(tài)的圖。
[0171]參照?qǐng)D7，因外部氣壓和基準(zhǔn)壓力室418的內(nèi)部的壓力之間的壓力差，在薄壁部402A中產(chǎn)生變形。擴(kuò)散電阻408和412在面向薄壁區(qū)域402的中心402C的方向上有長(zhǎng)度方向軸。如圖7所示，在薄壁部402A中產(chǎn)生了變形時(shí)，擴(kuò)散電阻408、412各自變長(zhǎng)。因此，擴(kuò)散電阻408、412的電阻值增大。
[0172]另一方面，圖5所示的擴(kuò)散電阻406、410與擴(kuò)散電阻408、412不同，在面向與薄壁區(qū)域402的中心402C的方向垂直的方向上有長(zhǎng)度方向軸。在薄壁部402A中產(chǎn)生了變形的情況下，擴(kuò)散電阻406、410的寬度變寬。因此，擴(kuò)散電阻406、410的電阻值減小。
[0173]根據(jù)擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的電阻值的變化，半導(dǎo)體壓力傳感器400可以測(cè)量外部氣壓。例如，將擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412進(jìn)行橋式連接即可。后面論述擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的連接的例子。
[0174]接著，說(shuō)明有關(guān)基于薄膜壓電元件414的半導(dǎo)體壓力傳感器400的自身診斷功能。
[0175]圖8是示意地表示圖5所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400的VII1-VIII剖面的剖面圖。圖8是表示在薄膜壓電元件414上施加了電壓的狀態(tài)下的半導(dǎo)體壓力傳感器400的剖面。
[0176]參照?qǐng)D8，在下部電極層414A和上部電極層414C之間施加電壓時(shí)，壓電層414B沿箭頭415的方向收縮。壓電層414B收縮時(shí)薄壁部402A的一主面(壓電層414B側(cè))也同時(shí)地收縮。但是，薄壁部402A的其他主面(玻璃基板416側(cè)的面)不受壓電層414B的約束。因此，在薄壁部402A的一主面的面積和薄壁部402A的其他主面的面積上產(chǎn)生差異。因此，如圖8所示，在薄壁部402A中產(chǎn)生變形，以作為整體向玻璃基板416側(cè)凹陷。S卩，通過(guò)在薄膜壓電元件414上施加電壓，半導(dǎo)體壓力傳感器400可以模擬地產(chǎn)生在基準(zhǔn)壓力室418的內(nèi)部壓力和外部氣壓之間產(chǎn)生了壓力差的狀態(tài)。
[0177]為了使薄壁部402A整體均勻地變形，期望薄膜壓電元件414具有在面向薄壁區(qū)域402的中心402C的方向上有長(zhǎng)度方向軸的細(xì)長(zhǎng)形狀。此外，如果從圖1所示的擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412隔開(kāi)距離來(lái)配置薄膜壓電元件414，則薄膜壓電元件414的形狀可以為大致長(zhǎng)方形，也可以為大致橢圓形。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的其他實(shí)施方式也是同樣。
[0178]半導(dǎo)體壓力傳感器400的自身診斷時(shí)，如果對(duì)薄膜壓電元件414的電壓施加前后中的傳感器輸出之差距診斷基準(zhǔn)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，則判斷為在半導(dǎo)體壓力傳感器400中不產(chǎn)生損壞。對(duì)于預(yù)先判定不產(chǎn)生損壞的半導(dǎo)體壓力傳感器，基于對(duì)薄膜壓電元件的電壓施加前后的傳感器輸出來(lái)設(shè)定診斷基準(zhǔn)電壓即可。再有，在本實(shí)施方式中將對(duì)薄膜壓電元件414的電壓施加前后的傳感器輸出差采用作為診斷基準(zhǔn)電壓來(lái)，但也可以將電壓施加后的傳感器輸出采用作為診斷基準(zhǔn)電壓。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的其他實(shí)施方式也是同樣。
[0179]圖9是繪制了使對(duì)薄膜壓電元件414的施加電壓變化時(shí)的、薄壁區(qū)域402中心的位移量的例子的圖。如圖9中一例所示，薄膜壓電元件414上施加了電壓時(shí)的薄壁區(qū)域402的位移量，通常具有遲滯(hysteresis)特性。因此，在進(jìn)行半導(dǎo)體壓力傳感器的自身診斷前，需要注意在薄膜壓電元件414上不施加未預(yù)期的電壓等。薄壁區(qū)域402的位移量，例如因薄膜壓電元件414的材料、厚度、形狀等而不同。
[0180]除了上述方法以外，通過(guò)在薄膜壓電元件414上施加交流電壓而使薄壁區(qū)域402振動(dòng)，也可以進(jìn)行半導(dǎo)體壓力傳感器400的自身診斷。這種情況下，基于薄膜壓電元件414上施加了交流電壓時(shí)的半導(dǎo)體壓力傳感器400的輸出波形，進(jìn)行傳感器的自身診斷。
[0181]圖10是表不一例圖1所不的半導(dǎo)體壓力傳感器400中的、擴(kuò)散電阻406、408、410、412、以及薄膜壓電元件414的布線圖案(pattern)的圖。參照?qǐng)D10，金屬布線420以實(shí)線表示，通過(guò)雜質(zhì)的擴(kuò)散而形成的擴(kuò)散布線422以虛線表示。參考標(biāo)號(hào)424、426、428、430、434、以及438指焊盤(pán)。
[0182]為了減輕金屬布線420和半導(dǎo)體基板401之間的熱膨脹率的差異造成的薄壁區(qū)域402的變形，期望在薄壁區(qū)域402上的布線上使用擴(kuò)散布線。擴(kuò)散布線422通過(guò)在半導(dǎo)體基板401的選擇區(qū)域中注入高濃度的雜質(zhì)而形成。
[0183]在焊盤(pán)426和430(或焊盤(pán)424和428)之間，例如被施加5V的電壓作為基準(zhǔn)電壓。焊盤(pán)424和428 (或焊盤(pán)426和430)之間的電壓成為半導(dǎo)體壓力傳感器的輸出。焊盤(pán)424和428也可以連接到未圖示的放大電路。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的其他實(shí)施方式也是同樣。
[0184]為了沒(méi)有焊盤(pán)424和焊盤(pán)428之間的偏置(offset)電壓，期望擴(kuò)散電阻406和408的電阻比、擴(kuò)散電阻412和410的電阻比相同。各電阻值根據(jù)半導(dǎo)體壓力傳感器400的結(jié)構(gòu)而被設(shè)定為規(guī)定的值。此外，也可以使擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的電阻值全部為相同的值。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的其他實(shí)施方式也是同樣。
[0185]薄壁區(qū)域402的變形越大，擴(kuò)散電阻406和擴(kuò)散電阻410的電阻值越減少。另一方面，薄壁區(qū)域402的變形越大，擴(kuò)散電阻408和擴(kuò)散電阻412的電阻值越增大。因此，在焊盤(pán)424和428之間，產(chǎn)生與薄壁區(qū)域402的變形量對(duì)應(yīng)的電壓。
[0186]焊盤(pán)438連接到薄膜壓電元件414的下部電極層414A。焊盤(pán)434連接到薄膜壓電元件414的上部電極層(圖6中由標(biāo)號(hào)414C表示)。通過(guò)在焊盤(pán)438和434之間施加電壓，可以在薄壁區(qū)域402中有意地產(chǎn)生變形。
[0187]半導(dǎo)體壓力傳感器400的自身診斷時(shí)，對(duì)薄膜壓電元件414的電壓施加前后的焊盤(pán)424和428之間的輸出電壓之差，如果距診斷基準(zhǔn)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，則判斷為沒(méi)有隔膜的損壞，另一方面，如果距診斷基準(zhǔn)電壓在規(guī)定的范圍外，則判斷為隔膜有損壞。
[0188]在圖5和圖10中，薄壁區(qū)域402的形狀作為大致正方形示出。但是，薄壁區(qū)域402的形狀沒(méi)有特別地限定。如圖11所示，薄壁區(qū)域402的主表面的形狀，例如也可以是大致圓形。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)的其他實(shí)施方式也是同樣。[0189]在薄壁區(qū)域402的形狀為大致正方形的情況下，在薄壁部產(chǎn)生了變形時(shí)薄壁區(qū)域402的各邊的中點(diǎn)附近與薄壁區(qū)域402的頂點(diǎn)附近比較產(chǎn)生極大地變形。通過(guò)在薄壁區(qū)域的各邊的中點(diǎn)附近配置擴(kuò)散電阻，與薄壁區(qū)域的形狀大致為圓形的情況比較，可以提高半導(dǎo)體壓力傳感器的靈敏度。這種情況下，薄膜壓電元件配置在與擴(kuò)散電阻隔開(kāi)距離的位置、例如薄壁區(qū)域的對(duì)角線上即可。
