(57)【要約】【課題】圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置であって、２つの構成素子２００，２０１から成っており、第１の構成素子が、第１の材料から成る第１のダイヤフラム２１０を備えており、第２の材料から成る第２の構成素子２０１が、第１の領域２５０と第２の領域２４０とを備えており、第１の領域が、第２の領域よりも薄く形成されており、第１のダイヤフラムと第１の領域の少なくとも一部とが、互いに堅固に結合されており、第１の材料が、第２の材料よりも大きな熱膨張係数を有している形式のものを改良する。【解決手段】第１の材料から成る第１のダイヤフラム２１０が、温度に関して、横膨脹を、第２の構成素子２０１の第１の領域２５０に伝達するようになっており、横膨脹の伝達が、第１のダイヤフラム２１０と第１の領域２５０の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料２２０を介して行われるようになっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置であって、当該装置が、２つの構成素子（２００，２０１，３０１，４０１，５１０）から成っており、
第１の構成素子（２００）が、第１の材料から成る第１のダイヤフラム（２１０）を備えており、
第２の材料から成る第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）が、第１の領域（２５０，３５０）と第２の領域（２４０，３４０）とを備えており、第１の領域（２５０，３５０）が、第２の領域（２５０，３５０）よりも薄く形成されており、
第１のダイヤフラム（２１０）と第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部とが、互いに堅固に結合されており、
第１の材料が、第２の材料よりも大きな熱膨張係数を有している形式のものにおいて、
第１の材料から成る第１のダイヤフラム（２１０）が、温度に関して、横膨脹を、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）に伝達するようになっており、横膨脹の伝達が、第１のダイヤフラム（２１０）と第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料（２２０）を介して行われるようになっていることを特徴とする、圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置。
【請求項２】
第１のダイヤフラム（２１０）と、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）とが、第１の結合材料（２２０）によって結合されており、第１の結合材料（２２０）が、接着剤、はんだまたはシールガラスを備えており、
かつ／または、
第１の構成素子（２００）が、第１のダイヤフラム（２１０）に対して追加的に基台を備えており、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第２の領域（２４０．３４０）と、基台とが、第２の結合材料（２３０）によって結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）および第２の領域（２４０，３４０）が、第３の領域（３６０）によって広範囲で制限されており、第３の領域（３６０）が、分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）を備えており、分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）が、第１の領域（２５０，３５０）の横膨脹を第２の領域（２４０，３４０）から分離している、請求項１記載の装置。
【請求項４】
第１の構成素子（２００）が、第１の材料として、
鋼、
セラミック、
インバー、
コバール、もしくは、
鉄−ニッケル−合金を有しており、
かつ／または、
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）が、第２の材料として半導体材料、たとえばシリコンを備えており、かつ／または、第１の領域（２５０，３５０）に第２のダイヤフラム（３７０，４００）を備えており、かつ／または、たとえば第１の領域（２５０，３５０）に少なくとも１つの圧電抵抗性の抵抗（６，４３０，６００）を備えており、かつ／または、少なくとも１つの導体路（４５０）を備えており、かつ／または、第４の領域に、電子回路（７，４６０）の少なくとも一部を備えており、
かつ／または、
第４の領域が、少なくとも部分的に第３の領域（４７０）によって第２の領域（４１０）から分離されており、
かつ／または、
