半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體壓力傳感器，用于測(cè)量施加于該傳感器上的外部壓力，包括膜和電橋，該電橋包括分別安排在膜(2)的第一和第二邊部分(S1，S2)上的第一和第二電阻器對(duì)(P1，P2)。第一電阻器對(duì)(P1)包括第一和第二電阻器(R1，R2)，該第一和第二電阻器包括串聯(lián)連接并且緊靠在一起定位的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，從而使得R1和R2具有基本上相同的溫度。傳感器具有針對(duì)1)在該膜之上的溫度梯度、以及可選地還有2)由于封裝引起的非均勻的應(yīng)力梯度以及3)垂直于傳感器的不均勻的干擾電場(chǎng)的降低的靈敏度。第一和第二電阻器的壓阻帶(8，9)可以在具有最大壓阻系數(shù)的正交方向上定向。第二電橋可以被添加在膜(2)外部，用于補(bǔ)償封裝壓力。
【專利說(shuō)明】
半導(dǎo)體壓力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感器領(lǐng)域，具體為在半導(dǎo)體器件中集成的壓力傳感器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]半導(dǎo)體壓力傳感器在本領(lǐng)域中是已知的。
[0004]US 4，672，411(日立)披露了具有在半導(dǎo)體本體中形成的隔膜的壓力傳感器(圖1所示)，該隔膜在其主表面中具有一對(duì)壓力感測(cè)半導(dǎo)體帶(圖1中的豎直壓阻帶30、31)。帶30、31中的每個(gè)帶在一個(gè)末端處通過(guò)半導(dǎo)體區(qū)域(圖1中的三角形區(qū)域32)連接至另一個(gè)末端。半導(dǎo)體區(qū)域32是在具有小壓阻系數(shù)的方向上形成的，而帶30、31是在具有大壓阻系數(shù)的方向上形成的。半導(dǎo)體區(qū)域32(三角形)具有比帶30、31的電阻更小的薄層電阻。同樣，在帶30、31的其他末端處提供電極引出區(qū)域，這些區(qū)域具有低電阻、在具有小壓阻系數(shù)的方向上延伸并且延伸超出隔膜邊緣使得電極在隔膜外部接觸半導(dǎo)體本體。電阻帶30、31通過(guò)電橋連接。隔膜的變形致使擴(kuò)散電阻器層(即，壓阻帶)擴(kuò)張或收縮以便改變其電阻。壓力傳感器通過(guò)電檢測(cè)電阻變化而感測(cè)壓力。
[0005]然而，此壓力傳感器不是在所有情況中都非常準(zhǔn)確，例如，在溫度波動(dòng)的情況中以及在殘余封裝應(yīng)力的情況中。
[0006]發(fā)明概述
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種良好的半導(dǎo)體壓力傳感器。
[0008]具體地，本發(fā)明的實(shí)施例的目的是具體地在半導(dǎo)體襯底的非均勻溫度的情況中和/或在非均勻封裝應(yīng)力的情況中和/或在非均勻電場(chǎng)的情況中或其組合中提供一種具有良好準(zhǔn)確度的壓力傳感器。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是即使在非均勻溫度和/或非均勻應(yīng)力和/或非均勻電場(chǎng)存在時(shí)并且即使當(dāng)所述溫度、應(yīng)力或場(chǎng)隨著時(shí)間變化時(shí)提供良好的準(zhǔn)確度，例如，提高的準(zhǔn)確度。
[0010]本發(fā)明的具體實(shí)施例的目的是提供具有改進(jìn)的零點(diǎn)偏移補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體壓力傳感器。
[0011]這些目的是由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的器件完成的。
[0012]第一方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體壓力傳感器，用于測(cè)量施加于該傳感器上的外部壓力，該半導(dǎo)體壓力傳感器包括:作為半導(dǎo)體襯底的一部分用于由于外部壓力而變形的膜，該膜具有膜邊緣和膜厚度;第一電橋電路，該第一電橋電路包括位于該膜的第一邊部分上或與之相鄰的第一電阻器對(duì)以及位于該膜的第二邊部分上或與之相鄰的第二電阻器對(duì)；第一電阻器對(duì)包括連接于第一偏置節(jié)點(diǎn)與第一輸出節(jié)點(diǎn)之間的第一電阻器以及連接于第一輸出節(jié)點(diǎn)與第二偏置節(jié)點(diǎn)之間的第二電阻器;第二電阻器對(duì)包括連接于第一偏置節(jié)點(diǎn)與第二輸出節(jié)點(diǎn)之間的第三電阻器以及連接于第二輸出節(jié)點(diǎn)與第二偏置節(jié)點(diǎn)之間的第四電阻器；第一和第二和第三和第四電阻器中的至少一個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，該一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量膜由于有待測(cè)量的外部壓力的變形;其中，第一電阻器點(diǎn)與第二電阻器點(diǎn)之間的最大距離同膜的最大尺寸的比值小于50% ;并且其中，第三電阻器點(diǎn)與所述第四電阻器點(diǎn)之間的最大距離同所述膜的最大尺寸的比值小于50%。
[0013]與例如通過(guò)封裝引起的“內(nèi)部壓力”相比，“外部壓力”意味著壓力傳感器所處的環(huán)境的例如大氣壓力或氣體壓力。
[0014]通過(guò)提供在同一邊部分上或與之相鄰的第一和第二電阻器，由此第一電阻器點(diǎn)與第二電阻器點(diǎn)之間的最大距離同膜的最大尺寸(例如，正方形膜的寬度或圓形膜的直徑)的比值小于50%或者甚至小于25%，實(shí)際上意味著電阻器Rl和R2相對(duì)于膜的尺寸“緊靠在一起”定位，這些電阻器的溫度基本上是相同的，并且因此第一與第二電阻器的電阻值之比R1/R2基本上對(duì)在第一邊部分處(隨著時(shí)間過(guò)去的)溫度變化并且對(duì)在第一邊部分與膜的任何其他位置之間的溫度差不敏感。同樣地，電阻值之比R3/R4基本上對(duì)在第二邊部分處(隨著時(shí)間過(guò)去的)溫度變化并且對(duì)在第二邊部分與膜的任何其他位置(具體為第一邊部分)之間的溫度差不敏感。因此，通過(guò)按照指示安排這些電阻器，電橋的準(zhǔn)確度對(duì)在傳感器芯片之上(具體為在膜之上)的溫度梯度相對(duì)不敏感(或者至少具有降低的靈敏度)。
[0015]因?yàn)榈谝弧⒌诙?、第三和第四電阻器中的至少一個(gè)電阻器具有一個(gè)或多個(gè)壓阻元件(例如，一個(gè)或多個(gè)壓阻帶)，所以由外部壓力引起的膜變形將引起電橋電路的失衡，并且因此可以在電橋的輸出節(jié)點(diǎn)之上以對(duì)在膜之上的溫度梯度不敏感的方式測(cè)量施加于膜的外部壓力。據(jù)諸位發(fā)明人所知，針對(duì)在膜之上的溫度差(例如，溫度梯度)的補(bǔ)償在本領(lǐng)域中沒(méi)有已知。這種溫度梯度的存在以及其對(duì)傳感器的準(zhǔn)確度的影響在本領(lǐng)域中可能甚至未被認(rèn)識(shí)到。
[0016]可以在輸出節(jié)點(diǎn)之上測(cè)量的電橋的輸出信號(hào)表示膜的變形并且因此表示外部壓力。
[0017]通過(guò)在同一邊部分上定位每個(gè)對(duì)中的電阻器(并且“相對(duì)靠近”在一起)，可能存在于膜之上的溫度梯度的影響被大力減弱或者甚至被消除。換言之，由于在膜之上的溫度梯度的零點(diǎn)偏移被減弱或者被消除。
[0018]在具體實(shí)施例中，第一電橋的壓阻帶完全地定位在膜上(盡管這不是絕對(duì)需要的)。實(shí)際上，模擬已經(jīng)示出可以通過(guò)將壓阻帶部分地定位在塊材料上而獲得傳感器的最大靈敏度。
[0019]可以用已知的方式(具體通過(guò)以關(guān)于晶格的特定方式定向這些帶)在硅器件上制造壓阻帶。
[0020]在實(shí)施例中，第一、第二、第三和第四電阻器中的至少兩個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，該一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量膜由于有待測(cè)量的外部壓力的變形;并且由此這些壓阻帶被定向以便當(dāng)在膜上施加壓力時(shí)配合電橋的失衡。
[0021]使用至少兩個(gè)壓阻帶是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由此這些帶被定向從而使得每個(gè)壓阻元件的單獨(dú)影響在輸出電壓中累積。使用多于一個(gè)的壓敏電阻器增加了壓力測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確度。
[0022]然而，這要求電阻器以這種方式被定向使得其配合電橋的失衡。例如，如果(參照?qǐng)D4的安排)僅Rl和R2將是壓阻式的，那么它們的壓阻帶需要被定向?yàn)榛旧险?，從而使?針對(duì)P型硅帶)R1由于壓力的增加是通過(guò)R2由于相同壓力的減少而完成的。作為另一個(gè)示例，如果僅Rl和R3是壓阻式的，并且Rl和R3被安排在正方形膜的相鄰邊上，那么它們的壓阻帶將需要被定向?yàn)榛旧掀叫?。然而，如果僅Rl和R3是壓阻式的，并且Rl和R3被安排在正方形膜的對(duì)邊上，那么它們的壓阻帶將需要被正交地定向。
[0023]在實(shí)施例中，第一、第二、第三和第四電阻器中的至少三個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，該一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量膜由于有待測(cè)量的外部壓力的變形;并且由此這些壓阻帶被定向以便當(dāng)在膜上施加壓力時(shí)配合電橋的失衡。
[0024]使用至少三個(gè)的壓阻帶增加了壓力測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確度甚至更多。
[0025]在實(shí)施例中，第一、第二、第三和第四電阻器中的每個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，該一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量膜由于有待測(cè)量的外部壓力的變形;并且由此這些壓阻帶被定向以便當(dāng)在膜上施加壓力時(shí)配合電橋的失衡。
[0026]參照?qǐng)D4的安排，選擇第一、第二、第三和第四電阻器的壓阻帶使得當(dāng)外部壓力施加于膜上時(shí)，膜的變形將引起第一和第三電阻值增加而降低第二和第四電阻值(或反之亦然)，因此電橋失衡R1/R2對(duì)R3/R4將被最大化并且因此傳感器靈敏度將被增加。
[0027]在實(shí)施例中，包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶的該至少一個(gè)電阻器包括至少兩個(gè)或至少三個(gè)串聯(lián)連接的壓阻帶。
[0028]通過(guò)提供至少兩個(gè)或至少三個(gè)串聯(lián)連接的壓阻帶，可以在不必降低摻雜水平的情況下增加電阻值。在這些電阻器中的每個(gè)電阻器具有至少一個(gè)壓阻帶的情況下，這些電阻器中的每個(gè)電阻器優(yōu)選地具有至少兩個(gè)或至少三個(gè)這種串聯(lián)連接的帶。當(dāng)芯片的尺寸由于技術(shù)縮放變得更小時(shí)，這尤其重要。每個(gè)單獨(dú)的電阻器的壓阻帶基本上平行地定向。
[0029]在實(shí)施例中，當(dāng)從膜的中心測(cè)量時(shí)，第二邊部分基本上或精確地位于距離所述第一邊部分90°角距離處。
[0030]本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其中，第二邊部分基本上或精確地位于關(guān)于第一邊部分90°處，(例如，在正方形膜的情況中，這意味著第一對(duì)與第二對(duì)位于相鄰邊上)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)對(duì)均勻應(yīng)力(例如，平行于襯底的應(yīng)力)的影響具有降低的靈敏度。通過(guò)這種配置，跨膜的均勻應(yīng)力引起輸出節(jié)點(diǎn)的共模電壓偏移而沒(méi)有附加的差分信號(hào)。
