DE4309207C2 - Halbleitervorrichtung mit einem piezoresistiven Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einem piezoresistiven Drucksensor, der eine Membran aufweist, die durch eine (z. B. N^-) leitende Epitaxial­ schicht gebildet ist, die auf einem leitenden Halbleitersubstrat entgegenge­ setzter (z. B. P^-) Leitfähigkeit aufgebracht ist, wobei an der vom Halbleitersubstrat
abgewandten Membranaußenfläche wenigstens ein Piezowiderstand eingebracht ist und die Membraninnenfläche durch eine das Halbleitersubstrat durchdringende Öffnung freigeätzt ist. Eine derartige Halbleitervorrichtung ist beispielswei­ se in dem Aufsatz "Anwendungsspezifische intelligente Sensoren" von H.A. Kayal u. a. in "Elektronik" 9/29.4.1988, S. 112-117 beschrieben. Die Erfindung be­ trifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleitervor­ richtung.

Bei derartigen Vorrichtungen ist der piezoresistive Drucksensor zur Erzielung eines möglichst hohen Integrationsgrades auf einem Halbleitersubstrat vorge­ sehen. Die in die Halbleitermembran eingebrachten Piezowiderstände dienen als Wandler, wobei der piezoresistive Effekt ausgenutzt wird, um ein für den jeweils vorherrschenden Druck repräsentatives elektrisches Meßsignal zu erhalten.

Voraussetzung für die gewünschte lineare Übertragungsfunktion Druck/Spannung ist nicht nur eine möglichst geringe Verbiegung der Membran, sondern darüber hinaus insbesondere auch eine genaue Positionierung der Piezowiderstände. Diese sollen möglichst in den Bereichen vorgesehen sein, in denen die Membran ihr maximales Streßfeld aufweist. Die Lage dieser Bereiche auf der Außenseite der Epitaxialschicht hängt nun aber von der Lage des die Membran bildenden Teils dieser Epitaxialschicht ab, der durch die von der Rückseite her freigeätzte Öffnung bestimmt wird. Maßgeblich ist hierbei der unmittelbar an die Epitaxialschicht angrenzende Öffnungsbereich, da dieser den Membranrand festlegt.

Dieser für die Festlegung der Membran maßgebliche Öffnungsbereich ist nun aber nicht nur von den Besonderheiten des anisotropen Halbleiterätzens abhängig, sondern darüber hinaus insbesondere auch von der jeweiligen Positionierung der Rückseitenmaske und der Dicke des Halbleitersubstrats. Nachdem sowohl die Positionierung der Rückseitenmaske relativ zur Vorderseite der Halbleitervor­ richtung als auch die Scheibendicke stets bestimmten Schwankungen unterliegen, wird die gewünschte Linearität der Übertragungsfunktion nicht in jedem Fall erreicht. Die Reproduzierbarkeit linearer piezoresistiver Drucksensoren ist somit durch verschiedene Herstellungsparameter beeinträchtigt.

Bei der eingangs genannten, aus der Zeitschrift "Elektronik" 9/29.4. 1988 bekannten Halbleitervorrichtung wird bei der Herstellung der die Membran freilegenden Öffnung zur radialen Begrenzung dieser Öffnung lediglich die Anisotropie des betreffenden Ätzmittels ausgenutzt. Der den Rand der Membran definierende angrenzende Öffnungsbereich ist durch das durchgeätzte Substrat selbst definiert.

