DE19602442A1 - Halbleiter-Verbundsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Sensoren zum Erfassen der Strömungs­ rate oder des Drucks in chemischen Anlagen, Stahlwerken und Kraftwerken, und insbesondere betrifft sie hochzuverlässige Halbleiter-Verbundsensoren, die selbst nach langzeitiger Benutzung noch hohe Genauigkeit aufweisen.

Hinsichtlich Drucksensoren, die den Piezowiderstandseffekt von Silizium verwenden, wurden bisher verschiedene Techniken vorgeschlagen.

Z.B. sind zwei Piezo-Widerstandselemente, die in demselben n-Halbleiterbereich ausgebildet sind, der Teil einer pn- Sperranordnung ist, bekannt, wie in "Miniature Piezoresi­ stive Strain and Pressure Sensors with On-Chip Circuitry", Susumu Sugiyama et al. in Proceedings of the 3rd Sensor Symposium (1983) beschrieben.

Als anderes Beispiel einer herkömmlichen Technik ist ein ähnlicher Aufbau in JP-U-3-76139 beschrieben. Ferner ist ein Halbleiter-Drucksensor, der auf dem Piezo-Widerstandseffekt beruht, in JP-B-60-32993 offenbart (entsprechend der am 6. Oktober 1975 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 619,866).

Bei diesen Techniken sind jedoch zwei Piezo-Widerstandsele­ mente in einem n-Substrat mit demselben Potential in Reihe geschaltet. Daher unterscheidet sich die Potentialdifferenz zwischen dem Widerstandsbereich und dem Substrat vom einen Piezo-Widerstandselement zum nächsten. Aufgrund des unter­ schiedlichen Einflusses des Substratpotentials im Wider­ standsbereich war es schwierig, denselben Widerstandswert zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter- Verbundsensor mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässig­ keit zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch die Halbleiter-Verbundsensoren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Allen erfin­ dungsgemäßen Halbleiter-Verbundsensoren ist es gemeinsam, daß mindestens zwei miteinander verbundene Piezo-Wider­ standselemente in diese Elemente umgebenden Halbleiterberei­ chen mit jeweils individuellen Potentialen vorhanden sind, die so eingestellt sind, daß die Potentialdifferenz zwischen einem jeweiligen Piezo-Widerstandselement und dem zugehöri­ gen Halbleiterbereich konstant ist.

Um für zwei Halbleiterbereiche mit jeweils individuellen Potentialen zu sorgen, sind diese Bereiche so angeordnet, daß es zu keiner elektrischen Wechselwirkung zwischen ihnen kommt, und die Halbleiterbereiche werden jeweils mit Span­ nungen von verschiedenen Versorgungsquellen versorgt.

Beim Ausbilden einer Brückenschaltung unter Verwendung der obenangegebenen Piezo-Widerstandselemente werden mindestens zwei derselben, die in Reihe geschaltet sind, mit identi­ scher Form hergestellt, und ein Halbleiterbereich, der ein Piezo-Widerstandselement umgibt und auf der Spannungsquel­ lenseite liegt, wird mit der Spannung der Spannungsquelle versorgt, wohingegen der Halbleiterbereich, der das andere Piezo-Widerstandselement umgibt, mit der Spannung der Span­ nungsquelle, vermindert um den Spannungsabfall am auf der Spannungsquellenseite liegenden Piezo-Widerstandselement, versorgt wird.

Wenn mindestens zwei identische Piezo-Widerstandselemente in Reihe zu schalten sind, werden sie so angeordnet, daß sie durch auf der negativen Seite der Piezo-Widerstandselemente liegende Elektroden oder durch solche, die auf deren positi­ ven Seite liegen, bedeckt werden. Wenn dabei ein Piezo- Widerstandselement durch Elektroden auf der negativen Seite bedeckt wird, wird das andere Piezo-Widerstandselement eben­ falls durch eine Elektrode auf der negativen Seite bedeckt. Dasselbe gilt für Elektroden der positiven Seite.

Gemäß der Erfindung sind Halbleiterbereiche, die zwei oder mehr Piezo-Widerstandselemente umgeben, für jeweilige Piezo- Widerstandselemente vorhanden, und Halbleiterbereiche sind so angeordnet, daß sie keine gegenseitige elektrische Wech­ selwirkung verursachen. Dann kann jeder Halbleiterbereich ein individuelles Potential aufweisen. Unabhängig davon, welches Potential jedes Piezo-Widerstandselement einnimmt, kann daher die Sperrvorspannung zwischen dem Piezo-Wider­ standselement und dem Halbleiterbereich dadurch gleichge­ macht werden, daß die Potentialdifferenz in bezug auf jeden Halbleiterbereich, wie er jedes Piezo-Widerstandselement umgibt, konstant gemacht wird. Daher kann die Breite einer Verarmungszone, die zwischen dem Piezo-Widerstandselement und dem Halbleiterbereich auftritt, identisch gemacht wer­ den. D. h., daß die Breite der sich mit dem Piezo-Wider­ standselement überlagernden Verarmungszone ebenfalls kon­ stant gemacht werden kann. Insbesondere dann, wenn dieselben Widerstandselemente verwendet werden, kann daher eine Wider­ standsänderung, wie sie durch den Einfluß der Verarmungs­ zone hervorgerufen wird, konstant gemacht werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Eingangs- oder Ausgangsan­ schlußelektrode für Piezo-Widerstandselemente so angebracht, daß sie jedes von zwei identischen, in Reihe geschalteten Piezo-Widerstandselementen bedeckt. Daher bilden sich zwi­ schen den Elektroden und den Piezo-Widerstandselementen An­ reicherungszonen aus. Die Spannungsabfallswerte an den zwei Piezo-Widerstandselementen und der auf die Piezo-Wider­ standselemente ausgeübte Einfluß der Elektroden können kon­ stant gemacht werden. Die Breiten der scheinbaren Anreiche­ rungszonen können konstant gemacht werden. Hinsichtlich des elektrischen Einflusses der Oberfläche der Halbleiterschicht dienen die Elektroden daher als Abschirmungen, und Änderun­ gen der Piezo-Widerstandselemente, wie sie durch den Einfluß der Anreicherungszonen verursacht werden, können konstant gemacht werden.

Gemäß der Erfindung sind dann, wenn eine Brückenschaltung unter Verwendung von vier Piezo-Widerstandselementen ausge­ bildet ist, mindestens zwei der Piezo-Widerstandselemente, die in der Brückenschaltung in Reihe geschaltet sind, iden­ tisch. Die Potentialdifferenzen in bezug auf Halbleiterbe­ reiche, die jeweils die zwei Piezo-Widerstandselemente umge­ ben, werden dadurch gleichgemacht, daß eine Spannung, die der Spannung entspricht, die an ein Piezo-Widerstandselement angelegt wird, das auf der elektrisch positiven Seite liegt, an einen Halbleiterbereich angelegt wird, der das Piezo- Widerstandselement der positiven Seite umgibt und in zwei Halbleiterbereichen enthalten ist, und an einen Halbleiter­ bereich, der ein Piezo-Widerstandselement auf der negativen Seite umgibt, eine Spannung angelegt wird, die derjenigen auf der positiven Seite vermindert um den Spannungsabfall am Piezo-Widerstandselement auf der positiven Seite entspricht.

Demgemäß wird ein Halbleiter-Verbundsensor erhalten, der nicht nur hohe Genauigkeit, sondern auch hohe Zuverlässig­ keit und verringerte Drift des Ausgangssignals aufweist. Ferner werden beim Herstellen einer Brücke alle Piezo-Wider­ standselemente, die diese umgebenden Halbleiterbereiche und die auf den Piezo-Widerstandselementen angeordneten Elektro­ den identisch gemacht und denselben Spannungsbedingungen unterworfen. Dadurch, daß so vorgegangen wird, können alle Widerstandswerte unter allen im Gebrauch auftretenden Bedin­ gungen und Umgebungen gleichgemacht werden. Daher wird eine Ausgangssignal-Korrekturschaltung überflüssig, und es wird ein hochgenauer, hochzuverlässiger Halbleiter-Verbundsensor erhalten.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In allen Figuren sind gleiche Komponenten mit den gleichen Zeichen gekenn­ zeichnet.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Anwendungsbeispiel für das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein Schaltbild, das ein Anwendungsbeispiel für das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Betrieb des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Betrieb des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung im Detail veranschaulicht;

Fig. 6 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche einer p-Schicht beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche einer n-Schicht beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Betrieb für den Fall veran­ schaulicht, daß das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht verwendet wird;

Fig. 9 ist ein detailliertes Diagramm, das den Betrieb für den Fall veranschaulicht, daß eine Sperrvorspannung in Fig. 8 hoch ist;

Fig. 10 ist ein detailliertes Diagramm, das den Betrieb für den Fall veranschaulicht, daß die Sperrvorspannung in Fig. 8 niedrig ist;

Fig. 11A bis 11J sind Schnittansichten, die den Herstellpro­ zeß für das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel veranschaulichen;

