专利名称：在压力传感器的恒电流或恒电压工作中多功能使用的集成电阻网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器，更具体地说，涉及在采用同一传感器芯片的恒电流或恒电压配置中多功能使用的独特的集成电阻网络。
背景技术：
压敏电阻电桥压力传感器己广泛用于包括汽车、工业、医药和环保的各种应用中。这种传感器一般包括内含离子注入形成的压敏电阻惠斯顿电桥的硅膜片。所施加的压力使膜片变形并使电桥失去平衡，产生正比于压力引起的电阻变化与电桥激励电压乘积的差动比率输出信号。
在高性能压力传感器应用中，传感器还包括检测温度的集成全惠斯顿电桥，该电桥一般不包含在膜片内以使其对压力敏感度降至最小。温度电桥一般用两种类型的离子注入电阻构成，一种类型具有高电阻温度系数(TCR)，位于一组对角相对的电桥臂，而另一种类型具有低TCR(电阻温度系数)，位于另一组对角相对的电桥臂。所施加的温度使电桥失去平衡，产生与温度和电桥激励电压成比例的差动比率输出信号。
其它的离子注入电阻也可被结合到芯片上，以提供与外部运算放大器连接的偏压和反馈增益电阻，然后由运算放大器提供经单端放大和信号调节的与温度和压力相关的输出。温度输出可用作单独的温度测量值或模拟温度补偿值，或者更普遍地用于基于微处理器的传感器，从而精确校正和补偿在压力和温度全部工作范围内的压力传感器输出。
在压力电桥配置中，对角相对的两臂的电阻值随压力引起的机械变形而相等且相同方向地变化。当一组对角相对的两臂的电阻值在压力下增加，另一组的电阻值下降，反之亦然。电压或电流形式的电桥激励加在电桥两个相对的节点上。这些节点通常称为激励输入端或驱动输入端。在电桥输出节点的压敏电阻电桥差动输出在所施加的满度压力内等于压敏电阻应变系数与电桥激励电压的乘积，应变系数定义为在满度压力条件下由于应变引起的电阻值变化(ΔR)除以在零压力输入条件下的电阻值(R)。假如电桥元件的(ΔR/R)大小是相等的，则在满度压力下差动电压(ΔV)表示为(ΔV)(@FS)＝(ΔR/R)×Vbridge对于硅压敏电阻传感器，在25℃的应变系数(ΔR/R)的范围可以从0.03到高达0.12，这取决于例如线性度和过压额定值等应用上的限制。应变系数的这个范围在5V电桥激励时对应于150mV至600mV的满度输出范围，这要比典型的金属应变仪传感器明显地大得多(约100倍)。然而，未经补偿的压敏电阻传感器的全量程输出(FSO)可能呈现由压敏电阻应变系数(ΔR)/R对温度的固有的非线性依赖所引起的强烈的非线性温度依赖，而零压(零点)偏移和零点偏移对温度的依赖性保持得相对较小。
满度量程输出定义为对应于最大和最小施加压力的传感器输出差值。随温度的量程偏移定义为作为温度函数的量程除以在25℃时的量程。以百分比表示的量程偏移(T)等于100％×[量程(T℃)/量程(25℃)]。如图4所示，量程偏移曲线是非线性的，相对温度为负斜率，在图4中标以k3，k3定义为作为温度函数的重度离子注入压敏电阻电桥的压力敏感度(ΔR/R)相对25℃的值规范化的比值。运用方程形式表示k3(T)＝[ΔR/R(T)]/[ΔR/R(25℃)]，可以用下列的五阶多项式表示为
K3(T)＝-(6.265753E-14)·T^5+(5.393845E-11)·T^4-(2.440481E-08)·T^3+(8.022881E-06)·T^2-(2.585262E-03)·T+(1.058300)斜率的大小随温度增加而减小。K3在25℃的典型值是-0.25％/℃。因此，在大多数应用场合，传感器电桥输出在可以实际使用之前必须要被补偿，尤其是对于量程偏移(T)。
图4也画出重度离子注入电阻(k2)和轻度离子注入电阻(k1)的温度特性。重度离子注入电阻(k2)定义为K2＝作为温度函数的重度离子注入电阻值相对25℃的值规范化的比值。运用方程形式表示k2(T)＝[R重(T)]/[R重(25℃)]，可以用下列的五阶多项式表示为K2(T)＝-(3.018497E-14)·T^5+(4.603604E-11)·T^4-(2.282857E-08)·T^3+(7.538750E-06)·T^2-(2.252834E-05)·T+(0.9963789)轻度离子注入电阻(k1)定义为K1＝作为温度函数的轻度离子注入电阻值相对25℃的值规范化的比值。运用方程形式表示k1(T)＝[R轻(T)]/[R轻(25℃)]，可以用下列的五阶多项式表示为K1(T)＝-(8.171496E-14)·T^5+(9.930398E-11)·T^4-(3.557091E-08)·T^3+(9.691127E-06)·T^2+(2.958093E-03)·T+0.923953要指出作为温度函数的轻度离子注入电阻的电阻值改变K1(T)远大于重度离子注入电阻的电阻值改变K2(T)。