Aus der DE 34 02 629 A1 ist bekannt, in die Rückseite eines schwach dotierten leitenden Halbleitersubstrats eine hochdotierte ringförmige Zone vom gleichen Leitfähigkeitstyp einzubringen und auf der Vorderseite des Substrats eine Epi­ taxialschicht aufzubringen. Um eine in die Substratvorderseite eingebrachte leitend dotierte Zone von der Rückseite her zur Bildung einer Membran freizu­ legen, wird das Substrat von der Rückseite her anisotrop geätzt, wobei die Ringzone aufgrund der im Vergleich zum Substrat unterschiedlichen Störstoff­ konzentration zur Festlegung der radialen Abmessungen der entstehenden Öffnung ausgenutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Halbleitervorrichtung der ein­ gangs genannten Art sowie das Verfahren zu deren Herstellung so weiterzubil­ den, daß mit einfachsten Mitteln praktisch unabhängig von einer jeweiligen Positionierung der Rückseitenmaske und der Dicke des Halbleitersubstrats eine optimale Reproduzierbarkeit einer linearen Übertragungsfunktion des piezoresi­ stiven Drucksensors erzielt wird.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der Halbleitervor­ richtung zwischen dem Halbleitersubstrat und der Epitaxialschicht eine ring­ förmig strukturierte leitende Zwischenschicht eingebracht ist, die den an die Membraninnenfläche angrenzenden Bereich der Öffnung festlegt, und daß die Zwischenschicht eine Leitfähigkeit (z. B. N⁺) besitzt, die der des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist.

Aufgrund dieser Ausbildung ist der die Membran bildende Teil der Epitaxial­ schicht eindeutig durch die ringförmig strukturierte, zwischen dem Halblei­ tersubstrat und der Epitaxialschicht eingebrachte Zwischenschicht festgelegt. Nachdem diese Zwischenschicht eine Leitfähigkeit besitzt, die der des Halblei­ tersubstrats entgegengesetzt ist, kann diese Zwischenschicht während eines elektrochemischen anisotropen Halbleiterätzens als elektrochemischer Ätzstop dienen, so daß eventuelle Abweichungen der Positionierung der Rückseitenmaske von einer Sollposition sowie eventuelle Dickenschwankungen des Substrats ohne Einfluß auf den kritischen, die Membrangrenzen festlegenden Öffnungsbereich bleiben. Da die durch die rückseitige Öffnung bestimmten Membrangrenzen stets exakt reproduzierbar sind, lassen sich auch die Piezowiderstände auf der Vor­ derseite stets mit der erforderlichen Genauigkeit relativ zum Membranrand po­ sitionieren, d. h. insbesondere an den Stellen, an denen die Membran ihr maxi­ males Streßfeld aufweist. Die relative Positionierung der Piezowiderstände ist somit praktisch nur noch von der Justagegenauigkeit der Planartechnologie ab­ hängig, mit der der jeweilige Schichtaufbau der Halbleitervorrichtung erzielt wird.

Einer jeweiligen Membran sind zweckmäßigerweise mehrere monokristalline Piezowiderstände zugeordnet, die beispielsweise in einer Widerstandsbrücke miteinander verbunden sein können. Diese zweckmäßigerweise an den biegeemp­ findlichen Stellen der Membran vorgesehenen Piezowiderstände können vorteil­ hafterweise durch jeweils eine mit Fremdatomen dotierte Zone in der aus monokristallinem Halbleitermaterial bestehenden Membran gebildet sein.

Von Vorteil ist auch, daß das Halbleitersubstrat und der piezoresistive Druck­ sensor gleichzeitig integrale Bestandteile eines IC-kompatibel strukturierten monokristallinen Halbleiterkristalls sein können, der beispielsweise eine Bipolar- und/oder CMOS-Struktur besitzen kann.

Bei einer praktischen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Halbleiter­ vorrichtung ist ein P-Substrat vorgesehen, in die als Zwischenschicht eine N⁺- Zone eingebracht ist. In diesem Fall ist die Epitaxialschicht eine N-Epi­ taxialschicht.