Fig. 12 und 13 sind Draufsichten auf ein erstes bzw. zwei­ tes, bei der Erfindung verwendetes Widerstandselement;

Fig. 14 bis 16 sind Schnittansichten eines zweiten bis vier­ ten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 17 ist eine Draufsicht, die ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines Kontaktabschnitts eines Widerstandselements bei der Erfindung zeigt;

Fig. 18 ist eine Schnittansicht, die das erste Ausführungs­ beispiel des Kontaktabschnitts des Widerstandselements bei der Erfindung zeigt;

Fig. 19 ist eine Draufsicht, die ein zweites Ausführungsbei­ spiels eines Kontaktabschnitts eines Widerstandselements bei der Erfindung zeigt;

Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die das zweite Ausführungs­ beispiel des Kontaktabschnitts des Widerstandselements bei der Erfindung zeigt;

Fig. 21 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines fünften Aus­ führungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 22 ist ein Diagramm, das den Betrieb des fünften Aus­ führungsbeispiels der Erfindung im Detail veranschaulicht;

Fig. 23 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche einer p-Schicht beim fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 24 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche einer n-Schicht beim fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 25 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 26 ist ein Diagramm, das den Betrieb für den Fall ver­ anschaulicht, daß in Fig. 25 weder das erste noch das zweite Ausführungsbeispiel verwendet sind; und

Fig. 27 zeigt einen Differenzdruckwandler mit einem erfin­ dungsgemäßen Halbleiter-Verbundsensor.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Ver­ bundsensors zeigt. In dieser Figur bezeichnen die Zahlen 11 bis 15 n-Halbleiterbereiche, die auf p-Halbleiterbereichen 31 bis 33 ausgebildet sind. Die Zahlen 51 und 52 bezeichnen p-Halbleiterbereiche, die als Piezo-Widerstandselemente wir­ ken. Benachbart zu den Enden des Piezo-Widerstandselements 51 sind p⁺-Halbleiterbereiche 41a und 41b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausgebildet. Benachbart zu den Enden des Piezo-Widerstandselements 52 sind p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausge­ bildet. Ein n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkon­ zentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 51 und der p⁺-Halbleiterbereiche 41a und 41b über den n-Halbleiterbereich 11 umgibt. Ein n⁺-Halb­ leiterbereich 20 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 52 und der p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b über den n-Halb­ leiterbereich 12 umgibt. Ferner ist ein p⁺-Halbleiterbereich 61 mit hoher Fremdstoffkonzentration, der ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, so ausgebildet, daß er die Außen­ seite des n⁺-Halbleiterbereichs 21 über den n-Halbleiterbe­ reich 11 umgibt und mit den p-Halbleiterbereichen 31 und 32 verbunden ist. Ein p⁺-Halbleiterbereich 62 mit hoher Fremd­ stoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des n⁺-Halbleiterbereichs 22 über den n-Halbleiterbereich 12 umgibt und mit dem p-Halbleiterbereich 32 und dem p-Halblei­ terbereich 33 verbunden ist. Die Zahlen 81 bis 88 bezeichnen Isolierfilme jeweils aus Siliziumdioxid oder einem Verbund­ film aus Siliziumdioxid und Phosphorglas, wie auf der Ober­ fläche des Halbleiters ausgebildet. Für diese Isolierfilme sind Öffnungen vorhanden. Auf den p⁺-Halbleiterbereichen 41a und 41b, die jeweils hohe Fremdstoffkonzentration aufweisen, sind Elektroden 71a bzw. 71b so ausgebildet, daß sie in Ohm­ schem Kontakt mit den Bereichen 41a bzw. 41b stehen. Auf dem n⁺-Halbleiterbereich 21 ist eine Elektrode 71c so ausgebil­ det, daß sie in Ohmschem Kontakt mit diesem steht. Auf den p⁺-Halbleiterbereich 42a und 42b, die jeweils hohe Fremd­ stoffkonzentration aufweisen, sind Elektroden 72a bzw. 72b so ausgebildet, daß sie in Ohmschem Kontakt mit den Berei­ chen 42a bzw. 42b stehen. Auf dem n⁺-Halbleiterbereich 22 ist eine Elektrode 72c so ausgebildet, daß sie in Ohmschem Kontakt mit ihm steht. Ferner ist auf dem p⁺-Halbleiterbe­ reich 61 eine Elektrode 70 so ausgebildet, daß sie in Ohm­ schem Kontakt mit diesem steht. Die Zahl 91 bezeichnet einen elektrischen Leiter. Der elektrische Leiter 91 erstreckt sich über einen pn-Übergang, der durch die p⁺-Halbleiterbe­ reiche 41a und 41b, die jeweils hohe Fremdstoffkonzentration aufweisen, und den n-Halbleiterbereich 11 gebildet ist. Der elektrische Leiter 91 erstreckt sich auch über einen n⁺-n- Übergang, der durch den n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkonzentration und den n-Halbleiterbereich 11 ge­ bildet ist. Der elektrische Leiter 91 bedeckt die Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 11, der zwischen dem p⁺-Halbleiter­ bereich 41a oder 41b und dein n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkonzentration eingebettet ist, und er be­ deckt die Oberfläche des p-Halbleiterbereichs 51. Ferner ist der elektrische Leiter 91 mit der Elektrode 71a verbunden.

Die Zahl 92 bezeichnet einen anderen elektrischen Leiter. Der elektrische Leiter 92 erstreckt sich über einen an-Über­ gang, der durch die p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration und den n-Halbleiter­ bereich 12 gebildet ist. Der elektrische Leiter 92 erstreckt sich auch über einen n⁺-n-Übergang, der durch den n⁺-Halb­ leiterbereich 22 mit hoher Fremdstoffkonzentration und den n-Halbleiterbereich 12 gebildet ist. Der elektrische Leiter 92 bedeckt die Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 12, der zwischen den p⁺-Halbleiterbereich 42a oder 42b und den n⁺- Halbleiterbereich 22 mit hoher Fremdstoffkonzentration ein­ gebettet ist, und er bedeckt die Oberfläche des p-Halblei­ terbereichs 52. Ferner ist der elektrische Leiter 92 elek­ trisch mit der Elektrode 72a verbunden.

Ferner ist ein Elektrodenanschluß 101 aus der Elektrode 71a herausgeführt. Die Elektroden 71b, 71c und 72a sind elek­ trisch miteinander verbunden, und aus ihnen ist ein Elektro­ denanschluß 103 herausgeführt. Die Elektroden 72b und 72c sind elektrisch miteinander verbunden, und ein Elektrodenan­ schluß 102 ist aus ihnen herausgeführt. So sind die als Piezo-Widerstandselemente wirkenden p-Halbleiterbereiche 51 und 52 zwischen die Elektrodenanschlüsse 101 und 102 in Rei­ he geschaltet. Wenn die p-Halbleiterbereiche 51 und 52 glei­ che Widerstandswerte aufweisen, kann das Potential des Elek­ trodenanschlusses 103 auf einem Potential gehalten werden, das der Hälfte der zwischen den Elektrodenanschluß 101 und den Elektrodenanschluß 102 gelegten Spannung entspricht.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Ver­ bundsensors mit einer Widerstandsbrücke zeigt. In Fig. 2 be­ zeichnen die Zahlen 11 bis 18 n-Halbleiterbereiche, die auf p-Halbleiterbereichen 31 bis 35 ausgebildet sind. Die Zahlen 50 bis 53 bezeichnen p-Halbleiterbereiche, die als Piezo- Widerstandselemente wirken. Benachbart zu den Enden des Piezo-Widerstandselements 50 sind p⁺-Halbleiterbereiche 40a und 40b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausgebil­ det. Benachbart zu den Enden des Piezo-Widerstandselements 51 sind p⁺-Halbleiterbereiche 41a und 41b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausgebildet. Benachbart zu den Enden der Piezo-Widerstandselemente 52 sind p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausge­ bildet. Benachbart zu den Enden des Piezo-Widerstandsele­ ments 53 sind p⁺-Halbleiterbereiche 43a und 43b mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration ausgebildet. Ein n⁺-Halblei­ terbereich 20 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so aus­ gebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 50 und die p⁺-Halbleiterbereiche 40a und 40b über den n-Halb­ leiterbereich 16 umgibt. Ein n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 51 und die p⁺-Halblei­ terbereiche 41a und 41b über den n-Halbleiterbereich 11 um­ gibt. Ein n⁺-Halbleiterbereich 22 mit hoher Fremdstoffkon­ zentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 52 und die p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b über den n-Halbleiterbereich 12 umgibt. Ein n⁺-Halb­ leiterbereich 23 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des p-Halbleiterbereichs 53 und die p⁺-Halbleiterbereiche 43a und 43b über den n- Halbleiterbereich 17 umgibt. Ferner ist ein p⁺-Halbleiter­ bereich 16 mit hoher Fremdstoffkonzentration, der ein we­ sentliches Merkmal der Erfindung bildet, so ausgebildet, daß er die Außenseite des n⁺-Halbleiterbereichs 20 über den n- Halbleiterbereich 16 umgibt und mit den p-Halbleiterberei­ chen 31 und 34 verbunden ist. Ein p⁺-Halbleiterbereich 61 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des n⁺-Halbleiterbereichs 21 über den n-Halb­ leiterbereich 11 umgibt und mit den p-Halbleiterbereichen 31 und 32 verbunden ist. Ein p⁺-Halbleiterbereich 62 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des n⁺-Halbleiterbereichs 22 über den n-Halblei­ terbereich 12 umgibt und mit den p-Halbleiterbereichen 32 und 33 verbunden ist. Ein p⁺-Halbleiterbereich 63 mit hoher Fremdstoffkonzentration ist so ausgebildet, daß er die Außenseite des n⁺-Halbleiterbereichs 23 über den n-Halblei­ terbereich 17 umgibt und mit den p-Halbleiterbereichen 33 und 35 verbunden ist. Der Kürze der Beschreibung halber wer­ den auf der Halbleiter-Oberfläche ausgebildete Isolierfilme, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurden, bei der Beschreibung zu Fig. 2 weggelassen.