圧電抵抗（６，４３０，６００）の抵抗変化を評価するための回路が、圧力値を検出する際に作動するようになっている、請求項１または３記載の装置。
【請求項５】
第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部の誘導性の熱的かつ／または機械的な横膨脹が、分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）で終了するようになっており、
かつ／または、
分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）が、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１）上に設けられた導体路（４５０）の延伸経過に応じて、部分的に中断されている、請求項３記載の装置。
【請求項６】
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）が、
切欠（６２０）を備えていて、かつ、所定の構造体（６１０，６３０，６６０）を介して第１のダイヤフラム（２１０）と結合されており、
所定の構造体（６１０，６３０，６６０）が、第２の領域（２４０，３４０，４１０）に対する第１の領域（２５０，３５０，４００）の誘導性の横荷重を補償するようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
所定の構造体（６１０，６３０，６６０）の少なくとも一部に、圧力値を検出するための圧電式の抵抗（６００）が設けられている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
マイクロマシニング型の圧力センサ、たとえば請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力センサを製作する方法であって、製作のために、
第１の材料から成る、第１のダイヤフラム（２１０）を備えた第１の構成素子（２００）と、
第２の材料から成る、比較的薄く形成された第１の領域（２５０，３５０）と第２の領域（２４０，３４０）とを備えた第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）とを互いに結合して、第１のダイヤフラム（２１０）と第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部とが互いに堅固に結合されるようにする方法において、
第１の材料が、第２に材料よりも大きな熱膨張係数を有しており、
第１のダイヤフラム（２１０）が、温度に関して、横膨脹を、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）に伝達するようにし、横膨脹の伝達を、第１のダイヤフラム（２１０）と第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料（２２０）を介して行うようにすることを特徴とする、圧力センサを製作する方法。
【請求項９】
第１のダイヤフラム（２１０）と、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）とを、第１の結合材料を用いて互いに結合し、第１の結合材料（２２０）として、接着剤、はんだまたはシールガラスを使用し、
かつ／または、
第１の構成素子（２００）が、第１のダイヤフラム（２１０）に対して追加的に基台を備えており、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第２の領域（２４０，３４０）と、基台とを、第２の結合材料（２３０）を用いて結合し、
圧力作用下で硬くなる第２の結合材料（２３０）を用いる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）と第２の領域（２４０，３４０）とを、第３の領域（３６０）によって大部分にわたって分離し、第３の領域（３６０）に分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）を形成し、分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）が、第１の領域（２５０，３５０）の横膨脹を第２の領域（２４０，３４０）から分離するようにする、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも第１の構成素子（２００）における第１のダイヤフラム（２１０）を、
鋼、
セラミック、
インバー、
コバール、もしくは、
鉄−ニッケル−合金から製作し、
かつ／または、
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）を、半導体材料、たとえばシリコンから製作し、
かつ／または、