Das erfindungsgemaße Verfahren betrifft die Herstellung der Halbleitervor­ richtung, wobei auf einer Seite eines leitenden, monokristallinen Halbleiter­ substrats eine leitend vordotierte Epitaxialschicht aufgebracht wird, deren Leitfähigkeit der des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist, an der Außen­ fläche der Epitaxialschicht wenigstens ein Piezowiderstand eingebracht wird und auf die gegenüberliegende Rückseite des Halbleitersubstrats eine Maske mit einem Fenster aufgebracht wird, durch das durch elektrochemisches anisotropes Halbleiterätzen eine das Halbleitersubstrat durchdringende Öffnung geschaffen wird, durch die ein Teil der Epitaxialschicht freigelegt wird, um eine dem Drucksensor zugeordnete Membran zu bilden. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß vor dem Aufbringen der Epitaxialschicht eine ringförmig strukturierte, leitend dotierte Zone in das Halbleitersubstrat eingebracht wird, deren Leitfähigkeit der des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist, und daß diese zwischen dem Halbleitersubstrat und der Epitaxialschicht vorgesehene Zone während des elektrochemischen anisotropen Halbleiterätzens als elektro­ chemischer Ätzstop verwendet wird, um durch diese Zone den an die Innenfläche der Epitaxialschicht angrenzenden Bereich der Öffnung festzulegen.

Als Halbleitermaterial wird vorzugsweise Silizium verwendet, wobei in diesem Falle die Öffnung durch elektrochemisches anisotropes Siliziumätzen erzeugt wird. Hierbei kann beispielsweise von einem (100)-Silizium-Substrat ausgegan­ gen werden, wobei die hohe Ätzselektivität von Ätzlösungen gegenüber der (111)-Kristallebenen ausgenutzt wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Halbleiter­ vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische, geschnittene Darstellung einer einen integrierten piezoresistiven Drucksensor aufweisenden Halbleitervorrichtung ohne Zwischenschicht und

Fig. 2 eine schematische, geschnittene Darstellung einer einen piezoresistiven Drucksensor aufweisenden Halbleitervorrichtung mit der erfindungsgemäßen, als Ätzstop dienenden Zwischenschicht.

In Fig. 1 ist in rein schematischer, geschnittener Darstellung der Grundaufbau einer durch einen monokristallinen Silizium-Halbleiterkristall 10 gebildeten Halbleitervorrichtung gezeigt, die einen integrierten piezoresistiven Druck­ sensor 12 enthält.

Der piezoresistive Drucksensor 12 umfaßt eine dem jeweils zu messenden Druck ausgesetzte Membran 14, die durch einen Teil einer N-Epitaxialschicht 16 gebildet ist, die auf ein P-Halbleitersubstrat 18 aus monokristallinem (100)- Silizium aufgebracht ist.

In die vom P-Halbleitersubstrat 18 abgewandte Außenfläche 20 der durch die N- Epitaxialschicht 16 gebildeten Membran 14 sind Piezowiderstände 22 eingebracht, die zur Erzielung einer linearen Übertragungsfunktion Druck/elektrische Span­ nung in Bereichen der Membran 14 angeordnet sind, in denen ein maximales Streßfeld vorliegt.

Der die Membran 14 definierende Teil der N-Epitaxialschicht 16 ist durch eine das P-Halbleitersubstrat 18 durchdringende Öffnung 26 freigeätzt, die von der von der N-Epitaxialschicht 16 abgewandten Rückseite des P-Halbleitersubstrats 18 her durch elektrochemisches anisotropes Siliziumätzen eingebracht wurde. Hierbei sind die seitlichen Ränder der Öffnung 26 durch eine jeweilige (111)- Kristallebene bestimmt, gegenüber der die verwendeten Ätzlösungen eine hohe Ätzselektivität besitzen.

Der unmittelbar an die Membraninnenfläche 24 angrenzende und damit sowohl die Abmessungen als auch die Lage der Membran 14 bestimmende Bereich 26′ der Öffnung 26 weist aufgrund der Besonderheiten des elektrochemischen anisotropen Siliziumätzens einen Durchmesser auf, der geringer als der Durchmesser der Öffnung 26 an der vom Drucksensor 12 abgewandten Rückseite des P-Halbleiter­ substrats 18 ist.