[0190]另一方面，在薄壁區(qū)域402的形狀為大致圓形的情況下，薄壁區(qū)域402中產(chǎn)生了變形時(shí)的薄壁區(qū)域402的圓周上的變形量大致相同。因此，擴(kuò)散電阻的配置中的自由度提高。
[0191]根據(jù)圖10所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400的結(jié)構(gòu)，薄膜壓電元件414僅形成在薄壁區(qū)域402內(nèi)。因此，薄膜壓電元件414的下部電極和上部電極的布線(金屬布線432和436 )橫穿擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的橋式電路。這種情況下，在以相互不同的分層的金屬布線形成橋式電路的金屬布線420和薄膜壓電元件414的金屬布線423及436等上需要花費(fèi)工夫。因此，有可能在半導(dǎo)體壓力傳感器的布線上產(chǎn)生制約?？山鉀Q這樣的課題的半導(dǎo)體壓力傳感器，在第2實(shí)施方式中說(shuō)明。
[0192][第2實(shí)施方式]
[0193]圖12是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器500的俯視圖。參照?qǐng)D12，半導(dǎo)體壓力傳感器500包括半導(dǎo)體壓力傳感器502取代薄膜壓電元件414。薄膜壓電元件502橫穿橋式電路的金屬布線420并延伸至厚壁區(qū)域404。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器500的結(jié)構(gòu)與圖10所示的結(jié)構(gòu)不同。薄膜壓電元件502形成在與金屬布線504電絕緣的其他分層中。這對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的其他實(shí)施方式也是同樣。后面論述有關(guān)本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法。
[0194]薄膜壓電元件502具有下部電極層502A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層502A通過(guò)金屬布線連接到焊盤(pán)518。薄膜壓電元件502的上部電極層通過(guò)金屬布線連接到焊盤(pán)516。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，可以將連接到薄膜壓電元件502的下部電極層或上部電極層的金屬布線配置在橋式電路的外側(cè)。由此，可以僅由一層的布線形成半導(dǎo)體壓力傳感器500的金屬布線，同時(shí)橋式電路的金屬布線420的布局(layout)的自由度提高。
[0195]在將半導(dǎo)體壓力傳感器500的偏置電壓、即薄壁區(qū)域402中不產(chǎn)生變形時(shí)的半導(dǎo)體壓力傳感器500的輸出設(shè)定為O的情況下，為了使從各焊盤(pán)至各擴(kuò)散電阻的布線電阻為相同值，期望金屬布線420和擴(kuò)散布線422的布線長(zhǎng)度一致。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器500中，配置薄膜壓電元件502，以使薄膜壓電元件502延伸至厚壁區(qū)域404上的任意的位置。由此，可以將薄膜壓電元件502的金屬布線配置在任意的位置。因此，焊盤(pán)424、426、428、430、516、以及518的配置、或者橋式電路的金屬布線420和擴(kuò)散布線422的布線長(zhǎng)度的調(diào)整變得容易。
[0196]而且，薄膜壓電元件502被固定在厚壁區(qū)域404的一部分上。因此，與圖10所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400進(jìn)行比較，薄膜壓電元件502可以使在厚壁區(qū)域402中造成的變形量穩(wěn)定。由此，可以提高自身診斷的精度。
[0197]圖13是表示圖12所示的半導(dǎo)體壓力傳感器500的變形例的圖。參照?qǐng)D13，半導(dǎo)體壓力傳感器530具有薄膜壓電元件532取代薄膜壓電元件502。薄膜壓電元件532具有延伸設(shè)置部532X和532Y。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器530與圖12所示的半導(dǎo)體壓力傳感器500不同。延伸設(shè)置部532X和532Y形成在厚壁區(qū)域404上，以使其沿薄壁區(qū)域402的外周延伸。
[0198]薄膜壓電元件532具有下部電極層532A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層532A連接到焊盤(pán)518。薄膜壓電元件532的上部電極層連接到焊盤(pán)516。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，薄膜壓電元件532通過(guò)延伸設(shè)置部532X和延伸設(shè)置部532Y被固定在厚壁區(qū)域404中，所以薄膜壓電元件532可以使在薄壁區(qū)域402中造成的變形量進(jìn)一步穩(wěn)定。由此，可以提高自身診斷的精度。
[0199]圖14是表示圖12所示的半導(dǎo)體壓力傳感器500的另一變形例的圖。參照?qǐng)D14，半導(dǎo)體壓力傳感器550包括薄膜壓電元件552取代薄膜壓電元件502。薄膜壓電元件552形成在厚壁區(qū)域404上，以使其包圍薄壁區(qū)域402的外周。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器550與圖12所示的半導(dǎo)體壓力傳感器500不同。薄膜壓電元件552具有延伸設(shè)置部554作為包圍薄壁區(qū)域402的外周的部分。
[0200]薄膜壓電元件552具有下部電極層552A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層552A連接到焊盤(pán)518。薄膜壓電元件552的上部電極層連接到焊盤(pán)516。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，由于薄膜壓電元件552被牢固地固定在厚壁區(qū)域404中，所以可以使薄膜壓電元件552在薄壁區(qū)域402中造成的變形量進(jìn)一步穩(wěn)定。由此，可以進(jìn)一步提高自身診斷的精度。
[0201][第3實(shí)施方式]
[0202]圖15是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器600的俯視圖。參照?qǐng)D15，半導(dǎo)體壓力傳感器600包括在薄壁區(qū)域402上設(shè)置的多個(gè)薄膜壓電元件602、604、606、以及608。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器600與圖10所示的半導(dǎo)體壓力傳感器400不同。
[0203]擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412被設(shè)置在薄壁區(qū)域402中產(chǎn)生了變形時(shí)的變形量大的位置、即薄壁區(qū)域402的各邊的中點(diǎn)附近。
[0204]薄膜壓電元件602、604、606、以及608被設(shè)置在從擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412隔開(kāi)的位置、例如薄壁區(qū)域402的對(duì)角線上。薄膜壓電元件602、604、606、以及608從擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412隔開(kāi)規(guī)定距離即可，設(shè)置薄膜壓電元件的位置不限定于薄壁區(qū)域402的對(duì)角線上。但是，為了使擴(kuò)散電阻的未預(yù)期的變形最小，期望各薄膜壓電元件配置在沿薄壁區(qū)域的外周相鄰的兩個(gè)擴(kuò)散電阻的中間。
[0205]薄膜壓電元件602具有下部電極層602A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層602A連接到焊盤(pán)610。薄膜壓電元件602的上部電極層連接到焊盤(pán)612。