在温度电阻电桥配置中，对角相对的两臂的电阻值随温度变化相等地并且相同方向地变化。当一组对角相对的两臂的电阻值由于高正温度电阻系数(TCR)增加较多，另一组的电阻值由于低正温度电阻系数(TCR)增加较小。以电压形式的电桥激励加在电桥两个相对的节点上。这些节点通常称为激励输入端或驱动输入端。
因此，压敏电阻电桥压力传感器往往包括信号调节和校正电路。例如，高增益低噪声温度稳定放大器可以用于测量更多可用值的输出。信号调节电路一般也包括量程补偿。压敏电阻电桥压力传感器的总电阻和压电灵敏度(电桥输出对电桥激励电压之比)是与温度相关的。一般说，电桥电阻随温度增加，而压电灵敏度随温度减小。
而且，为了设定在芯片上的温度电阻电桥输出的增益(反馈)，现在的压敏电阻压力传感器只有一个固定的轻度离子注入电阻元件(高TCR)。因此，这个电阻对特定的工作温度范围提供特定值，因而，对于不同的或者扩展的运用温度范围不是最佳的。
还有，现在的压力传感器(为恒电压工作设计的)并不提供当用在恒电流模式时重度离子注入电阻(低TCR)压力电桥的独特的量程补偿的集成功能。为了减小压力电桥输出的预热时漂移效应和非比率误差，在SOI(Silicon-On-Insulator)应用中它们也不提供专门设计用于芯片外延层上的集成电势。
本发明打算解决上述这些或其它问题。
发明内容
按照本发明一方面，传感器芯片设有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子；压敏电阻电桥；温度电阻电桥；第一和第二电阻网络；以及第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二和第十三导电路径。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子能够实现与传感器芯片的外部连接。压敏电阻电桥形成在衬底上，压敏电阻电桥包括第一和第二输入节点和第一和第二输出节点。温度电阻电桥形成在衬底上，温度电阻电桥包括第三和第四输入节点和第三和第四输出节点。第一电阻网络形成在衬底上，第一电阻网络包括具有公用接点的第一、第二和第三电阻。第二电阻网络形成在衬底上，第二电阻网络包括具有公用接点的第四、第五和第六电阻。第一导电路径形成在衬底上，将第一输入节点与第一端子连接。第二导电路径形成在衬底上，将第二输入节点与第二端子连接。第三导电路径包括第三电阻，形成在衬底上，将第一输出节点与传感器芯片的第三端子连接。第四导电路径形成在衬底上，将第二输出节点与传感器芯片的第四端子连接。第五导电路径形成在衬底上，将第六电阻与传感器芯片的第五端子连接。第六导电路径形成在衬底上，将第五电阻与传感器芯片的第六端子连接。第七导电路径形成在衬底上，将第四电阻与传感器芯片的第七端子连接。第八导电路径形成在衬底上，将第三输入节点与第十二端子连接。第九导电路径形成在衬底上，将第四输入节点与第九端子连接。第十导电路径形成在衬底上，将第三输出节点与传感器芯片的第八端子连接。第十一导电路径形成在衬底上，将第四输出节点与传感器芯片的第五端子连接。第十二导电路径形成在衬底上，将第二电阻与传感器芯片的第十一端子连接。第十三导电路径形成在衬底上，将第一电阻与传感器芯片的第十端子连接。
按照本发明的另一方面，传感器芯片设有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子；第一电阻电桥；第二电阻电桥；第一和第二电阻网络；以及第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二和第十三导电路径。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子能够实现与传感器芯片的外部连接。第一电阻电桥形成在衬底上，第一电阻电桥包括第一和第二输入节点和第一和第二输出节点。第二电阻电桥形成在衬底上，第二电阻电桥包括第三和第四输入节点和第三和第四输出节点。第一电阻网络形成在衬底上，第一电阻网络包括具有公用接点的第一、第二和第三电阻。第二电阻网络形成在衬底上，第二电阻网络包括具有公用接点的第四、第五和第六电阻。第一导电路径形成在衬底上，将第一输入节点与第一端子连接。第二导电路径形成在衬底上，将第二输入节点与第二端子连接。第三导电路径包括第三电阻，形成在衬底上，将第一输出节点与传感器芯片的第三端子连接。第四导电路径形成在衬底上，将第二输出节点与传感器芯片的第四端子连接。第五导电路径形成在衬底上，将第六电阻与传感器芯片的第五端子连接。第六导电路径形成在衬底上，将第五电阻与传感器芯片的第六端子连接。第七导电路径形成在衬底上，将第四电阻与传感器芯片的第七端子连接。第八导电路径形成在衬底上，将第三输入节点与第十二端子连接。第九导电路径形成在衬底上，将第四输入节点与第九端子连接。第十导电路径形成在衬底上，将第三输出节点与传感器芯片的第八端子连接。第十一导电路径形成在衬底上，将第四输出节点与传感器芯片的第五端子连接。第十二导电路径形成在衬底上，将第二电阻与传感器芯片的第十一端子连接。第十三导电路径形成在衬底上，将第一电阻与传感器芯片的第十端子连接。