In Fig. 2 sind Elektroden 70a, 70b und 70c; 71a, 71b und 71c; 72a, 72b und 72c; sowie 73a, 73b und 73c auf den jewei­ ligen Halbleiterbereichen mit hoher Fremdstoffkonzentration ausgebildet, d. h. auf den p⁺-Bereichen 40a und 40b und dem n⁺-Bereich 20; den p⁺-Bereichen 41a und 41b und dem n⁺-Be­ reich 21; den p⁺-Bereichen 42a und 42b und dem n⁺-Bereich 22 sowie den p⁺-Bereichen 43a und 43b sowie dem n⁺-Bereich 23, wobei jeweils Ohmscher Kontakt zu diesen besteht.

Die p⁺-Halbleiterbereiche 40a und 41a sind über diese Elek­ troden elektrisch miteinander verbunden. Aus den so mitein­ ander verbundenen p⁺-Halbleiterbereichen 40a und 41a ist ein Elektrodenanschluß 101 herausgeführt. Der p⁺-Halbleiterbe­ reich 40b, der n⁺-Halbleiterbereich 20 und der p⁺-Halblei­ terbereich 43a sind elektrisch miteinander verbunden, und ein Elektrodenanschluß 104 ist aus ihnen herausgeführt. Der p⁺-Halbleiterbereich 41b, der n⁺-Halbleiterbereich 21 und der p⁺-Halbleiterbereich 42a sind elektrisch miteinander verbunden, und ein Elektrodenanschluß 103 ist aus ihnen her­ ausgeführt. Der p⁺-Halbleiterbereich 42b, der n⁺-Halbleiter­ bereich 22, der p⁺-Halbleiterbereich 43b und der n⁺-Halblei­ terbereich 23 sind elektrisch miteinander verbunden, und ein Elektrodenanschluß 102 ist aus ihnen herausgeführt.

Die vorstehend beschriebenen Elektrodenanschlüsse 101 bis 104 werden als Anschlüsse der Widerstandsbrückenschaltung verwendet.

Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Schaltung 300, wie sie er­ halten wird, wenn die Piezo-Widerstandselemente gemäß der Erfindung, wie in Fig. 1 oder 2 dargestellt, in einem Halb­ leiter-Verbundsensor verwendet sind. In Fig. 3 sind RgL1, RgL2, RgT1 und RgT2 Piezo-Widerstandselemente eines Diffe­ renzdrucksensors. Der in Fig. 2 dargestellte, als Piezo- Widerstandselement wirkende p-Halbleiterbereich 52 ist in RgL1 enthalten. Der p-Halbleiterbereich 52 ist in RgT1 ent­ halten. Der p-Halbleiterbereich 50 ist in RgL2 enthalten.

Der p-Halbleiterbereich 51 ist in RgT2 enthalten.

Der Elektrodenanschluß 101 ist mit der als Bezugspotential wirkenden Masse verbunden. An den Elektrodenanschluß 102 wird eine positive Spannung angelegt. In diesem Zustand wird zwischen den Elektrodenanschlüssen 103 und 104 ein Brücken­ ausgangssignal ΔEd erhalten, das proportional zum Differenz­ druck ist.

Als Ergebnis der Anwendung von Piezo-Widerstandselementen gemäß der Erfindung auf eine derartige Schaltungskonfigura­ tion kann ein Halbleiter-Drucksensor mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit erhalten werden. Nachfolgend wird der Betrieb dieses Halbleiter-Drucksensors unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, wie sie erhal­ ten wird, wenn eine Spannung zwischen die Enden der in Reihe geschalteten Widerstandselemente, wie in Fig. 1 dargestellt, angelegt wird, wobei es sich um die Grundkonfiguration der Erfindung handelt. Wenn der Elektrodenanschluß 101 mit Mas­ sepotential versorgt wird und 3 V an die Elektrode 102 ange­ legt wird, wird das Potential des Elektrodenanschlusses 103 1,5 V, vorausgesetzt, daß die Piezo-Widerstandselemente 51 und 52 denselben Wert haben. In diesem Fall breitet sich eine Verarmungszone 201 zu den beiden Seiten eines pn-Über­ gangs aus, der zwischen dem n-Halbleiterbereich 11 und einem p-Halbleiter mit den p⁺-Halbleiterbereichen 41a und 41b und dem Piezo-Widerstandselement 51 ausgebildet ist. Die Verar­ mungszone 201 verfügt über dieselbe Form wie eine Verar­ mungszone 202, die sich zu den beiden Seiten eines pn-Über­ gangs ausbreitet, der zwischen dem n-Halbleiterbereich 12 und einem p-Halbleiter ausgebildet ist, der die p⁺-Halblei­ terbereiche 42a und 42b und das Piezo-Widerstandselement 52 enthält. Grundsätzlich können die Werte der Piezo-Wider­ standselemente 51 und 52 so eingestellt werden, daß sie einem vorgegebenen Wert entsprechen. Auf den beiden Seiten eines pn-Übergangs, der zwischen dem n-Halbleiterbereich 11 und sowohl dem p⁺-Halbleiterbereich 61 als auch den p-Halb­ leiterbereichen 31 und 32 ausgebildet ist, breitet sich eine Verarmungszone 211 aus, die durch eine Sperrvorspannung von 1,5 V erzeugt ist. Was das im linken Teil von Fig. 4 darge­ stellte Piezo-Widerstandselement betrifft, hat das Potential des n-Halbleiterbereichs 12 den Wert 3 V. Daher breitet sich eine Verarmungszone 212, die durch eine Sperrvorspannung von 3 V erzeugt wird, zu den beiden Seiten eines pn-Übergangs aus, der zwischen dem n-Halbleiterbereich 12 und sowohl dem p⁺-Halbleiterbereich 62 als auch den p-Halbleiterbereichen 32 und 33 ausgebildet ist. Die Verarmungszone 212 ist für die Werte der die Brücke bildenden Widerstandselemente uner­ heblich. Daher wird auf die Verbesserung der Genauigkeit oder Zuverlässigkeit kein schlechter Einfluß ausgeübt.

Die Fig. 5 bis 7 sind detaillierte Diagramme, die veran­ schaulichen, daß die Erfindung zum Verbessern der Genauig­ keit und Zuverlässigkeit wirkungsvoll ist. Fig. 5 zeigt den Fall, daß sich 71a auf Massepotential befindet und 71b und 71c auf ein Potential von 1,5 V gesetzt sind. Als erstes wird das Innere des Halbleiters beschrieben. Der n-Halblei­ terbereich 11 befindet sich auf einem Potential von 1,5 V. Der p⁺-Halbleiterbereich 41a befindet sich auf Massepoten­ tial. Zwischen dem n-Halbleiterbereich 11 und dem p⁺-Halb­ leiterbereich 41a liegt daher eine Sperrvorspannung von 1,5 V an. Jedoch verfügen der n-Halbleiterbereich 11 und der p⁺-Halbleiterbereich 41b über dasselbe Potential. Daher bil­ det sich die Verarmungszone 201 stark zur Seite des p⁺-Halb­ leiterbereichs 41a aus. Die Breite der Verarmungszone, die sich zu den beiden Seiten des pn-Übergangs zwischen dem p-Halbleiterbereich 51 und dem n-Halbleiterbereich 11 er­ streckt, wird schmaler, je näher ihr entsprechender Bereich am p⁺-Halbleiterbereich 41b liegt. Auf der Seite des p⁺- Halbleiterbereichs 41b entspricht ihre Breite der Breite der Verarmungszone, wie sie im thermischen Gleichgewichtszustand vorliegt. Unter diesen Verarmungszonen ist diejenige, die sich in den n-Halbleiterbereich hinein erstreckt, für den Widerstandswert unerheblich. Die Verarmungszone, die sich in den p-Halbleiterbereich 52, der als Piezo-Widerstandselement wirkt, hinein erstreckt, verengt den Kanal, durch den Strom fließt, und sie erhöht demgemäß den Widerstandswert. In Fig. 5 repräsentieren in Klammern angegebene Bezugszeichen die im linken Teil von Fig. 4 dargestellten Piezo-Widerstandsele­ mente.