[0206]薄膜壓電元件604具有下部電極層604A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層604A連接到焊盤(pán)614。薄膜壓電元件604的上部電極層連接到焊盤(pán)616。
[0207]薄膜壓電元件606具有下部電極層606A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層606A連接到焊盤(pán)618。薄膜壓電元件604的上部電極層連接到焊盤(pán)620。
[0208]薄膜壓電元件608具有下部電極層608A、壓電層、以及上部電極層。下部電極層608A連接到焊盤(pán)622。薄膜壓電元件608的上部電極層連接到焊盤(pán)624。
[0209]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，自身診斷時(shí)，薄膜壓電元件602、604、606、以及608進(jìn)行協(xié)同而在薄壁區(qū)域402中賦予變形。因此，如果在薄膜壓電元件602、604、606、以及608上施加相同電壓，則可以在薄壁區(qū)域402整體中賦予均勻的變形。由此，可以提高自身診斷的精度。
[0210]圖16是表示圖15所示的半導(dǎo)體壓力傳感器600的變形例的圖。參照?qǐng)D16，半導(dǎo)體壓力傳感器630包括薄膜壓電元件632、634、636、638。薄膜壓電元件632、634、636、638被設(shè)置在薄壁區(qū)域402的對(duì)角線上，同時(shí)在薄壁區(qū)域402的中心402C附近相互地結(jié)合(couple。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器630與圖15所示的半導(dǎo)體壓力傳感器600不同。
[0211]下部電極層636A是薄膜壓電元件632、634、636、638中共用的下部電極層。下部電極層636A被連接在焊盤(pán)640上。同樣地，薄膜壓電元件632、634、636、638中共用的上部電極層連接到焊盤(pán)642。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，由于將薄膜壓電元件632?638的上部電極的布線和薄膜壓電元件632?638的下部電極的布線分別各自設(shè)置一個(gè)即可，所以可以簡(jiǎn)化半導(dǎo)體壓力傳感器630的結(jié)構(gòu)。
[0212][第4實(shí)施方式]
[0213]圖17是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器700的俯視圖。參照?qǐng)D17，半導(dǎo)體壓力傳感器700包括薄膜壓電元件701。薄膜壓電元件701包括:薄膜壓電元件702、704、706、以及708 ;和延伸設(shè)置部710A、710B、710C、以及710D。薄膜壓電元件702、704、706、以及708被設(shè)置在薄壁區(qū)域402的對(duì)角線上。延伸設(shè)置部710A、710B、710C、以及710D被配置在厚壁區(qū)域404上。薄膜壓電元件702、704、706、以及708通過(guò)延伸設(shè)置部710A、710B、710C、以及710D而被相互地結(jié)合。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器700與圖15所示的半導(dǎo)體壓力傳感器600不同。
[0214]薄膜壓電元件701還通過(guò)延伸設(shè)置部7IOE或7IOF被延伸設(shè)置至焊盤(pán)716F或716A附近。焊盤(pán)716A、716B、716C、716D、716E、以及716F和薄膜壓電元件701形成在電絕緣的其他分層中。后面論述有關(guān)半導(dǎo)體壓力傳感器700的制造方法。延伸設(shè)置部710E、710F也可以延伸設(shè)置至焊盤(pán)正下方。
[0215]薄膜壓電元件702、704、706、以及708通過(guò)厚壁區(qū)域上的延伸設(shè)置部710A、710B、710C、以及710D相互地結(jié)合。因此，可以將薄膜壓電元件701的上部電極層和薄膜壓電元件701的下部電極層701A的布線分別各自設(shè)置一個(gè)。薄膜壓電元件701的上部電極層連接到焊盤(pán)716A。薄膜壓電元件701的下部電極層701A連接到焊盤(pán)716F。
[0216]薄膜壓電元件701在厚壁區(qū)域404上通過(guò)延伸設(shè)置部710A、710B、710C、以及710D被固定。因此，薄膜壓電元件701可以使在薄壁區(qū)域402中造成的變形量穩(wěn)定。由此，可以提聞自身診斷的精度。
[0217]而且，薄膜壓電元件701通過(guò)延伸設(shè)置部710E或710F延伸至焊盤(pán)716A或716F的附近。因此，可以縮短薄膜壓電元件701的金屬布線。由此，由于為了配置連接擴(kuò)散電阻406、408、410、以及412的橋式電路的金屬布線712而能夠使用的空間擴(kuò)大，所以容易進(jìn)行利用金屬布線712的布線電阻的調(diào)整。延伸設(shè)置部710F或710E也可以被延伸設(shè)置至焊盤(pán)716F或716A正下方。
[0218]如圖17所示，焊盤(pán)716A、716B、716C、716D、716E、以及716F被并排設(shè)置在半導(dǎo)體基板401的一邊。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，提高對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行引線連接時(shí)的便利性。
[0219]在圖17中，金屬布線712用實(shí)線表示，同時(shí)擴(kuò)散布線714用虛線表示。擴(kuò)散電阻406通過(guò)金屬布線712和擴(kuò)散布線714連接到焊盤(pán)716B和716E。擴(kuò)散電阻408通過(guò)金屬布線712和擴(kuò)散布線714連接到焊盤(pán)716D和716E。擴(kuò)散電阻410通過(guò)金屬布線712和擴(kuò)散布線714連接到焊盤(pán)716C和716D。擴(kuò)散電阻412通過(guò)金屬布線712和擴(kuò)散布線714連接到焊盤(pán)716B和716C。為了沒(méi)有半導(dǎo)體壓力傳感器700的偏置電壓，期望金屬布線712和擴(kuò)散布線714的長(zhǎng)度在各擴(kuò)散電阻之間相互相等。[0220]圖18是表示可將偏置電壓設(shè)定為O的金屬布線和擴(kuò)散布線的例子的圖。參照?qǐng)D18，在半導(dǎo)體壓力傳感器720中，將各個(gè)擴(kuò)散電阻406、408、410、412連接到焊盤(pán)的金屬布線722和擴(kuò)散布線724的長(zhǎng)度相互地相等。由此，可以使布線電阻的電阻值相互地相等。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器720與圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700不同。
[0221]圖19是表示圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700的其他變形例的圖。參照?qǐng)D19，薄膜壓電元件702、704、706、708被設(shè)置在薄壁區(qū)域402的對(duì)角線上，并且在薄壁區(qū)域402的中心402C附近相互地結(jié)合。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器730與圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700不同。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，薄膜壓電元件701可以增大對(duì)薄壁區(qū)域402賦予的變形量。由此，即使薄膜壓電元件701上施加的電壓低也可以進(jìn)行自身診斷。
[0222]圖20是表示圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700的又一其他變形例的圖。參照?qǐng)D20，半導(dǎo)體壓力傳感器780具有薄膜壓電元件782。薄膜壓電元件782具有縫隙(slit)部784。在這方面，半導(dǎo)體壓力傳感器780與圖17所示的半導(dǎo)體壓力傳感器700不同。
[0223]通過(guò)在薄膜壓電元件782中設(shè)置縫隙部784，薄膜壓電元件782和半導(dǎo)體基板401之間的接觸面積變小。由此，可以減輕因薄膜壓電元件782和半導(dǎo)體基板401之間的熱膨脹率的差異產(chǎn)生的、半導(dǎo)體基板401的未預(yù)期的變形。