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）の第１の領域（２５０，３５０）に、第２のダイヤフラム（３７０，４００）、および／または、たとえば圧力値を検出するための、少なくとも１つの圧電抵抗性の抵抗（６，４３０，６００）を形成し、
かつ／または、
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）において、少なくとも、導体路（４５０）、および／または、第４の領域に電子回路（７，４６０）の一部を製作し、
第１の構成素子（２００）および第２の構成素子（２０１，３０１，４０１，５１０）を、第１の結合材料（２２０）と結合するまえに、個別的に処理する、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）において、第１の領域（２５０，３５０）の少なくとも一部の、熱的かつ／または機械的な誘導性の横膨脹が終了するようにし、
かつ／または、
分離溝（３００，４２０，４４０，５３０）が、第２の構成素子（２０１，３０１，４０１）上に設けられた導体路（４５０）に応じて、部分的に中断されるようにする、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
第２の構成素子（２０１，３０１，４０１）の第１の領域（２５０，３５０）に、たとえば第２のダイヤフラム（３７０，４００）に、切欠（６２０）を設け、
第１の領域（２５０，３５０，４００）を、所定の構造体（６１０，６３０，６６０）を介して第１のダイヤフラム（２１０）と結合し、
所定の構造体（６１０，６３０，６６０）が、第２の領域（２４０，３４０，４１０）に対する第１の領域（２５０，３５０，４００）の誘導性の横荷重を補償するようにする、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１４】
所定の構造体（６１０，６３０，６６０）の少なくとも一部に、圧力値を検出するための圧電抵抗性の抵抗（６００）を形成する、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置であって、当該装置が、２つの構成素子から成っており、第１の構成素子が、第１の材料から成る第１のダイヤフラムを備えており、第２の材料から成る第２の構成素子が、第１の領域と第２の領域とを備えており、第１の領域が、第２の領域よりも薄く形成されており、第１のダイヤフラムと第１の領域の少なくとも一部とが、互いに堅固に結合されており、第１の材料が、第２の材料よりも大きな熱膨張係数を有している形式のものに関する。
【０００２】
また本発明は、このようなマイクロマシニング型の装置を製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロマシニング型の圧力センサは、多くの場合たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３３０２５２号明細書で示したように、互いに結合される種々異なる構成素子（たとえば基板、基台、ケース）から成っており、これらの構成素子はそれぞれ異なる熱膨張係数を有している。ここでは熱膨張がそれぞれ異なることによって熱負荷が生じ、熱負荷は、結合箇所だけでなく、圧力センサの機能素子たとえばダイヤフラムおよび／またはひずみゲージにネガティブに作用する。この場合測定信号エラー、または比較的高い確率で圧力センサの機械的な障害の生じる恐れがある。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第４１３００４４号明細書から、シリコン基板と、基板から形成されるダイヤフラムと、ひずみゲージと、基板と結合された基部とを備えた半導体−圧力センサが公知である。ここでは基板および基部はそれぞれ異なる熱膨張係数を有している。基板および基部における熱膨張係数がそれぞれ異なることに基づいてひずみゲージに不都合な信号要素が形成されるのを防止するために、基板に八角形のダイヤフラムが形成され、ダイヤフラムにおける熱負荷の均等な分割が達成される。
【０００５】
熱的に誘導される熱負荷に基づく測定信号のエラーを補償する別の構成は、刊行物Ｈ．Ａ．Ｋａｙａｌ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｓｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅ  ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ”，Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ  ９／１９９８、１１２〜１１７頁に記載されている。ここでは測定信号の温度依存性は、コストのかかる集積回路によって補償される。
【０００６】