Die Ausbreitung der Verarmungszone 202 innerhalb des Halb­ leiters ist völlig dieselbe wie diejenige der Verarmungszone 201. Der Grund hierfür wird nun beschrieben. Da sich der p⁺-Halbleiterbereich 42a auf einem Potential von 1,5 V be­ findet und sich der n-Halbleiterbereich 12 auf einem Poten­ tial von 3 V befindet, liegt eine Sperrvorspannung von 1,5 V zwischen dem n-Halbleiterbereich 12 und dem p⁺-Halbleiter­ bereich 42a. Ferner erstreckt sich, da der n-Halbleiterbe­ reich 12 und der p⁺-Halbleiterbereich 42b dasselbe Potential aufweisen, die Verarmungszone 202 stark zur Seite des p⁺- Halbleiterbereichs 42a hin. Die Breite der Verarmungszone, die sich auf den beiden Seiten des pn-Übergangs zwischen dem p-Halbleiterbereich 52 und dem n-Halbleiterbereich 12 er­ streckt, wird um so schmaler, je näher ihr entsprechender Abschnitt am p⁺-Halbleiterbereich 42b liegt. Auf der Seite des p⁺-Halbleiterbereichs 42b entspricht die Breite derjeni­ gen der Verarmungszone, wie sie im thermischen Gleichge­ wichtszustand vorliegt.

Nachfolgend wird die Halbleiter-Oberfläche beschrieben. Als erstes wird die Oberfläche auf dem p-Halbleiterbereich 51 beschrieben. Wenn die Elektrode 71a und der mit ihr in Kon­ takt stehende elektrische Leiter 91 auf Massepotential lie­ gen und die Elektrode 71b ein Potential von 1,5 V hat, weist der p-Halbleiterbereich 51 eine solche Potentialverteilung auf, daß sein rechtes Ende auf Massepotential liegt und sich sein linkes Ende auf einem Potential von 1,5 V befindet. Im Ergebnis wird zwischen der Oberfläche am rechten Ende des p-Halbleiterbereichs 51 und dem elektrischen Leiter 91 keine elektrische Feldwirkung erzielt. Zwischen dem elektrischen Leiter 91 mit negativem Potential von 1,5 V in bezug auf die Oberfläche am linken Ende und dieser Oberfläche am linken Ende wird jedoch elektrische Feldwirkung erzielt. Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, wird daher auf dem p-Halbleiterbe­ reich eine Anreicherungszone 301 mit darin angesammelten Lö­ chern ausgebildet. Diese Anreicherungszone 301 wird ausge­ prägt, wenn im p-Halbleiterbereich 51 weiter nach links fortgeschritten wird. In Fig. 6 repräsentiert V_G das Poten­ tial des elektrischen Leiters 91, der tatsächlich ein nega­ tives Potential in bezug auf den p-Halbleiterbereich 51 auf­ weist.

Die Verarmungszone, die sich im p-Halbleiterbereich 51 er­ streckt, der als Piezo-Widerstandselement wirkt, verschmä­ lert den Kanal, durch den ein Strom fließt, und sie erhöht demgemäß den Widerstandswert. Jedoch wirkt die auf dem p- Halbleiterbereich 51 ausgebildete Anreicherungszone so, daß sie den Widerstandswert verringert. Insgesamt ist daher die Änderung des Widerstandswerts aufgehoben.

Nun wird die Oberfläche auf dem n-Halbleiterbereich 11 be­ schrieben. Wenn der elektrische Leiter 91 auf Massepotential steht und die Elektrode 71c ein Potential von 1,5 V hat, be­ findet sich der n-Halbleiterbereich 11 auf dieselbe Weise auf einem Potential von 1,5 V. Im Ergebnis wird zwischen der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 11 und dem elektrischen Leiter 91 elektrische Feldwirkung erzielt. Wie es in Fig. 7 dargestellt ist, ist daher eine an Elektronen verarmte Ver­ armungszone 201 auf dem n-Halbleiterbereich 11 ausgebildet. In Fig. 7 repräsentiert V_G das Potential des elektrischen Leiters 91, der effektiv negatives Potential in bezug auf den n-Halbleiterbereich 11 aufweist. Da sich diese Verar­ mungszone 201 in keinem Stromkanal befindet, wird sie für die Werte der die Brücke bildenden Widerstandselemente uner­ heblich. Daher wird auf die Verbesserung der Genauigkeit oder Zuverlässigkeit kein schlechter Einfluß ausgeübt.

Vorstehend wurde der Betrieb des in RgT2 enthaltenen Piezo- Widerstandselements 51 unter Bezugnahme auf die in den Fig. 5, 6 und 7 in Klammern stehenden Bezugszeichen beschrieben. Es ist zu beachten, daß der Betrieb des in RgL1 enthaltenen Piezo-Widerstandselements 52 weggelassen wird, da Teile mit nicht in Klammern stehenden Bezugszeichen solchen entspre­ chen, die in den Fig. 5, 6 und 7 in Klammern angegeben sind, wobei die Funktionen ähnliche sind.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Betrieb von Fig. 4 veran­ schaulicht, auf die bei der Beschreibung der Erfindung Bezug genommen wurde, und zwar für den Fall, daß die p⁺-Halblei­ terbereiche 61 und 62 mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentra­ tion weggelassen sind, wobei es sich um eine schematische Schnittansicht für den Fall handelt, daß eine Spannung an in Reihe geschaltete Widerstandselemente angelegt wird. Wenn der Elektrodenanschluß 101 mit Massepotential verbunden wird und 2 V an den Elektrodenanschluß 102 angelegt werden, wird das Potential des Elektrodenanschlusses 1,5 V, vorausge­ setzt, daß die Piezo-Widerstandselemente denselben Wert auf­ weisen. In diesem Fall breitet sich eine Verarmungszone 201 zu den beiden Seiten eines pn-Übergangs aus, der zwischen einem n-Halbleiterbereich 10 und einem p-Halbleiter gebildet ist, der die p⁺-Halbleiterbereiche 41a und 41b und das Piezo-Widerstandselement 51 enthält. Die Verarmungszone 201 weist eine andere Form als die Verarmungszone 202 auf, die sich auf den beiden Seiten eines pn-Übergangs erstreckt, der zwischen einem n-Halbleiterbereich 10 und einem p-Halbleiter ausgebildet ist, der die p⁺-Halbleiterbereiche 42a und 42b und das Piezo-Widerstandselement 52 enthält. Grundsätzlich können die Werte der Piezo-Widerstandselemente 51 und 52 nicht so eingestellt werden, daß sie einem vorgegebenen Wert entsprechen.

Der Grund hierfür wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Fig. 9 zeigt den Fall, daß sich 71a auf Massepotential befindet und 71b und 71c auf einem Potential von 3 V liegt, entsprechend demjenigen des Elektrodenanschlusses 102. Als erstes wird das Innere des Halbleiters beschrieben. Der n-Halbleiterbereich 10 befindet sich auf einem Potential von 3 V und der p⁺-Halbleiterbe­ reich 41a befindet sich auf Massepotential. Zwischen dem n-Halbleiterbereich 10 und dem p⁺-Halbleiterbereich 41a liegt daher eine Sperrvorspannung von 3 V an. Jedoch befin­ det sich der n-Halbleiterbereich 10 auf 3 V und der p⁺-Halb­ leiterbereich 41b befindet sich auf 1,5 V. Daher breitet sich die Verarmungszone 201 stark zur Seite des p⁺-Halblei­ terbereichs 41a aus. Die Breite der Verarmungszone, die sich zu den beiden Seiten des pn-Übergangs ausbreitet, der zwi­ schen dem p-Halbleiterbereich 51 und dem n-Halbleiterbereich 10 ausgebildet ist, wird um so schmaler, je näher ein ent­ sprechender Abschnitt am p⁺-Halbleiterbereich 41b liegt. Auf der Seite des p⁺-Halbleiterbereichs 41b wird die Breite die­ jenige Breite der Verarmungszone, die mittels einer Sperr­ vorspannung von 1,5 V ausgebildet ist. Unter derartigen Ver­ armungszonen ist die sich in den n-Halbleiterbereich er­ streckende Verarmungszone für den Widerstandswert unerheb­ lich. Die sich in den als Piezo-Widerstandselement wirkenden p-Halbleiterbereich 51 erstreckende Verarmungszone engt den Kanal ein, durch den Strom fließt, und sie erhöht demgemäß den Widerstandswert. Fig. 10 zeigt den Fall, daß sich 72a auf einem Potential von 1,5 V befindet und 72b und 72c auf einem Potential von 3 V liegen, entsprechend demjenigen des Elektrodenanschlusses 102. Da sich der n-Halbleiterbereich 10 auf einem Potential von 3 V befindet und sich der p⁺- Halbleiterbereich 42a auf einem Potential von 1,5 V befin­ det, liegt eine Sperrvorspannung von 1,5 V zwischen dem n-Halbleiterbereich 10 und dem p⁺-Halbleiterbereich 42a. Da sich der n-Halbleiterbereich 10 auf einem Potential von 3 V befindet und sich der p⁺-Halbleiterbereich 42b auf einem Potential von 3 V befindet, breitet sich jedoch die Verar­ mungszone 202 stark zur Seite des p⁺-Halbleiterbereichs 42a aus. Die Breite der Verarmungszone, die sich zu den beiden Seiten des pn-Übergangs erstreckt, der zwischen dem p-Halb­ leiterbereich 51 und dem n-Halbleiterbereich 10 ausgebildet ist, wird um so schmaler, je näher ein entsprechender Ab­ schnitt am p⁺-Halbleiterbereich 42b liegt. Auf der Seite des p⁺-Halbleiterbereichs 42b wird die Breite die Breite der Verarmungszone, wie sie im thermischen Gleichgewichtszustand vorliegt.