[0224]對(duì)于本發(fā)明的各實(shí)施方式，使用了擴(kuò)散電阻作為半導(dǎo)體壓力傳感器的變形計(jì)電阻，但變形計(jì)電阻也可以不是擴(kuò)散電阻。例如，也可以將陶瓷復(fù)合材料或碳納米管(carbonnanotube)復(fù)合材料形成在半導(dǎo)體基板上。
[0225]對(duì)于本發(fā)明的各實(shí)施方式，表示了使用四個(gè)擴(kuò)散電阻的例子作為半導(dǎo)體壓力傳感器的變形計(jì)電阻，但擴(kuò)散電阻的數(shù)也可以不是四個(gè)。只要能夠以對(duì)半導(dǎo)體壓力傳感器所要求的靈敏度測(cè)量薄壁區(qū)域的變形量，擴(kuò)散電阻的數(shù)也可以為一個(gè)。
[0226]對(duì)于本發(fā)明的各實(shí)施方式，也可以在半導(dǎo)體壓力傳感器的半導(dǎo)體基板的一主面上形成晶體管或二極管等的電路元件。
[0227][本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法]
[0228]下面，用圖21?圖27說(shuō)明上述實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法。再有，在作圖和說(shuō)明的情況上，各區(qū)域的膜厚和寬度的比率不一定正確。
[0229]為了形成被包含在半導(dǎo)體壓力傳感器800中的擴(kuò)散電阻，例如使用LOCOS (LocalOxidation of Silicon ;娃的局部氧化)方法。
[0230]圖21是表示本發(fā)明的制造方法的第I工序的圖。參照?qǐng)D21，首先，準(zhǔn)備SOI(Silicon on Insulator ;娃-絕緣體)基板 802。SOI 基板 802 具有一主面 Si (Silicon ；硅)層804、埋入氧化膜層806、以及其他主面Si層808。為了保護(hù)SOI基板802的一主面(一主面Si層804的表面)，形成焊盤(pán)(pad)氧化膜810和SiN膜812。SOI基板802例如由兩張半導(dǎo)體基板形成。將兩張半導(dǎo)體基板各自粘貼的界面磨削和研磨而進(jìn)行鏡面加工，然后，通過(guò)熱氧化使兩張半導(dǎo)體基板接合。由此，形成SOI基板。SiN膜812例如通過(guò)CVD方法(化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)方法)形成。
[0231]一主面Si層804具有第I導(dǎo)電型。以下，一主面Si層作為η型半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)明，但一主面Si層804也可以是P型半導(dǎo)體。
[0232]在SiN膜812上的有源(active)區(qū)域813中涂敷抗蝕劑814。有源區(qū)域813是在后面形成擴(kuò)散電阻的區(qū)域。然后，進(jìn)行SiN膜812的腐蝕，未涂敷抗蝕劑814的區(qū)域的SiN膜812被除去。
[0233]圖22是表示本發(fā)明的制造方法的第2工序的圖。參照?qǐng)D22，在進(jìn)行了 SiN膜812的腐蝕后，除去抗蝕劑814。接著,通過(guò)講氧化方法或氣相(pyrogenic)方法形成場(chǎng)氧化膜816。進(jìn)而除去有源區(qū)域813的SiN膜812和焊盤(pán)氧化膜810。
[0234]然后，在有緣區(qū)域813中例如注入硼等雜質(zhì)，形成擴(kuò)散電阻818。場(chǎng)氧化膜816在擴(kuò)散電阻818形成后被除去。
[0235]圖23是表示本發(fā)明的制造方法的第3工序的圖。參照?qǐng)D23，在擴(kuò)散電阻818形成后，鄰接擴(kuò)散電阻818，形成被注入了具有與擴(kuò)散電阻818相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)的擴(kuò)散布線820A、820B。為了擴(kuò)散布線820A、820B的雜質(zhì)濃度高于擴(kuò)散電阻818的雜質(zhì)濃度，在鄰接擴(kuò)散電阻818的區(qū)域中，注入高濃度的雜質(zhì)。然后，形成第I層間絕緣膜822。作為第I層間絕緣膜822,例如使用不包含磷或硼等雜質(zhì)的娃氧化物的NSG (Nondoped Silicate Glass ；非摻雜硅酸鹽玻璃)膜。再有，在本說(shuō)明書(shū)中記載的制造方法中，也可以將NSG膜以PSG(Phosphorous Silicate Glass ;慘憐娃酸鹽玻璃)膜或BPSG(Boron Phosphorous SilicateGlass ;摻硼硅酸鹽玻璃)膜替代。
[0236]圖24是表示本發(fā)明的制造方法的第4工序的圖。參照?qǐng)D24，在第I層間絕緣膜822上形成下部電極層824、壓電層826、以及上部電極層828。
[0237]下部電極層824、壓電層826、上部電極層828例如通過(guò)濺射方法形成。使用鉬或鈦?zhàn)鳛橄虏侩姌O層824的材料。下部電極層824的膜厚，在鉬的情況下例如設(shè)定為1750A，在鈦的情況下，例如被設(shè)定為200 L..[0238]例如使用PZT (鈦酸硅酸鉛)作為壓電層826的材料。壓電層826的膜厚例如被設(shè)定為10000A。
[0239]例如使用銥或氧化銥作為上部電極層828的材料。上部電極層828的膜厚，在銥的情況下例如被設(shè)定為1000A，在氧化銥的情況下例如被設(shè)定為800A。
[0240]下部電極層824、壓電層826、上部電極層828的膜厚不限定于上述情況。下部電極層824、上部電極層828的膜厚,在后述的接觸孔(contact hole)形成時(shí),設(shè)定在接觸孔不貫通各電極層的范圍內(nèi)即可。
[0241]圖25是表示本發(fā)明的制造方法的第5工序的圖。參照?qǐng)D25，通過(guò)選擇性地腐蝕下部電極層824、壓電層826、以及上部電極層828，形成薄膜壓電元件的規(guī)定的圖案。此時(shí)，下部電極層824、壓電層826、以及上部電極層828以與擴(kuò)散電阻818不重疊地形成圖案。
[0242]圖26是表示本發(fā)明的制造方法的第6工序的圖。參照?qǐng)D26，在下部電極層824、壓電層826、以及上部電極層828的腐蝕后，形成第2層間絕緣膜830。進(jìn)而，在第2層間絕緣膜830中，形成到達(dá)擴(kuò)散布線820A的接觸孔832A、到達(dá)擴(kuò)散布線820B的接觸孔、到達(dá)上部電極層828的接觸孔832B、以及到達(dá)下部電極層824的接觸孔832C。圖示的情況上，到達(dá)擴(kuò)散布線820B的接觸孔未示于圖26。
[0243]到達(dá)下部電極層824的接觸孔832C、到達(dá)上部電極層828的接觸孔832B通過(guò)第2層間絕緣膜830的腐蝕而被同時(shí)地形成。此時(shí)，如果壓電層826的膜厚過(guò)大，則接觸孔832B的深度和接觸孔832的深度極大不同。因此，上部電極層828被長(zhǎng)時(shí)間暴露在腐蝕液中。
[0244]而且，為了完成自身診斷功能，壓電層828的膜厚必需確保規(guī)定的厚度。因此，期望壓電層826的膜厚在0.0l μ m以上5 μ m以下。
[0245]圖27是表示本發(fā)明的制造方法的第7工序的圖。參照?qǐng)D27，在接觸孔832A、832B、832C和第2層間絕緣膜830上形成金屬布線834A、834B、834C。金屬布線834A、834B、834C的主成分例如是鋁或銅等。
[0246]在金屬布線834A、834B、834C形成后，形成用于保護(hù)半導(dǎo)體壓力傳感器800的一主面的鈍化膜836。例如使用SiN膜作為鈍化膜836。
[0247]在鈍化膜836的一部分中，形成用于形成焊盤(pán)838的開(kāi)孔部。
[0248]接著，其他主面Si層808和埋入氧化膜層806的一部分被腐蝕。由此，形成隔膜。
[0249]在埋入氧化膜層806的腐蝕后，在其他主面Si層808的底部接合玻璃基板842。玻璃基板842和其他主面Si層808的接合在真空中進(jìn)行。由此，一主面Si層804和玻璃基板842之間形成的基準(zhǔn)壓力室840的內(nèi)部為真空。
[0250]以上，說(shuō)明了有關(guān)本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法。根據(jù)本制造方法，可以利用以往的半導(dǎo)體裝置制造工藝制造半導(dǎo)體壓力傳感器。
[0251]下部電極層824、壓電層826、以及上部電極層828與金屬布線834A、834B、以及834C形成在電絕緣的其他的分層上。因此，可以提高半導(dǎo)體壓力傳感器中的金屬布線和薄膜壓電元件的配置、形狀的自由度。
