[发明专利]半导体混成传感器和差压发送器

说明书

发明领域

本发明涉及用来检测化工厂、钢铁厂和发电厂内流速或压力的传感器，特别是涉及可靠性能好的半导体混成传感器，其即使经过长时间使用也能保持高检测精度。

背景技术

对于利用硅压阻效应的压力传感器，此前已经开发出各种技术。

例如，作为一种在用于提供p-n分离的同一n型半导体区域内形成两个压阻元件的结构，在Susumu Sugiyama等人发表于《第三届传感器专题论文集》(PROCEEDINGS OF THE 3RD SENSORSYMPOSIUM(1983))上的“芯片电路系统形式的超小型压阻应力和压力传感器”(Miniature Piezoresistive Strain and PressureSensors with On-Chip Circuittry)一文中对其作了描述。

作为普通技术的另一个实例，在JP-A-3-76139(UM)中揭示了一种相似的结构。而且，在JP-B-60-32993(对应于1975年10月6日提交的美国专利No.619,866)中还揭示了一种利用压阻效应的半导体压力传感器。

但是，在这些技术中，两个压阻元件在电势相同的n型衬底上串联连接。因此，电阻区域与衬底之间的电势差与压阻元件之间的电势差不同。由于衬底施加在电阻区域的电势的影响不同，所以很难做到相同的阻值。

发明内容

本发明的目标是提供一种检测精度高而可靠性能好的半导体混成传感器。

按照本发明，半导体混成传感器包括：至少两个检测区域，每个检测区域包括：具有第一p型半导体区域和形成于所述第一p型半导体区域上的第一n型半导体区域的传感器衬底；具有形成于所述第一n型半导体区域一部分内的第二p型半导体区域并且电阻值随所施加压力而变化的压阻元件；包围所述压阻元件以延伸通过所述第一n型半导体区域并且与所述第一p型半导体区域相连的分隔装置；所述检测区域内的压阻元件串联连接；并且每个压阻元件具有适于与较高电势相连的第一电极和适于与较低电势相连的第二电极，所述第一电极还与相连检测区域内的所述第一n型半导体区域连接。

按照本发明的另一方面，一种差压发送器包含：分别引入低压和高压的低侧压力入口和高侧压力入口；包括检测物理量的传感器的混成传感器衬底，物理量包括尘埃压、静压和温度；密封隔膜和压力传输介质，引入的低侧和高侧压力分别经它们被送至所述混成传感器衬底，所述混成传感器衬底包括：至少两个检测区域，每个检测区域包括：具有第一p型半导体区域和形成于所述第一p型半导体区域上的第一n型半导体区域的传感器衬底；具有形成于所述第一n型半导体区域一部分内的第二p型半导体区域并且电阻值随所施加压力而变化的压阻元件；包围所述压阻元件以延伸通过所述第一n型半导体区域并且与所述第一p型半导体区域相连的分隔装置；所述检测区域内的压阻元件串联连接；并且每个压阻元件具有适于与较高电势相连的第一电极和适于与较低电势相连的第二电极，所述第一电极还与相连检测区域内的所述第一n型半导体区域连接。

因此获得了不仅是精度高而且可靠性也好并抑制了输出漂移的半导体混成传感器。而且，在形成电桥电路中，所有的压阻元件、包围压阻元件的半导体区域以及位于压阻元件上的电极都是相同的并工作在同一电压条件下。由此可以在任何应用条件和环境下使阻值相等。所以不必采用输出校正电路，并获得了高精度、高可靠性的半导体混成传感器。

附图简述

图1为表示本发明第一实施例的剖面图；

图2为表示本发明第一实施例应用实例的电路图；

图3为表示本发明第一实施例应用实例的电路图；

图4为表示本发明第一实施例操作的示意图；

图5为详细表示本发明第一实施例操作的示意图；

图6为表示本发明第一实施例p型层表面的能带图；

图7为表示本发明第一实施例n型层表面的能带图；

图8为表示不采用本发明第一实施例情况下操作的示意图；

图9为表示图8中反向偏压较高情况下操作的详细示意图；

图10为表示图8中反向偏压较低情况下操作的详细示意图；

图11A-11J为表示图1所示第一实施例制造工艺的剖面图；

图12为用于本发明的第一电阻器的顶视图；

图13为用于本发明的第二电阻器的顶视图；

图14为表示本发明第二实施例的剖面图；

图15为表示本发明第三实施例的剖面图；

图16为表示本发明第四实施例的剖面图；