国際公開第００／２９８２４号パンフレットもしくは米国特許第６２２９１９０号明細書には半導体素子が記載されており、この半導体素子はダイヤフラムおよびダイヤフラム縁部の傍に切り込みを有している。切り込みは、ダイヤフラムを緊締する際にみられる縁効果を低減して、圧電抵抗素子によって検出される測定信号を最大化するのに役立つ。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５６４０６号明細書から、ひずみセンサ上に設けられたひずみゲージ（ＤＭＳ）によって圧力センサを実現する方法が公知である。ＤＭＳとひずみセンサ表面との結合は、たとえば低温溶融ガラス（シールガラス）またはエポキシ−接着剤を用いて行われる。さらに１構成では、ひずみセンサが端面側のダイヤフラムを有する銅体を備えており、ひずみゲージがシリコンウェハを備えている。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３３０２５２号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許第４１３００４４号明細書
【特許文献３】国際公開第００／２９８２４号パンフレット
【特許文献４】米国特許第６２２９１９０号明細書
【特許文献５】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５６４０６号明細書
【非特許文献１】Ｈ．Ａ．Ｋａｙａｌ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｓｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅ  ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ”，Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ  ９／１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の、圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置および該装置を製作する方法を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するための本発明の装置によれば、第１の材料から成る第１のダイヤフラムが、温度に関して、横膨脹を、第２の構成素子の第１の領域に伝達するようになっており、横膨脹の伝達が、第１のダイヤフラムと第１の領域の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料を介して行われるようになっている。
【００１０】
この課題を解決するための本発明の方法によれば、第１の材料が、第２の材料よりも大きな熱膨張係数を有しており、第１のダイヤフラムが、温度に関して、横膨脹を、第２の構成素子の第１の領域に伝達し、横膨脹の伝達を、第１のダイヤフラムと第１の領域の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料を介して行うようにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置もしくはマイクロマシニング型の圧力センサを製作する方法に関するものであり、２つの構成素子が設けられており、第１の構成素子が第１の材料から成る第１のダイヤフラムを備えており、第２の構成素子が第２の材料から成っている。第２の構成素子は、比較的薄い第１の領域と比較的厚い第２の領域とを備えて形成されている。第１の構成素子と第２の構成素子とは、第１のダイヤフラムと第１の領域の少なくとも一部とを介して互いに堅固に結合されている。第１の材料および第２の材料の選択に際して、第１の材料の熱膨張係数が第２の材料の熱膨張係数よりも大きく設定される。本発明の根底を成す思想によれば、熱変化に基づいて生じる第１のダイヤフラムの横膨脹も、横膨脹として第２の構成素子の第１の領域に伝達されるように、第１の構成素子と第２の構成素子との結合が行われる。
【００１２】
圧力値を検出するためのマイクロマシニング型の装置のこのような実施形態によって、媒体の圧力を検出するために設けられた第１のダイヤフラムの変化が、ほぼ不変に第２の構成素子に、特に第１の領域に伝達することができる。この場合圧力変化に起因するダイヤフラムの鉛直方向の撓みに基づく変化も、熱的な影響に基づく変化も伝達することができる。したがって第２の領域に第１のダイヤフラム状態と同じ状況が形成される。
【００１３】
有利には第１の構成素子の第１のダイヤフラムと、第２の構成素子の第１の領域とは、第１の結合材料によって結合される。この堅固な結合によって、第１のダイヤフラムの運動は、考慮すべき損失なしに、比較的薄い第１の領域に伝達することができる。
【００１４】