[0031]在實(shí)施例中，第一電阻器點(diǎn)與第二電阻器點(diǎn)之間的最大距離同膜的最大尺寸的比值小于25%;并且第三電阻器點(diǎn)與第四電阻器點(diǎn)之間的最大距離同膜的最大尺寸的比值小于 25%。
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，第一和第二電阻器的壓阻帶“彼此相對(duì)靠近地”定位。借助于所述比值定義“靠近”的原因是不含糊地定義“相對(duì)靠近”意味著什么。
[0033]壓阻帶之間的距離越小，它們的溫度差將越小，從而使得可以假定即使在支路之間存在溫度差在電橋的一個(gè)支路中的所有帶的溫度基本上是相同的。
[0034]在實(shí)施例中，膜基本上是正方形的，并且最大尺寸是正方形的寬度，第一邊部分是正方形的第一邊，而第二邊部分是正方形的與第一邊相鄰的第二邊;并且第一電阻器和第二電阻器基本上被安排在正方形的第一邊的中間；第三電阻器和第四電阻器基本上被安排在正方形的第二邊的中間。
[0035]在這個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器具有正方形形狀的膜。當(dāng)壓力被施加于正方形膜上時(shí)，變形在這些邊的中間處比接近角處更大，并且在這些邊上比膜的中心處更大，因此通過(guò)提供基本上位于這些邊的中間的電阻器來(lái)增加(例如，最大化)壓力傳感器的靈敏度。
[0036]在邊的中間處，并且在垂直于膜邊緣的方向上，在大約2倍(2X)膜厚度的距離處由于施加于膜上的壓力產(chǎn)生的應(yīng)力通常約為這個(gè)最大值的50%。因此，第一、第二、第三和第四電阻器優(yōu)選地完全位于距離膜邊緣3倍(< 3X )膜厚度的距離內(nèi)，盡管(原則上)所述電阻器的壓阻帶中的至少一個(gè)壓阻帶位于那個(gè)距離內(nèi)就足夠了。
[0037]在實(shí)施例中，膜基本上是圓形的，并且最大尺寸是圓形的直徑;或者膜基本上是矩形的，并且最大尺寸是矩形的長(zhǎng)度和寬度;或者膜基本上是橢圓形的，并且最大尺寸是橢圓的第一軸和第二軸中的較大者。
[0038]這些是膜形狀的若干示例，由此適當(dāng)?shù)哪こ叽绫恢付?，然而，本發(fā)明不限于這些示例，并且也可以使用具有其他形狀的膜，例如，三角形等。
[0039]在實(shí)施例中，當(dāng)沒(méi)有施加外部應(yīng)力時(shí)，第一電阻器的電阻與第二電阻器的電阻的比值位于50%至200%的范圍內(nèi)；并且第三電阻器的電阻與第四電阻器的電阻的比值位于50%至200%的范圍內(nèi)。
[0040]電阻意味著“抗電阻性”。
[0041]將第一電阻值選擇為近似等于第二電阻值是有利的，因?yàn)槿缓笤谳敵龉?jié)點(diǎn)處的電壓將是施加于電橋的偏置電壓的約50%，從而在正方向或負(fù)方向上允許最大零點(diǎn)偏移。同時(shí)，將輸出信號(hào)限幅至電源電壓或至地電位的風(fēng)險(xiǎn)被降低了。
[0042]在實(shí)施例中，當(dāng)從膜的中心測(cè)量時(shí)，第二邊部分位于距離第一邊部分90°角距離處，并且第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第二電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第三電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第四電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第三電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。
[0043]這是特別有趣的安排(當(dāng)僅使用單個(gè)電橋時(shí))，其對(duì)膜之上的溫度梯度具有降低的靈敏度，但此外對(duì)均勻封裝應(yīng)力具有降低的靈敏度。
[0044]在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從膜的中心測(cè)量時(shí)，第二邊部分位于距離第一邊部分180°角距離處，并且第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第二電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第三電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第四電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第三電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交。
[0045]這是另一個(gè)特別有趣的安排(當(dāng)僅使用單個(gè)電橋時(shí))，其對(duì)膜之上的溫度梯度具有降低的靈敏度，但不幸地仍對(duì)均勻封裝應(yīng)力敏感。
[0046]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體壓力傳感器進(jìn)一步包括第二電橋電路，該第二電橋電路包括被安排在膜的第一邊部分處但是在膜外部的第三電阻器對(duì)以及被安排在膜的第二邊部分處但是在膜外部的第四電阻器對(duì);第三電阻器對(duì)包括連接于第一偏置節(jié)點(diǎn)與第三輸出節(jié)點(diǎn)之間的第五電阻器以及連接于第三輸出節(jié)點(diǎn)與第二偏置節(jié)點(diǎn)之間的第六電阻器;第四電阻器對(duì)包括連接于第一偏置節(jié)點(diǎn)與第四輸出節(jié)點(diǎn)之間的第七電阻器以及連接于第四輸出節(jié)點(diǎn)與第二偏置節(jié)點(diǎn)之間的第八電阻器;第五和第六和第七和第八電阻器中的至少一個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶，該一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排在距離膜邊緣至少4倍4X)的膜厚度處用來(lái)僅測(cè)量由于封裝施加于半導(dǎo)體襯底上的應(yīng)力(而不是施加于膜上的壓力)；用于使用由第二電橋測(cè)量的值補(bǔ)償由第一電橋測(cè)量的值的電路。
[0047]與主要位于膜上、在至多3倍(S3X)膜厚度的距離內(nèi)、對(duì)封裝應(yīng)力和有待測(cè)量的外部壓力兩者都敏感的第一和第二電阻器對(duì)相比，通過(guò)將第三和第四電阻器對(duì)定位在膜外部的襯底上、在距離膜邊緣至少4倍4X)膜厚度(例如，至少8倍8X)膜厚度)的距離處，這些帶僅對(duì)封裝應(yīng)力敏感，但不對(duì)由于外部壓力引起的膜變形敏感。
[0048]通過(guò)組合，例如，從第一和第二電橋中減去這些信號(hào)，封裝應(yīng)力可以被補(bǔ)償或者其影響可以至少在最終的應(yīng)力測(cè)量值中被減小。
[0049]因此，半導(dǎo)體壓力擁有對(duì)共模溫度(例如，周圍環(huán)境溫度(由于第一電橋))、以及對(duì)溫度梯度(由于使用“緊靠在一起”安排的電阻器對(duì))、以及對(duì)共模封裝應(yīng)力(由于在膜外部的第二電橋的電阻器對(duì))、以及可選地還對(duì)均勻封裝應(yīng)力(例如，在平行于襯底的方向上施加的，如果電阻器對(duì)被安排在約90°角距離處)的降低的靈敏度。
[0050]在實(shí)施例中，第五和第六和第七和第八電阻器中的每個(gè)電阻器包括被安排用來(lái)測(cè)量由于封裝在半導(dǎo)體襯底上引起的應(yīng)力的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶。
[0051]至于第一和第二電阻器對(duì)，當(dāng)?shù)谖逯恋诎穗娮杵髦械拿總€(gè)電阻器包括壓阻帶時(shí)獲得更大的信號(hào)，從而產(chǎn)生更準(zhǔn)確的信號(hào)。
[0052]在實(shí)施例中，第五電阻器的和第六電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶在正交方向上被定向，并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶與第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行或正交，并且第七電阻器的和第八電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶在正交方向上被定向，并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶與第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行或正交。
[0053]通過(guò)使用四個(gè)壓敏電阻器并且以這種方式對(duì)其進(jìn)行安排，電橋的失衡被增加(例如，最大化)，并且因此傳感器的靈敏度被增加(例如，優(yōu)化)。
[0054]在實(shí)施例中，第五、第六、第七和第八電阻器中的每個(gè)電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶分別具有與第一、第二、第三和第四電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶相同的尺寸。
[0055]這具有第一和第二電橋的性能更好地匹配的優(yōu)點(diǎn)。
[0056]在實(shí)施例中，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八電阻器中的每個(gè)電阻器具有相同數(shù)量的壓阻帶，并且所有這些壓阻帶的尺寸是完全相同的。
[0057]這具有第一和第二電橋的性能最佳匹配的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地在這個(gè)情況中，電阻器對(duì)的布局盡可能完全相同(除了旋轉(zhuǎn)、平移、鏡像和/或縮放)。驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這樣做，在第一(內(nèi))電橋的零點(diǎn)偏移與第二(外)電橋的零點(diǎn)偏移之間存在非常好的關(guān)聯(lián)性，從而使得第一電橋的補(bǔ)償可以被大大提高(至少因數(shù)2)。
[0058]在具體實(shí)施例中，當(dāng)從膜的中心測(cè)量時(shí)，第二邊部分位于距離第一邊部分90°角距離處，并且第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第六電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第七電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第八電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第七電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行，并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。
[0059]這是特別有趣的安排(當(dāng)使用雙電橋時(shí))，其對(duì)膜之上的溫度梯度具有降低的靈敏度，但是此外對(duì)均勻的封裝應(yīng)力具有降低的靈敏度，并且由于壓敏電阻器的匹配，尤其是如果電阻器的布局是“相同的”(除了旋轉(zhuǎn)、平移和鏡像)而具有第一電橋的改進(jìn)的零點(diǎn)偏移校正。
[0060]在另一個(gè)具體實(shí)施例中，當(dāng)從膜的中心測(cè)量時(shí)，第二邊部分位于距離第一邊部分180°角距離處，并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第六電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第七電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第八電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第七電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交，并且第五電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與第一電阻器的細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。[0061 ]這是另一個(gè)特別有趣的安排(當(dāng)使用雙電橋時(shí))。