按照本发明的又一方面，制造传感器芯片方法包括如下步骤形成第一电阻电桥，使第一电阻电桥有第一和第二输入节点和第一和第二输出节点，并使第一电阻电桥有第一、第二、第三和第四电阻；形成第二电阻电桥，使第二电阻电桥有第三和第四输入节点和第三和第四输出节点，并使第二电阻电桥有第五、第六、第七和第八电阻；形成至少第九和第十电阻，使得由用于第一电阻电桥恒电流工作的量程补偿而确定的第九和第十电阻的电阻值总和由在包含用于第二电阻电桥恒电压工作的第二电阻电桥的通道中用作反馈电阻而确定的第九和第十电阻的电阻值总和具有相同的值；以及形成第十一电阻，第十一电阻的一端与第九和第十电阻的节点连接，另一端可与传感器芯片的一层连接。
以下结合附图详细说明本发明，从而能对本发明的种种特征和优点更加明了，附图中
图1表示本发明实施例的传感器芯片；图2表示为恒电流工作而配置的图1的传感器芯片；图3表示为恒电压工作而配置的图1的传感器芯片；图4表示本发明的作为温度函数的两种类型离子注入电阻和压敏电阻量程偏移的特性；图5表示并比较传感器芯片配置成用于图2所示的恒电流工作时、利用和不利用量程补偿用的下述多功能电阻网络的作为温度的函数的恒电流压敏电阻电桥满度量程输出，；图6表示并比较配置成用于图2所示的恒电流工作时、利用和不利用下述多功能电阻网络的作为温度的函数的恒电流压力传感器输入电阻；图7表示并比较配置成用于图2所示恒电流工作时、利用和不利用下述多功能电阻网络的作为温度的函数的恒电流压力传感器输入电阻的温度电阻系数(TCR)；图8表示并比较配置成用于图2所示的恒电流工作时、利用和不利用下述多功能电阻网络的作为温度的函数的恒电流压力传感器温度电压(VT)；图9表示并比较配置成用于图2所示的恒电流工作时、利用和不利用下述多功能电阻网络的作为温度的函数的恒电流压力传感器温度电压(VT)的线性；图10表示并比较传感器芯片配置成用于图3所示的恒电压工作时、利用下述的多功能3端电阻网络作为标称反馈增益电阻的在温度范围-55℃至225℃的温度通道输出的恒电压工作；图11表示并比较传感器芯片配置成用于图3所示的恒电压工作时利用下述多功能3端电阻网络作为最大反馈增益电阻的在温度范围-55℃至225℃的温度通道输出的恒电压工作；图12表示并比较传感器芯片配置成用于图3所示的恒电压工作时利用下述多功能3端电阻网络作为最小反馈增益电阻的在温度范围-55℃至225℃的温度通道输出的恒电压工作；具体实施方式
如图1所示，传感器芯片20可以使用标准半导体工艺技术制造。传感器芯片20包括可以是硅衬底的衬底。衬底20上设有接线端1-14，接线端1-14使得能够在传感器芯片20上的各点做外部连线。而且，传感器芯片20可以具有外延层(例如n型外延层)和法拉第屏蔽层(二者均未图示)。
传感器芯片20包括压力压敏电阻电桥24、温度电阻电桥26和在衬底22上形成的第一电阻网络28。第一电阻网络28包含一个或多个电阻，例如电阻30、32和34。压力压敏电阻电桥24包含压敏电阻36、38、40和42。温度电阻电桥26包括电阻44、46、48和50。传感器芯片20还包含在衬底22上形成的第二电阻网络52。第二电阻网络52包含电阻54、56和58。
而且，在衬底22上形成多个导电路径，使得传感器芯片20中各元件能按图1所示方式内部连接。在衬底22上形成各个接线端1-14，使得传感器芯片20中各元件能按图2和3所示所想要的方式外部互连。
导电路径60将端子1与压敏电阻36和38的一个接点形成的第一激励输入节点62内部连接。导电路径64将端子2与压敏电阻40和42的一个接点形成的第二激励输入节点66内部连接。
导电路径68将端子4与压敏电阻36和40的一个接点形成的第一电桥输出节点70内部连接。导电路径72将电阻54一端与压敏电阻38和42的一个接点形成的第二电桥输出节点74内部连接，而导电路径76将电阻54的另一端连接到端子3。导电路径78将电阻54的另一端与电阻56的一端内部连接，而导电路径80将电阻56的另一端与端子11连接。导电路径82将电阻54和56的公用接点与电阻58的一端内部连接，而导电路径84将电阻58的另一端与端子10内部连接。
导电路径86将电阻30的一端与端子5内部连接，而导电路径88将电阻30的另一端与电阻32的另一端内部连接。导电路径90将电阻32的另一端与端子6内部连接。导电路径92将电阻32和30的公用接点与电阻34的一端连接，而导电路径94将电阻34的另一端与端子7内部连接。因此，电阻30、32和34共用一个公用接点，第一电阻网络28提供具有通用传感器设计的多功能用途。