Die kontaktierten Piezowiderstände 22 stehen mit Metalleitern 34 in Verbindung, die auf eine Siliziumoxidschicht 36 aufgebracht sind und zur Verbindung der Piezowiderstände 22 und/oder als Anschlüsse dienen. Über den Metalleitern 34 und der Siliziumoxidschicht 36 ist eine Schutzschicht 38 aufgebracht, die insbesondere zur Freilegung von Anschlußflächen teilweise geöffnet sein kann.

Bei einem derartigen Aufbau sind der Membranrand 30 bzw. die Membrankanten­ längen durch den unmittelbar an die N-Epitaxialschicht 16 angrenzenden Bereich 26′ der Öffnung 26 festgelegt. Aufgrund der Ätzselektivität gegenüber der (111)-Kristallebenen besitzt die Öffnung 26 zur N-Epitaxialschicht 16 hin einen sich konisch verjüngenden Querschnitt, woraus folgt, daß sich die jeweilige Substratdicke unmittelbar auf den Durchmesser des an die N-Epita­ xialschicht 16 angrenzenden Öffnungsbereiches 26′ auswirkt.

Darüber hinaus ist die Lage dieses für die Festlegung der Membran 14 maßgeblichen Öffnungsbereiches 26′ von der jeweiligen Positionierung der Rückseitenmaske abhängig, die zur Herstellung der Öffnung 26 durch anisotropes Siliziumätzen auf der von der N-Epitaxialschicht 16 abgewandten Rückseite des P-Halbleitersubstrats 18 aufgebracht wird. Damit kann die gewünschte Lineari­ tät der Übertragungsfunktion Druck/elektrische Spannung in unerwünschter Weise auch durch eine ungenaue Justierung der Rückseitenmaske relativ zur die Piezo­ widerstände 22 aufweisenden Vorderseite der Halbleitervorrichtung beeinträch­ tigt werden. Der Reproduzierbarkeit vorgegebener Membrankantenlängen und einer vorgegebenen Positionierung der Piezowiderstände 22 beispielsweise relativ zum Membranrand sind daher deutlich Grenzen gesetzt.

So stehen beispielsweise doppelseitig polierte (100)-Silizium-Scheiben in einem Bereich von ±15 µm zur Verfügung, woraus eine Schwankung der Membran­ kantenlänge von ±20 µm folgt.

Überdies kann die zur Strukturierung der Membran erforderliche Rückseitenmaske nur mit einer Genauigkeit von ±10 µm relativ zur Vorderseite der Halbleiter­ vorrichtung positioniert werden. Dies führt bei Membranlängen von 0,8 µm bereits zu einer Nichtlinearität von 1%.

Diese Abhängigkeit der Membrankantenlänge und Membranlage von der Scheiben­ dicke und Maskenlage ist in Fig. 1 rein schematisch durch die Öffnung 26 begrenzende Linien dargestellt. Hierbei geben die durchgezogenen Linien die Öffnung 26 an, die sowohl hinsichtlich ihrer Lage relativ zur Vorderseite der Halbleitervorrichtung und damit den Piezowiderständen 22 als auch hinsichtlich ihres Querschnitts den vorgegebenen Sollwerten entspricht.

Demgegenüber kann sich bei einem dünneren P-Halbleitersubstrat 18 die durch gestrichelte Linien angedeutete Abweichung einstellen, wonach der Durchmesser des die Membran 14 festlegenden Öffnungsbereichs 26′ vergrößert ist. Im Ergebnis liegen die an der Vorderseite vorgesehenen Piezowiderstände 22 dann weiter von den jeweiligen Kanten der Membran entfernt. Demgegenüber stellt sich bei einem dickeren P-Substrat 18 ein geringerer Durchmesser des Öffnungsbereiches 26′ ein (nicht gezeigt).