[0062]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體壓力傳感器被安排在CMOS晶片上，由此該膜位于(100)平面中，并且壓阻元件中的至少一個(gè)元件在〈110〉方向上定向。
[0063]本發(fā)明的特定的和優(yōu)選的方面在所附獨(dú)立和從屬權(quán)利要求中陳述。從屬權(quán)利要求中的特征可以與獨(dú)立權(quán)利要求中的特征并且酌情地與其他從屬權(quán)利要求中的特征組合并且不僅僅是在這些權(quán)利要求中明確陳述的這些。
[0064]本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)在下文中描述的一個(gè)(多個(gè))實(shí)施例將是顯而易見(jiàn)的并將參照所述實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行闡明。
[0065]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0066]圖1示出了在本領(lǐng)域中已知的半導(dǎo)體壓力傳感器。
[0067]圖2示出了在本領(lǐng)域中已知的具有兩個(gè)支路的惠斯通電橋配置，每個(gè)支路包括兩個(gè)電阻器。
[0068]圖3示出了在本領(lǐng)域中已知的另一個(gè)半導(dǎo)體壓力傳感器。
[0069]圖4示出了圖2的惠斯通電橋，具有與本發(fā)明相關(guān)的某些方面的附加指示。
[0070]圖5示出了布局模式示例的頂視圖，其包括可以在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器中使用的電阻器對(duì)和引出部分。電阻器對(duì)包括緊鄰膜邊緣的壓阻帶(深灰色)。
[0071]圖6示出了圖5的壓阻帶的放大視圖，具有“第一電阻器點(diǎn)與第二電阻器點(diǎn)之間的最大距離”的指示。
[0072]圖7示出了圖5的布局模式的變體，由此輸出節(jié)點(diǎn)的引出區(qū)域位于偏置節(jié)點(diǎn)的引出區(qū)域之間。
[0073]圖8是圖7的布局模式的變體，由此每個(gè)電阻器僅具有串聯(lián)連接的兩個(gè)(而不是三個(gè))平行的壓阻帶。
[0074]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器的第一實(shí)施例的一部分，使用圖5的布局模式(或其一部分)具有定位在正方形半導(dǎo)體膜的相鄰邊上的兩個(gè)電阻器對(duì)，這兩個(gè)電阻器對(duì)通過(guò)電橋連接。
[0075]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器的第二實(shí)施例的一部分，使用圖5的模式(或其一部分)具有四個(gè)電阻器對(duì)，兩個(gè)對(duì)位于膜上并且通過(guò)第一電橋連接，而兩個(gè)另外的對(duì)位于膜外部并且通過(guò)第二電橋連接，第三和第四對(duì)分別緊鄰第一和第二對(duì)定位。
[0076]圖11示出了圖9的壓力傳感器的實(shí)施例的變體，由此第一和第二電阻器對(duì)位于正方形膜的對(duì)邊上。
[0077]圖12示出了圖11的壓力傳感器的實(shí)施例的變體，由此第一、第二、第三和第四電阻器對(duì)位于正方形膜的對(duì)邊上。
[0078]圖13示出了圖11的壓力傳感器的實(shí)施例的變體，使用圖8的布局模式(或其一部分)而不是圖5的模式。
[0079]圖14示出了在膜的四個(gè)位置處的(例如，由壓力引起的)徑向應(yīng)力的示意性示例，該應(yīng)力通常由施加于膜上在垂直于襯底的方向上的壓力引起的。
[0080]圖15示出了在膜的四個(gè)位置處的(在此情況中從左到右的)均勻應(yīng)力的示意性示例，該應(yīng)力可以通過(guò)封裝引起。
[0081]圖16示出了圖9的壓力傳感器的實(shí)施例的變體，使用圖8的布局模式(或其一部分)而不是圖5的模式。這些附圖僅是示意性的而并非限制性的。在附圖中，出于說(shuō)明性目的，這些元件中的一些元件的大小可以被放大而不是按比例繪制的。
[0082]權(quán)利要求書(shū)中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。
[0083]在不同的附圖中，相同的參考標(biāo)記指相同的或類似的元件。
[0084]說(shuō)明性實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0085]將關(guān)于具體的實(shí)施例并且參照特定的附圖描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此而僅受限于權(quán)利要求書(shū)。所描述的附圖僅是示意性的而并非限制性的。在附圖中，出于說(shuō)明性目的，這些元件中的一些元件的大小可以被放大而不是按比例繪制的。尺寸和相對(duì)尺寸不對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)踐的實(shí)際減少。
[0086]此外，在說(shuō)明書(shū)中并且在權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)第一、第二等等用于在類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分并且不一定用于或者時(shí)間上、空間上、按照排名或者以任何其他的方式描述序列。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的并且使得在此所描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠按照除了在此所描述或所展示的順序以外的其他順序來(lái)操作。
[0087]此外，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)頂部、底部等等出于描述性目的被使用而不一定用于描述相對(duì)位置。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的這些術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的并且使得在此所描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠按照除了在此所描述或所展示的定向以外的其他定向來(lái)操作。
[0088]應(yīng)當(dāng)注意，在權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)被解釋為被局限于其后列舉的這些裝置;其不排除其他元件或步驟。因此，如所提及的，其應(yīng)當(dāng)被解釋為指定聲明的特征、整體、步驟或部件的存在，但是不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟或部件(或其組)的存在或增添。因此，表述“包括裝置A和B的器件”的范圍不應(yīng)局限于僅由部件A和B組成的器件。其意味著關(guān)于本發(fā)明，器件的僅有的相關(guān)部件是A和B。
[0089]貫穿本說(shuō)明書(shū)對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一種實(shí)施例”的引述意味在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中包括了所描述的與該實(shí)施例相聯(lián)系的一個(gè)具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性。因此，貫穿本說(shuō)明書(shū)各處的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或在“在一種實(shí)施例中”并非必須都但是可以指同一個(gè)實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，這些具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以用任何合適的方式相結(jié)合，如本披露將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。
[0090]類似地應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，為了簡(jiǎn)單化本披露并幫助理解各種創(chuàng)造性方面中的一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明的各種特征有時(shí)聚集在單個(gè)實(shí)施例、圖或其描述中。然而，本披露的方法意圖不應(yīng)被解釋為反映所要求保護(hù)的發(fā)明需要的特征比在每個(gè)權(quán)利要求中清楚地?cái)⑹龅母?。相反，如以下?quán)利要求書(shū)所反映，創(chuàng)造性方面在于比單個(gè)前述公開(kāi)的實(shí)施例的所有特征更少。因此，將本詳細(xì)說(shuō)明之后的權(quán)利要求特此明確結(jié)合在本詳細(xì)說(shuō)明中，其中每個(gè)權(quán)利要求以其自身作為這個(gè)本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)立的實(shí)施例。
[0091]此外，雖然在此描述的一些實(shí)施例包括在其他實(shí)施例中包括的一些但不是其他特征，不同實(shí)施例的特征的組合預(yù)計(jì)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并形成不同的實(shí)施例，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。例如，在以下的權(quán)利要求中，任何所要求保護(hù)的實(shí)施例可以用在任何組合中。
[0092]在此提供的描述中，提出了許多具體的細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)理解本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體的細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在其他實(shí)例中，為了不混淆對(duì)本描述的理解，未詳細(xì)示出眾所周知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)。
[0093]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“隔膜”和“膜”作為用于指示具有與周圍襯底材料(稱為“±夬”)相比減少的厚度的半導(dǎo)體襯底區(qū)域的同義詞使用，被適配成用于當(dāng)有待測(cè)量的壓力施加于其上時(shí)機(jī)械地變形。
[0094]當(dāng)在本發(fā)明中參照“膜的最大尺寸”或者僅“膜的尺寸”時(shí)，假如膜具有基本上正方形形狀則參照邊長(zhǎng)，或者假如膜具有擁有圓角的正方形形狀則參照對(duì)邊之間的距離，或者假如膜基本上是圓形的則參照直徑，或者假如膜基本上是橢圓形的則參照最長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度，或者假如膜基本上是矩形的則參照長(zhǎng)度和寬度，或者假如膜具有規(guī)則多邊形形狀(如，例如，六邊形或八邊形形狀)則參照內(nèi)切圓的直徑。
[0095]術(shù)語(yǔ)“膜的厚度”具有其通常含義，其可以在垂直于襯底的方向上被測(cè)量。
