JP2004304052A

JP2004304052A - Semiconductor device

Info

Publication number: JP2004304052A
Application number: JP2003097041A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shinoda; 丈司篠田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can decide more reliably the presence or absence of a chip abnormality caused by the application of a surge voltage or the like. <P>SOLUTION: A signal processing circuit of an integrated circuit which includes a differential amplifier 12 for differentially amplifying a detection signal from a semiconductor pressure sensor connected with distortion resistors R1-R4 in the form of a bridge and an inversion amplifier 13 for inverting and amplifying the differentially-amplified signal is provided in the semiconductor device formed as an IC chip 10. A protective resistor Rh as a resistance element to be self-cut off when a surge voltage of a predetermined voltage or higher is applied to an output terminal Tout of the IC chip 10 (signal processing circuit) is connected (inserted) in series with signal output lines Wo1 and Wo2 of the signal processing circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種センサから出力される検出信号を増幅するなどの所要の処理を実行する信号処理回路がセンサ部共々、あるいはセンサ部とは別途に半導体チップ内に集積回路化された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体装置としては、例えば図５に例示するような半導体圧力センサについてその検出信号を処理する装置がある。
【０００３】
はじめに、この図５を参照して、そのセンサ部を構成する半導体圧力センサの概要について説明する。なお、図５において、図５（ａ）は、この圧力センサの断面図、図５（ｂ）は同圧力センサの平面図をそれぞれ示す。また、図５（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。
【０００４】
これら図５（ａ）および（ｂ）に示されるように、このセンサ部は、例えばシリコン基板などからなる半導体基板１のダイアフラム部表面にひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を備えて構成されている。このため、ダイヤフラム部に図５（ａ）に示すような圧力が印加されると、これらひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうち、中央部のひずみ抵抗Ｒ２およびＲ４には圧縮応力が作用し、また端部のひずみ抵抗Ｒ１およびＲ３には引張応力が作用する。そして通常は、ピエゾ抵抗効果により、引張応力が作用する側のひずみ抵抗Ｒ１およびＲ３はその抵抗値が増加し、他方の圧縮応力が作用する側のひずみ抵抗Ｒ２およびＲ４はその抵抗値が減少する。
【０００５】
上記センサ部は、このような原理に基づいて、例えば車載エンジンに吸入される空気の圧力（吸気圧）や車両のブレーキ圧等を検出するものであり、通常は、同センサ部と一体に、あるいは別体に集積回路化された図６に例示する処理回路を通じてその信号処理が行われる。なお図６は、これらセンサ部と信号処理回路とが一体に集積回路化されたＩＣチップを想定して、その等価回路を例示したものであり、次に、この図６を併せ参照して、その回路構成、並びに動作について説明する。