导电路径96将端子12与温度电阻电桥26的电阻44和46形成的第一激励输入节点98内部连接。导电路径100将电阻48和50形成的第二激励输入节点102与端子9内部连接。导电路径104将第一电桥输出节点106与端子8内部连接。导电路径108将第二电桥输出节点110与端子5内部连接。
传感器芯片20的屏蔽层通过适当的导电路径与端子14内部连接，而传感器芯片20的外延层通过适当的导电路径与端子13内部连接。
通过端子1-14的适当外部连接，图1的传感器芯片20可用于恒电流应用或者恒电压应用。图2表示对于恒电流应用的图1的传感器芯片20端子1-14的适当外部连接。端子1和5外部连接到外部恒电流源112，从而将恒电流供给压力压敏电阻电桥24的第一激励输入节点62和电阻30的一端。端子2和6外部连接到基准电位，例如接地。端子3和4是传感器芯片22的输出端，可被外部连接到外部的高输入电阻差分放大器(未图示)的适当的输入端。
端子7、13和14连接在一起。端子10、11、12、8和9处于开路状态。
在形成压力压敏电阻电桥24、温度电阻电桥26、第一电阻网络28和第二电阻网络52时，电阻30、32、34、46、48、56和58作为轻度离子注入电阻形成，压敏电阻36、38、40和42以及电阻44、50和54作为重度离子注入电阻形成。离子注入材料(例如)可以是硼。由于离子注入的结果，电阻30、32、34、46、48、56和58，压敏电阻36、38、40和42以及电阻44、50和54各具有预定的掺杂浓度和薄层电阻率。
轻度离子注入电阻的电阻系数与重度离子注入电阻的电阻系数之比，例如可以为7左右。在第一例中，轻度离子注入电阻可以具有电阻率860Ω/每平方，而重度离子注入电阻可以具有电阻率120Ω/每平方。因此，在第一例中，电阻30、32、34、46、48、56和58各具有电阻率860Ω/每平方，而压敏电阻36、38、40和42以及电阻44、50和54可以各具有电阻率120Ω/每平方。在第二例中，轻度离子注入电阻可以具有电阻率2064Ω/每平方，而重度离子注入电阻可以具有电阻率288Ω/每平方。因此，在第二例中，电阻30、32、34、46、48、56和58可以各具有电阻率2064Ω/每平方，而压敏电阻36、38、40和42以及电阻44、50和54可以各具有电阻率288Ω/每平方。然而，也可以采用其它的比值和电阻率。而且，电阻30的电阻值可以选择为等于电阻32的电阻值。
而且，对于电阻率860Ω/每平方和2045Ω/每平方轻度离子注入电阻的掺杂浓度是相同的。同样，对于电阻率120Ω/每平方和288Ω/每平方重度离子注入电阻掺杂浓度是相同的。例如，轻度离子注入电阻率可以具有掺杂浓度大约为3×1017离子/cm3，而重度离子注入电阻率可以具有掺杂浓度大约为1×1019离子/cm3。上述两例的轻度离子注入电阻率和重度离子注入电阻率的两个组合是使用相同的晶片掩模和晶片工艺实现的。电阻率值的变化通过控制电阻成品厚度的晶片起始材料的参数确定。
对于图2所示的恒电流应用，多用途的电阻网络28的轻度离子注入电阻30和32串联地跨接在重度离子注入压敏电阻电桥24的第一和第二激励输入节点62和66上。该连接提供作为温度的函数的压敏电阻电桥输出的量程补偿，如图5所示，在并联电阻30和32和不并联电阻30和32的两种情况下作为温度的函数的压敏电阻电桥输出的量程偏移(相对于25°的变化，以％表示)。如图5所示，输入电阻的TCR增加同样也将激励电压增加所要求的量，以补偿重度离子注入压力压敏电阻电桥24的量程输出。该输入电阻定义为串联的电阻30和32与压力压敏电阻电桥24并联后的等效电阻。
图6表示对应于具有和不具有并联电阻这两种情况的作为温度的函数的输入电阻，这是达到图5表示的压力电桥输出的量程补偿所需要的。输入电阻的TCR可以由电阻30和32的阻值控制。电阻30和32的阻值减小，就增加输入电阻的TCR，也就增加量程偏移量，而电阻30和32的阻值增加，就减小输入电阻的TCR，也就减小量程偏移量。图6表示在具有和不具有并联电阻这两种情况下作为温度的函数的输入电阻，这是为了达到图5所示的压力电桥输出的量程补偿所需要的。
图7表示在具有和不具有并联电阻30和32这两种情况下作为温度的函数的图6所示的输入电阻的合成TCR。
轻度离子注入电阻30和32的标称室温阻值可以由(例如)提供所想要的量程补偿的值确定。该值通过如下方式确定控制输入电阻的增加、因而控制跨接在端子1/5和2/6上的输入电压的增加，以在特定所想要的温度抵消压力压敏电阻电桥的量程减小。对于此例，如图5所示，在125℃时量程补偿设定为将量程误差从-11.5％减小为接近零。
例如在125℃，轻度离子注入电阻30和32的串联组合当与重度离子注入压敏电阻电桥并联时，将输入电阻从+8％增加至+21％，如图6表示。这个阻值的增加转而又按比例增加了跨接在压力电桥上的激励电压，这提供了所想要的量程补偿，如图8所示。