[0096]雖然在背景部分中描述并且在圖1中展示的US4，672，411(日立)的電路具有一些缺點(diǎn)，在此所描述的這些基礎(chǔ)原理中的一些原理也在本發(fā)明中被使用。例如，本發(fā)明的實(shí)施例的膜邊緣優(yōu)選地以這種方式實(shí)現(xiàn)使得由施加的壓力引起的應(yīng)力在垂直于膜邊緣的至少兩個(gè)區(qū)域中達(dá)到最大值，并且其中，該膜邊緣在〈110〉方向上定向。經(jīng)常使用在硅中的正方形膜的各向異性蝕刻，因?yàn)槠溆捎谠凇?11〉平面上的各向異性蝕刻障礙而在膜邊緣的中間處創(chuàng)造了四個(gè)這種區(qū)域。通過(guò)使用其他蝕刻方法，圓形膜也將產(chǎn)生四個(gè)這種區(qū)域而橢圓形膜產(chǎn)生兩個(gè)這種區(qū)域。壓敏電阻器的應(yīng)力靈敏度還取決于晶體定向并且P摻雜電阻器沿著〈110〉方向具有最大的電阻變化并且沿著〈100〉方向(在與〈110〉方向成45°處)具有最小的電阻變化。金屬連接引起硅中的應(yīng)力并且由于蔓延此應(yīng)力還可以隨著時(shí)間變化。因此，高度摻雜的P摻雜路徑在金屬帶與壓阻帶之間實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將這些高P摻雜路徑放置在〈110〉方向的45度處的〈100〉方向上，可以確保來(lái)自金屬線的應(yīng)力不會(huì)改變這些帶的電阻。
[0097]為了避免這些基礎(chǔ)概念的不必要的重復(fù)，本申請(qǐng)將不會(huì)進(jìn)一步贅述晶體平面和方向，并且將集中于本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)之上的貢獻(xiàn)。讀者可以參考US 4，672，411以獲得更多詳情。盡管其他晶體方向也可以被使用，假定根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的膜位于CMOS晶片的(100)晶體平面中，并且壓阻帶位于〈110〉方向上。使用CMOS晶片允許組合壓力膜與CMOS電路(例如，至少讀出電路)以集成在同一晶片上。
[0098]在描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器之前，首先解釋惠斯通電橋電路的原理。本領(lǐng)域眾所周知的是，惠斯通電橋電路具有如在圖2中所示安排的四個(gè)電阻器。當(dāng)三個(gè)其他電阻器值R1、R2和R3為已知的時(shí)候，這種電路非常好地適用于確定未知的電阻器值Rx，或者當(dāng)所有四個(gè)電阻器值為已知的時(shí)候用于測(cè)量較小的電阻變化。圖2的電橋具有四個(gè)電阻器Rl、R2、R3和R4(或Rx)。當(dāng)電源電壓(例如，DC電壓)Vdd和Gnd分別被施加于節(jié)點(diǎn)A和C時(shí)，第一電流將通過(guò)由Rl與R2串聯(lián)形成的第一支路從A流至C，并且第二電流將流過(guò)由R3與R4串聯(lián)形成的第二支路。差分電壓輸出“％細(xì)”在節(jié)點(diǎn)D和B之上被提供，并且被定義為:V輸出=Vd-Vb0
[0099]當(dāng)電橋“平衡”時(shí)，以下公式適用:
[0100]R1/R2 = R3/R4 (I)
[0101]其等效于:
[0102]R1XR4 = R2XR3 (2)
[0103]當(dāng)電橋平衡時(shí)，Rl與R2之間的節(jié)點(diǎn)D處的電壓“Vd”將恰好等于R3與R4之間的節(jié)點(diǎn)B處的電壓“Vb”，并且在節(jié)點(diǎn)B與D之間的路徑中將沒(méi)有電流(例如，通過(guò)由Vg指示的電流計(jì))。當(dāng)電阻器值Rl至R4中的一個(gè)或多個(gè)電阻器值甚至稍微地從這種平衡狀態(tài)偏離時(shí)，電橋?qū)⒉辉倨胶?，并且電壓差V輸出將出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)D和B之上，該電壓差可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何方式(例如，典型地通過(guò)具有約100或更大的放大因數(shù)的放大器)測(cè)量。如可以從以上公式(I)理解的，因?yàn)椴皇墙^對(duì)電阻值而僅是其比值重要，所以這種電橋電路對(duì)共模溫度變化(即，當(dāng)所有電阻器Rl至R4的溫度增加或降低相同的量時(shí))相對(duì)地不敏感。
[0104]在理想的壓力傳感器中，當(dāng)沒(méi)有壓力差(進(jìn)一步簡(jiǎn)單地稱為“壓力”)施加于膜2上時(shí)在節(jié)點(diǎn)D和B之上的電壓輸出應(yīng)恰好為零，并且理想地在不存在所述壓力的情況下無(wú)論傳感器溫度如何這個(gè)值保持恰好為零。實(shí)際上，然而，對(duì)應(yīng)于零壓力的這個(gè)輸出電壓值Vg并非恰好為零，并且不必對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，以便獲得準(zhǔn)確的壓力測(cè)量值。這個(gè)非零值被稱為“零點(diǎn)偏移”，即，當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加于(或應(yīng)用于)傳感器膜上時(shí)在節(jié)點(diǎn)D與B之間的電壓偏移值。存在針對(duì)這種零點(diǎn)偏移的各種原因，例如，由于半導(dǎo)體加工的不完全性引起的各電阻值之間的錯(cuò)配、由于半導(dǎo)體(例如，硅)裸片的封裝在膜中引起的殘余應(yīng)力、或者垂直于襯底的不均勻電場(chǎng)，其以不同的方式修改了電阻器(耗盡層改變)。而針對(duì)離散的(厚膜)電阻器，由于半導(dǎo)體加工引起的各電阻值之間的錯(cuò)配可以通過(guò)在生產(chǎn)階段處的激光微調(diào)來(lái)校正，激光微調(diào)針對(duì)作為CMOS電路的一部分的壓敏電阻器是不可能的。此外，還有若干其他效應(yīng)(如，例如，由于封裝引起的應(yīng)力以及溫度梯度)保留著。
[0105]在本領(lǐng)域中已經(jīng)進(jìn)行了各種嘗試來(lái)降低零點(diǎn)偏移。例如，圖3示出了由霍尼韋爾公司在EP0083496中披露的現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器。應(yīng)當(dāng)注意，出于稍后將變得清楚的原因，在本文件的展示中將黑線添加至圖3中，以清楚地指示壓阻帶的位置和朝向。這個(gè)傳感器具有第一電橋，該第一電橋具有位于膜上用于測(cè)量施加于膜上的壓力的電阻器。這個(gè)第一電橋具有由于溫度變化以及由于封裝應(yīng)力引起的零點(diǎn)偏移。此偏移通過(guò)使用第二電橋被減少，該第二電橋具有位于膜外部的四個(gè)電阻器。這個(gè)整個(gè)的雙電橋傳感器提供補(bǔ)償封裝應(yīng)力的壓力值，然而，該補(bǔ)償不是完美的。
[0106]雖然補(bǔ)償封裝應(yīng)力的問(wèn)題由霍尼韋爾公司解決了，據(jù)諸位發(fā)明人所知，至今還未開(kāi)發(fā)將在襯底之上(具體地，在膜2之上)的溫度差或溫度梯度考慮在內(nèi)的壓力傳感器。但是，諸位發(fā)明人發(fā)現(xiàn)電阻器Rl至R4中的一個(gè)電阻器的小至0.TC溫度差通常導(dǎo)致1%的滿度誤差。這個(gè)問(wèn)題可能甚至在本領(lǐng)域中未被認(rèn)識(shí)到。應(yīng)當(dāng)注意，這是與補(bǔ)償針對(duì)所有電阻器常見(jiàn)的變化溫度不同的問(wèn)題，該問(wèn)題通過(guò)使用電橋結(jié)構(gòu)內(nèi)在地解決。
[0107]諸位發(fā)明人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這種溫度差(或溫度梯度)可能很難或甚至不可能預(yù)測(cè)，因?yàn)槠淇梢岳缬杉蓧毫鞲衅魃系娜舾勺与娐泛纳⒌墓β室?，并且其可以甚至是固件相關(guān)的(例如，當(dāng)傳感器是具有激活或取消激活某些子電路或者改變其時(shí)鐘頻率的處理器的集成芯片的一部分時(shí))。但是在半導(dǎo)體(例如，硅)裸片上的溫度梯度也可以由環(huán)境引起，例如，當(dāng)壓力傳感器暴露于非均勻的和/或時(shí)間相關(guān)的熱流中時(shí)。
[0108]在意識(shí)到膜上的溫度梯度的存在之后，仔細(xì)看看圖1的現(xiàn)有技術(shù)傳感器揭示電阻器在不同的膜邊緣處彼此相對(duì)遠(yuǎn)離地放置(電阻器之間的距離近似等于0.7 X膜大小)。在讀出信號(hào)(指示有待測(cè)量的外部壓力)的頂部，假如溫度梯度跨膜存在則產(chǎn)生誤差信號(hào)。電阻器將由于這些溫度差而具有不同的值。誤差信號(hào)隨著電阻器的增加的溫度差而增大(例如，約成比例地)，并且電阻器分開(kāi)得越遠(yuǎn)這些溫度差將越大。當(dāng)電阻器上的殘余應(yīng)力(例如，不是由有待測(cè)量的外部壓力引起的應(yīng)力)針對(duì)所有電阻器不是相同的并且甚至可以隨著時(shí)間改變時(shí)，以類似的方式產(chǎn)生誤差信號(hào)。這種應(yīng)力可以例如由傳感器的封裝引入的力引起。這種應(yīng)力變化可以例如由將傳感器粘結(jié)于表面上的粘膠的塑性變形、表面的塑性變形和/或經(jīng)常應(yīng)用的保護(hù)膠的塑性變形引起。第三個(gè)誤差源可以是由非均勻外部電場(chǎng)引起的，該電場(chǎng)針對(duì)單獨(dú)的電阻器是不同的，并且再次，電阻器間隔得越遠(yuǎn)，它們的電阻值將越不同。這種電場(chǎng)改變擴(kuò)散電阻器的值，例如，因?yàn)槠湫薷慕^緣耗盡層?？赡艿脑纯梢允莵?lái)自接近芯片的外部部件的電場(chǎng)的發(fā)射、在芯片上集成的電子線路或者來(lái)自在壓敏電阻器上方的材料中捕獲的電荷。此外，這些現(xiàn)象(溫度、封裝應(yīng)力、電場(chǎng))中的兩個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)象可以同時(shí)發(fā)生。
[0109]尋找解決方案以降低由溫度梯度引起的不準(zhǔn)確性，諸位發(fā)明人想起技術(shù)洞悉使得圖2的惠斯通電橋的四個(gè)電阻器Rl至R4實(shí)際上不必全部具有相同的溫度以使電橋(或保持)平衡，但是其滿足使得第一支路的電阻器Rl和R2的溫度(基本上)是相同的，并且使得第二支路的電阻器R3和R4的溫度(基本上)是相同的，如圖4中“對(duì)1(Τ1)”和“對(duì)2(T2)”所指示的。在數(shù)學(xué)記法中，如果Ti表示電阻器Ri(i = l至4)的溫度，那么為了使電橋(或保持)平衡，其滿足使得Τ1 = Τ2并且Τ3 = Τ4，但是Tl可以基本上不同于Τ3。實(shí)際上，當(dāng)然，Tl將不會(huì)恰好等于Τ2，并且Τ3將不會(huì)恰好等于D4，但是重要的是絕對(duì)值溫度差I(lǐng) Τ1-Τ2 |小于絕對(duì)值溫度差Τ1-Τ3 I，優(yōu)選地至少為因數(shù)2，更優(yōu)選地至少為因數(shù)5。然而，出于討論的目的，我們將假定Tl=Τ2并且Tl不同于Τ3。舉例來(lái)講，如果Rl和R2的電阻值都在其標(biāo)稱值之上增加例如2% (例如，因?yàn)門l和Τ2都增加2°C)，那么比值R1/R2保持不變，并且因此在節(jié)點(diǎn)D處的電壓Vd也保持不變。同時(shí)，如果R3和R4的電阻值都在其標(biāo)稱值之上增加例如4% (例如，因?yàn)門3和T4都增加4°C)，那么比值R3/R4保持不變，因此在節(jié)點(diǎn)B處的電壓Vb保持不變，并且因此不管Tl與T3之間的溫度差如何電橋保持平衡。此洞悉是本發(fā)明的基本概念之一。
[0110]當(dāng)電橋不完全平衡時(shí)，S卩，當(dāng)VmOO時(shí)，同樣如此。當(dāng)電橋不平衡時(shí)，以下公式是適用的:
[0111]V_/Vdd = R2/(R2+Rl)-R4/(R3+R4) (3)，或者
[0112]V^/Vdd = I/(I +RI/R2) -1/(I +R3/R4) (4)
[0113]從等式(4)可以看到僅每個(gè)對(duì)之內(nèi)的匹配重要并且不是所有電阻器都需要被匹配。在本發(fā)明中通過(guò)將兩個(gè)電阻器Rl和R2彼此“靠近”(與膜2的寬度W相比)地放置而利用此洞悉，從而使得在膜2之上存在溫度梯度的情況下其Tl與T2溫度差相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例被減小了。實(shí)際上，溫度梯度的影響通常與電阻器之間的距離成比例。在現(xiàn)有技術(shù)(例如，圖1和圖3)中，電阻器之間的距離約1/2入2或約0.7倍的膜長(zhǎng)度(或直徑)，而針對(duì)本發(fā)明的電阻器對(duì)將此距離選擇得更小，例如小于0.50倍的長(zhǎng)度度或直徑，例如小于0.35倍的膜長(zhǎng)度或直徑，例如小于0.20倍的膜長(zhǎng)度或直徑，或者例如甚至小于0.10倍的膜長(zhǎng)度或直徑。因此，溫度差I(lǐng) T1-T2 I被減小了約因數(shù)2(在0.35的情況中)或者約一個(gè)數(shù)量級(jí)(在0.10的情況中)。同樣地，電阻器R3和R4“靠近地”定位在一起。為了避免相對(duì)術(shù)語(yǔ)“靠近”，將關(guān)于圖6給出何謂“靠近”的更準(zhǔn)確的定義。