【０００６】
この図６に示されるように、上記センサ部を構成するひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４はブリッジ回路３１として構成されている。このブリッジ回路３１の一方端には適宜に定電圧化された電圧「＋Ｖ」が印加され、他方端は接地されている。そして、上述した圧力の印加に伴う応力の向きに応じた各ひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値変化は、このブリッジ回路３１における各中点電位ＶａおよびＶｂの変化として取り出され、これら中点電位ＶａおよびＶｂの変化が差動増幅器３２によって差動増幅される。さらに、この差動増幅器３２によって差動増幅された信号は基準電圧「Ｖｓ」を基準として「−Ｒ６／Ｒ５」の増幅率をもつ反転増幅器３３によって反転増幅され、この反転増幅された信号が、信号出力線Ｗｏを介して当該ＩＣチップ３０としての出力端子Ｔｏｕｔから出力される。なお、この出力信号は適宜のケーブルＣＢを介して電子制御装置４０の入力端子Ｔｉｎに取り込まれ、該電子制御装置４０を通じたエンジン制御などの各種の制御に際しての圧力値のモニタに供される。
【０００７】
ところで、このような半導体装置にあっては、上記ケーブルＣＢによって同装置を上記電子制御装置４０に接続する以前、例えば作業者が上記出力端子Ｔｏｕｔに誤って触れてしまうなどに起因して、同出力端子Ｔｏｕｔに静電気などのサージ電圧が印加されることがある。そして、このようなサージ電圧が印加されるようなことがあると、上記ＩＣチップ３０としての内部回路が破壊に至る懸念がある。
【０００８】
そこで従来は、図６に併せて示すように、上記信号出力線ＷｏにツェナーダイオードＺＤを並列に設けることによって、このようなサージ電圧から内部回路を保護するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ツェナーダイオードＺＤを保護素子として設けることで、上記サージ電圧が上記出力端子Ｔｏｕｔに印加されたとしても、このツェナーダイオードＺＤの降伏によって、該印加されたサージ電圧は内部回路に至ることなく接地される。しかしこの際、上記信号出力線Ｗｏおよび該信号出力線ＷｏからツェナーダイオードＺＤに至る経路には一時的に大電流が流れるため、この大電流によってこれら信号出力線Ｗｏあるいは該信号出力線ＷｏからツェナーダイオードＺＤに至る経路が損傷することがある。
【００１０】
一方、このような半導体装置（半導体センサ）を車両などに実装する場合、上記電子制御装置４０では、上記ケーブルＣＢによって該半導体装置が接続されたときの入力端子Ｔｉｎの電位を監視して、この接続された半導体装置が正常な状態（良品）であるか否かを判定している。すなわち、この図６に示されるように、電子制御装置４０は、上記入力端子Ｔｉｎに対してその電位を引き上げるためのプルアップ抵抗Ｒｐを備えている。そして電子制御装置４０は、上記半導体装置が接続されたときのこの入力端子Ｔｉｎの電位がプルアップ抵抗Ｒｐによって引き上げられた電位に維持された状態であれば、該半導体装置に信号出力線Ｗｏが断線している等の異常が生じている旨判定する。他方、この入力端子Ｔｉｎの電位がそれ以外の適宜に分圧された電位を示していれば、同半導体装置が正常（良品）である旨判定する。
【００１１】
ところが、保護素子として上記ツェナーダイオードＺＤを備える半導体装置の場合には上述のように、サージ電圧からの保護動作に際して、上記信号出力線Ｗｏあるいは該信号出力線ＷｏからツェナーダイオードＺＤに至る経路に損傷が生じている可能性がある。そして、同経路にこのような損傷が生じていたとしても、上記電子制御装置４０側からはこれが正常（良品）である旨判定されるようになる。結局、このような判定に基づいて該半導体装置が使用され続けた場合には、上記損傷している経路が意図しない抵抗成分として作用するなど、半導体装置あるいは半導体センサとしてのセンシング動作や信頼性を大きく損ねる要因ともなる。
【００１２】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サージ電圧などの印加に起因するチップ異常の有無をより的確に判別可能とする半導体装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置では、検出対象の物理量をセンシングするセンサ部からの検出信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路が半導体チップ内に集積回路化されてなる半導体装置として、前記信号処理回路の出力端子に前記センサ部のセンシング動作に影響を及ぼす所定の電圧以上のサージ電圧が印加されることに基づいて自断線する抵抗素子を前記信号処理回路の信号出力線に直列に接続することとした。
