[發明專利]半導體壓力傳感器

有效

• 申請號: 201580067525.X
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN107003198B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: A·J·范德維爾
• 申請（專利權）人: 邁來芯科技有限公司
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06;G01L19/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳小剛;蔡悅

一種用于測量施加于其上的外部壓力的半導體壓力傳感器，包括：膜；連接在第一偏置節點(A)與第一輸出節點(D)之間的第一電阻器(R1)；連接在所述第一偏置節點(A)與第二輸出節點(B)之間的第二電阻器(R2)；分別連接到所述第一和第二輸出節點(D，B)以用于生成指示要測量的外部壓力的差分電壓信號(ΔVout)的第一和第二電流源(CS1)。電阻器(R1，R2)包括具體地布置在晶體學方向上的壓阻帶。該電路可具有用于補償封裝應力的第三和第四電阻器對(P3，P4)。壓阻帶可被形成為n阱內的p摻雜區，偏置節點(A)電連接到n阱。

發明領域

本發明涉及壓力傳感器的領域，具體地涉及集成在半導體器件中的壓力傳感器。

發明背景

半導體壓力傳感器在本領域中是已知的。

US 4,672,411(Hitachi)公開了一種具有在半導體主體中形成的隔膜的壓力傳感器(在圖1中示出)，該隔膜具有在其主表面中的一對壓力感測半導體帶(圖1中的垂直壓阻帶30、31)。帶30、31中的每一者在一端通過半導體區域(圖1中的三角形區域32)連接到另一者。半導體區域32是在朝著小壓阻系數的方向形成的，而帶30、31是朝著大壓阻系數的方向形成的。半導體區域32(三角形)具有比帶30、31的電阻更小的薄膜電阻。還在帶30、31的另一端處提供電極引出區域，這些區域具有低電阻、在小壓阻系數的方向上延伸、并且延伸超出隔膜的邊緣以使得電極在該隔膜外部接觸半導體主體。電阻帶30、31以惠斯通電橋來連接。隔膜的變形造成擴散電阻層(即，壓阻帶)擴張或收縮以改變它們的電阻。壓力傳感器通過電氣地檢測電阻的變化來感測壓力變化。

然而，這一壓力傳感器并非在所有情形中都是非常準確的，例如在溫度波動的情形中以及在殘余封裝應力的情形中。

發明概述

本發明的目標是提供良好的半導體壓力傳感器。

具體而言，本發明的各實施例的一目標是提供具有良好準確度的壓力傳感器，具體而言在半導體基板的非均勻溫度(例如，溫度梯度)的情形中和/或在封裝應力的情形中和/或在非均勻電場的情形中或它們的組合。

本發明的各實施例的一目標是提供一種壓力傳感器，該壓力傳感器具有經改進線性度和/或經改進敏感度，同時對溫度梯度相對不敏感，并且在特定實施例中也對均勻(非徑向)封裝應力相對不敏感和/或也對垂直于傳感器表面的電場相對不敏感。

這些目標由根據本發明的各實施例的器件來實現。

在第一方面，本發明提供一種用于確定施加于其上的外部壓力的半導體壓力傳感器，包括：作為半導體基板的一部分的膜，所述膜用于歸因于所述外部壓力而變形且具有膜邊緣和膜厚度；位于所述膜的第一側部分之上或附近的第一電阻器對，所述第一電阻器對包括連接在第一偏置節點和第一輸出節點之間的第一電阻器以及連接在所述第一偏置節點和不同于所述第一輸出節點的第二輸出節點之間的第二電阻器，所述第二電阻器的電阻等于所述第一電阻器的電阻；第一電流源，所述第一電流源連接到或能連接到所述第一輸出節點并被適配成使得第一預定義電流流過所述第一電阻器使得所述第一輸出節點采取第一輸出電壓；第二電流源，所述第二電流源連接到或能連接到所述第二輸出節點并被適配成使得第二預定義電流流過所述第二電阻器使得所述第二輸出節點采取第二輸出電壓，其中所述第二預定義電流基本上等于所述第一預定義電流；所述第一電阻器包括布置在第一方向上的用于測量所述膜歸因于要測量的外部壓力的變形的一個或多個第一延長壓阻帶，所述第二電阻器包括布置在第二方向上的用于測量所述膜歸因于要測量的外部壓力的變形的一個或多個第二延長壓阻帶，其中所述第二方向基本上垂直于所述第一方向；第一和第二輸出電壓形成指示要測量的外部壓力的第一差分電壓信號。

每一輸出節點連接到電流源以獲得各節點之間的與外部壓力成比例的輸出電壓是有利的。