[0252]而且，如果使壓電層826的膜厚為0.01 μ m以上5μπι以下，則能夠同時(shí)地形成到達(dá)下部電極層824和上部電極層828的接觸孔。由此，可以縮短半導(dǎo)體壓力傳感器的制造時(shí)間。
[0253][第5實(shí)施方式]
[0254]圖28是概略地表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的傳感器的結(jié)構(gòu)的平面圖。再有，在與圖1?圖4所示的要素相同或?qū)?yīng)的要素上，附加相同的標(biāo)號(hào)。而且，在以后的說(shuō)明中，也參照?qǐng)D1?圖4所示的要素。
[0255]參照?qǐng)D28，傳感器I具備包含隔膜7和用于支承隔膜7的外緣部的支承部8的硅基板6。傳感器I進(jìn)而具備電阻橋BI?Β4。電阻橋BI?Β4的各個(gè)電阻橋包含娃基板6的主表面6Α上配置的多個(gè)電阻元件。各個(gè)電阻橋BI?Β4包含四個(gè)電阻元件。具體地說(shuō)，電阻橋BI包含電阻元件11Α、12Α、13Α、14Α。電阻橋Β2包含電阻元件11Β、12Β、13Β、14Β。電阻橋Β3包含電阻元件11C、12C、13C、14C。電阻橋B4包含電阻元件11D、12D、13D、14D。如后面詳細(xì)地說(shuō)明那樣，四個(gè)電阻元件構(gòu)成惠斯登電橋。各電阻元件是根據(jù)壓力而改變其電阻值的電阻元件，例如是壓電元件。再有，與實(shí)施方式I?4相同，在電阻元件上也可以使用擴(kuò)散電阻。
[0256]一個(gè)電阻橋中包含的四個(gè)電阻元件被集中地配置在包含隔膜7和支承部8的邊界7A的一部分的主表面6A的一部分區(qū)域中。具體地說(shuō)，電阻元件IlA?14A被配置在包含邊界7A的一部分的區(qū)域6A1中。電阻元件IlB?14B被配置在包含邊界7A的一部分的區(qū)域6A2中。電阻元件IlC?14C被配置在包含邊界7A的一部分的區(qū)域6A3中。電阻元件IlD?14D被配置在包含邊界7A的一部分的區(qū)域6A4中。
[0257]電阻橋B1、B3以相互對(duì)置那樣配置在硅基板6的主表面6A中。同樣地，電阻橋B2、B4以相互對(duì)置那樣配置在硅基板6的主表面6A中。圖5所示的直線X、Y是通過(guò)隔膜7的中心點(diǎn)O的、相互正交的直線。電阻橋B1、B3被配置在直線X上。電阻橋B2、B4被配置在直線Y上。因此，電阻橋BI?B4以點(diǎn)O為中心，被各向同性地配置在硅基板6的主表面6A中。
[0258]在本實(shí)施方式中，如果電阻橋的個(gè)數(shù)為多個(gè)則無(wú)特別地限定。但是，電阻橋的個(gè)數(shù)越多，在各橋上施加了 一定的電壓時(shí)多個(gè)電阻橋整體的消耗電力越大。另一方面，在將多個(gè)電阻橋整體中流過(guò)的電流控制為恒定的情況下，電阻橋的個(gè)數(shù)越多，則在流過(guò)一個(gè)橋的電流越小。因此，電阻橋的輸出電壓相對(duì)于隔膜7上施加的壓力的變化變小。
[0259]電阻橋的個(gè)數(shù)例如根據(jù)上述觀點(diǎn)來(lái)確定。例如，如圖28所示，四個(gè)電阻橋被配置在半導(dǎo)體基板的主表面上。而且，優(yōu)選多個(gè)電阻橋被各向同性地配置在娃基板6的主表面6A上。
[0260]圖29是表示圖28所示的硅基板6的主表面6A上的應(yīng)力與位置之間的關(guān)系的圖。參照?qǐng)D29，圖的橫軸表示圖28所示的直線X上的位置。位置xO是硅基板6的一個(gè)端(例如位于紙面左側(cè)的硅基板6的端部)的位置。位置Xl對(duì)應(yīng)于直線X和邊界7A的第I交點(diǎn)(對(duì)于直線Y位于紙面左側(cè)的交點(diǎn))的位置。位置x2對(duì)應(yīng)于隔膜7的中心點(diǎn)O的位置。位置x3對(duì)應(yīng)于直線X和邊界7A的第2交點(diǎn)(對(duì)于直線Y位于紙面右側(cè)的交點(diǎn))的位置。位置x4表示硅基板6的其他端(例如位于紙面右側(cè)的硅基板6的端部)的位置。
[0261]如圖29所示，隔膜7中作用的應(yīng)力在隔膜7的外緣部中最大。通過(guò)在隔膜7中施加的壓力，在隔膜7的外緣部中作用的應(yīng)力極大地變化。構(gòu)成電阻橋的四個(gè)電阻元件被配置在隔膜7的外緣部。因此，通過(guò)隔膜7上施加的壓力，可以使各電阻元件的電阻值極大地變化。
[0262]圖30是圖28所示的電阻橋BI?B4的電路圖。參照?qǐng)D30，在本實(shí)施方式中，并聯(lián)地電連接的四個(gè)電阻橋BI?B4被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的主表面中。
[0263]各個(gè)電阻橋BI?B4是惠斯登電橋。由于電阻橋BI?B4的結(jié)構(gòu)是相互同樣的，所以代表性地說(shuō)明電阻橋BI的結(jié)構(gòu)。
[0264]電阻橋BI包含電阻元件IlA?14A。電阻元件11A、13A串聯(lián)地連接在電極16A和電極16D之間。同樣地，電阻元件12A、14A串聯(lián)地連接在電極16A和電極16D之間。電極16A上被施加電壓Vbias。電極16D被接地。電阻元件11A、13A的連接點(diǎn)連接到電極16B。電阻元件12A、14A的連接點(diǎn)連接到電極16C。電極16A?16D是例如為了連接到布線5而形成在硅基板6的主表面6A中的焊盤(pán)。
[0265]在隔膜7上未施加壓力的狀態(tài)(即真空狀態(tài))下，各電阻元件IlA?14A的電阻值相互相同。對(duì)隔膜7上施加的壓力的變化，電阻元件11A、14A的電阻值和電阻元件12A、13A的電阻值相互反方向地變化。各個(gè)電阻橋B2?B4也是同樣，根據(jù)隔膜7上施加的壓力，各橋中包含的四個(gè)電阻元件的各自的電阻值變化。
[0266]在隔膜7上未施加壓力的狀態(tài)下，電極16B的電壓VAtl和電極16C的電壓VBtl都為l/2Vbias。隔膜7被加壓而各橋的電阻元件的電阻值變化，從而電壓VAtl從l/2Vbias起減少，另一方面，電壓VBtlW l/2Vbias起增加。
[0267]圖31是詳細(xì)地表示圖28所示的電阻橋BI的圖。電阻橋B2?B4的各自的結(jié)構(gòu)與圖31所示的電阻橋BI的結(jié)構(gòu)是同樣的。
[0268]參照?qǐng)D31，電阻橋BI包括在包含隔膜7和支承部8的邊界7A的一部分的區(qū)域6A1中配置的電阻元件IlA?14A。電阻元件11A、12A相互地鄰接配置。電阻元件IlA通過(guò)布線15A電連接電阻元件12A。
[0269]電阻元件11A、13A相互地鄰接配置。電阻元件IIA通過(guò)布線15B電連接電阻元件13A。
[0270]電阻元件12A、14A相互地鄰接配置。電阻元件12A通過(guò)布線15C電連接電阻元件14A。
[0271]相互地鄰接配置的兩個(gè)電阻元件中的一個(gè)，以沿平行于隔膜7和支承部8的邊界7A的方向延伸地形成在娃基板6的主表面6A的區(qū)域6A1中。上述兩個(gè)電阻兀件的另一個(gè)，以沿與邊界7A交叉的方向延伸地形成在區(qū)域6A1中。
[0272]具體地說(shuō)明時(shí)，電阻元件13A以沿平行于邊界7A的方向延伸地形成在硅基板6的主表面6A的區(qū)域6A1中。電阻元件IlA以沿與邊界7A交叉的方向延伸地形成區(qū)域6A1中。同樣的關(guān)系，在電阻元件11A、12A之間成立，同時(shí)在電阻元件12A、14A之間成立。
[0273]在圖31中，邊界7A以直線表示。如圖28所示，在隔膜7的輪廓為圓形的情況下，也可以沿該圓的切線延伸地形成電阻元件12A、13A。
[0274]相互地鄰接配置的兩個(gè)電阻元件，對(duì)于邊界沿不同方向延伸地形成。由此，根據(jù)在隔膜7上所施加的壓力，可以使各自的電阻值在相互相反方向上變化。因此，可以使多個(gè)電阻元件具有電阻橋功能。
[0275]圖32是表示第5實(shí)施方式的傳感器的比較例的結(jié)構(gòu)的平面圖。參照?qǐng)D32，傳感器IA具備包含四個(gè)電阻兀件11?14的一個(gè)電阻橋。電阻兀件11?14被分散地配置在硅基板6的主表面6A上。根據(jù)圖32所示的結(jié)構(gòu)，因傳感器IA的加工精度造成的電阻橋的特性偏差有可能變大。
[0276]圖33是用于說(shuō)明圖32所示的傳感器IA的制造時(shí)產(chǎn)生的課題的第I圖。參照?qǐng)D33，電阻元件11?14形成在形成了隔膜7的硅基板6的主表面6A中。再有，在圖33中四個(gè)電阻元件中僅表示電阻元件11、13。
[0277]在位于與主表面6A相反側(cè)的主表面6B (背面)中，形成開(kāi)口部6C。通過(guò)在主表面6B上進(jìn)行腐蝕(各向異性腐蝕和各向同性腐蝕的其中之一即可)，在主表面6B中形成開(kāi)口部6C。