此外，对于SOI(silicon-on-insulator)器件，端子7和14外部连接在一起，使得电阻34与外延层连接。这个连接提供等于电桥电压的1/2的偏置电位，这可以减小预热效应并改善压力压敏电阻电桥24的比例性。
如上所建议，离子注入可以与标准的硅压敏电阻传感器工艺同样地使用，制造轻度离子注入的高正TCR电阻即电阻30、32、34、46、48、56和58(在25℃时一般为2500ppm/℃)和重度离子注入低正TCR电阻即压敏电阻电桥电阻36、48、40、42，电阻46和54以及温度电桥电阻44和50(在25℃时一般为500ppm/℃)用于制造电阻30、32和34的离子注入类型由用于制造电阻36、38、40和42的离子注入类型决定。例如，如上所述，压敏电阻36、38、40和42作为重度离子注入电阻制造。因此，电阻30、32和34作为轻度离子注入电阻制造。然而，或者压敏电阻36、38、40和42作为轻度离子注入电阻制造，在这种场合，电阻30、32和34作为重度离子注入电阻制造。
以下的工艺次序假定在25℃的条件下进行，可以用于制造传感器芯片22。首先，根据所要求的预定技术规范确定在端子1和2之间的压力压敏电阻电桥24的最终电阻R24。
其次，电阻30和32的阻值之和这样确定就是使得如图2表示电阻30和32与压力压敏电阻电桥24并联(即串联的电阻30和32跨接在端子1和2上)达到对恒电流工作的预定的特定量程补偿，其中恒电流值设定为在25℃时的所要求的VT值(例如5V)除以在25℃时的电阻值Rin，Rin定义为压力压敏电阻电桥与电阻30和32的串联组合并联后的阻值。
确定过程可以分二步进行。第一步，推导在电阻30和32与压敏电阻电桥24并联从而提供量程补偿的情况下，对恒电流激励的压敏电阻电桥24输出传递函数VP。对图2的传感器芯片，这个传递函数由下列方程给出
VP=VT(1-R36R42R40R381+R36R40+R36R42R40R38)---(1)]]>式中VT是压敏电阻电桥24的激励输入电压，R36是压敏电阻36的阻值，R38是压敏电阻38的阻值，R40是压敏电阻40的阻值，R42是压敏电阻42的阻值。
在第二步，为了达到传感器芯片20在适当的温度范围的满度压力工作的所要求的量程补偿，使用压敏电阻电桥24和电阻30、32和34的适当阻值，将对满度压力工作的条件下作为温度函数的传递函数的性能模型化。压力压敏电阻电桥24的阻值(例如)可以是10209Ω，而电阻30和32的每个阻值(例如)对于总和值为10435Ω时可以是5217.5Ω。因此，在这例中，输入电阻Rin经计算是5160.4Ω(10209与10435并联)。为在25℃提供5V的VT所需要的恒电流(Icc)经计算为0.968921mA例如)。对于恒电流配置，VT(T)可以用作为温度信号。
图8表示具有和不具有与压力压敏电阻电桥24并联的轻度离子注入电阻30和32串联组合的情况下在-55℃至+225℃温度范围内作为温度函数的VT。在并联情况下从-55℃至+225℃的平均灵敏度是10.272mV/℃，对比之下在只有压力压敏电阻电桥的情况下却是+3.372mV/℃。从平均灵敏度来看灵敏度大约有3倍的增加。
图9表示在具有和不具有与压力压敏电阻电桥24并联的轻度离子注入电阻30和32串联组合的情况下在-55℃至+225℃温度范围内作为温度的函数的VT线性度。在并联情况下从-55℃至+225℃的MTBL(maximum terminal base linearity)误差是-11.03％，相比之下在只有压敏电阻电桥时却是-44.70％。从平均MTBL误差来看平均MTBL误差大约有4倍的增加。
因此，集成电阻网络28的同一轻度离子注入电阻组合与重度离子注入压敏电阻电桥24并联时，同时提供压敏电阻输出对温度的量程补偿并明显地增加灵敏度和VT温度电压的线性度。
第三，为了实现多功能使用，使得由用于压力压敏电阻电桥24恒电流应用的量程补偿而确定的电阻30和32的电阻值总和与由用作温度电阻电桥26的恒电压应用的在温度通道中的反馈电阻而确定的电阻30和32的电阻值总和被要求具有相同的值。换言之，电阻30和32应该具有相同的阻值，不论它们是用于恒电流应用的量程补偿，还是用于恒电压应用的在温度通道中反馈电阻。
温度通道如图3所示包括外部放大器，温度通道的增益G由下列方程给出G=1+R30+R32R46/50---(2)]]>式中R46/50是电阻46和50的并联组合，R30是电阻30的阻值，R32是电阻32的阻值。