【００１４】
このような構成によれば、出力端子に印加された上記サージ電圧は、上記抵抗素子を介して半導体装置（半導体チップ）の内部回路に一気に大電流を流すように作用する。しかしこのとき、この電流は上記抵抗素子に局所的に集中するようになることから、結局は上記サージ電圧の急激な立ち上がりに伴って、該抵抗素子が自断線に至るようになる。そして、こうして抵抗素子が一旦断線されれば、上記出力端子は電気的に浮いた状態となるため、その後、例えば前述した電子制御装置にこの出力端子が接続されることにより、当該半導体装置（半導体チップ）の異常の有無を的確に判別することができるようになる。
【００１５】
また、請求項２に記載のように、前記抵抗素子としてはこれを、薄膜抵抗によって形成することが実用上望ましい。
なお、このような薄膜抵抗材料としては、例えば半導体基板がシリコン基板からなる場合、クロムシリコン等のシリサイドを用いることができる。このような薄膜抵抗は、そのシート抵抗が概ね５００Ω／□程度であるため、これを１０〜１００Ω程度の抵抗値となるように形成しておくことで、上記信号処理回路の信号出力線に与える電気的影響を最小限に抑えることができるようになる。すなわち、センサ部のセンシング動作や信号処理回路としての信頼性についてもこれを好適に維持することができるようになる。また、このような薄膜抵抗を採用することで、サージ電圧が印加された際には、上述した自断線にも至りやすい。
【００１６】
一方、これらの構成において、請求項３に記載のように、前記信号処理回路の出力端子が、前記センサ部のセンシング動作をモニタしつつ所定の制御を実行する電子制御装置の所定電位にプルアップされた入力端子に適宜のケーブルを介して接続されるもの、とすることで、電子制御装置を通じた当該半導体装置（半導体チップ）の良否判定をより容易なものとすることができるようになる。
【００１７】
すなわちこの場合、適宜のケーブルによって半導体装置の上記出力端子と電子制御装置の上記入力端子とを接続するとともに、それら電子制御装置および半導体装置に給電したときの電子制御装置の入力端子の電位を監視することのみで、この接続された半導体装置が正常な状態（良品）であるか否かを判定することができるようになる。ちなみにこの場合には、上記監視する電位がプルアップされた所定の電位に相当するものであれば、当該半導体装置が異常、すなわち上記抵抗素子が自断線している旨判定され、それ以外の適宜に分圧された電位を示していれば、同半導体装置が正常（良品）である旨判定される。
【００１８】
また、請求項４に記載のように、前記信号処理回路の出力端子が、前記センサ部のセンシング動作をモニタしつつ所定の制御を実行する電子制御装置の入力端子に適宜のケーブルを介して接続されるものであり、同信号処理回路の信号出力線に直列に接続された前記抵抗素子の前段が所定電位にプルアップされてなるもの、とすることでも、電子制御装置を通じた当該半導体装置（半導体チップ）の良否判定を行うことはできる。
【００１９】
この場合には、電子制御装置の入力端子と接地との間に適宜の抵抗を設けていわゆるプルダウン状態としておき、この入力端子を介して監視する電位が、上記半導体装置の接続後（半導体装置への給電後）もこのプルダウンした電位（「０Ｖ」）に相当するものであれば、該半導体装置が異常、すなわち上記抵抗素子が自断線しており、それ以外の適宜に分圧された電位を示していれば、同半導体装置が正常（良品）である旨判定される。
【００２０】
なお、上記抵抗素子の、信号処理回路の信号出力線に対する接続（挿入）態様は、具体的には、それら信号処理回路の構成に応じて以下の態様となる。
例えば、請求項５に記載のように、前記センサ部が圧力の印加に基づくひずみ抵抗の抵抗値変化に基づいて該圧力の印加態様を検出する圧力センサからなり、信号処理回路が、この圧力センサの出力を所要に増幅する回路からなる場合には、上記抵抗素子は、この増幅された信号の信号出力線に直列に接続（挿入）される態様となる。
【００２１】
また、請求項６に記載のように、前記センサ部が磁気抵抗素子に印加される磁気ベクトル変化に基づいて被検出回転体の回転態様を検出する磁気センサからなり、信号処理回路が、この磁気センサの出力を所要に増幅する回路と、この増幅された信号を所定のしきい値に基づいて２値化する回路と、この２値化された信号に基づいてスイッチング動作するスイッチング素子とを備えて構成される場合には、上記抵抗素子は、このスイッチング素子のコレクタ端子と前記出力端子とを結線する信号出力線に直列に接続される態様となる。
【００２２】