[0278]優(yōu)選電阻元件11、13以與隔膜7和支承部8的邊界7A重疊地配置。一般地，電阻元件被配置在硅基板6的主表面6A上，然后形成隔膜7和支承部8。因此，主表面6B的開(kāi)口部6C的位置對(duì)于電阻元件11?14的主表面6A的位置有可能偏移。位置的偏移程度取決于傳感器的加工精度。在偏移程度大的情況下，電阻橋的靈敏度、即電壓與隔膜上所施加的壓力的變化之比有可能偏差。由此，傳感器的檢測(cè)精度下降。
[0279]圖34是用于說(shuō)明圖32所示的傳感器IA的制造時(shí)產(chǎn)生的課題的第2圖。參照?qǐng)D34,在從娃基板6的主表面6B面向主表面6A的方向上娃被腐蝕。娃基板6的內(nèi)部被加工成錐(taper)狀。因此，電阻元件11?14的位置對(duì)于隔膜7和支承部8的邊界的位置有可能偏移。
[0280]返回到圖31，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成電阻橋的多個(gè)電阻元件被集中地配置在一個(gè)區(qū)域中。電阻元件IlA?14A是同種類的電阻，通過(guò)相同的工序形成。通過(guò)電阻元件IlA?14A被集中地配置在一個(gè)區(qū)域中，可以抑制在電阻元件IIA?14A之間特性(例如電阻值、溫度特性等)的偏差增大。其結(jié)果，可以在壓力未施加在隔膜中的狀態(tài)中獲得電阻橋BI的平衡狀態(tài)。
[0281]在多個(gè)傳感器之間，可能產(chǎn)生電阻元件的電阻值不同的情況。但是，在一個(gè)電阻橋中包含的多個(gè)電阻元件的電阻值的偏差小的情況下，可以獲得電阻橋的平衡狀態(tài)。因此，可以使多個(gè)傳感器之間的電阻橋的特性的偏差小。
[0282]而且，在本實(shí)施方式中，第I電阻元件和與該第I電阻元件電連接的第2電阻元件被鄰接配置。通過(guò)將相互地電連接的兩個(gè)電阻元件鄰接配置，即使產(chǎn)生隔膜7和支承部8的邊界位置偏移，也可以使兩個(gè)電阻元件的電阻值的變化方向相互地相同。由此，可以減小電阻橋的特性偏差。而且，可以縮短用于連接兩個(gè)電阻元件的布線。
[0283]而且，在本實(shí)施方式中，傳感器具備并聯(lián)地電連接的多個(gè)電阻橋。在邊界7A對(duì)于電阻橋BI向X、Y的至少一個(gè)方向上偏移的情況下，電阻橋BI?Β4的各自特性變動(dòng)。但是，通過(guò)多個(gè)電阻橋被并聯(lián)地電連接，一個(gè)電阻橋的特性的變動(dòng)因其他電阻橋的特性的變動(dòng)而被相互抵消。其結(jié)果，可以減小多個(gè)傳感器之間的電阻橋的特性的偏差。
[0284]再有，在第5實(shí)施方式中，隔膜7即薄壁區(qū)域的形狀不限定于圓形。與第I?第4實(shí)施方式同樣，隔膜(薄壁區(qū)域)的形狀也可以是大致正方形。
[0285][第6實(shí)施方式]
[0286]本實(shí)施方式涉及用于對(duì)從半導(dǎo)體壓力傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理的電路。該信號(hào)處理電路也可以與上述第I?第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體壓力傳感器的任何一個(gè)組合。
[0287]圖35是第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的電路圖。參照?qǐng)D35，電阻元件11?14構(gòu)成惠斯登電橋(Wheatstone bridge)。具體地說(shuō)明時(shí)，電阻元件11、12被串聯(lián)地連接在節(jié)點(diǎn)20和接地節(jié)點(diǎn)之間。同樣地，電阻元件13、14被串聯(lián)地連接在節(jié)點(diǎn)20和接地節(jié)點(diǎn)之間。電壓Vbias施加在節(jié)點(diǎn)20上。電阻元件13、14的連接點(diǎn)連接到節(jié)點(diǎn)25。電阻元件11、12的連接點(diǎn)連接到節(jié)點(diǎn)26。電阻元件11?14例如與圖5所示的擴(kuò)散電阻406、408、410、412對(duì)應(yīng)?；蛘?，也可以將電阻元件11?14與圖30所示的電阻橋BI?B4分別置換。
[0288]信號(hào)處理電路2包括放大單元21、以及運(yùn)算單元22、23。放大單元21包括差動(dòng)放大器 211、212 以及電阻 213、214、215。
[0289]差動(dòng)放大器211包括:連接到節(jié)點(diǎn)25的同相輸入端子(由記號(hào)‘ + ’表示。以下也同樣);連接到電阻213的一端和電阻214的一端兩方的反相輸入端子(由記號(hào)表示。以下也同樣)；以及連接到節(jié)點(diǎn)27的輸出端子。電阻214的另一端連接到差動(dòng)放大器211的輸出端子和節(jié)點(diǎn)27。
[0290]差動(dòng)放大器212包括:連接到節(jié)點(diǎn)26的同相輸入端子；連接到電阻213的另一端和電阻215的一端兩方的反相輸入端子；以及連接到節(jié)點(diǎn)28的輸出端子。電阻215的另一端連接到差動(dòng)放大器212的輸出端子和節(jié)點(diǎn)28。
[0291]運(yùn)算單元22包括:差動(dòng)放大器221 ;電阻222?225 ;偏置電源226 ;以及驅(qū)動(dòng)電源227。
[0292]差動(dòng)放大器221通過(guò)從驅(qū)動(dòng)電源227供給電源電壓VDD而進(jìn)行工作。電阻222連接在節(jié)點(diǎn)28和差動(dòng)放大器221的反相輸入端子之間。電阻223連接在差動(dòng)放大器221的反相輸入端子和差動(dòng)放大器221的輸出端子之間。電阻224連接在節(jié)點(diǎn)27和差動(dòng)放大器221的同相輸入端子之間。電阻225連接在差動(dòng)放大器221的同相輸入端子和偏置電源226之間。[0293]偏置電源226產(chǎn)生電壓VDD。在圖35所示的結(jié)構(gòu)中，偏置電源226和驅(qū)動(dòng)電源227相互作為不同的電源表示，但它們也可以共用為一個(gè)電源。
[0294]運(yùn)算單元23包括:差動(dòng)放大器231 ;電阻232、233 ;以及驅(qū)動(dòng)電源234。差動(dòng)放大器231通過(guò)從驅(qū)動(dòng)電源234供給電源電壓VDD進(jìn)行工作。差動(dòng)放大器221包括:連接到節(jié)點(diǎn)29的同相輸入端子；連接到電阻232的一端和電阻233的一端的反相輸入端子；以及連接到端子30的輸出端子。電阻233的另一端連接到差動(dòng)放大器231的輸出端子和端子30。電阻232、233各自是可變電阻。因此，電阻232、233的電阻值是可變的。
[0295]接著，詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)處理電路2的工作。節(jié)點(diǎn)25上的電壓VAtl和節(jié)點(diǎn)26上的電壓VBtl因電阻元件11~14的電阻值的變化而變化。即，根據(jù)隔膜7上所施加的壓力，電壓VA0和VBtl產(chǎn)生變化。隔膜7上未施加壓力的情況下，電壓VAtl和VBtl都為l/2Vbias。通過(guò)壓力施加到隔膜7上，電壓VAtl和VBtl從l/2Vbias起產(chǎn)生變化。
[0296]圖36是表示隔膜上所施加的壓力和從惠斯登電橋輸出的電壓之間的關(guān)系的圖。參照?qǐng)D36，在隔膜7上所施加的壓力為P。時(shí)，電壓V (P)為l/2Vbias。壓力P。相等于基準(zhǔn)壓力。
[0297]隨著隔膜7上所施加的壓力從Ptl起增加，電壓VAciWlZ^Vbias起下降。另一方面，電壓VBtl隨著隔膜7上所施加的壓力增加而從l/2Vbias上升。電壓VBtl對(duì)壓力P的增加量和電壓VAtl對(duì)壓力P的減少量是相同的。因此，電壓VBtl表示為VBtl=Iz^Vbias+Λ V (P)，電壓VAtl表示為VAQ=l/2Vbias-AV (P)。Λ V (P)根據(jù)壓力P而變化。電壓VBtl和VAtl之間的差為2AV (P)。電壓VBc^P 間的電壓差相當(dāng)于從傳感器I輸出的信號(hào)電壓。
[0298]放大單元21將與電壓VBci和VAci之間的差對(duì)應(yīng)的電壓放大。將放大單元21的放大率(增益)表示為α。放大率α根據(jù)電阻213~215的電阻值而確定。將電阻213的電阻值表示為R1，電阻214、215各自的電阻值表示為R2。放大率α表示為Ci=R2/!^
[0299]節(jié)點(diǎn)28上的電壓VB1表示為VB1=IAVbias+ (l+α ) AV (P)。另一方面，節(jié)點(diǎn)27上的電壓VA1表示為VA1=Iz^Vbias- (l+α )AV (P)。電壓VBq和VAtl之間的差是2 (l+α )Δ V (P)。即,放大單兀21將從傳感`器I輸出的信號(hào)電壓放大后輸出。