增益G可规定为一组设计指标的函数。工作于恒电压应用的传感器芯片20的示例性的一组设计指标如下-55℃时的标称输出应该大约为恒电压的25％，+225℃时的标称输出应该大约为恒电压的75％；对于重度和轻度离子注入电阻的最差情况的±10％容差内输出应该保持在0％至100％。在这些示范的技术标准的条件下，标称增益为1.952满足这些技术标准。根据增益技术标准，并根据上述提及的电阻30和32的示范阻值，那未按照下列方程计算RinR46/50=R30+R32G-1=104351.952-1=10.961ohms---(3)]]>对于这个示例设计，温度电桥电阻44、46、48和50的阻值分别是23561Ω、20494Ω、20494Ω和23561Ω。温度电桥电阻44、46、48和50的这些阻值被要求在大约75℃使温度电阻电桥26达到平衡，这将放大器输出设定在中间范围。在给定的例中，电阻36、38、40和42的各阻值可以是10207Ω，使得压力电桥在零压力时达到电平衡。
电阻34的阻值被加以确定，以提供两个另外的任选增益选择(高增益和低增益)。对于上述给出的示例设计规范，该电阻34的阻值是9368Ω。
如上所述，通过对端子1-14进行适当的外部连接，传感器芯片20也可用于恒电压应用。图3表示恒电压应用的一例。端子1外部连接恒电压源114，使得在压力压敏电阻电桥24的第一激励输入节点62上施加作为基准电压的外部恒电压。端子2被外部连接到例如接地的基准电位。端子3和4是传感器芯片20的压力通道的输出端，分别外部连接到外部放大器116的正、负输入端。
端子1和10外部连接在一起，将偏压供给外部放大器116的负输入端，而端子11外部连接到外部放大器116的输出端，为外部放大器116提供反馈电阻。
端子12外部连接到恒电压源114，使得在温度电阻电桥26的第一激励输入节点98上施加作为基准电压的外部恒电压。端子9外部连接到基准电位，例如接地。端子5和8是传感器芯片20的温度通道的输出端，分别外部连接到外部放大器118的正、负输入端。端子6外部连接到外部放大器118的输出端，为外部放大器118提供反馈电阻。
压敏电阻36、38、40、42、44、50和54是重度离子注入电阻，而电阻30、32、34、46、48、56和58仍是轻度离子注入电阻。
对于恒电压工作，电阻网络28为温度电阻电桥26的输出提供针对特定温度工作范围定制的三种增益选择。这三种增益选择可以根据温度电阻电桥26的温度工作范围由端子6和7的接法加以选择。例如，为了控制外部放大器118的增益，可用端子6和7的不同组合与外部放大器118连接。
图10例示在温度范围-55℃至+225℃内温度通道输出(以Vref的％表示)，对应于端子6连接到外部放大器118的输出端且端子5连接到外部放大器118的负输入端的标称增益选择(如图3表示)。
图11例示在温度范围-55℃至+150℃内温度通道输出(以Vref的％表示)，对应于端子7连接到外部放大器118输出端且端子5连接到外部放大器118负输入端的最大增益选择(如图3表示)。
图12例示在温度范围-55℃至+300℃内温度通道输出(以Vref的％表示)，对应于端子6和7连接到外部放大器118的输出端且端子5连接到外部放大器118的负输入端的最小增益选择(如图3表示)。
至此已详述本发明的一些变形，本领域技术人员当会想到本发明的其它变形。因此，本发明的叙述仅为说明而已，告诉本领域技术人员实现本发明的最佳方式。其具体细节可以有很大变化而并不脱离本发明的精神，申请人保留对于所附权利要求书内所有改型的独家使用权。
权利要求
1.一种传感器芯片，设有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子，这些端子使得可进行所述传感器芯片的外部连接，所述传感器芯片包含形成在衬底上的压敏电阻电桥，所述压敏电阻电桥包含第一和第二输入节点与第一和第二输出节点；形成在所述衬底上的温度电阻电桥，所述温度电阻电桥包含第三和第四输入节点与第三和第四输出节点；形成在所述衬底上的第一电阻网络，所述第一电阻网络包含具有一公用接点的第一、第二和第三电阻；形成在所述衬底上的第二电阻网络，所述第二电阻网络包含具有一公用接点的第四、第五和第六电阻；形成在所述衬底上的第一导电路径，将第一输入节点与第一端子连接；形成在所述衬底上的第二导电路径，将第二输入节点与第二端子连接；形成在所述衬底上的包含第三电阻的第三导电路径，将第一输出节点与所述传感器芯片的第三端子连接；形成在所述衬底上的第四导电路径，将第二输出节点与所述传感器芯片的第四端子连接；形成在所述衬底上的第五导电路径，将第六电阻与所述传感器芯片的第五端子连接；形成在所述衬底上的第六导电路径，将第五电阻与所述传感器芯片的第六端子连接；形成在所述衬底上的第七导电路径，将第四电阻与所述传感器芯片的第七端子连接；形成在所述衬底上的第八导电路径，将第三输入节点与第十二端子连接；形成在所述衬底上的第九导电路径，将第四输入节点与第九端子连接；形成在所述衬底上的第十导电路径，将第三输出节点与所述传感器芯片的第八端子连接；形成在所述衬底上的第十一导电路径，将第四输出节点与所述传感器芯片的第五端子连接；形成在所述衬底上的第十二导电路径，将第二电阻与所述传感器芯片的第十一端子连接；以及形成在所述衬底上的第十三导电路径，将第一电阻与所述传感器芯片的第十端子连接。