Mit den strichpunktierten Linien ist schematisch die seitliche Verlagerung der Öffnung 26 dargestellt, die sich bei einer fehlerhaften Positionierung der Rückseitenmaske einstellen kann. Eine solche Abweichung führt im Ergebnis dazu, daß die Piezowiderstände 22 bezüglich der durch den Öffnungsbereich 26′ definierten Membran 14 asymmetrisch angeordnet sind, was ebenfalls zu einem Verlust der gewünschten Linearität und zu einer Verringerung der Empfindlich­ keit führen kann.

Fig. 2 zeigt in schematischer, geschnittener Darstellung eine Halbleitervor­ richtung, die im Prinzip denselben Grundaufbau wie die gemäß Fig. 1 besitzt, bei der jedoch zusätzlich zwischen dem P-Halbleitersubstrat 18 und der N- Epitaxialschicht 16 eine ringförmig strukturierte N⁺-Zwischenschicht 28 eingebracht ist, die den an die Membraninnenfläche 24 angrenzenden Bereich 26′ der Öffnung 26 festlegt.

Nachdem diese N⁺-Zwischenschicht 28 eine Leitfähigkeit besitzt, die der des P- Halbleitersubstrats 18 entgegengesetzt ist, kann sie während des von der Rückseite her durchgeführten elektrochemischen anisotropen Halbleiterätzens als Ätzstop verwendet werden, der durch das jeweilige Ätzmittel nicht ange­ griffen wird und somit nach dem Ätzvorgang als die Membrangrenzen definieren­ der Sockel verbleibt.

Als Ausgangsmaterial wurde wiederum (100)-Silizium verwendet, wobei bei der Herstellung der Öffnung 26 die hohe Ätzselektivität der Ätzlösungen gegenüber der (111)-Kristallebenen ausgenutzt wurde.

Die Halbleitervorrichtung ist wiederum durch einen monokristallinen Silizium- Halbleiterkristall 10 gebildet, der einen Drucksensor 12 enthält, dessen Membran 14 durch den Teil einer N-Epitaxialschicht 16 gebildet ist, dessen Innenfläche 24 durch eine Öffnung 26 freigeätzt ist, die das die N- Epitaxialschicht 16 tragende P-Halbleitersubstrat 18 aus monokristallinem (100)-Silizium durchdringt.

Im Unterschied zur in Fig. 1 gezeigten Halbleitervorrichtung wird somit der für die Festlegung der Membran 14 maßgebliche Öffnungsbereich 26′ ausschließ­ lich durch die zusätzliche, zwischen dem P-Halbleitersubstrat 18 und der N- Epitaxialschicht 16 eingebrachte N⁺-Zwischenschicht 28 bestimmt. Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß das in der Rückseitenmaske geöffnete Fenster genügend groß ist, so daß auch bei einem relativ dicken P-Halbleitersubstrat 18 und einer gegenüber der Sollage eventuell versetzten Rückseitenmaske der Öffnungsbereich 26 einschließlich des diesen umgebenden, durch die N⁺- Zwischenschicht 28 gebildeten Randes erfaßt wird.

Der unterhalb der N⁺-Zwischenschicht 28 liegende Bereich der Öffnung 26 ist durch den nach dem Ätzen verbleibenden Bereich des P-Halbleitersubstrats 18 begrenzt, wobei mit durchgezogenen Linien wiederum die Lage und die Abmessun­ gen der Öffnung 26 gezeigt sind, die sich dann ergeben, wenn die Rückseiten­ maske in ihrer Sollage positioniert wurde. Die sich bei der geringstmöglichen Dicke des P-Halbleitersubstrats 18 einstellende Erweiterung des Öffnungsquer­ schnitts unterhalb der N⁺-Zwischenschicht 28 ist wiederum durch gestrichelte Linien dargestellt. Die maximal mögliche Verschiebung der Rückseitenmaske aus der Sollage führt zu einer Verlagerung des unterhalb der Zwischenschicht 28 gelegenen Öffnungsbereiches 26′′, wie dies durch die strichpunktierten Linien dargestellt ist. Aufgrund der Ätzselektivität gegenüber der (111)-Kristall­ ebenen weist im vorliegenden Fall der Rand des unterhalb der N⁺-Zwischen­ schicht 28 gelegenen Bereichs 26′′ der Öffnung 26 einen Winkel von 54,7° zur Innenfläche der Zwischenschicht 28 bzw. zur dazu parallelen Innenfläche 24 der Membran 14 auf.