さらに第１の結合材料として接着剤および／またははんだもしくはシールガラスろうを使用することによって、第１のダイヤフラムの特別な表面構造化を省略することができる。なぜならば第１の結合材料は、ダイヤフラム表面を均等かつ同質的に被覆できるからである。さらに第１の構成素子は、第１のダイヤフラムに対して追加的に基台を備えている。この基台によって、別の実施形態では、第２の結合材料による基台と第２の構成素子における第２の領域とのさらなる結合を形成することができる。第２の結合の利点によれば、第１の構成素子と第２の構成素子との接触面積を拡大することができる。したがって第２の構成素子の比較的薄い第１の領域から比較的厚い第２の領域への移行部は、機械的に負荷軽減される。第２の結合材料として、負荷のかけられていない状態では比較的軟質であり、かつ圧力作用下では硬質である延性材料が設けられている。第２の構成素子の表面に、第２の構成素子と第１の構成素子との結合のあとで、ボンディングワイヤを取り付けることができ、しかも第２の構成素子の破損が生じることはない。
【００１５】
さらに第２の構成素子の第１の領域と第２の領域とは、第３の領域によって広範囲にわたって分離される。この場合第３の領域は分離溝を備えており、分離溝は、第１の領域における材料の横膨脹を第２の領域における材料の横膨脹から分離することができる。この場合特に第１の領域における材料の横膨脹が、第１のダイヤフラムによって形成され、第１のダイヤフラムは、比較的薄い第１の領域における材料よりも比較的大きな熱膨張係数を有している。
【００１６】
有利には、第１の構成素子は第１の材料として鋼、セラミック、インバー、コバールまたは鉄−ニッケル−合金を有している。この場合本発明の１実施形態では、第１のダイヤフラムだけが金属もしくは鋼から形成されている。特に圧力センサダイヤフラムに適した鋼を使用することができる。この場合格別な耐食性を有する特殊鋼、高圧使用のために特に高い引張応力を有する鋼、またはシリコンに適合された熱膨張係数を有する合金を使用することが考えられる。さらに第２の構成素子は半導体材料から形成されており、本発明の格別な実施形態では、第２の構成素子はシリコンまたはシリコン化合物から形成されている。さらに有利には、比較的薄い第１の領域に第２のダイヤフラムが形成されている。圧力値を検出するために、第２の構成素子は少なくとも１つの圧電抵抗性の抵抗を備えており、抵抗は第１のダイヤフラムの鉛直運動に関して抵抗変化する。この場合有利には、少なくとも１つの圧電抵抗性の抵抗は、第２の構成素子の第１の領域上または第１の領域内、特に第２のダイヤフラム上に配置されている。さらに第２の構成素子は少なくとも１つの導体路を備えており、導体路によって、たとえば第１のダイヤフラムに加えられる圧力に応じて形成される電気信号が評価ユニットに伝達される。有利には第２の構成素子において、電子回路の少なくとも一部が第４の領域に取り付けられており、この場合回路は、第３の領域によって第２の領域から分離することができ、かつ／または圧力値の検出に際して圧電抵抗の抵抗変化を評価するために用いることができる。分離溝を用いて電子回路もしくは電子構成群を分離することによって、場合によっては測定エラーを起こす恐れのある熱または応力に関して誘導される機械負荷を抑制することができる。
【００１７】
有利には、第１の領域の少なくとも一部の、熱的かつ／または機械的に誘導される横膨脹は、分離溝で終了して、第２の領域には作用しないように、分離溝が第２の構成素子に形成されている。さらに分離溝は部分的に中断することができ、これによって導体路を第１の領域から第２の領域に案内することができる。
【００１８】
本発明の１実施形態では、第２の構成素子の第１の領域が切欠を有している。この場合切欠は、第１のダイヤフラムと結合される、第１の領域における所定の構造体が維持されるように、選択することができる。有利には、既に説明したように、たとえば第１のダイヤフラムの熱膨張による横荷重は、堅固な結合を介して、第１の領域に伝達される。所定の構造体の特別な実施形態によって、誘導性の横荷重は既に第１の領域で保証することができる。そうしてたとえば所定の構造体を比較的薄いメアンダ形状のウェブとして形成し、ウェブを介して第１のダイヤフラムに対する結合を形成することができる。
【００１９】
有利には所定の構造体の少なくとも一部に、圧力値を検出するのに使用可能な圧電抵抗性の抵抗が設けられている。さらにまた所定の構造自体が測定抵抗を成すようにすることもできる。
【００２０】
さらにまた鋼基板に関する半導体チップの調整範囲で適当に寸法設定して、比較的薄い第１の領域でダイヤフラムを形成し、かつ比較的厚い第２の領域を半導体基板の縁部に設けた半導体チップ構造が有利である。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、第１の構成素子および第２の構成素子は、第１の結合材料と結合するまえに、個別的に処理される。有利には、構成素子に必要である繊細なプロセスステップ（たとえば空洞のエッチング、導体および／または回路の形成）は、別の構成素子を製作する際のプロセスステップによる不都合な影響なしに行うことができる。