Wie bisher beschrieben, unterscheidet sich die Breite der Verarmungszone 201 stark von derjenigen der Verarmungszone 202. Insbesondere ist die Breite der Verarmungszone, die sich in den als Piezo-Widerstandselement wirkenden p-Halb­ leiterbereich 51 hinein erstreckt, breiter als die Breite der sich in den p-Halbleiterbereich 52 hinein erstreckenden Verarmungszone. Selbst wenn Widerstandselemente ausgebildet werden, die schließlich dieselbe Diffusionsform aufweisen, wird der Widerstandswert des p-Halbleiterbereichs 51 höher als derjenige des p-Halbleiterbereichs 52. Selbst wenn kein Druck anliegt, ist daher das Gleichgewicht der in Fig. 3 dargestellten Widerstandsbrückenschaltung verloren, und dem­ gemäß wird kein Drucksensor mit hoher Genauigkeit erhalten.

Nachfolgend wird die Halbleiter-Oberfläche beschrieben. Als erstes ist festzustellen, daß die Oberfläche auf den p-Halb­ leiterbereichen 51 und 52 nahezu dieselbe ist wie die, die unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, weswegen sie hier nicht mehr beschrieben wird. Es wird nun die Oberfläche auf dem n-Halbleiterbereich 10 beschrieben. Wenn sich der elektrische Leiter 91 auf Massepotential be­ findet und sich die Elektrode 71c auf einem Potential von 3 V befindet, befindet sich der n-Halbleiterbereich 10 auf dieselbe Weise auf einem Potential von 3 V. Im Ergebnis wird elektrische Feldwirkung von 3 V zwischen der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 10 und dem elektrischen Leiter 91 er­ zielt. Wie es in Fig. 9 dargestellt ist, wird daher eine an Elektronen verarmte Verarmungszone 201 auf dem n-Halbleiter­ bereich 10 direkt unter dem elektrischen Leiter 91 ausgebil­ det. Wie es in Fig. 10 dargestellt ist, befindet sich jedoch der elektrische Leiter 92 auf einem Potential von 1,5 V, und der n-Halbleiterbereich 10 befindet sich auf einem Potential von 3 V. Zwischen der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 10 und dem elektrischen Leiter 91 kommt es zur Wirkung eines elektrischen Felds von 1,5 V. Daher wird die Breite der Ver­ armungszone 202 auf der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 10 schmaler als die der Verarmungszone 201. Da der Leckstrom z. B. proportional zum Volumen der Verarmungszone ist, wird der Leckstrom des Widerstandselements mit dem p-Halbleiter­ bereich 51 größer als der des Widerstandselements mit dem p-Halbleiterbereich 52. So wird hinsichtlich der Leckströme der die Brücke bildenden Widerstandselemente ein Ungleich­ gewicht hervorgerufen. Im Ergebnis wird auf die Verbesserung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit ein schlechter Ein­ fluß ausgeübt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiter-Verbundsensors beschrieben. Die Fig. 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G, 11H, 11I und 11J zeigen jeweils aufeinanderfolgende Verarbeitungsschritte eines Her­ stellverfahrens für den in Fig. 1 dargestellten erfindungs­ gemäßen Halbleiter-Verbundsensor. Wie es in Fig. 11a darge­ stellt ist, wird ein Si-Wafer mit einem n-Halbleiterbereich 10, der durch Epitaxiewachstum auf einem p-Halbleiterbereich 30 ausgebildet wurde, zunächst thermischer Oxidation unter­ zogen, um einen Siliziumdioxidfilm 80 auf der Vorderseite und einen Siliziumdioxidfilm 89a auf der Rückseite auszubil­ den. Wie es in Fig. 11B dargestellt ist, werden Öffnungen in Abschnitten des Siliziumdioxidfilms 80 auf der Vorderseite unter Verwendung einer herkömmlichen Photoätztechnik herge­ stellt. In die Öffnungen 611 werden Fremdstoffe wie Bor un­ ter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens oder eines thermischen Diffusionsverfahrens eindotiert. Die p⁺-Halblei­ terbereiche 61, die jeweils hohe Fremdstoffkonzentration aufweisen, werden dergestalt ausgebildet, daß sie mit dem p-Halbleiterbereich 30 verbunden sind. Wie es in Fig. 11C dargestellt ist, werden dann Öffnungen in Abschnitten des Siliziumdioxidfilms 80 auf der Vorderseite unter Verwendung der herkömmlichen Photoätztechnik hergestellt. In die Öff­ nungen 411a und 411b werden Fremdstoffe wie Bor unter Ver­ wendung des Ionenimplantationsverfahrens oder des thermi­ schen Diffusionsverfahrens eindotiert. So werden die p⁺- Halbleiterbereiche 41a und 41b mit jeweils hoher Fremdstoff­ konzentration ausgebildet. Wie es in Fig. 11D dargestellt ist, werden dann in Abschnitten des Siliziumdioxidfilms 80 an der Vorderseite unter Verwendung der herkömmlichen Photo­ ätztechnik Öffnungen hergestellt. In die Öffnungen 210 wer­ den Fremdstoffe wie Phosphor unter Verwendung des Ionenim­ plantationsverfahrens oder des thermischen Diffusionsverfah­ rens eindotiert. Die n⁺-Halbleiterbereiche 21, die jeweils hohe Fremdstoffkonzentration aufweisen, werden auf diese Weise ausgebildet. Wie es in Fig. 11E dargestellt ist, wer­ den dann unter Verwendung einer herkömmlichen Photoätztech­ nik Öffnungen im Siliziumdioxidfilm 80 an der Vorderseite hergestellt. In die Öffnungen 511 werden Fremdstoffe wie Bor unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens oder des thermischen Diffusionsverfahrens eindotiert. Der p-Halblei­ terbereich 51, der als Piezo-Widerstandselement wirkt, wird auf diese Weise hergestellt. Wie es in Fig. 11F dargestellt ist, wird ein elektrischer Leiterfilm 90 wie ein polykri­ stalliner Siliziumfilm oder ein sogenannter dotierter, poly­ kristalliner Siliziumfilm, der Fremdstoffe wie Phosphor oder Bor enthält, anschließend auf dem Siliziumdioxidfilm 80 an der Vorderseite unter Verwendung eines CVD-Verfahrens mit Monosilan als Hauptausgangsstoff, mittels des Plasma-CVD- Verfahrens oder des mikrowellen-unterstützen Plasma-CVD-Ver­ fahrens herstellt. An der Rückseite wird ein Siliziumnitrid­ film 89 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens herge­ stellt. Wie es in Fig. 11G dargestellt ist, wird dann der an der Vorderseite hergestellte elektrische Leiterfilm 90 unter Verwendung der herkömmlichen Photoätztechnik so bearbeitet, daß elektrische Leiterfilme 91 mit jeweils vorgegebener Grö­ ße ausgebildet sind. In den an der Halbleiter-Vorderseite ausgebildeten Siliziumdioxidfilmen werden in Abschnitten der Halbleiterbereiche 61, 41a, 41b und 21, die jeweils hohe Fremdstoffkonzentration aufweisen, Öffnungen 610, 410a, 410b und 210 ausgebildet. Wie es in Fig. 11H dargestellt ist, wird ein Metall wie Aluminium auf die Halbleiterbereiche mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentration in den obenangegebenen Öffnungen unter Verwendung eines herkömmlichen Sputterver­ fahrens aufgebracht. Die Elektroden 70, 71a, 71b und 71c werden unter Verwendung eines Photoätzverfahrens so ausge­ bildet, daß sie jeweilige, vorgegebene Formen aufweisen. Wie es in Fig. 111 dargestellt ist, wird mindestens ein Ab­ schnitt des Siliziumnitridfilms 89b und des Siliziumdioxid­ films 89a an der Rückseite, der unmittelbar unter dem Piezo- Widerstandselement liegt, unter Verwendung des herkömmlichen Photolithographie- oder Trockenätzverfahrens bearbeitet. So wird eine Öffnung 300 im p-Halbleiterbereich 30 hergestellt.