2.权利要求1所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
3.权利要求2所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源，第二端子连接到基准电位。
4.权利要求1所述的传感器芯片，其中所述压敏电阻电桥包含重度离子注入电阻，第四、第五和第六电阻包含对应的轻度离子注入电阻。
5.权利要求4所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
6.权利要求4所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
7.权利要求6所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
8.权利要求4所述的传感器芯片，其中笫七端子连接到所述传感器芯片的外延层。
9.权利要求8所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
10.权利要求8所述的传感器芯片，其中所述压敏电阻电桥包含重度离子注入电阻，第四、第五和第六电阻包含对应的轻度离子注入电阻。
11.权利要求10所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
12.权利要求10所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
13.权利要求10所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
14.权利要求1所述的传感器芯片，其中第一、第十和第十二端子连接在一起，第二和第九端子连接在一起，第三和第四端子连接到第一放大器的对应输入端，第五和第八端子连接到第二放大器的对应输入端，第十一端子连接到所述第一放大器的输出端，第六和第七端子中至少一个连接到所述第二放大器的输出端。
15.权利要求14所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电压源。
16.权利要求15所述的传感器芯片，其中所述压敏电阻电桥、所述温度电阻电桥的一部分和所述第三电阻包含重度离子注入电阻，所述温度电阻电桥的其余部分以及所述第一、第二、第四、第五和第六电阻包含对应的轻度离子注入电阻。
17.权利要求16所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
18.权利要求16所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电压源。
19.权利要求14所述的传感器芯片，其中第六端子连接到所述第二放大器的输出端，所述第七端子为开路状态。
20.权利要求14所述的传感器芯片，其中第七端子连接到所述第二放大器的输出端，所述第六端子为开路状态。
21.权利要求14所述的传感器芯片，其中第六和第七端子连接到所述第二放大器的输出端。
22.一种传感器芯片，设有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二端子，这些端子使得可进行所述传感器芯片的外部连接，所述传感器芯片包含形成在衬底上的第一电阻电桥，所述第一电阻电桥包含第一和第二输入节点与第一和第二输出节点；形成在所述衬底上的第二电阻电桥，所述第二电阻电桥包含第三和第四输入节点与第三和第四输出节点；形成在所述衬底上的第一电阻网络，所述第一电阻网络包含具有公用接点的第一、第二和第三电阻；形成在所述衬底上的第二电阻网络，所述第二电阻网络包含具有公用接点的第四、第五和第六电阻；形成在所述衬底上的第一导电路径，将第一输入节点与第一端子连接；形成在所述衬底上的第二导电路径，将第二输入节点与第二端子连接；形成在所述衬底上的包含第三电阻的第三导电路径，将第一输出节点与所述传感器芯片的第三端子连接；形成在所述衬底上的第四导电路径，将第二输出节点与所述传感器芯片的第四端子连接；形成在所述衬底上的第五导电路径，将第六电阻与所述传感器芯片的第五端子连接；形成在所述衬底上的第六导电路径，将第五电阻与所述传感器芯片的第六端子连接；形成在所述衬底上的第七导电路径，将第四电阻与所述传感器芯片的第七端子连接；形成在所述衬底上的第八导电路径，将第三输入节点与第十二端子连接；形成在所述衬底上的第九导电路径，将第四输入节点与第九端子连接；形成在所述衬底上的第十导电路径，将第三输出节点与所述传感器芯片的第八端子连接；形成在所述衬底上的第十一导电路径，将第四输出节点与所述传感器芯片的第五端子连接；形成在所述衬底上的第十二导电路径，将第二电阻与所述传感器芯片的第十一端子连接；以及形成在所述衬底上的第十三导电路径，将第一电阻与所述传感器芯片的第十端子连接。