【００２２】
別の利点は、実施例の説明もしくは従属請求項に記載した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施の形態を図示の実施例を用いて詳しく説明する。
【００２４】
図１に示したセンサ構造は従来技術のものである。ここではセンサチップ１が、ナトリウムを含有するガラスから成るガラス中間層もしくはガラス基台２に陽極ボンディングされている。ガラス基台２は裏面で金属化されていて、かつはんだ３を介して金属基台４（たとえばＴＯ８基台）に取り付けられている。従来技術のセンサチップ１は圧電抵抗性の抵抗６を備えた純粋な抵抗ブリッジから形成するか、または導体路を介して評価回路７と組み合わせて形成することができ、評価回路７は圧電抵抗６と共に１半導体プロセスでセンサチップ１に組み込まれる。圧電抵抗性の抵抗６および／または評価回路７は適当な少なくとも１つのボンディングワイヤ８を介して接続部５に通じており、接続部５は制御装置および調整装置への測定信号の伝達を実現する。
【００２５】
図１に示した従来技術の圧力センサでは、ダイヤフラムはたとえばＫＯＨまたはＴＭＡＨによる異方性エッチングによって製作される。比較的高い圧力範囲で圧力センサを使用する際に、図１に示したセンサ構造では耐用寿命が短くなる恐れがある。というのもつまりこのような構造形式は単に比較的低い圧力から中位の圧力範囲のために設計されているからである。ここではたとえば空洞斜面とダイヤフラムとの間の小さな移行半径が特徴的である。移行半径はとりわけ時間に関連してエッチングされたダイヤフラムではとりわけ小さくなっている。このような小さな移行半径によって、移行部に、破壊強さを低減する高い機械負荷が生じることになる。さらに異方性エッチングによって５４°の傾斜を有するフラットな空洞壁を備えた典型的な空洞９が形成される。フラットな空洞壁は、加えられる圧力に極めて大きな作用面を提供し、作用面に沿って、圧力下の媒体によってシリコンチップ１に向かって力が作用する。さらにまた図１に示したように、シリコンチップ１をエッチングしてフラットな空洞壁を形成するプロセスに際して、ボンディング面（シリコン−ガラス結合面）も小さくなり、これによって面負荷がさらに高められる。両方の観点（空洞壁の大きな面および小さなボンディング面）から破壊強さが低減される。このようなシリコン−ガラス移行部で生じる段（図１における領域１３）によって、圧力負荷に際してガラスに高い機械応力が生じ、さらにこれによっても破壊強さが低減される。
【００２６】
既に述べたように、図１に示した圧力センサは高圧には適していない。なぜならばシリコンチップ１とガラス基台２との間で、作用する圧力および／またはそれぞれ異なる熱膨張係数に基づいて、圧力センサの利用範囲を制限するような高い応力差が生じ得るからである。
【００２７】
比較的高い圧力を検出できるようにするために、図２に示したように、圧力センサの特別な実施例では、半導体チップもしくは半導体基板２０１は鋼基板２００上に取り付けることができる。鋼基板２００は鋼ダイヤフラム２１０と中空室２７０とを備えている。鋼ダイヤフラム２１０上に接着剤もしくははんだ（たとえばシールガラス）が取り付けられ、接着剤もしくははんだは半導体基板２０１と鋼基板２００とを結合する。図２から判るように、大まかに半導体基板は異なる２つの領域２４０および領域２５０に分けることができる。この場合比較的薄い領域２５０は、比較的厚い領域２４０によって取り囲まれている。比較的薄い領域２５０は、ある種のダイヤフラムを形成し、このダイヤフラムは結合層としての接着剤もしくははんだ２２０によって鋼ダイヤフラム２１０と堅固に結合される。有利には軟性の第２の結合材料２３０によって、半導体基板の比較的厚い領域２４０も同様に鋼基板２００と結合される。半導体基板２０１のこの領域に、選択的にたとえば圧力測定信号の評価を助成するための集積回路が取り付けられ、集積回路はボンディング結合を介してたとえばボンディングワイヤ（図１の符号５，７および８参照）と電気的に結合されるので、第２の結合材料２３０として、圧力下では硬質であり、その他の条件では軟質のままである、いわゆる延性材料を用いることができる。したがって鋼基板２００の基台から半導体基板２０１の比較的厚い第２の領域への、熱に起因する横負荷の伝達は回避することができる。
【００２８】