[0114]同時(shí)，這兩個(gè)對(duì)自身不必緊靠在一起定位，但是優(yōu)選地在膜上具有高靈敏度的位置處(例如，接近正方形膜的邊的中間)定位。有利的是將電阻器對(duì)分開(kāi)定位(例如，在不同的邊緣上)而不是將所有四個(gè)電阻器定位在一起，因?yàn)橐赃@種方式每個(gè)對(duì)中的兩個(gè)電阻器可以更靠近膜上具有更高靈敏度的那些位置(例如，在正方形膜的情況中，對(duì)邊的中間)定位。甚至更重要的，通過(guò)不將四個(gè)電阻器定位在一起，有可能在由(有待測(cè)量的)壓力引起的應(yīng)力與通過(guò)封裝引起的應(yīng)力之間進(jìn)行區(qū)分。
[0115]在具有至少兩個(gè)壓阻元件(具體地，僅兩個(gè)或僅三個(gè)或四個(gè)壓阻元件)的本發(fā)明的實(shí)施例下的第二 (可選的)概念是以這種方式定向那些壓阻元件(例如，壓阻帶)使得它們當(dāng)其值由于壓力改變時(shí)“配合”電橋的失衡。接下來(lái)描述了若干示例。
[0116]在第一示例中，Rl和R2是壓阻式的，而R3和R4不是。通過(guò)恰當(dāng)?shù)囟ㄏ騌l和R2，施加于膜上的外部壓力將增加Rl的值而同時(shí)降低R2的值，或反之亦然。這具有如下影響:在節(jié)點(diǎn)D處的Vd值根據(jù)Rl的變化和R2的變化兩者在相同的方向上變化(例如，降低)，而在節(jié)點(diǎn)B處的Vb值將由于所述壓力保持為不變。因此，通過(guò)其定向，電阻器Rl和R2“配合”電橋的失衡。作為第二示例，如果Rl和R3是壓阻式的，那么Rl和R3應(yīng)當(dāng)以這種方式定向使得當(dāng)Rl隨著壓力增加時(shí)，R3降低，然后Vd和Vb兩者將在同一方向上變化，并且因此V$細(xì)將保持不變。作為第三示例，假如Rl和R4是壓阻式的，那么Rl和R4應(yīng)當(dāng)以這種方式定向使得當(dāng)Rl隨著壓力增加時(shí)，R4也增加，因此在節(jié)點(diǎn)D處的Vd將降低而在節(jié)點(diǎn)B處的Vb將增加，因此V輸出改變。作為第四示例，假如R2和R4是壓阻式的，那么R2和R4應(yīng)當(dāng)以這種方式定向使得當(dāng)R2降低(因此Vd降低)時(shí)，R4增加(因此Vb增加)。作為第五示例，假如所有電阻器Rl至R4是壓阻式的，那么它們應(yīng)當(dāng)以這種方式定向使得當(dāng)Rl增加時(shí)，然后R2應(yīng)當(dāng)降低、R3應(yīng)當(dāng)降低并且R4應(yīng)當(dāng)增加。技術(shù)人員可以在兩個(gè)或三個(gè)壓阻元件的情況下通過(guò)看圖4中的箭頭或者指向上(例如，隨壓力增加)或者向下(例如，隨壓力降低)而輕易地導(dǎo)出其他可能的組合，但是箭頭也可以已被反向。如將進(jìn)一步描述的，其取決于電阻器Rl、R2、R3、R4定位在膜2的哪個(gè)邊緣上，以決定它們是否應(yīng)當(dāng)基本上平行地或基本上正交地定向。
[0117]如以上解釋的，盡管針對(duì)最大靈敏度是優(yōu)選的，不是絕對(duì)需要使得所有四個(gè)電阻器Rl至R4具有一個(gè)或多個(gè)壓阻元件8、9。實(shí)際上，如果電阻器中的僅一個(gè)電阻器(例如，僅Rl)具有對(duì)施加于膜2上的壓力敏感的壓阻元件的話，本發(fā)明也將起作用。在那種情況下，比值Rl(Tl，p)/R2(T2)將對(duì)壓力敏感但是(基本上)對(duì)溫度梯度(假定Tl ?T2)不敏感，而比值R3(T3)/R4(T4)將(基本上)對(duì)壓力“ρ”和溫度梯度(假定Τ3 ? Τ4)兩者都不敏感。這種傳感器的靈敏度將比壓力傳感器小大約四倍，其中，電阻器Rl至R4中的每個(gè)電阻器具有多個(gè)壓阻元件。
[0118]在本發(fā)明下的第三方面是膜上的壓力不僅僅引起壓敏電阻器中的應(yīng)力的“洞悉”。這種附加的應(yīng)力可以具有與在垂直于膜表面的方向上定向的施加的壓力相同的效果(產(chǎn)生徑向應(yīng)力)，但是附加的應(yīng)力也可以在針對(duì)所有電阻器的共同方向上定向并且基本上平行于襯底表面。而且，如將進(jìn)一步描述的，可以通過(guò)在膜上恰當(dāng)?shù)囟ㄎ浑娮杵鞫鴾p小此應(yīng)力。
[0119]圖5示出了電阻器對(duì)Pl的可能模式的實(shí)施例，該電阻器對(duì)包括可以在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器中使用的第一電阻器Rl和第二電阻器R2。
[0120]在所示的示例中，第一電阻器Rl包括串聯(lián)連接的三個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓敏半導(dǎo)體帶8a、8b、8c，但是也可以使用多于三個(gè)或少于三個(gè)的帶，例如，僅兩個(gè)帶。這些帶8a、8b、8c是由用第一摻雜類型的摻雜物(例如，P型硅)摻雜的半導(dǎo)體材料制成的，并且在例如對(duì)應(yīng)于相對(duì)較大(例如，最大壓阻系數(shù))的晶格方向的第一方向Y上定向。需要關(guān)于壓阻系數(shù)的更多信息以及它們與晶格方向的關(guān)系，讀者可參見(jiàn)US 4，672，411(具體參見(jiàn)其圖9)以及說(shuō)明書(shū)的相應(yīng)部分。
[0121]第二電阻器R2包括串聯(lián)連接的三個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓敏半導(dǎo)體帶9a、9b、9c，但是也可以使用多于三個(gè)或少于三個(gè)的帶。這些帶9a、9b、9c是由用第一摻雜類型的摻雜物(例如，P型硅)摻雜的半導(dǎo)體材料制成的，并且在基本上與第一方向Y正交、也對(duì)應(yīng)于相對(duì)較大(例如，最大壓阻系數(shù))的晶格方向的第二方向X上定向。
[0122]由于第一電阻器Rl的(細(xì)長(zhǎng)的)帶8a、8b、8c與第二電阻器R2的細(xì)長(zhǎng)的)帶9a、9b、9c的正交定向，帶8a、8b、8c在與電流平行的方向上由于張力引起的應(yīng)力增加將需要垂直于第二電阻器R2的帶9的電流方向的類似的應(yīng)力。因此，在膜2上引起第一電阻器Rl的抗電阻性增加的壓力將同時(shí)引起第二電阻器R2的抗電阻性的降低，并且反之亦然。實(shí)際上，這僅針對(duì)P型電阻器為真。在引起電橋失衡的同時(shí)，這還具有影響使得通過(guò)電橋的電流完全獨(dú)立于壓力，因?yàn)槊總€(gè)支路的總電阻(例如，(R1+R2))不隨著壓力變化‘很多’，或者更準(zhǔn)確地措辭，由
Λ (R1+R2) I指示的總和(R1+R2)的絕對(duì)值變化小于單獨(dú)的變化I Δ Rl |和| AR2|中的最大者。
[0123]電極引出區(qū)域6被提供用于在電阻器Rl與R2的串聯(lián)連接之上施加偏置電壓(例如，Vdd和Gnd)，并且用于測(cè)量電阻器Rl與R2之間的中間節(jié)點(diǎn)“D”的電壓。這些引出區(qū)域6以及與壓阻帶8a、8b、8c和帶9a、9b、9c互連的“角部分”3是由第一摻雜物類型的高度摻雜層(例如，高度摻雜的P+型擴(kuò)散層)制成的。它們具有相對(duì)低的抗電阻性，并且在具有相對(duì)較小的壓阻系數(shù)的方向上延伸(在所示的示例中，優(yōu)選地在關(guān)于第一和第二方向Y、X的+/-45°角距離處)。引出區(qū)域6延伸超出膜2的邊緣21并且與導(dǎo)體電極(例如，在膜2外部的金屬電極4)歐姆接觸。這種金屬電極4可以例如包括鋁。讀者可以注意到，連接于節(jié)點(diǎn)D的電極引出區(qū)域6不完全在關(guān)于第一和第二方向Υ、Χ的+/-45°角度處定向，因?yàn)閷?shí)際上，其不需要此引線，因?yàn)榛旧蠜](méi)有電流流過(guò)此引線。實(shí)際上，節(jié)點(diǎn)D和B(圖5中僅示出了節(jié)點(diǎn)D)通常連接于用于對(duì)輸出電壓進(jìn)行放大的放大器(未不出)的輸入端。
[0124]因?yàn)闃?gòu)成壓力感測(cè)元件的第一摻雜物類型的擴(kuò)散層(例如，P型擴(kuò)散層)8a、8b、8c、9a、9b、9c具有相對(duì)較大的(例如，最大的)壓阻系數(shù)，其抗電阻性根據(jù)由于半導(dǎo)體(例如，娃)膜2的變形形成的張力大大地變化。也就是說(shuō)，這些壓力感測(cè)元件對(duì)壓力等等非常敏感。相比而言，因?yàn)閿U(kuò)散層是用第一摻雜物類型的摻雜物高度摻雜的(例如，高度摻雜的P+擴(kuò)散層)，所以互連3和6被安排在具有相對(duì)較小的(例如，最小的)壓阻系數(shù)的方向上，它們對(duì)壓力變化最不敏感。通過(guò)將第一電阻器Rl的壓阻帶8a、8b、8c定向得靠近或與第二電阻器R2的壓阻帶9a、9b、9c正交，施加于膜2上的壓力將在第一和第二電阻器R1、R2的抗電阻性上具有相反的效果，在該意義上而言，當(dāng)?shù)谝浑娮杵鱎l電阻由于施加于其上的壓力增加時(shí)，第二電阻器R2的電阻降低，并且反之亦然，并且因此電橋的比值R1/R2基本上由于張力而改變，由此強(qiáng)有力地增加了電路的靈敏度。
[0125]通過(guò)在導(dǎo)電的(例如，金屬的)電極4與大部分在膜2外部的第一摻雜物類型的引出區(qū)域6(例如，p+型引出區(qū)域)之間定位觸點(diǎn)，在半導(dǎo)體(例如，硅)膜的變形上通過(guò)在接觸部分附近形成的殘余應(yīng)力施加的影響以及任何溫度滯后作用可以被減少(例如，最小化)。
[0126]這個(gè)方面甚至在圖7和圖8所示的布局中被改進(jìn)，其中，輸出節(jié)點(diǎn)的引出區(qū)域6(在結(jié)構(gòu)的中間中)不在結(jié)構(gòu)外部布線，而是定位在偏置節(jié)點(diǎn)的引出區(qū)域之間。在圖7的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)電阻器R1、R2包含三個(gè)壓阻帶。在圖8的實(shí)施例中，每個(gè)電阻器僅包含兩個(gè)壓阻帶。但是本發(fā)明不限于這些特定的布局，并且還可以使用其他變體，例如其旋轉(zhuǎn)的、鏡像的、縮放的和/或拉伸的版本，或者具有擁有三個(gè)壓阻帶的第一電阻器Rl以及僅擁有兩個(gè)壓阻帶的第二電阻器R2(或反之亦然)的變體。
[0127]返回參照?qǐng)D5，第一電阻器Rl的抗電阻性(近似等于如在此電阻器Rl中存在的帶的一個(gè)壓阻帶8a、8b、8c的抗電阻性的多倍，例如，在所展示的實(shí)施例中，鑒于包括三個(gè)壓阻帶8a、8b、8c的RI的三倍)優(yōu)選地基本上與第二電阻器R2的抗電阻性相同，同樣第三電阻器R3的抗電阻性優(yōu)選地基本上與第四電阻器R4的抗電阻性相同，因?yàn)樵谀欠N情況中，輸出電壓Vd和Vb(S卩，在電阻器Rl與R2之間的節(jié)點(diǎn)D的電壓和在電阻器R3與R4之間的節(jié)點(diǎn)B的電壓)將基本上為偏置電壓Vdd與Gnd之間的一半，因此，約為電源電壓Vdd的50 %。然而，這不是絕對(duì)所需的，并且如果一方面Rl和R2的電阻器值以及另一方面R3和R4的電阻器值將基本上不同的話，本發(fā)明也將起作用。
[0128]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓力傳感器的第一實(shí)施例的一部分，使用具有如在圖5中所示的模式的兩個(gè)電阻器對(duì)P1、P2或者其平移的、旋轉(zhuǎn)的、鏡像的、縮放的或拉伸的版本。圖9的壓力傳感器具有擁有正方形形狀的膜2以及擁有寬度W的四個(gè)邊S1、S2、S3、S4，然而，本發(fā)明不限于此并且還將例如對(duì)矩形、橢圓形、圓形或其他合適形狀起作用。邊SI與S2是相鄰的邊，邊SI與S3是相對(duì)的邊。傳感器進(jìn)一步包括電橋電路，該電橋電路在節(jié)點(diǎn)A與C之間具有兩個(gè)支路?？梢杂帽绢I(lǐng)域中已知的任何合適的方式通過(guò)電壓Vdd和Gnd對(duì)節(jié)點(diǎn)A和C進(jìn)行偏置。第一支路包括第一電阻器對(duì)Pl，該第一電阻器對(duì)包括串聯(lián)連接的電阻器Rl和R2。第二支路包括第二電阻器對(duì)P2，該第二電阻器對(duì)包括串聯(lián)連接的電阻器R3和R4。電阻器Rl和R2基本上在邊SI的中間彼此“靠近”定位，并且“靠近”膜2的邊緣。電阻器R3和R4基本上在第二邊S2的中間彼此“靠近”定位，并且“靠近”膜2的邊緣。