Wie Fig. 2 entnommen werden kann, ist der die Kantenlänge bzw. den Rand 30 der Membran 14 bestimmende, unmittelbar an die N-Epitaxialschicht 16 angrenzende Öffnungsbereich 26′ in sämtlichen Fällen durch die N⁺-Zwischenschicht 28 festgelegt. Selbst bei den größten Abweichungen von den jeweiligen Sollwerten erhält man somit eine Membran 14, deren Abmessungen und deren Lage relativ zu den Piezowiderständen 22 genau den vorgegebenen Werten entsprechen.

Die Öffnung 26 besitzt im Übergangsbereich 32 zwischen dem P-Halbleitersub­ strat 18 und der N⁺-Zwischenschicht 28 eine Stufe 32, an der sich der Öffnungsquerschnitt mit dem Übergang vom P-Halbleitersubstrat 18 zur Zwischenschicht 28 verringert. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechend große Dimensionierung des in der Rückseitenmaske vorgesehenen Fensters relativ zum Durchmesser des Öffnungsbereiches 26′ erreicht werden. Während der Rand des unteren, noch vom P-Substrat 18 begrenzten Öffnungsbereiches 26′′ zur unteren bzw. Innenfläche der Zwischenschicht 28 einen Winkel von etwa 54,7° aufweist, ist der durch die N⁺-Zwischenschicht 28 definierte Rand des die Membran 14 festlegenden oberen Öffnungsbereiches 26′ zumindest im wesentlichen senkrecht zur Innenfläche 24 der Membran 14 bzw. der diese bildenden N-Epitaxialschicht 16.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die N⁺-Zwischenschicht 28 etwa zwei- bis dreimal so dick wie die Membran 14.

Im übrigen weist die in Fig. 2 gezeigte Halbleitervorrichtung einen Aufbau auf, der im wesentlichen gleich dem gemäß Fig. 1 ist.

So sind in die Membranaußenfläche 20 wiederum vorzugsweise mehrere Piezowider­ stände 22 eingebracht, die in einer Widerstandsbrücke verbunden sein können. Diese kontaktierten Piezowiderstände 22 sind im Randbereich der Membran 14 angeordnet, d. h. an den Stellen, an denen die Membran jeweils ein maximales Streßfeld aufweist. Die kontaktierten Piezowiderstände 22 sind mit Metallei­ tern 34 verbunden, die auf einer durch thermische Oxidation aufgebrachten Siliziumoxidschicht 36 angeordnet sind und zur Verbindung der Piezowiderstände 22 untereinander und/oder zur Verbindung beispielsweise mit einer Auswerte­ elektronik und/oder zur Bildung von Anschlußflächen dienen. Als oberste Schicht ist wiederum eine Schutzschicht 38 vorgesehen, die im Bereich von Anschlußflächen geöffnet sein kann.

Der aus monokristallinem Silizium bestehende, den Drucksensor 12 enthaltende Halbleiterkristall 10 kann eine Bipolar- und/oder CMOS-Struktur besitzen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die N⁺-Zwischenschicht 28 eine durch Diffusion oder Ionenimplantation in das P-Halbleitersubstrat 18 eingebrachte leitend dotierte Zone.

Zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels einer einen piezoresistiven Drucksensor 12 enthaltenden Halbleitervorrichtung wird zunächst auf einer Seite des leitenden, monokristallinen P-Halbleitersubstrats 18 durch Diffusion oder Ionenimplantation eine ringförmig strukturierte, leitend dotierte Zone eingebracht, um die N⁺-Zwischenschicht 28 zu bilden. Anschließend wird die N-Epitaxialschicht 16 aufgebracht, auf der durch thermi­ sche Oxidation eine Siliziumoxidschicht 36 gebildet wird. In dieser Silizium­ oxidschicht 36 werden durch Maskierungs- und Ätzschritte Fenster für die Piezowiderstände 22 geöffnet, die in Form P-dotierter Zonen in die N- Epitaxialschicht 16 eingebracht werden. Diese Piezowiderstände 22 können grundsätzlich auch durch Ionenimplantation erzeugt werden. Anschließend werden die Piezowiderstände 22 kontaktiert, wonach beispielsweise durch Elektrolyse eine Metallschicht aufgebracht wird, aus der durch Maskierungs- und Ätzschritte die gewünschten Leiterbahnen bzw. Metalleiter 34 gebildet werden.

Dabei können die einer jeweiligen Membran 14 zugeordneten Piezowiderstände 22 beispielsweise in einer Brücke miteinander verbunden werden.

Anschließend wird beispielsweise durch chemisches Aufdampfen die Schutzschicht 38 aufgebracht in der durch Maskierungs- und Ätzschritte wiederum Fenster beispielsweise für Anschlußflächen geöffnet werden können.

Nach Aufbringen der N-Epitaxialschicht 16 können gegebenenfalls gewünschte
Transistorstrukturen beispielsweise für eine integrierte Auswerteschaltung eingebracht werden.

Anschließend wird auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 eine Maske mit einem Fenster aufgebracht, um durch elektrochemisches anisotropes Silizium­ ätzen die das monokristalline P-Substrat 18 durchdringende Öffnung 26 zu erzeugen. Für das anisotrope Siliziumätzen kann als Elektrolyt oder Ätzlösung Kaliumlauge KOH oder ein ähnliches Ätzmittel verwendet werden.

Bevor mit dem elektrochemischen anisotropen Siliziumätzen von der Rückseite her begonnen wird, wird vorzugsweise sichergestellt, daß sowohl die N- Epitaxialschicht 16 als auch die N⁺-Zwischenschicht 28 ein hinreichend anodisches Potential besitzen.

Anschließend wird das monokristalline P-Halbleitersubstrat 18 aus (100)- Silizium zur Bildung der Öffnung 26 von der Rückseite her bis zur N-Epitaxial­ schicht 16 durchgeätzt. Hierbei dienen sowohl der P/N-Übergang zwischen dem P- Halbleitersubstrat 18 und der N-Epitaxialschicht 16 als auch der P/N-Übergang zwischen dem Halbleitersubstrat 18 und der N⁺-Zwischenschicht 28 jeweils als Ätzstop, wodurch erreicht wird, daß der die Membran 14 festlegende, unmittelbar an die N-Epitaxialschicht 16 angrenzende Öffnungsbereich 26′ stets durch die als Sockel dienende, von der Ätzlösung nicht angegriffene N⁺- Zwischenschicht 28 definiert wird.

Die Piezowiderstände 22 sind demnach unabhängig von der jeweiligen Dicke des P-Substrats 18 sowie der Positionierung der Rückseitenmaske stets mit der durch die Planartechnologie erzielten hohen Genauigkeit relativ zu dem Membranrand 30 ausgerichtet, in dessen Bereich die maximalen Streßfelder liegen.

Die Dicke der als Sockel und Membranrandversteifung dienenden N⁺-Zwischen­ schicht 28 wird zweckmäßigerweise zwei- bis dreimal so groß wie die der Membran 14 gewählt.

Es wird somit eine Halbleitervorrichtung geschaffen, bei der durch eine zusätzliche, ringförmig strukturierte Zwischenschicht 28 eine gut justierte und strukturierte Stufe gebildet wird, auf der sich das maximale Streßfeld lokalisiert, das zur Auswertung des Druckes benutzt wird. Die relative Positionierung der Piezowiderstände ist demnach praktisch unabhängig von der Substratdicke und der jeweiligen Positionierung der Rückseitenmaske. Diese Positionierung kann mit der durch die Planartechnologie erzielten Genauigkeit erfolgen.