圧力センサによって圧力を特定しようとする媒体が、中空室２６０に進入すると、鋼ダイヤフラム２１０、結合層２２０および領域２５０における半導体ダイヤフラムが変形し、それも圧電抵抗６が半導体ダイヤフラム上で変形を電気的に検出できるように変形する。そのようにして検出された圧力値は、導体路を介して電気回路７またはその他の形式の評価ユニットに伝達することができる。半導体基板２０１としてたとえばシリコンが用いられると、領域２５０における半導体ダイヤフラムは、既に説明したように、異方性プロセスによって製作することができる。この場合典型的な斜めの空洞壁が形成されるので、空洞壁と鋼基板２００との間に中空室２７０が形成される。したがって圧力検出の際に不要なエラー源を排除するために、鋼基板に対する半導体基板２０１、特にシリコン基板の取付は真空で行われる。また鋼基板に通気孔を形成すること、または結合材料２３０の取付に際して切欠を設けることは、エラー源を排除する問題の適当な解決手段を成すことができる。
【００２９】
ダイヤフラム２１０および／または基板２００は、本発明の別の実施例では、たとえばセラミックまたはインバー（Invar）もしくはコバール（Kovar）（鉄−ニッケル−合金）から形成することができる。
【００３０】
半導体基板と鋼基板との組み合わせから成る圧力センサの別の実施例は、図３に示した。図３に示した半導体基板３０１では、ダイヤフラム３７０を製作するために、領域３５０の半導体材料はトレンチプロセスによって形成される。ここではほぼ垂直の空洞壁が形成され、空洞壁は、鋼基板２００と同様に垂直に延びる壁に関して、図２に示した実施例と比べて比較的小さな中空室３１０を形成することができる。さらに半導体基板３０１において、図２の領域２４０および領域２５０に相当する領域３４０と領域３５０との間に、別の領域３６０が形成され、別の領域３６０は負荷解消溝もしくは分離溝３００を備えている。この場合分離溝３００は、領域３５０におけるダイヤフラム３７０と同様に、半導体技術の公知の方法で製作することができる。ここでは有利には異方性プラズマエッチングプロセス、たとえばトレンチエッチングが用いられる。
【００３１】
図２または図３の圧力センサでは、半導体基板２０１もしくは半導体基板３０１の材料の熱膨張係数（ＴＫ）が、鋼基板２０１の材料の熱膨張係数と大きく異なっていることが問題である。たとえばシリコンと鋼とのこのような大きな差によって、シリコンダイヤフラム３７０の緊締領域で高い機械負荷が生じる。鋼ダイヤフラム２１０が熱に関して膨脹すると、必然的にはんだ２２０を介して鋼ダイヤフラム２１０と堅固に結合された極めて薄いシリコンダイヤフラム３７０も同様に膨脹する。比較的薄いシリコン層の弾性特性に基づいて、領域３５０におけるダイヤフラム３７０は膨脹に追従することができる。シリコンチップ３０１の縁部は、シリコンダイヤフラム３７０よりも極めて厚くなっているので、縁部は比較的小さなＴＫによってあまり大きく膨脹しない。それぞれ異なる膨脹率によって、シリコンチップ３０１の縁部に対するシリコンダイヤフラム３７０の移行部に高い機械負荷が生じ、高い機械負荷はダイヤフラムの破損をもたらす恐れがある。これを回避するために、図３に示した本発明の実施例では、図２の実施例とは異なって、シリコン基板３０１に、シリコンにおける誘導性の熱負荷を抑制するための分離溝が設けられる。分離溝は、有利には凹部としてシリコンに設けられており、凹部はダイヤフラム領域３５０を広範囲にわたって取り囲んでいる。
【００３２】
図４のａに示したように、一般的に、半導体ダイヤフラム４００上に圧電抵抗式の抵抗４３０が取り付けられ、抵抗４３０はたとえばホイートストーン−ブリッジの構成でダイヤフラム４００の変形に際して圧力値を求めるためのそれぞれ異なる値を伝達する。圧電抵抗式の抵抗４３０を電気的に評価回路と結合するために、導体路４５０は、たとえば典型的なマイクロマシニング構造化プロセスによって、半導体基板４０１の表面に取り付けられる。導体路４５０を半導体基板４０１の表面にわたって案内するために、分離溝４２０，４４０の実用的な配置が必要である。図４のａには、内側の分離溝４４０および外側の分離溝４２０を備えたこのような配置の格別な実施例を示しており、これらの分離溝の間で、導体路４５０は、ダイヤフラム領域４００から半導体基板４０１の縁部における回路領域４１０に案内することができる。回路領域４１０に、評価回路の一部またはその他の集積回路４６０を取り付けることができ、これらの回路もまた分離溝４７０によって絶縁することができる。
【００３３】
図４のａに示した配置構造のＡ−Ａ´線に沿った横断面を示す図４のｂには、図３と同様の形式の圧力センサの実施例を示した。鋼ダイヤフラム２１０を備えた鋼基板２００上に、半導体基板もしくはダイヤフラム領域４００を備えた半導体チップ４０１が、結合材料２２０を介して堅固に取り付けられている。分離溝４２０，４４０は、丸で囲んだ領域４６５に示したように、凹部として半導体基板４０１に形成されている。選択的な評価回路の領域も、負荷分離によって機械的な影響から保護することができる。
【００３４】