[0129]為了量化使得第一對(duì)Pl的電阻器Rl和R2彼此“靠近”定位(與膜2的大小相比)，如在圖6中所展示的，確定在第一電阻器Rl的點(diǎn)與第二電阻器R2的點(diǎn)之間定義的(具體地，由電阻器Rl和R2的壓阻帶8a的點(diǎn)和壓阻帶9a的點(diǎn)定義的)最大距離L73，其中，所述點(diǎn)是由用于說(shuō)明性目的的黑點(diǎn)指示的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述最大距離L73與膜2尺寸(在正方形膜的情況中，所述尺寸將被選為膜的寬度W)的比值(S卩，L73/W)小于50%、優(yōu)選地小于40%、優(yōu)選地小于35%、優(yōu)選地小于30%、優(yōu)選地小于25%、優(yōu)選地小于20%、優(yōu)選地小于15%、如，例如，約10%。假如膜2具有圓形形狀，該比值將按照所述最大距離L73的長(zhǎng)度比上圓的直徑來(lái)計(jì)算。假如膜具有橢圓形形狀，該比值將按照最大距離L73比上橢圓的兩個(gè)軸中的較大者來(lái)計(jì)算。假如膜2具有基本上八邊形形狀，該比值將按照所述對(duì)角線L73的長(zhǎng)度比上八邊形的對(duì)邊之間的距離來(lái)計(jì)算，等。
[0130]盡管未在圖5或圖6中示出，但是在圖9至圖13以及圖16中可見(jiàn)的是，電阻器Rl、R2、R3、R4優(yōu)選地位于膜2的邊的大約中間處，因?yàn)獒槍?duì)正方形膜形狀，這是壓力引起最大拉伸性應(yīng)力之處。在圓形或橢圓形膜的情況中不存在“邊”，但是電阻器優(yōu)選地接近膜的邊緣定位，并且從膜中心看去基本上分開(kāi)90°或180°，并且處于合適的晶體位置和定向中，具體地，在CMOS晶片的情況中，膜優(yōu)選地位于(100)平面中，并且壓阻帶優(yōu)選地在〈110〉方向上定向。
[0131]如在圖6中所示，壓阻帶8、9關(guān)于膜邊緣21(以虛線指示)的位置(具體地，帶8的中心與膜邊緣21之間的距離“dl”)可以被選擇以當(dāng)施加壓力時(shí)具有在一起的三個(gè)帶的電阻變化的最大值(例如，A Rl)。針對(duì)壓阻帶的所選數(shù)量(例如，在所示實(shí)施例中的三個(gè))，并且針對(duì)所選尺寸(帶的長(zhǎng)度和寬度，以及帶之間的距離)，可以用任何其他方式(例如，經(jīng)由設(shè)計(jì)變化)在相對(duì)于壓力的最大靈敏度方面確定(例如，計(jì)算或模擬或確定)最優(yōu)距離“dl”。同樣地，針對(duì)帶9的所選數(shù)量，并且針對(duì)其所選尺寸，可以在相對(duì)于壓力的最大靈敏度方面確定最優(yōu)距離“d2'“d2”的值可以獨(dú)立于“dl”的值被確定，但是依賴于膜大小和膜厚度T?？梢允褂糜邢拊?lái)確定這些“最優(yōu)”距離。然而，本發(fā)明還將對(duì)次優(yōu)位置起作用，因?yàn)楣?br>(4)將仍然適用。模擬已經(jīng)示出可以例如通過(guò)在膜邊緣21之上“移動(dòng)”阻帶8約25%，以及通過(guò)在膜邊緣21之上完全地“移動(dòng)”阻帶9c而獲得這種最優(yōu)位置，但是dl和d2的其他值也將起作用，只要第一電阻器Rl和第二電阻器R2是在最多3倍(S3X)的膜厚度T(優(yōu)選地小于2.5倍T，例如，小于2.0倍T，并且基本上接近膜的邊的中心的距離內(nèi)、與膜邊緣21“相鄰”定位的，因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域中應(yīng)力是最大的。模擬已示出，當(dāng)壓力施加于膜2上時(shí)，在膜2上靠近邊緣21處具有其最大值的應(yīng)力梯度被建立。然而在邊緣處不存在突然的應(yīng)力停止，但是其在塊的方向上并且在膜的方向上隨著遠(yuǎn)離邊緣21的距離減小。在遠(yuǎn)離邊緣膜厚度T的約2.0倍的距離處，在塊硅上的應(yīng)力通常仍約為最大應(yīng)力的50 %。
[0132]返回參照?qǐng)D9，可以看到，第一對(duì)的電阻器Rl和R2因此被安排“緊靠”在一起(相對(duì)于膜2的大小)，并且可以因此假定(或估計(jì))Rl和R2的壓阻帶的溫度基本上全部相同，比如說(shuō)Tl。同樣地，第二對(duì)的電阻器R3和R4被安排“緊靠”在一起，并且可以因此假定(或估計(jì))其壓阻帶的溫度基本上是相同的(比如說(shuō)T3)，但是由于第二對(duì)P2的電阻器R3和R4遠(yuǎn)離第一對(duì)PI的電阻器Rl和R2 “相對(duì)遠(yuǎn)”地定位，所以第二對(duì)P2的溫度T3可能與第一對(duì)PI的溫度TI不同。即使電阻器R1、R2、R3、R4中的僅一個(gè)電阻器是壓阻式的也可獲得這種技術(shù)效果。
[0133]因此，通過(guò)將電阻器Rl和R2的帶8、9“相對(duì)靠近”在一起定位，更確切地，從而使得由這些帶定義的最大可能的距離L73僅是膜2的最大尺寸W(長(zhǎng)度、寬度、直徑等)的一部分(例如，小于50%，優(yōu)選地小于20% )，電阻器Rl、R2之間的溫度差I(lǐng) T1-T2 |也將僅是可能存在于膜2之上的總溫度差的一部分。因此，壓力傳感器關(guān)于膜2之上的任何溫度梯度的靈敏度被顯著地降低，并且因此壓力傳感器的準(zhǔn)確度被提高。
[0134]在這個(gè)方面應(yīng)當(dāng)提及，如可以從公式(4)中看出的是，只要Rl和R2的材料及其溫度基本上相同，R1、R2的電阻是否以線性或非線性的方式隨著溫度變化不重要。實(shí)際上，如果Rl和R2兩者都根據(jù)同一非線性函數(shù)隨著溫度T變化，其比值保持相同。為了完整性，回想起以上所描述的(即使T1〈>T3電橋的靈敏度的)效果不同于本領(lǐng)域中已知的共模溫度抑制，由此電橋結(jié)構(gòu)自身負(fù)責(zé)消除電阻器Rl至R4的共模溫度(假如它們?nèi)烤哂邢嗤臏囟?。
[0135]仍然參照?qǐng)D9，可以看到，包括Rl和R2的第一電阻器對(duì)Pl相鄰并且基本上在膜2的第一邊SI的中間處定位，而包括R3和R4的第二電阻器對(duì)P2相鄰并且基本上在第二邊S2的中間處定位。在圖9的實(shí)施例中，第一對(duì)Pl和第二對(duì)P2在膜的相鄰邊上定位，而在圖11的實(shí)施例中，第一對(duì)Pl和第二對(duì)P2在膜2的對(duì)邊上定位(因此分開(kāi)180°)。“基本上在邊的中間處”意味著在想象的圓之內(nèi)，該圓具有在邊的中間處的其中心，并且具有小于以上提及的“膜的尺寸”(例如，正方形的寬度、圓形的直徑等)的50 %、優(yōu)選地小于40 %、更優(yōu)選地小于30 %、甚至更優(yōu)選地小于20%的直徑。
[0136]可以進(jìn)一步看到，Rl和R2的壓阻帶的定向彼此正交。其效果是，當(dāng)在與膜2的平面XY基本上垂直的方向上(在Z方向上)施加壓力時(shí)，將產(chǎn)生如圖14示意性描繪的徑向應(yīng)力，該應(yīng)力將引起Rl的值增加，并且R2的值減小(或反之亦然)。1?3和R4的壓阻帶也彼此正交，但是此外，R3的帶與Rl的那些帶基本上平行，因?yàn)槿缓笤谶匰2上的徑向應(yīng)力將增加R4的值并減小R3的值，因此所有電阻器Rl至R4如以上關(guān)于圖4所描述的“正在配合”。
[0137]假如膜2將具有圓形或橢圓形或八邊形形狀，第一對(duì)Pl的位置和第二對(duì)P2的位置將理想地被選擇在從膜中心測(cè)量的90°角距離處。然而，借由角距離將在70°至110°的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在80°至110°的范圍內(nèi)的實(shí)施例也將起作用。
[0138]諸位發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電阻器R1、R2、R3、R4的這個(gè)安排還減小了均勻應(yīng)力成分(例如，與膜2的平面基本上平行的、并且例如如圖15中示意性描繪的從左到右定向的應(yīng)力成分)的影響。這種應(yīng)力可以例如由于封裝引起。圖9的電橋電路將如何對(duì)這種應(yīng)力做出反應(yīng)呢?在這種情況中，R2和R4的值將減小，而Rl和R3的值將增加，因此，參照?qǐng)D4，值Vd和值Vb都將減小，而值Vm將基本上保持不變。因此，圖9的實(shí)施例基本上也對(duì)在非徑向方向上施加于膜2上的應(yīng)力不敏感。
[0139]圖11示出了圖9的變體，其中，電阻器的第一和第二對(duì)P2并非安排于90°角距離處(在正方形膜的情況中，這意味著在相鄰邊處)，而是被安排在180°角距離處(在正方形膜的情況中，這意味著對(duì)邊)。這個(gè)實(shí)施例還具有以下優(yōu)點(diǎn):具有對(duì)溫度梯度降低的靈敏度(因?yàn)槊總€(gè)電阻器對(duì)的電阻器彼此“靠近”)、并且具有基本上最大的靈敏度(因?yàn)樗兴膫€(gè)電阻器Rl至R4具有壓阻元件，并且這些壓阻元件被定向以便當(dāng)施加外部壓力時(shí)“配合”電橋的失衡，產(chǎn)生徑向應(yīng)力成分(參見(jiàn)圖14)，并且因?yàn)殡娮杵鲗?duì)是在膜上的最大靈敏度的位置處定位的)。然而注意的是，與圖9的實(shí)施例相比，在這種情況中，Rl和R4的帶是平行定向的(與圖9中的正交相對(duì)照)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這樣做，產(chǎn)生圖14的徑向應(yīng)力模式的外部壓力降引起Rl和R4的增加，同時(shí)引起R2和R3的減小。
[0140]然而，這種安排的缺點(diǎn)是，這個(gè)傳感器在與襯底基本上平行的方向上(例如，如圖
15所描繪的)基本上沒(méi)有消除均勻應(yīng)力。實(shí)際上，這種應(yīng)力模式將增加Rl和R4的值并且減小R2和R3的值，就像由于外部壓力引起的徑向應(yīng)力模式一樣。因此，封裝應(yīng)力的變化將被解釋為所施加的壓力的變化。
[0141]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的第二實(shí)施例。針對(duì)圖9的壓力傳感器所述的內(nèi)容的大部分或全部也適用于圖10的壓力傳感器。除了在圖9中示出的膜2和第一電橋(包括Pl和P2)外部，圖10的壓力傳感器進(jìn)一步包括第二電橋(包括P3和P4)。通過(guò)與第一電橋相同的偏置電壓Vdd和地電位Gnd優(yōu)選地對(duì)第二電橋進(jìn)行偏置，盡管這不是絕對(duì)需要的。第二電橋包括兩條支路，一條支路包括第三電阻器對(duì)P3，另一條支路包括第四電阻器對(duì)P4。第三電阻器對(duì)P3包括串聯(lián)連接的兩個(gè)電阻器R5和R6，第四電阻器對(duì)P4包括串聯(lián)連接的兩個(gè)電阻器R7和R8。在第五和第六電阻器R5與R6之間的節(jié)點(diǎn)E處提供第三輸出“Ve”。在第七與第八電阻器R7、R8之間的節(jié)點(diǎn)F處提供第四輸出“Vf” ο在節(jié)點(diǎn)E和F處的輸出電壓Vf和Ve提供第二電橋的差分輸出電壓。
[0142]如以上所描述的，電阻器Rl、R2、R3、R4相鄰并且基本上在膜2的第一和第二邊S1、S2的中間處定位。
[0143]第三和第四電阻器對(duì)P3、P4的電阻器R5、R6、R7、R8定位在塊材料上的膜2的外部，但是不旨在用于測(cè)量膜2的偏斜，而用于測(cè)量由于封裝引起的張力。如以上已經(jīng)指示的，為了對(duì)施加于膜2上的應(yīng)力基本上不敏感，電阻器R5至R8優(yōu)選地定位在離開(kāi)膜邊緣的距離處，該距離至少是4.0倍的膜厚度T，例如，至少6倍T，例如，約10倍T。注意的是，電阻器R5的溫度應(yīng)當(dāng)基本上等于R6的溫度(比如說(shuō)T5)，其根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面通過(guò)將R5相對(duì)靠近R6定位而獲得，但是電阻器R5的溫度可以不同于Rl的溫度。