Claims (10)

1. Halbleitervorrichtung mit einem piezoresistiven Drucksensor (12), der eine Membran (14) aufweist, die durch eine (z. B. N^-) leitende Epitaxialschicht (16) gebildet ist, die auf einem leitenden Halbleitersubstrat (18) entgegengesetzter Leit­ fähigkeit (z. B. P) aufgebracht ist, wobei an der vom Halbleitersubstrat (18) abgewandten Membranaußenfläche (20) wenigstens ein Piezowiderstand (22) eingebracht ist und die Membraninnenfläche (24) durch eine das Halbleitersubstrat (18) durchdringende Öffnung (26) freigeätzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleitersubstrat (18) und der Epitaxialschicht (16) eine ringförmig strukturierte leitende Zwischenschicht (28) eingebracht ist, die den an die Membraninnenfläche (24) angrenzenden Bereich (26′) der Öffnung (26) festlegt, und daß die Zwischenschicht (28) eine Leitfähigkeit (z. B. N⁺) besitzt, die der des Halbleitersubstrats (18) entgegengesetzt ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium ist.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (18), die Zwischenschicht (28) und die die Piezowider­ stände (18) aufweisende Membran (14) integrale Bestandteile eines IC-kompati­ bel strukturierten monokristallinen Halbleiterkristalls (10) sind.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall (10) eine Bipolar- und/oder CMOS-Struktur besitzt.

5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (28) eine durch Diffusion oder Ionen­ implantation in das Halbleitersubstrat (18) eingebrachte leitend dotierte Zone ist.

6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (26) im Übergangsbereich (32) zwischen dem Halbleitersubstrat (18) und der Zwischenschicht (28) eine Stufe besitzt, an der sich der Öffnungsquerschnitt mit dem Übergang vom Halbleitersubstrat (18) zur Zwischenschicht (28) verringert.

7. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (28) etwa zwei- bis dreimal so dick ist wie die Membran (14).

8. Verfahren zur Herstellung einer einen piezoresistiven Drucksensor enthal­ tenden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf einer Seite eines (z. B. P^-) leitenden, monokristallinen Halbleitersubstrats eine leitend vordotierte Epitaxialschicht aufgebracht wird, deren Leitfähigkeit (z. B. N) der des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist, an der Außenfläche der Epitaxial­ schicht wenigstens ein Piezowiderstand eingebracht wird und auf die gegenüber­ liegende Rückseite des Halbleitersubstrats eine Maske mit einem Fenster aufge­ bracht wird, durch das durch elektrochemisches anisotropes Halbleiterätzen eine das Halbleitersubstrat durchdringende Öffnung geschaffen wird, durch die ein Teil der Epitaxialschicht freigelegt wird, um eine dem Drucksensor zugeordnete Membran zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Epitaxialschicht eine ringförmig strukturierte, leitend dotierte Zone in das Halbleitersubstrat eingebracht wird, deren Leitfähigkeit (z. B. N⁺) der des Halblei­ tersubstrats entgegengesetzt ist, und daß diese zwischen dem Halbleitersub­ strat und der Epitaxialschicht vorgesehene Ring-Zone ebenso wie die Epitaxialschicht auf ein hinreichendes (z. B. anodisches) Potential gebracht wird, so daß diese Ringzone ebenso wie die Epitaxialschicht während des elektrochemischen anisotropen Halbleiterätzens als elektrochemischer Ätzstop dient und durch diese Ring-Zone der an die Innenfläche der Epitaxialschicht angrenzende Bereich der Öffnung festgelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermate­ rial Silizium verwendet wird und die Öffnung durch elektrochemisches anisotro­ pes Siliziumätzen erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Epitaxialschicht wenigstens eine leitend dotierte Zone eingebracht wird, deren Leitfähigkeit der der Epitaxialschicht entgegengesetzt ist, um den bzw. die Piezowiderstände zu bilden.