23.权利要求22所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
24.权利要求23所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源，第二端子连接到基准电位。
25.权利要求22所述的传感器芯片，其中第一电阻电桥包含重度离子注入电阻，第四、第五和第六电阻包含轻度离子注入电阻。
26.权利要求25所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
27.权利要求25所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
28.权利要求27所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
29.权利要求25所述的传感器芯片，其中笫七端子连接到所述传感器芯片的外延层。
30.权利要求29所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
31.权利要求29所述的传感器芯片，其中第一电阻电桥包含重度离子注入电阻，第四、第五和第六电阻包含对应的轻度离子注入电阻。
32.权利要求31所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
33.权利要求31所述的传感器芯片，其中第一和第五端子连接在一起，第二和第六端子连接在一起。
34.权利要求31所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电流源。
35.权利要求22所述的传感器芯片，其中第一、第十和第十二端子连接在一起，第二和第九端子连接在一起，第三和第四端子连接到第一放大器的对应输入端，第五和第八端子连接到第二放大器的对应输入端，第十一端子连接第一放大器的输出端，第六和第七端子中至少一个连接到第二放大器的输出端。
36.权利要求35所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电压源。
37.权利要求36所述的传感器芯片，其中第一电桥、第二电桥的一部分和第三电阻包含重度离子注入电阻，第二电桥的其余部分以及第一、第二、第三、第四和第六电阻包含对应的轻度离子注入电阻。
38.权利要求37所述的传感器芯片，其中所述重度离子注入电阻具有第一电阻率，所述轻度离子注入电阻具有第二电阻率，第二电阻率对第一电阻率之比约为7。
39.权利要求37所述的传感器芯片，其中第一端子连接到恒电压源。
40.权利要求35所述的传感器芯片，其中第七端子为开路状态。
41.权利要求35所述的传感器芯片，其中第六端子连接到第二放大器的输出端，第七端子为开路状态。
42.权利要求35所述的传感器芯片，其中第七端子连接到第二放大器的输出端，第六端子为开路状态。
43.权利要求35所述的传感器芯片，其中第六和第七端子连接到第二放大器的输出端。
44.一种制造传感器芯片的方法，包括如下步骤形成第一电阻电桥，使所述第一电阻电桥含有第一和第二输入节点与第一和第二输出节点，并使第一电阻电桥含有第一、第二、第三和第四电阻；形成第二电阻电桥，使所述第二电阻电桥含有第三和第四输入节点与第三和第四输出节点，并使第二电阻电桥含有第五、第六、第七和第八电阻；至少形成第九和第十电阻，使得由用于第一电阻电桥恒电流工作的量程补偿而确定的第九和第十电阻的总阻值和由在包含用于第二电阻电桥恒电压工作的第二电阻电桥的通道中用作反馈电阻而确定的第九和第十电阻的总阻值具有相同的值；以及形成第十一电阻，其一端与第九和第十电阻之间的节点连接，另一端与所述传感器芯片的一层连接。
45.权利要求44所述的方法，其中还包括根据下列方程来确定电阻R3的步骤R3=R1+R2G-1]]>式中R1是第一电阻的阻值，R2是第二电阻的阻值，G是设计指标，R3是与第七和第八电阻的并联组合的阻值。
全文摘要
一种传感器芯片含有压敏电阻电桥、温度电阻电桥和多功能电阻网络，该多功能电阻网络可以用于压敏电阻电桥工作在恒电流模式时的量程补偿。在恒电流模式，所述多功能电阻网络也可以用于为传感器芯片外延层提供偏置电位。在恒电压模式，多功能电阻网络可用于为包含温度电阻电桥的温度通道提供三种不同增益，从而为特定温度运行范围定制温度电阻电桥输出。
文档编号H01L29/82GK1823268SQ200480020521
公开日2006年8月23日 申请日期2004年5月19日 优先权日2003年5月20日
发明者R·L·约翰逊 申请人:霍尼韦尔国际公司