図５のａには、分離溝の作用形式を示した。鋼２００の熱膨張係数（ＴＫ）と半導体材料の熱膨張係数とがそれぞれ異なることによって、鋼ダイヤフラム２１０の膨脹に際して、熱に関連して生じる負荷が、矢印５２５の方向で半導体ダイヤフラム５００に生じる。半導体基板５１０の縁部は、鋼よりも小さな熱膨張係数（ＴＫ鋼＞ＴＫ半導体（たとえばシリコン））に基づいて僅かにしか膨脹しないので、特にダイヤフラム縁部において応力差およびダイヤフラム破損の生じる恐れがある。分離溝５３０，５５０によって、そうして発生する誘導性の熱負荷は、半導体基板５１０の縁部に伝達されない。このことは、半導体ダイヤフラム５００が表面に対して平行に膨脹することによって妨げられるが、ここでは移行部５４０がダイヤフラムから分離溝５３０に向かって移動して、そうして膨脹が補償される。これに対して、図５のｂに示したように、たとえば圧力検出範囲で鋼ダイヤフラム２１０を測定に関して使用するによって、半導体ダイヤフラム５００の鉛直方向の膨脹が要求され、その結果移行部５４０は元の位置に維持される。
【００３５】
図６のａには、本発明の別の実施例を示した。測定抵抗６００は有利には圧電抵抗式の抵抗として設けられており、測定抵抗６００は、単数または複数のループを有するメアンダ形状（矩形の蛇行状）のシリコンとして形成されている。そのようなメアンダ形状のシリコンの製作によれば、先ず枠６７０によって制限されたダイヤフラムが形成され、ダイヤフラムは次いで適当な構造化プロセスで、有利には異方性プラズマエッチングプロセスで局所的にエッチングされる。この場合たとえば図６のａにおいて符号６１０、６３０、６６０で示したような、鋼ダイヤフラム２１０上に位置する構造化された保持部が生じ、保持部は圧電抵抗式の抵抗６００を支持している。ここでは特別な構成を設けることもでき、保持部は直接的に圧電抵抗式の抵抗もしくは測定抵抗として構成することもできる。保持部６１０と保持部６３０と保持部６６０の間で、枠６７０によって制限されるダイヤフラムは、たとえばトレンチエッチングプロセスによって鋼基板２００まで開放される。この場合特に抵抗構造体６００が鋼ダイヤフラム２００上を延びるようになっている。図６のａのＢ−Ｂ´線に沿った図６のｂの横断面図に示したように、ダイヤフラム６４０は一貫して閉鎖した表面を有していない。
【００３６】
分離溝４２０，４４０と同様に、メアンダ形状体６００によって誘導性の熱負荷は低減することができる。さらに選択的に、保持部はウェブ６６０に取付可能にすることもできる。メアンダ形状の抵抗と分離溝との組み合わせが実現可能であり、これによって最適な負荷分離を達成することができる。さらに領域６１０に示したような、メアンダ形状の取付ウェブの構成が考えられる。
【００３７】
図４のａおよび図６のｂに概略的に示した矩形のダイヤフラムの他に、もちろん別の形状のダイヤフラムを本発明に用いることができる。さらにまた半導体チップを半導体基板上に関して調整する際に適当に寸法設定して、比較的薄い第１の領域にダイヤフラム設けて、比較的厚い第２の領域を半導体基板の縁部に設けた半導体チップ構成は有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術としての種々異なる構成素子の組み合わせから成る圧力センサを示す断面図である。
【図２】シリコン基板と鋼基板との組み合わせから成る圧力センサを示す断面図である。
【図３】図２の圧力センサの変化実施例を示す断面図である。
【図４】ａは、本発明の圧力センサの１実施例を示す平面図であり、ｂは、本発明の圧力センサの１実施例を示す断面図である。
【図５】ａおよびｂは、それぞれ異なる半導体基板の膨脹特性と鋼基板の膨張特性とを示す断面図である。
【図６】ａは、本発明の圧力センサの別の１実施例を示す平面図であり、ｂは、本発明の圧力センサの別の１実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  センサチップ、  ２  ガラス基台、  ３  はんだ、  ４  金属基台、  ５  接続部、  ６  抵抗、  ７  評価回路、  ８  ボンディングワイヤ、  ９  空洞、  １３  領域、  ２００  鋼基板、  ２０１  半導体基板、  ２２０  結合材料、  ２３０  結合材料、  ２４０，２５０  領域、  ２６０  中空室、  ２７０  中空室、  ３００  分離溝、  ３０１  半導体基板、  ３１０  中空室、  ３４０，３５０，３６０  領域、  ３７０  ダイヤフラム、  ４００  半導体ダイヤフラム、  ４０１  半導体基板、  ４１０  回路領域、  ４２０，４４０  分離溝、  ４３０  抵抗、  ４５０  導体路、  ４６０  集積回路、  ４６５  領域、  ４７０  分離溝、  ５００  半導体ダイヤフラム、  ５２５  矢印、  ５３０，５５０  分離溝、  ５４０  移行部、  ６００  測定抵抗、  ６１０，６３０，６６０  保持部、  ６７０  枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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