[0300]壓力P1是由傳感器I檢測(cè)的壓力的范圍的上限值。在本實(shí)施方式中，傳感器I的檢測(cè)范圍如下確定。即，檢測(cè)范圍包含標(biāo)準(zhǔn)氣壓(約101.3 [kPa])的值，并且，壓力P1位于標(biāo)準(zhǔn)氣壓的附近。壓力P1的值例如為110[kPa]。在本實(shí)施方式中，壓力傳感器裝置10例如用作氣壓傳感器。因此，由壓力傳感器裝置10實(shí)際地檢測(cè)的壓力的范圍，成為傳感器I的檢測(cè)范圍的上限值附近的范圍。
[0301]返回到圖35，運(yùn)算單元22基于電壓VA1和VB1,生成隨著隔膜7上所施加的壓力變化的電壓Voutl。具體地說(shuō)，運(yùn)算單元22通過(guò)將與電壓VA1和VB1之間的差成比例的電壓從偏置電壓VDD中減去，生成電壓Voutl。
[0302]圖37是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路2的運(yùn)算單元2輸出的電壓Voutl之間關(guān)系的圖。參照?qǐng)D37，壓力P。下的電壓Voutl是VDD，壓力P1下的電壓Voutl是
O。電壓Voutl的減少量與壓力的增加量成比例。在本實(shí)施方式中，電阻222、224的電阻值都為R3,電阻223、225的電阻值都為R4。電壓Voutl根據(jù)以下算式表示。
[0303]Voutl=VDD-R4/R3 (VB1-VA1)
[0304]于是，在本實(shí)施方式中，通過(guò)從偏置電壓(VDD)中減去與放大單元21的輸出電壓(VB1-VA1)成比例的電壓來(lái)生成電壓Voutl。比例系數(shù)R4/R3被確定，以使壓力P1下的電壓Voutl 為 O。
[0305]電壓Voutl在壓力P1的附近區(qū)域中成為O附近的值。由此，可以提高壓力P1的附近區(qū)域中的壓力傳感器裝置的靈敏度。在本說(shuō)明書(shū)中，‘靈敏度’意味著電壓與壓力的范圍的變化量之比。在壓力的范圍是從Ptl至壓力P1的范圍的情況下，壓力傳感器裝置的靈敏度表示為 VDD/ (P1-P0)o
[0306]運(yùn)算單元22構(gòu)成為生成對(duì)于從放大單元21輸出的電壓具有規(guī)定的相關(guān)關(guān)系的電壓?！?guī)定的相關(guān)關(guān)系’是，由運(yùn)算單元22生成的電壓基于從放大單元21輸出的電壓而唯一地確定的關(guān)系。因此，相關(guān)關(guān)系不限定于比例關(guān)系。
[0307]再次參照?qǐng)D35，運(yùn)算單元23通過(guò)將電壓Voutl放大而將電壓Vout2從端子30輸出。將電阻232的電阻值表示為R5，將電阻233的電阻值表示為R6。電壓Vout2根據(jù)以下
算式表示。
[0308]Vout2= (R5+R6) /R5XVoutl
[0309]—般地,差動(dòng)放大器不能輸出高于電源電壓的電壓。因此，電壓Vout2的最大值為VDD。
[0310]圖38是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路2的運(yùn)算單元23輸出的電壓Vout2之間關(guān)系的圖。參照?qǐng)D38，在壓力P/以下電壓Vout2為VDD。隨著壓力從P/起增力口，電壓Vout2從電壓VDD起下降。電壓Vout2在壓力P1中為O。
[0311]運(yùn)算單元23使電壓Vout2的變化率與電壓Voutl的變化率不同。這里，‘變化率’意味著電壓的變化量與壓力的變化量之比的絕對(duì)值。更具體地說(shuō)，運(yùn)算單元23使電壓Vout2的變化率大于電壓Voutl的變化率。由此，在檢測(cè)范圍的上限值附近的區(qū)域中壓力傳感器裝置的檢測(cè)靈敏度提高。電阻232、233都為可變電阻。通過(guò)使電阻232、233的至少一個(gè)的電阻值變化，可以變更電壓Vout2的變化率。即，可以調(diào)節(jié)靈敏度。
[0312]在傳感器(隔膜)上所施加的壓力越高，其輸出電壓越大地構(gòu)成信號(hào)處理電路的情況下，在檢測(cè)范圍的上限值附近的區(qū)域中不容易提高壓力傳感器裝置的靈敏度。關(guān)于這方面，一邊表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的比較例子一邊進(jìn)行說(shuō)明。
[0313]圖39是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的比較例子的結(jié)構(gòu)的電路圖。參照?qǐng)D39，信號(hào)處理電路251在包括運(yùn)算單元32取代運(yùn)算單元22方面、以及不包含運(yùn)算單元23方面，與信號(hào)處理電路2不同。電阻222的一端連接到節(jié)點(diǎn)27，電阻224的一端連接到節(jié)點(diǎn)28。在這方面，運(yùn)算單元32與運(yùn)算單元22不同。而且，運(yùn)算單元32在不包含偏置電源226方面、以及電阻225的一端被接地方面，與運(yùn)算單元22不同。運(yùn)算單元32輸出電壓Vout。
[0314]圖40是表示隔膜上所施加的壓力和從信號(hào)處理電路251的運(yùn)算單元32輸出的電壓Vout之間關(guān)系的圖。參照?qǐng)D40，電壓Vout在壓力P。下為O，并且與壓力成比例。在壓力P1下電壓Vout為VDD。根據(jù)圖40所示的結(jié)構(gòu)，壓力傳感器裝置的最大靈敏度是VDD/(P1-PqX無(wú)法使從壓力P/至壓力P1的范圍內(nèi)的壓力傳感器裝置的靈敏度高于上述靈敏度。
[0315]為了提高壓力傳感器裝置的靈敏度，例如可考慮將具有圖35所示的結(jié)構(gòu)的運(yùn)算單元23連接到圖39所示的運(yùn)算單元32的輸出上。但是，如圖40所示，對(duì)于其上限值小于P/的范圍的壓力，壓力傳感器裝置的靈敏度高。另一方面，在從壓力P/至壓力P1的范圍內(nèi)，Vout固定。即，該范圍中的壓力傳感器裝置的靈敏度下降。
[0316]圖41是示意地表示壓力傳感器裝置10所包含的傳感器I的狀態(tài)的剖面圖。參照?qǐng)D41，傳感器I的內(nèi)部的壓力(基準(zhǔn)壓力)為P。。在本實(shí)施方式中，傳感器I的內(nèi)部大致為真空。因此，壓力Ptl的值大致為O。
[0317]由于壓力(氣壓)P高于P。，所以隔膜7因來(lái)自傳感器I的外側(cè)的壓力而變形。另一方面，在傳感器I的周圍的環(huán)境也為真空的情況下，即傳感器I上所施加的壓力P為Ptl的情況下，不產(chǎn)生隔膜7的變形。因此，隔膜7隨著壓力P，以實(shí)線的箭頭和虛線的箭頭所示地動(dòng)作。
[0318]根據(jù)圖39所示的結(jié)構(gòu)，與壓力P=Ptl時(shí)的隔膜7的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓是壓力傳感器裝置10的基準(zhǔn)電壓。即，傳感器I的內(nèi)部的壓力和傳感器I的外部的壓力相等時(shí)，壓力傳感器裝置10的輸出電壓為基準(zhǔn)電壓(O)。但是，在將壓力傳感器裝置用作氣壓傳感器的情況下，不發(fā)生傳感器I (隔膜7)上所施加的壓力P在Ptl附近變化的狀況。
[0319]而且，在從壓力P/至PJA范圍中壓力傳感器裝置的輸出電壓成為接近上限(VDD)的電壓。因此，根據(jù)圖39所示的結(jié)構(gòu)，難以在上述范圍中提高壓力傳感器裝置的靈敏度。
[0320]在本實(shí)施方式中，將與壓力P=P1時(shí)的隔膜7的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓作為壓力傳感器裝置10的基準(zhǔn)電壓。而且，隨著壓力P造成的隔膜7的狀態(tài)的變化，使壓力傳感器裝置的輸出電壓從基準(zhǔn)電壓變化。由此，可以將壓力傳感器裝置的靈敏度在包含標(biāo)準(zhǔn)氣壓的期望的區(qū)域中提高。
[0321]圖37所示的電壓和壓力之間的關(guān)系，例如可以通過(guò)使用具有與圖41所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)的傳感器來(lái)獲得。圖42是示意地表示傳感器的研討例子的剖面圖。參照?qǐng)D42，傳感器I的內(nèi)部的壓力與傳感器I的檢測(cè)范圍的上限值(P1)相等。傳感器I的周圍的氣壓(壓力P)小于傳感器I的內(nèi)部的壓力Pp因此，隔膜7面向半導(dǎo)體壓力傳感器I的外側(cè)突出地變形。