[0144]通過(guò)使用如在圖5或圖7或圖8中所示的相同的(或類似的，例如，旋轉(zhuǎn)的、平移的、鏡像的)模式，R5和R6的壓阻帶相對(duì)于膜大小(使用同一公式L73/W) “靠近在一起”定位，并且因此第五和第六電阻器R5、R6的溫度可以被認(rèn)為基本上相同(比如說(shuō)Τ5)。同樣地，第七和第八電阻器R7、R8的溫度可以被認(rèn)為基本上相同。在數(shù)學(xué)記法中，如果Ti表示電阻器RKi =5至8)的溫度，那么可以假定(或至少估計(jì))T5 = T6并且T7 = T8，但是在沒(méi)有使電橋失衡的情況下Τ5可以基本上不同于Τ7。因此，通過(guò)將第二(外)電橋的電阻器組織成對(duì)(而不是如現(xiàn)有技術(shù)中完成的作為單獨(dú)的電阻器)，使得第二電橋也對(duì)溫度梯度不敏感，這當(dāng)使用第二電橋的輸出來(lái)校正第一電橋的輸出時(shí)是優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。
[0145]因?yàn)榈湫偷卦?至100微米的數(shù)量級(jí)中的膜2的厚度T通常更小，例如，比膜的大小(例如，膜寬度在200至2000微米的范圍內(nèi))至少小十倍，所以第三電阻器對(duì)Ρ3相對(duì)“靠近”第一電阻器對(duì)Pl定位，而第四電阻器對(duì)Ρ4相對(duì)“靠近”第二電阻器對(duì)Ρ2定位，從而使得由第三電阻器對(duì)Ρ3感測(cè)的由于封裝引起的壓力基本上與通過(guò)封裝施加于第一電阻器對(duì)Pl上的壓力相同，并且由第四電阻器對(duì)Ρ4感測(cè)的由于封裝引起的壓力基本上與通過(guò)封裝施加于第二電阻器對(duì)Ρ2上的壓力相同。
[0146]因此，由第一(內(nèi))電橋測(cè)量的值指示外部壓力和封裝應(yīng)力，而由第二電橋測(cè)量的值僅指示封裝應(yīng)力。如果為第一和第二電橋的電阻器選擇完全相同的布局，并且如果為第一和第二電橋選擇相同的偏置電壓，那么可以將第二電橋的值從第一電橋值中減去以補(bǔ)償封裝應(yīng)力。但是本發(fā)明不限于此，并且通常地，第二電橋的值將與封裝應(yīng)力成比例，并且所述值的一部分可以從第一電橋的輸出中減去以補(bǔ)償針對(duì)封裝應(yīng)力的零點(diǎn)偏移。
[0147]盡管在嘗試補(bǔ)償由于封裝應(yīng)力引起的偏移誤差的過(guò)程中對(duì)第二電橋的使用已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中被提及(參見(jiàn)ΕΡ0083496Α2)，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出由第二電橋以如在現(xiàn)有技術(shù)中披露的方式(具有分布在膜和塊的四個(gè)邊上的單獨(dú)的電阻器)組織的對(duì)第一電橋的偏移補(bǔ)償并未起很好的作用并且對(duì)溫度梯度敏感。
[0148]發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)電橋的每個(gè)支路的電阻器被組織成對(duì)時(shí)，如在本發(fā)明中所描述的，并且如例如在圖10和圖12中示出的，當(dāng)電橋包括電阻器對(duì)而不是單獨(dú)的電阻器時(shí)，在測(cè)量膜的壓力的第一(內(nèi))電橋與僅測(cè)量封裝應(yīng)力的第二 (外)電橋之間的匹配至少好3.0倍，這是主要的改進(jìn)。
[0149]相信為什么如在此所描述的成對(duì)組織的電橋的匹配比現(xiàn)有技術(shù)電橋的匹配好得多的潛在原因之一主要有關(guān)以下事實(shí)，即，在這些對(duì)內(nèi)的壓阻帶之間的距離比經(jīng)典電橋的壓阻帶之間的距離短得多，然而，諸位發(fā)明人不希望受任何理論的約束。
[0150]通過(guò)將第三對(duì)Ρ3“靠近”第一對(duì)Pl定位，電阻器R1、R2、R5和R6的溫度還將自動(dòng)地基本上相同(因此，T1 = T2 = T5 = T6)，盡管這不是絕對(duì)所需的，其滿足使得T1=T2并且使得T5= Τ6。如以上提及的，將第三對(duì)Ρ3靠近第一對(duì)Pl定位的主要原因是盡可能好地匹配封裝應(yīng)力。因?yàn)殡娮杵鱎l至R4定位在膜2上(或者更準(zhǔn)確地陳述:R1和R4的主要部分定位在膜上)，所以它們對(duì)施加于膜2上的壓力以及通過(guò)封裝施加的壓力敏感。相比而言，因?yàn)殡娮杵鱎5至R8在膜2的外部定位得“足夠遠(yuǎn)”，例如，遠(yuǎn)離膜邊緣21至少4.0倍(2 4X )的膜厚度T，所以它們僅對(duì)通過(guò)封裝施加的壓力敏感。因此，包括電阻器R5至R8的第二電橋可以用于確定通過(guò)封裝施加于襯底上的共模壓力，該共模壓力可以用于使用已知的方法補(bǔ)償從第一電橋獲得壓力值。
[0151]實(shí)際上，需要關(guān)于第三和第四電阻器對(duì)P3、P4分別與第一、第二電阻器對(duì)Pl、P2的關(guān)系進(jìn)行交換:如果P3定位得“太靠近”膜邊緣(并因此靠近Pl)，則提供在Pl和P2的電阻器上施加的封裝壓力的更好的指示(更高的關(guān)聯(lián)性)，但是P3也將對(duì)膜上的外部壓力更加敏感。如果P3離膜邊緣“太遠(yuǎn)”，其將對(duì)有待由第一電橋測(cè)量的外部壓力基本上不敏感，但是由P3經(jīng)歷的封裝應(yīng)力可以偏離由Pl經(jīng)歷的封裝應(yīng)力更多(更低的關(guān)聯(lián)性)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，第三和第四電阻器對(duì)P3、P4可以例如定位在等于膜厚度T的4.0倍(4X)至約10.0倍(1X)的距離處。
[0152]最終結(jié)果是，圖10的壓力傳感器能夠以獨(dú)立于共模溫度的方式(通過(guò)使用電橋電路，其中，僅電阻器值之比而非其絕對(duì)值是重要的)以高靈敏度(由于使用了4個(gè)壓敏電阻器)準(zhǔn)確地測(cè)量施加于膜2上的壓力，具有對(duì)封裝應(yīng)力降低的靈敏度(由于存在由第二電橋進(jìn)行的補(bǔ)償，而且由于第一和第三對(duì)與第二和第四對(duì)之間的90°角距離)，并且具有對(duì)芯片之上的溫度梯度降低的敏感度(由于在每個(gè)電橋內(nèi)每個(gè)對(duì)的兩個(gè)電阻器的靠近定位)。
[0153]圖12示出了圖10的變體，其中，電阻器對(duì)Pl和P2、以及P3和P4定位在膜2的對(duì)邊上而不是在鄰邊上。這個(gè)實(shí)施例也可以被看做是圖11的變體，其中，第三和第四電阻器對(duì)被添加在膜的外部。圖12的實(shí)施例具有與圖10的實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，除了如以上關(guān)于圖15描述的在與襯底平行的平面中不會(huì)減小均勻應(yīng)力的缺點(diǎn)。
[0154]在圖9的壓力傳感器的另一個(gè)變體(未示出)中，壓力傳感器將具有第二電橋，該第二電橋具有兩個(gè)電阻器對(duì)P3和P4、該兩個(gè)電阻器對(duì)主要在膜2上、在第三和第四邊S3、S4上定位。這種壓力傳感器將在四個(gè)位置而不是僅兩個(gè)位置處測(cè)量施壓于膜2上的壓力。這種第二電橋通常將提供與第一電橋相同或相似的值，并且因此可以用于自測(cè)試或可靠性檢查(例如，通過(guò)比較兩個(gè)電橋的值)，或者這些值可以被求和或求平均以補(bǔ)償局部不完全性，或用于增加準(zhǔn)確性。然而，這種第二電橋?qū)⒉粫?huì)補(bǔ)償徑向封裝應(yīng)力(因?yàn)槠湓趬K材料上不具有電阻器對(duì))，但是其將補(bǔ)償均勻封裝應(yīng)力(因?yàn)槊總€(gè)電橋的電阻器對(duì)是在的90°的角距離處)。
[0155]在剛剛描述的壓力傳感器的進(jìn)一步變體中，類似于圖10的實(shí)施例，壓力傳感器可以具有定位在膜外部、用于補(bǔ)償徑向封裝應(yīng)力的第三和第四電橋。實(shí)際上，如果第四電橋被省略，本發(fā)明也將起作用。
[0156]圖13示出了圖11的實(shí)施例的變體，該變體具有圓形膜2并且具有圖8的電阻器對(duì)的布局結(jié)構(gòu)。針對(duì)圖11的實(shí)施例所述的任何內(nèi)容也適用于此，除了在這種情況中每個(gè)電阻器具有兩個(gè)而不是三個(gè)壓阻元件并且除了膜邊緣不是直的。如可見(jiàn)，電阻器對(duì)被安排在如從膜中心看去的180°角距離處。
[0157]如針對(duì)圖11所討論并且在圖12中所示的，圖13的實(shí)施例的變體也可以具有位于塊上用于測(cè)量并補(bǔ)償封裝應(yīng)力、或者位于膜上出于冗余原因或者用于提高準(zhǔn)確度(通過(guò)在校準(zhǔn)過(guò)程中求平均或者選擇具有最佳性能的電路)的第二電橋。
[0158]圖16示出了圖9的實(shí)施例的變體，該變體具有圓形膜2并且具有圖8的電阻器對(duì)的布局結(jié)構(gòu)。針對(duì)圖9的實(shí)施例所述的任何內(nèi)容也適用于此，除了在這種情況中每個(gè)電阻器具有兩個(gè)而不是三個(gè)壓阻元件并且除了膜邊緣不是直的。如可見(jiàn)，電阻器對(duì)被安排在如從膜中心看去的90°角距離處。
[0159]如針對(duì)圖9所討論并且在圖10中所示的，圖16的實(shí)施例的變體也可以具有位于塊上用于測(cè)量并補(bǔ)償封裝應(yīng)力、或者位于膜上出于冗余原因或者用于提高準(zhǔn)確度(通過(guò)在校準(zhǔn)過(guò)程中求平均或者選擇具有最佳性能的電路)的第二電橋。
[0160]參考號(hào):
[0161]2 膜21膜邊緣
[0162]3 角部分4 金屬電極
[0163]6 電極引出區(qū)域73最大距離
[0164]8 第一電阻器的壓阻帶 9 第二電阻器的壓阻帶
[0165]10 第三電阻器的壓阻帶 11第四電阻器的壓阻帶
[0166]Pl 第一電阻器對(duì)Rl第一電阻器
[0167]SI 正方形膜的第一邊W 正方形膜的寬度
[0168]T 膜厚度Vdd電源電壓
[0169]Gnd接地電壓
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體壓力傳感器，用于測(cè)量在所述傳感器上施加的外部壓力，所述半導(dǎo)體壓力傳感器包括: -作為半導(dǎo)體襯底的一部分用于由于所述外部壓力而變形的膜(2)，所述膜具有膜邊緣(21)和膜厚度(T); -第一電橋電路，所述第一電橋電路包括位于所述膜(2)的第一邊部分(SI)上或與之相鄰的第一電阻器對(duì)(Pl)以及位于所述膜的第二邊部分(S2)上或與之相鄰的第二電阻器對(duì)(P2); -所述第一電阻器對(duì)(Pl)包括連接于第一偏置節(jié)點(diǎn)(A)與第一輸出節(jié)點(diǎn)(D)之間的第一電阻器(Rl)以及連接于所述第一輸出節(jié)點(diǎn)(D)與第二偏置節(jié)點(diǎn)(C)之間的第二電阻器(R2); -所述第二電阻器對(duì)(P2)包括連接于所述第一偏置節(jié)點(diǎn)(A)與第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)之間的第三電阻器(R3)以及連接于所述第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)與所述第二偏置節(jié)點(diǎn)(C)之間的第四電阻器(R4); -所述第一和第二和第三和第四電阻器(R1，R2，R3，R4)中的至少一個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(8，9，10，11)，所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量所述膜(2)由于有待測(cè)量的所述外部壓力的變形； 其中，所述第一電阻器(Rl)點(diǎn)與所述第二電阻器(R2)點(diǎn)之間的最大距離(L73)同所述膜(2)的最大尺寸(W)的比值小于50% ; 并且其中，所述第三電阻器(R3)點(diǎn)與所述第四電阻器(R4)點(diǎn)之間的最大距離同所述膜(2)的最大尺寸(W)的比值小于50%。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第一、第二、第三和第四電阻器(R1，R2，R3，R4)中的至少兩個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(8，9，10，11)，所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量所述膜(2)由于有待測(cè)量的所述外部壓力的變形； 由此，所述一個(gè)或多個(gè)壓阻帶被定向以便當(dāng)在所述膜(2)上施加壓力時(shí)配合所述電橋的失衡。