Abschließend wird, wie es in Fig. 11J dargestellt ist, der p-Halbleiterbereich 30 unter Verwendung eines Naßätzverfah­ rens mit alkalischer Lösung oder eines Trockenätzverfahrens geätzt, um einen Halbleiter-Verbundsensor herzustellen.

Fig. 12 und 13 sind Draufsichten auf Muster, wie sie an der Oberfläche des in Fig. 3 dargestellten Piezo-Widerstandsele­ ments erkennbar sind. Fig. 12 entspricht RgL1 und RgL2 von Fig. 2, wohingegen Fig. 13 RgT1 und RgT2 von Fig. 3 ent­ spricht. Was in den Fig. 12 und 13 angegebene Bezugszeichen entspricht, werden Teile mit Bezugszeichen, die solchen ent­ sprechen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, nicht beschrieben. In Fig. 12 ist das Piezo-Widerstandselement 51 des in Fig. 1 dargestellten p-Halbleiterbereichs in drei Teile unterteilt: 51a, 51b und 51c. Ferner sind p⁺-Halblei­ terbereiche 451a und 451b mit jeweils hoher Fremdstoffkon­ zentration neu hinzugefügt, um 51a mit 51b sowie 51b mit 51c zu verbinden. Wie es in Fig. 12 dargestellt ist, ist der n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkonzentration so ausgebildet, daß er die p-Halbleiterbereiche 51a, 51b und 51c sowie die p⁺-Halbleiterbereiche 41a, 41b, 451a und 451b über den n-Halbleiterbereich 11 umgibt. Selbst wenn die Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 11 auf den p-Typ inver­ tiert sein sollte, verhindert eine derartige Anordnung das Auftreten der Schwierigkeit, daß die Piezo-Widerstandsele­ mente 51, 51b und 51c miteinander verbunden werden und sich demgemäß der Widerstand beträchtlich verringert. Ferner ist der elektrische Leiter 91 mit der Elektrode 71a verbunden, und die Elektroden 71b und 71c sind isoliert, während sich der elektrische Leiter 91 und die Elektrode 71a auf demsel­ ben Potential befinden. Wie es aus der Oberfläche des elek­ trischen Leiters 91 erkennbar ist, bedeckt dieser die Ober­ flächen der Piezo-Widerstandselemente 51a, 51b und 51c sowie des n-Halbleiterbereichs 11. Daher können Ladungen aufgrund der äußeren Umgebung, wie durch Wasserdampf oder andere Ver­ unreingungen hervorgerufen, abgeschirmt werden, wodurch hohe Zuverlässigkeit erzielt wird.

In Fig. 13 ist das Piezo-Widerstandselement 52 des in Fig. 1 dargestellten p-Halbleiterbereichs in vier Teile unterteilt, nämlich 52a, 52b, 52c und 52d. Ferner sind p⁺-Halbleiterbe­ reiche 452a, 452b und 452c mit jeweils hoher Fremdstoffkon­ zentration neu hinzugefügt, um 52a mit 52b, 52b mit 52c bzw. 52c mit 52d zu verbinden. Andere Vorgänge sind dieselben, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben wurden, und sie werden hier nicht wiederholt beschrieben.

Die Fig. 14 bis 16 sind Schnittansichten, die ein zweites, drittes bzw. viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zei­ gen. Hinsichtlich dieser Figuren werden Komponenten, die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, nicht mehr beschrieben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 zur Erfindung wurden Merkmale und Funktionen der Erfindung im einzelnen beschrieben. Anstelle der in Fig. 1 gemäß der Er­ findung dargestellten p⁺-Halbleiterbereiche 61 und 62 können Isolatoren 611 und 621 verwendet werden, wie sie in Fig. 14 dargestellt sind. Wenn sich aufgrund des Vorliegens der Iso­ latoren der Elektrodenanschluß 101 auf Massepotential befin­ det und eine Spannung von 3 V an den Elektrodenanschluß 102 angelegt wird, wird die Potentialdifferenz zwischen dem n- Halbleiterbereich 11 und dem p⁺-Halbleiterbereich 41a mit hoher Fremdstoffkonzentration 1,5 V, und die Potentialdiffe­ renz zwischen dem n-Halbleiterbereich 12 und dem p⁺-Halblei­ terbereich 42a mit hoher Fremdstoffkonzentration wird eben­ falls 1,5 V. So kann ein Halbleiter-Verbundsensor mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.

In Fig. 1, die das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, sind die elektrischen Leiter 91 und 92 mit jeweils Abschirmungsfunktion unter den Elektroden 71a bzw. 72a aus­ gebildet. Selbst wenn elektrische Leiter 911 und 921 über den Elektroden 71a bzw. 72a ausgebildet werden, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, können die Wirkungen gemäß der Er­ findung erzielt werden. Da in diesem Fall die elektrischen Leiter angebracht werden können, nachdem die Elektroden 71a und 72a angebracht wurden, können die Verarbeitungsschritte bei der Halbleiter-Herstellung vereinfacht werden.

Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung der in Fig. 14 dargestellten Isolatoren 611 und 621 und der je­ weils über den Elektroden 71a und 72a ausgebildeten elektri­ schen Leiter 911 bzw. 921. Gemäß jeder der Fig. 14 bis 16 ist ein hochgenauer und hochzuverlässiger Halbleiter-Ver­ bundsensor erzielbar, wobei es sich um ein Merkmal der Er­ findung handelt.

Fig. 17 ist eine Draufsicht, die ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines Kontaktabschnitts eines Piezo-Widerstandsele­ ments zeigt. Fig. 18 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A′ in Fig. 17. Im in den Fig. 17 und 18 dargestell­ ten Kontaktabschnitt sind die Elektrode 71b und die Elektro­ de 71c, die, wie in Fig. 1 dargestellt, mit demselben Poten­ tial versorgt werden, als gemeinsame Elektrode 71 ausgebil­ det. Wie es in Fig. 17 dargestellt ist, ist die Elektrode 71 vom elektrischen Leiter 91 isoliert. Wie es in Fig. 18 dar­ gestellt ist, ist der n⁺-Halbleiterbereich 21 mit hoher Fremdstoffkonzentration mit dem p⁺-Halbleiterbereich 41b verbunden. Wenn so vorgegangen wird, ist der Vorteil erziel­ bar, daß die Elektroden leicht herausgeführt werden können.

Fig. 19 ist eine Draufsicht, die ein zweites Ausführungsbei­ spiel eines Kontaktabschnitts eines Piezo-Widerstandsele­ ments zeigt. Fig. 20 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′ in Fig. 19. Auch bei dem in den Fig. 19 und 20 dargestellten Kontaktabschnitt sind die Elektrode 71b und die Elektrode 71c, die, wie in Fig. 1 dargestellt, mit dem­ selben Potential verbunden sind, als gemeinsame Elektrode 71 ausgebildet. Wie es in Fig. 19 dargestellt ist, ist die Elektrode 71 gegen den elektrischen Leiter 91 isoliert. Wie es in Fig. 20 dargestellt ist, ist der n⁺-Halbleiterbereich 21 flacher als der p⁺-Halbleiterbereich 41b ausgebildet, und der n⁺-Halbleiterbereich 21 ist mit dem p⁺-Halbleiterbereich 41b verbunden. Durch diese Vorgehensweise wird nicht nur der Vorteil erzielt, daß Elektroden leicht herausgeführt werden können, sondern auch derjenige, daß der Typ des Bereichs mit hoher Fremdstoffkonzentration, der nicht durch eine Elektro­ de bedeckt ist, nur der n-Typ sein kann. So kann höhere Zu­ verlässigkeit erzielt werden. Der Grund hierfür wird nun be­ schrieben. Was die Fremdstoffkonzentration betrifft, kann ein n-Halbleiterbereich mit höherer Fremdstoffkonzentration ausgebildet werden als ein p-Halbleiterbereich. In Isolier­ filmen existieren schädliche Substanzen wie Natriumionen, die positive Ladungen tragen. An der Oberfläche des n⁺-Halb­ leiterbereichs mit hoher Fremdstoffkonzentration wird eine sogenannte Anreicherungszone mit mehr Elektronen als im Sub­ strat ausgebildet. Dies führt zum Vorteil, daß die Gefahr einer Zunahme des Leckstroms oder des Auftretens eines Un­ gleichgewichts in der Widerstands-Brückenschaltung vollstän­ dig beseitigt ist.