[0322]與上述說(shuō)明同樣，傳感器I的內(nèi)部的壓力和傳感器I的外部的壓力相等時(shí)，壓力傳感器裝置10的輸出電壓為基準(zhǔn)電壓(O)。因此，在壓力P=P1時(shí)，壓力傳感器裝置10的輸出電壓為基準(zhǔn)電壓。壓力P小于壓力Pdi變化。其結(jié)果，可以使壓力傳感器裝置10的輸出電壓根據(jù)圖37所示的關(guān)系變化。
[0323]但是，以半導(dǎo)體壓力傳感器I的內(nèi)部的壓力準(zhǔn)確地成為P1來(lái)制造半導(dǎo)體壓力傳感器I是不容易的。更一般地說(shuō)，如圖41所示，半導(dǎo)體壓力傳感器I的內(nèi)部為真空。根據(jù)本實(shí)施方式，在將這樣的普通的壓力傳感器用作氣壓傳感器的情況下，可以提高包含標(biāo)準(zhǔn)氣壓的期望的區(qū)域中的靈敏度。
[0324]再有，本實(shí)施方式的信號(hào)處理電路不限定于具有圖35所示的結(jié)構(gòu)。以下，說(shuō)明本實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的變形例。
[0325]圖43是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第I變形例的圖。參照?qǐng)D43，信號(hào)處理電路2A在包括運(yùn)算單元22A取代運(yùn)算單元22方面與信號(hào)處理電路2不同。運(yùn)算單元22A在包含偏置電源226A取代偏置電源226方面與運(yùn)算單元22不同。信號(hào)處理電路2A的其他部分的結(jié)構(gòu)與信號(hào)處理電路2的對(duì)應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)是同樣的。
[0326]偏置電源226A產(chǎn)生偏置電壓VI。電壓Vl是低于差動(dòng)放大器221的電源電壓VDD的電壓。[0327]圖44是用于說(shuō)明從圖43所示的運(yùn)算單元22A輸出的電壓Voutl的圖。參照?qǐng)D44，電壓Voutl在壓力P。中為VI，在壓力P1中為O。電壓Voutl與壓力成比例地下降。再有，比例系數(shù)由電阻222、224的電阻值&和電阻223、225的電阻值R4之比確定。R4/R3=V1/(P「P0)。
[0328]在圖43所示的結(jié)構(gòu)中，在接近半導(dǎo)體壓力傳感器I的檢測(cè)范圍的上限值(壓力P1)的區(qū)域中，電壓Voutl也為O附近的電壓。因此，可以提高接近壓力P1區(qū)域中的壓力傳感器裝置的靈敏度。
[0329]圖45是表示第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第2變形例的圖。參照?qǐng)D45，信號(hào)處理電路2B在還包括端子35方面與信號(hào)處理電路2不同。端子35連接到節(jié)點(diǎn)29。信號(hào)處理電路2B可以將電壓Vout1、Vout2兩方輸出到外部。例如，可以基于電壓VoutI檢測(cè)寬范圍的壓力。而且，可以基于電壓Vout2，在包含標(biāo)準(zhǔn)氣壓的期望的區(qū)域(接近檢測(cè)范圍的上限值的區(qū)域)中，提高檢測(cè)靈敏度。
[0330]圖46是表不第6實(shí)施方式的信號(hào)處理電路的第3變形例的圖。參照?qǐng)D46,信號(hào)處理電路2C在具備選擇電壓Voutl和Vout2的其中一個(gè)的選擇單元36方面與信號(hào)處理電路2不同。選擇單元36根據(jù)信號(hào)SEL選擇電壓V0Utl、V0Ut2的其中一個(gè)，并且將其選擇出的電壓輸出到端子30。信號(hào)SEL例如從信號(hào)處理電路2C的外部提供給選擇單元36。如圖46所示，也可以構(gòu)成為可選擇性地輸出電壓Voutl和Vout2的一方的信號(hào)處理電路。
[0331]本次公開(kāi)的實(shí)施方式在所有方面都是例示而不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的范圍不是以上述說(shuō)明而是以權(quán)利要求的范圍來(lái)表示，意圖在于包含與權(quán)利要求范圍同等的意義和范圍內(nèi)的所有變更。
[0332]工業(yè)實(shí)用性
[0333]如以上說(shuō)明，本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器具備薄膜壓電元件進(jìn)行的自身診斷功能。通過(guò)在薄膜壓電元件上施加電壓，可以檢測(cè)半導(dǎo)體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)性的缺陷。而且，薄膜壓電元件從具有作為變形計(jì)電阻功能的擴(kuò)散電阻隔開(kāi)距離地形成。由此，可以降低因薄膜壓電元件和半導(dǎo)體基板之間的熱膨脹率的差異而在擴(kuò)散電阻上產(chǎn)生的變形，可以降低擴(kuò)散電阻的未預(yù)期的電阻值變化。
[0334]薄膜壓電元件延伸至薄壁區(qū)域上的規(guī)定的位置。由此，可以使薄膜壓電元件對(duì)薄壁區(qū)域賦予的變形量穩(wěn)定，可以提高半導(dǎo)體壓力傳感器的自身診斷精度。
[0335]而且，薄膜壓電元件與用于將擴(kuò)散電阻橋式連接的金屬布線形成在電絕緣的不同的分層中。因此，薄膜壓電元件和金屬布線的配置、形狀的自由度高。例如，具有金屬布線和擴(kuò)散布線的布線長(zhǎng)度的調(diào)整容易的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的工業(yè)上的實(shí)用性高。
【權(quán)利要求】
1.壓力傳感器裝置，包括: 傳感器，使信號(hào)電壓基于壓力產(chǎn)生變化；以及 信號(hào)處理電路，用于處理從所述傳感器輸出的信號(hào)， 所述信號(hào)處理電路包括: 放大電路，用于放大所述信號(hào)電壓；以及 第I運(yùn)算電路，用于基于所述放大電路的輸出電壓，生成根據(jù)所述壓力產(chǎn)生變化的第I電壓， 所述第I運(yùn)算電路通過(guò)從規(guī)定的偏置電壓中減去對(duì)于所述放大電路的所述輸出電壓具有規(guī)定的相關(guān)關(guān)系的電壓，生成所述第I電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置， 所述信號(hào)處理電路還包括: 第2運(yùn)算電路，用于基于所述第I電壓，生成根據(jù)所述壓力產(chǎn)生變化的第2電壓， 所述第I電壓對(duì)所述壓力的第I變化率與所述第2電壓對(duì)所述壓力的第2變化率不同， 所述第I電壓在由所述傳感器檢測(cè)的所述壓力范圍的上限值中，與所述第2電壓一致。
3.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器裝置， 所述第2變化率的絕對(duì)值大于所述第I變化率的絕對(duì)值。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器裝置， 所述第2運(yùn)算電路通過(guò)放大所述第I電壓而生成所述第2電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器裝置， 所述信號(hào)處理電路還包括: 第I端子，用于將所述第I電壓輸出到所述信號(hào)處理電路的外部；以及 第2端子，用于將所述第2電壓輸出所述信號(hào)處理電路的外部。
6.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器裝置， 確定所述范圍，以使其包含大氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值并且所述上限值為所述標(biāo)準(zhǔn)值附近的值。
7.電子設(shè)備，包括: 傳感器，其使信號(hào)電壓基于壓力產(chǎn)生變化；以及 信號(hào)處理電路，用于處理從所述傳感器輸出的信號(hào)， 所述信號(hào)處理電路包括: 放大電路，用于放大所述信號(hào)電壓；以及 運(yùn)算電路，用于基于所述放大電路的輸出電壓，生成根據(jù)所述壓力產(chǎn)生變化的檢測(cè)電壓， 所述運(yùn)算電路通過(guò)從規(guī)定的偏置電壓中減去對(duì)于所述放大電路的所述輸出電壓有規(guī)定的相關(guān)關(guān)系的電壓，生成所述檢測(cè)電壓， 所述電子設(shè)備還包括基于所述檢測(cè)電壓，執(zhí)行規(guī)定的處理的本體部。
【文檔編號(hào)】G01L9/02GK103822749SQ201410106439
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年7月24日
【發(fā)明者】山田宣幸, 櫻木正廣, 吉田武司, 林啟 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司