3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第一、第二、第三和第四電阻器(R1，R2，R3，R4)中的至少三個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(8，9，10，11)，所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量所述膜(2)由于有待測(cè)量的所述外部壓力的變形； 由此，所述一個(gè)或多個(gè)壓阻帶被定向以便當(dāng)在所述膜(2)上施加壓力時(shí)配合所述電橋的失衡。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第一、第二、第三和第四電阻器(R1，R2，R3，R4)中的每個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(8，9，10，11)，所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排成用于測(cè)量所述膜(2)由于有待測(cè)量的所述外部壓力的變形； 由此，所述一個(gè)或多個(gè)壓阻帶被定向以便當(dāng)在所述膜(2)上施加壓力時(shí)配合所述電橋的失衡。5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器， 其中，包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶的所述至少一個(gè)電阻器包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的壓阻帶。6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中，當(dāng)從所述膜(2)的中心測(cè)量時(shí)，所述第二邊部分(S2)基本上或精確地位于距離所述第一邊部分(Sl)90°角距離處。7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器， 其中，所述第一電阻器(Rl)點(diǎn)與所述第二電阻器(R2)點(diǎn)之間的最大距離(L73)同所述膜(2)的最大尺寸(W)的比值小于25% ; 并且其中，所述第三電阻器(R3)點(diǎn)與所述第四電阻器(R4)點(diǎn)之間的最大距離(L73’)同所述膜(2)的最大尺寸(W)的比值小于25 %。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述膜(2)基本上是正方形的，并且所述最大尺寸(W)是所述正方形的寬度，所述第一邊部分是所述正方形的第一邊(SI)，并且所述第二邊部分是所述正方形的與所述第一邊(SI)相鄰的第二邊(S2);并且 -所述第一電阻器(Rl)和所述第二電阻器(R2)基本上被安排在所述正方形的所述第一邊(SI)的中間； -所述第三電阻器(R3)和所述第四電阻器(R4)基本上被安排在所述正方形的所述第二邊(S2)的中間。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述膜基本上是圓形的，并且所述最大尺寸(W)是所述圓的直徑;或者 -所述膜基本上是矩形的，并且所述最大尺寸(W)是所述矩形的長(zhǎng)度和寬度;或者 -所述膜基本上是橢圓形的，并且所述最大尺寸(W)是所述橢圓的第一軸和第二軸中的較大者； -所述膜基本上是八邊形的，并且所述最大尺寸(W)是所述八邊形的對(duì)邊之間的距離。10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第一電阻器(Rl)的電阻與所述第二電阻器(R2)的電阻的比值位于50%至200%的范圍內(nèi)；并且 -所述第三電阻器(R3)的電阻與所述第四電阻器(R4)的電阻的比值位于50%至200%的范圍內(nèi)。11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中: -當(dāng)從所述膜(2)的中心測(cè)量時(shí)，所述第二邊部分(S2)位于距離所述第一邊部分(SI)的90°角距離處，并且 -所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第二電阻器(R2)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第三電阻器(R3)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第四電阻器(R4)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第三電阻器(R3)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中: -當(dāng)從所述膜(2)的中心測(cè)量時(shí)，所述第二邊部分(S2)位于距離所述第一邊部分(SI)的180°角距離處，并且 -所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第二電阻器(R2)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第三電阻器(R3)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第四電阻器(R4)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第三電阻器(R3)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交。13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，進(jìn)一步包括: -第二電橋電路，所述第二電橋電路包括被安排在所述膜(2)的所述第一邊部分(SI)處但是在所述膜外部的第三電阻器對(duì)(P3)以及被安排在所述膜(2)的所述第二邊部分(S2)處但是在所述膜外部的第四電阻器對(duì)(P4); -所述第三電阻器對(duì)(P3)包括連接于所述第一偏置節(jié)點(diǎn)(A)與第三輸出節(jié)點(diǎn)(E)之間的第五電阻器(R5)以及連接于所述第三輸出節(jié)點(diǎn)(E)與所述第二偏置節(jié)點(diǎn)(C)之間的第六電阻器(R6); -所述第四電阻器對(duì)(P4)包括連接于所述第一偏置節(jié)點(diǎn)(A)與第四輸出節(jié)點(diǎn)(F)之間的第七電阻器(R7)以及連接于所述第四輸出節(jié)點(diǎn)(F)與所述第二偏置節(jié)點(diǎn)(C)之間的第八電阻器(R8); -所述第五和第六和第七和第八電阻器(R5，R6，R7，R8)中的至少一個(gè)電阻器包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(10，11)，所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被安排在距離所述膜邊緣(21)至少4倍的所述膜厚度(T)處用來(lái)僅測(cè)量由于封裝施加于所述半導(dǎo)體襯底上的應(yīng)力； -用于使用由所述第二電橋測(cè)量的值補(bǔ)償由所述第一電橋測(cè)量的值的電路。14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第五和第六和第七和第八電阻器(R5，R6，R7，R8)中的每個(gè)電阻器包括被安排用來(lái)測(cè)量由于封裝在所述半導(dǎo)體襯底上引起的應(yīng)力的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶。15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中， -所述第五電阻器(R5)的和所述第六電阻器(R6)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶在正交方向上被定向，并且其中，所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶與所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行或正交； -所述第七電阻器(R7)的和所述第八電阻器(R8)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶在正交方向上被定向，并且其中，所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶與所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行或正交。16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中，所述第五、第六、第七和第八電阻器(1?5，1?6，1?7，1?8)中的每個(gè)電阻器的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(10，11)分別具有與所述第一、第二、第三和第四電阻器(R1，R2，R3，R4)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶(10，11)相同的尺寸。17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八電阻器(町，1?2，1?，1?4，1?5，1?6，1?7，1?8)中的每個(gè)電阻器具有相同數(shù)量的壓阻帶(10，11)，并且其中，所有這些壓阻帶的尺寸是完全相同的。18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中: -當(dāng)從所述膜(2)的中心測(cè)量時(shí)，所述第二邊部分(S2)位于距離所述第一邊部分(SI)的90°角距離處，并且 -所述第一電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第六電阻器(R6)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第七電阻器(R7)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第八電阻器(R8)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第七電阻器(R7)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行，并且 -所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其中: -當(dāng)從所述膜(2)的中心測(cè)量時(shí)，所述第二邊部分(S2)位于距離所述第一邊部分(SI)的180°角距離處，并且 -所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第六電阻器(R6)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第七電阻器(R7)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第八電阻器(R8)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第七電阻器(R7)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶正交;并且 -所述第五電阻器(R5)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶被定向與所述第一電阻器(Rl)的所述細(xì)長(zhǎng)的壓阻帶平行。20.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，所述半導(dǎo)體壓力傳感器被安排在CMOS晶片上，由此所述膜位于(100)平面中，并且所述壓阻元件中的至少一個(gè)元件在〈110〉方向上定向。21.—種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體壓力傳感器。
【文檔編號(hào)】G01L19/04GK105829849SQ201480067354
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日
【發(fā)明人】A·J·范德維爾
【申請(qǐng)人】邁來(lái)芯科技有限公司