Fig. 21 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines fünften Aus­ führungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Hinsicht­ lich Fig. 21 werden Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 nicht beschrieben. In Fig. 1, die das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, sind die als Ab­ schirmungsschicht dienenden elektrischen Leiter 91 und 92 mit den Elektroden 71a und 72a verbunden, d. h. den Elektro­ den auf der Seite des niedrigeren Potentials der zwei in Reihe geschalteten Piezo-Widerstandselemente. Das in Fig. 21 dargestellte Ausführungsbeispiel verfügt über das Merkmal, daß der elektrische Leiter 91 mit den Elektroden auf der Seite des hohen Potentials verbunden ist. Wenn der elektri­ sche Leiter 91 mit den Elektroden auf der Seite des niedri­ gen Potentials verbunden ist, entstehen Verarmungszonen an der Oberfläche des n-Halbleiters, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde. Wenn der elektrische Leiter 91 mit den Elektroden auf der Seite des hohen Potentials ver­ bunden ist, entstehen keine Änderungen hinsichtlich der Aus­ breitung der Verarmungszonen 201, 211, 202 und 212 innerhalb des Halbleiters, jedoch besteht ein Unterschied dahingehend, daß sich an der Oberfläche des n-Halbleiters eine Anreiche­ rungszone ausbildet. Einzelheiten hierzu werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 22 bis 24 beschrieben. Fig. 22 zeigt den Fall, daß sich 71a auf Massepotential befindet und an 71b und 71c ein Potential von 1,5 V liegt. Das Innere des Halbleiters ist identisch mit dem, was unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde, und diese Beschreibung wird nicht wiederholt.

Nun wird die Halbleiter-Oberfläche beschrieben, die sich von der in Fig. 5 unterscheidet. Als erstes wird die Halbleiter- Oberfläche auf dem p-Halbleiterbereich 51 beschrieben. Wenn sich sowohl die Elektrode 71b als auch der elektrische Lei­ ter 91, der mit dieser in Kontakt steht, auf einem Potential von 1,5 V befinden und die Elektrode 71a Massepotential hat, hat der p-Halbleiterbereich 51 eine solche Potentialvertei­ lung, daß sich sein rechtes Ende auf dem Massepotential be­ findet und sich sein linkes Ende auf dem Potential von 1,5 V befindet. Im Ergebnis wird zwischen der Oberfläche am linken Ende des p-Halbleiterbereichs 51 und dem elektrischen Leiter 91 keine Wirkung eines elektrischen Felds erzielt. Jedoch wird die Wirkung eines elektrischen Felds zwischen dem elek­ trischen Leiter 91 mit positivem Potential von 1,5 V in be­ zug auf die Oberfläche am rechten Ende sowie dieser Oberflä­ che am rechten Ende erzielt. Wie es in Fig. 23 dargestellt ist, bildet sich daher auf dem p-Halbleiterbereich eine Ver­ armungszone 221 aus, die an Löchern verarmt ist. Diese Ver­ armungszone 221 wird wesentlich, wenn man sich näher an der rechten Seite des p-Halbleiterbereichs 51 befindet. In Fig. 23 repräsentiert V_G das Potential des elektrischen Leiters 91, das tatsächlich ein positives Potential in bezug auf das des p-Halbleiterbereichs 51 ist.

Nun wird die Halbleiter-Oberfläche auf dem n-Halbleiterbe­ reich 11 beschrieben. Wenn sowohl der elektrische Leiter 91 als auch die Elektroden 71b und 71b ein Potential von 1,5 V aufweisen, befindet sich der n-Halbleiterbereich 11 auf die­ selbe Weise auf dem Potential von 1,5 V. Im Ergebnis wird zwischen der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs 11 und dem elektrischen Leiter 91 keine elektrische Feldwirkung er­ zielt. Jedoch befindet sich die Oberfläche der Verarmungs­ zone 201 auf einem Potential zwischen dem Massepotential und 1,5 V. Der Bereich zwischen der Oberfläche der Verarmungs­ zone 201 und dem elektrischen Leiter 91 kann als Anreiche­ rungszone 311 angesehen werden, in der Elektronen angerei­ chert sind und die auf dem n-Halbleiterbereich 11 ausgebil­ det ist, wie es in Fig. 24 dargestellt ist. Anders gesagt, wirkt der elektrische Leiter 91 so, daß er die Ausbreitung der Verarmungszone an der Oberfläche des n-Halbleiterbe­ reichs begrenzt. In Fig. 24 repräsentiert V_G das Potential des elektrischen Leiters 91, der tatsächlich positives Po­ tential in bezug auf den n-Halbleiterbereich 11 aufweist. Da diese Anreicherungszone 311 so wirkt, daß sie p-Inversion an der Oberfläche des n-Halbleiterbereichs verhindert, wird verhindert, daß mehrere als Piezo-Widerstandselemente die­ nende p-Halbleiterbereiche miteinander verbunden werden, wo­ durch verhindert wird, daß der Widerstandswert absinkt. Die­ se erscheinende Anreicherungszone ist für eine Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Wirkung.

Bezugszeichen innerhalb und außerhalb von Klammern, wie in den Fig. 22 bis 24 eingetragen, kennzeichnen Komponenten mit jeweils derselben Funktion. Wegen dieser Übereinstimmung werden Beschreibungsteile nicht wiederholt.

Fig. 25 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Hin­ sichtlich Fig. 25 werden Komponenten mit denselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 4 nicht beschrieben. In Fig. 4, die den Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung veran­ schaulicht, sind auf den Piezo-Widerstandselementen 51 und 52 Isolierfilme 83 bzw. 86 ausgebildet. Jedoch verfügt das in Fig. 25 dargestellte Ausführungsbeispiel über das Merk­ mal, daß auf den Piezo-Widerstandselementen n⁺-Halbleiter­ bereiche 210 und 220 mit jeweils hoher Fremdstoffkonzentra­ tion neu vorhanden sind. Ein Widerstandselement zum Erfassen des Differenzdrucks liegt unmittelbar unter den n⁺-Halblei­ terbereichen 210 und 220 mit jeweils hoher Fremdstoffkonzen­ tration. Daher können Schwankungen aufgrund der Außenatmo­ sphäre und des Potentials der zum Abschirmen vorhandenen elektrischen Leiter 91 und 92 unterdrückt werden. Außerdem kann die Ausbreitung von Verarmungszonen innerhalb aller die Brückenschaltung bildenden Halbleiter so eingestellt werden, daß dieselbe Form vorliegt, wie sie im einzelnen in Fig. 4 beschrieben wurde. So kann ein Halbleiter-Verbundsensor mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.

Fig. 26 ist ein Diagramm, das die Funktion von Fig. 25 ver­ anschaulicht, auf die beim Beschreiben des sechsten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung Bezug genommen wurde, nun für den Fall, daß die p⁺-Halbleiterbereiche 61 und 62 mit je­ weils hoher Fremdstoffkonzentration entfernt sind, und es handelt sich um eine schematische Schnittansicht für den Fall, daß eine Spannung von 3 V dadurch zwischen in Reihe geschaltete Piezo-Widerstandselemente gelegt wird, daß an den Elektrodenanschluß 101 das Massepotential gelegt wird und an den Elektrodenanschluß 102 eine Spannung von 3 V an­ gelegt wird. Die detaillierte Beschreibung zum Betrieb ist identisch mit der zu Fig. 8. Daher wird nun nur der Haupt­ punkt beschrieben. Da sich der n⁺-Halbleiterbereich 22 auf einem Potential von 3 V befindet, befindet sich auch der n-Halbleiterbereich 10 auf dem Potential von 3 V. Der p⁺- Halbleiterbereich 41a befindet sich auf Massepotential und der p⁺-Halbleiterbereich 42a befindet sich auf einem Poten­ tial von 1,5 V. Daher wird die Verarmungszone 201 breiter als die Verarmungszone 202. Die sich im p-Halbleiterbereich 51 erstreckende Verarmungszone ist breiter als die sich im p-Halbleiterbereich 52 erstreckende Verarmungszone. Selbst wenn Piezo-Widerstandselemente mit derselben Diffusionsform und derselben Verteilung der Fremdstoffkonzentration herge­ stellt werden, hat daher das Piezo-Widerstandselement 51 einen höheren Widerstandswert als das Piezo-Widerstandsele­ ment 52. Aufgrund dieses Ungleichgewichts hinsichtlich des Widerstands der Brückenschaltung ist es schwierig, die Ge­ nauigkeit zu verbessern.

Fig. 27 zeigt ein Beispiel eines Differenzdruckwandlers mit einem erfindungsgemäßen Halbleiter-Verbundsensor. In Fig. 27 bezeichnet die Zahl 700 ein Verbundsensor-Substrat mit einer Integration aus einem erfindungsgemäßen Differenzdrucksensor und einem Statikdrucksensor und einem Temperatursensor, auf die die Erfindung angewandt ist. Die Zahl 701 bezeichnet eine Sensormembran zum Trennen der Hochdruckseite von der Niederdruckseite, und 702a und 702b bezeichnen Abdichtungs­ membranen zum Abtrennen der Außenumgebung von einem Druck­ übertragungsmedium (wie Siliconöl), das innerhalb des Wand­ lers vorhanden ist und den Außendruck aufnimmt. Die Zahl 703 bezeichnet einen Hauptkörper des Verbundwandlers, mit einem SUS-Aufbau, und 704a und 704b bezeichnen Druckeinlaßstutzen. Die Zahl 705 bezeichnet eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Sensoren und zum Ausführen der Korrekturberechnungen. Unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Verbundsensors in diesem intel­ ligenten Verbundwandler können genaue Statikdruckwerte er­ faßt werden, die nicht vom Differenzdruck beeinflußt sind. Vom Differenzdrucksensor wird auch bei einem großen stati­ schen Druck von 100 Atmosphären (1 Atmosphäre = 10⁵ pA) oder mehr ein Ausgangssignal erhalten. Da genaue Statikdruckwerte bekannt sind, kann eine Korrektur mit hoher Genauigkeit er­ zielt werden. Die Genauigkeit bei der Differenzdruckerfas­ sung kann verbessert werden.

Beim Anwenden mindestens zweier miteinander verbundener Piezo-Widerstandselemente in einem Halbleiter-Verbundsensor mit einem Verbund aus einem Differenzdrucksensor unter Ver­ wendung piezoresistiver Meßelemente, eines Statikdrucksen­ sors und eines Temperatursensors ermöglicht es die Erfin­ dung, dieselben Anreicherungs- oder Verarmungszonen auf Piezo-Widerstandselementen auszubilden. Daher können auf Piezo-Widerstandselemente ausgeübte elektrische Einflüsse vermieden werden. Die dabei ausgebildeten Anreicherungs- und Verarmungszonen können in beiden Piezo-Widerstandselementen dieselbe Form aufweisen. Änderungen der Widerstandswerte, wie sie durch die Anreicherungs- oder Verarmungszonen her­ vorgerufen werden, können konstant gemacht werden. Ferner können Änderungen der Widerstandswerte, wie durch die Verar­ mungszonen hervorgerufen, konstant gemacht werden, da die Verarmungszonen in den beiden Piezo-Widerstandselementen mit derselben Form ausgebildet werden können.

Insbesondere dann, wenn mit den Piezo-Widerstandselementen eine Brückenschaltung auszubilden ist, ermöglicht es die Er­ findung, die Widerstandswerte der Piezo-Widerstandselemente mit hoher Genauigkeit einander anzugleichen. Dies ist in jeder Situation und bei jeder beim Gebrauch auftretenden Um­ gebung möglich. Daher ist es nicht erforderlich, eine Ein­ richtung für eine Korrektur des Ausgabesignals oder derglei­ chen in Betracht zu ziehen. Dadurch wird es möglich, alleine mittels des Kunstgriffs der speziellen Sensorkonfiguration einen hochgenauen, hochzuverlässigen Halbleiter-Verbundsen­ sor zu erzielen.

Claims (11)

1. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - mindestens zwei Piezo-Widerstandselemente (51, 52), die miteinander verbunden sind und die im wesentlichen dieselbe Form aufweisen, und
• - Halbleiterbereiche (21, 22) mit jeweils individuellen Po­ tentialwerten, die jeweils die zwei Piezo-Widerstandselemen­ te umgeben, wobei die Potentialdifferenzwerte zwischen den zwei Piezo-Widerstandselementen und den Widerstandsbereichen jeweils im wesentlichen konstant sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Piezo-Widerstandselemente (51, 52) in Reihe geschaltet sind.

3. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - mindestens zwei Piezo-Widerstandselemente (51, 52), die miteinander verbunden sind und auf demselben Verbundsensor­ substrat (700) angeordnet sind; und
• - Halbleiterbereiche (21, 22), die aus Halbleitern mit im wesentlichen identischen Eigenschaften bestehen, wobei die zwei Piezo-Widerstandselemente einzeln von den Halbleiter­ bereichen umgeben werden und die einzelnen Halbleiterberei­ che so angeordnet sind, daß sie zu keiner elektrischen Wech­ selwirkung führen und sie jeweilige Spannungsversorgungs­ anschlüsse (103, 102) aufweisen.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die zwei Piezo-Widerstandselemente (51, 52) in Reihe geschaltet sind, die Spannungsversorgungsanschlüsse (103, 102) mit Spannungen von verschiedenen Spannungsquellen versorgt werden.

5. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er vier Piezo-Widerstandselemente (50 - 53) aufweist, durch die eine Brückenschaltung gebildet ist, wobei der Spannungsver­ sorgungsanschluß (102), der gemeinsam für zwei Piezo-Wider­ standselemente (52, 53) unter den vier Piezo-Widerstandsele­ menten vorhanden ist, mit einer Spannung von derselben Span­ nungsversorgung versorgt wird.

6. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - vier miteinander in Form einer Brückenschaltung verbundene Piezo-Widerstandselemente (50 - 53), von denen mindestens zwei (51, 52) in Reihe geschaltet sind und im wesentlichen identische Form aufweisen; und
• - Halbleiterbereiche (21, 22) mit jeweils individuellen Po­ tentialwerten, die die zwei Piezo-Widerstandselemente (51, 52) umgeben, wobei die Potentialdifferenzen zwischen den zwei Piezo-Widerstandselementen und den Halbleiterbereichen im wesentlichen konstant sind.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbereiche (22, 23), die die Piezo-Widerstandsele­ mente (52, 53) umgeben, die, von der Spannungsquelle aus ge­ sehen, auf der positiven Seite liegen, mit im wesentlichen derjenigen Spannung versorgt werden, die den Piezo-Wider­ standselementen (52, 53) zugeführt wird, und die Halbleiter­ bereiche (20, 21), die die Piezo-Widerstandselemente (50, 51) umgeben, die auf der negativen Seite liegen, mit einer Spannung versorgt werden, die derjenigen entspricht, die den Piezo-Widerstandselementen auf der positiven Seite zugeführt wird, verringert um den Spannungsabfall an den auf der posi­ tiven Seite liegenden Piezo-Widerstandselementen.

8. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - vier miteinander in Form einer Brückenschaltung verbundene Piezo-Widerstandselemente (50-53) die auf demselben Ver­ bundsensorsubstrat (700) angeordnet sind und im wesentlichen identische Form aufweisen; und
• - Halbleiterbereiche (20-23) aus Halbleitern mit im we­ sentlichen identischen Eigenschaften, wobei die vier Piezo- Widerstandselemente einzeln von den Halbleiterbereichen um­ geben werden und die einzelnen Halbleiterbereiche so ange­ ordnet sind, daß sie keine elektrische Wechselwirkung her­ vorrufen, und sie jeweilige Spannungsversorgungsanschlüsse aufweisen, wobei die Halbleiterbereiche (22, 23), die die zwei Piezo-Widerstandselemente (52, 53) unter den die Brüc­ kenschaltung bildenden vier Piezo-Widerstandselementen um­ geben, die auf der Hochpotentialseite eines Eingangsan­ schlusses liegen, mit einer Spannung von einer Spannungs­ quelle versorgt werden, und die Halbleiterbereiche (20, 21), die die zwei Piezo-Widerstandselemente (50, 51) umgeben, die auf der Niederpotentialseite des Eingangsanschlusses liegen, mit einer Spannung versorgt werden, die der von der Span­ nungsquelle gelieferten Spannung entspricht, vermindert um den Spannungsabfall an den auf der Hochpotentialseite des Eingangsanschlusses liegenden Piezo-Widerstandselementen (52, 53).

9. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - mindestens zwei identische, in Reihe geschaltete Piezo- Widerstandselemente (51, 52), die auf einem aus Halbleitern bestehenden Verbundsensorsubstrat (700) angeordnet sind; und
• - Elektroden auf der jeweiligen negativen Seite der zwei Piezo-Widerstandselemente oder zu diesen Elektroden leiten­ den elektrischen Leitern (91, 92), wobei diese Elektroden oder diese elektrischen Leiter so angeordnet sind, daß sie die Piezo-Widerstandselemente bedecken.

10. Halbleiter-Verbundsensor, gekennzeichnet durch:

• - mindestens zwei identische, in Reihe geschaltete Piezo- Widerstandselemente (51, 52), die auf einem aus Halbleitern bestehenden Verbundsensorsubstrat (700) angeordnet sind; und
• - Elektroden auf der jeweiligen positiven Seite der zwei Piezo-Widerstandselemente oder zu diesen Elektroden leiten­ den elektrischen Leitern (91, 92), wobei diese Elektroden oder diese elektrischen Leiter so angeordnet sind, daß sie die Piezo-Widerstandselemente bedecken.

11. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

• - mindestens zwei im wesentlichen identische, in Reihe ge­ schaltete Piezo-Widerstandselemente (51, 52), die auf einem aus Halbleitern bestehenden Verbundsensorsubstrat (700) an­ geordnet sind; und
• - Halbleiterbereichen (210, 220) von einem Leitungstyp, der zu dem der Piezo-Widerstandselemente entgegengesetzt ist, und die jeweils eine Fremdstoffkonzentration aufweisen, die höher als die der Piezo-Widerstandselemente ist, wobei diese Halbleiterbereiche so angeordnet sind, daß sie die Piezo- Widerstandselemente bedecken.