また、上記何れの場合であれ、信号処理回路として半導体チップ内に集積回路化される半導体装置としては、該信号処理回路がセンサ部共々、１つのチップ内に集積回路化されたものであってもよいし、同信号処理回路がセンサ部とは別途のチップとして集積回路化されたものであってもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明にかかる半導体装置の第１の実施の形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。
【００２４】
この実施の形態の半導体装置を構成する半導体チップ（ＩＣチップ）１０も、基本的には先の図５に例示した態様で半導体基板１のダイアフラム部表面に設けられたひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４をセンサ部として備える半導体圧力センサ、およびその信号処理回路からなるものを想定している。
【００２５】
また、ＩＣチップ１０の出力端子でもある上記信号処理回路の出力端子Ｔｏｕｔが、適宜のケーブルＣＢを介して電子制御装置４０の入力端子Ｔｉｎに電気的に接続され、この電子制御装置４０を通じて、
・車載エンジンの運転制御などの各種の制御に際して上記センサ部のセンシング動作がモニタされること。
・上記ケーブルＣＢの接続時にはＩＣチップ１０の良否判定が行われること。
等々も、先の図６に例示した従来のＩＣチップ３０の場合と同様である。
【００２６】
はじめに、図１に基づいて、この実施の形態の半導体装置を構成するＩＣチップ１０内の回路構成、並びにその動作について説明する。
同図１に示されるように、上記センサ部を構成するひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、このＩＣチップ１０においてはブリッジ回路１１として構成されている。このうち、ひずみ抵抗Ｒ１およびＲ２の共通接続部には適宜に定電圧化された例えば「５Ｖ」等の電圧「＋Ｖ」が印加され、またひずみ抵抗Ｒ３およびＲ４の共通接続部は接地されている。そして、先の図５（ａ）に例示した態様での圧力の印加に基づき、引張応力が作用する側のひずみ抵抗Ｒ１およびＲ３はその抵抗値が増加し、他方の圧縮応力が作用する側のひずみ抵抗Ｒ２およびＲ４はその抵抗値が減少する態様で、それら抵抗値が変化することは前述の通りである。上記ブリッジ回路１１からは、このようなひずみ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値変化が、同ブリッジ回路１１における各中点電位ＶａおよびＶｂの変化として取り出され、これら各中点電位ＶａおよびＶｂの変化が差動増幅器１２によって差動増幅される。
【００２７】
また、この差動増幅器１２による差動増幅出力は、適宜の基準電圧Ｖｓをもとに反転増幅する反転増幅器１３に入力される。そして、該反転増幅器１３を通じて所要に、すなわち「−Ｒ６／Ｒ５」の増幅率をもって反転増幅され、この反転増幅された信号が信号出力線を介して上記出力端子Ｔｏｕｔから出力される。
【００２８】
ここで、この実施の形態の半導体装置にあっては、同図１に示されるように、上記差動増幅器１２と共に信号処理回路を構成する反転増幅器１３の信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２には、抵抗素子である保護抵抗Ｒｈが直列に接続（挿入）されている。すなわち、上記反転増幅器１３によって反転増幅された信号は、これら信号出力線Ｗｏ１、保護抵抗Ｒｈ、および信号出力線Ｗｏ２を介して上記出力端子Ｔｏｕｔに至る構成となっている。
【００２９】
ちなみにこの実施の形態において、上記保護抵抗Ｒｈは、上記センサ部によるセンシング動作はもとより、上記信号処理回路における信号処理動作に際してもその電気的な影響を最小限に抑えることのできる１０〜１ＫΩ程度の抵抗値をもつ薄膜抵抗として形成されている。
【００３０】
また一方、上記保護抵抗Ｒｈは、上記ケーブルＣＢによってＩＣチップ１０が電子制御装置４０に接続される以前、例えば作業者が誤って上記出力端子Ｔｏｕｔに触れるなど、この出力端子Ｔｏｕｔに静電気などのサージ電圧が印加された際には、自断線して、同出力端子Ｔｏｕｔを電気的に浮いた状態とする。なお、上記保護抵抗Ｒｈが自断線に至る目安となるサージ電圧としては、例えば「１ＫＶ」以上等の電圧を想定している。ちなみに、先の図６に例示したツェナーダイオードＺＤが降伏に至ることによって、先の信号出力線Ｗｏおよび該信号出力線ＷｏからツェナーダイオードＺＤに至る経路には一時的に大電流が流れ、これら経路が損傷することがあることは前述した通りである。そして、信号出力線Ｗｏにこのような損傷が生じた場合、これが意図しない抵抗成分として作用するなど、上記センサ部によるセンシング動作に影響を及ぼすようになることも前述した。したがって、上記保護抵抗Ｒｈとしても、上記センサ部のセンシング動作に影響を及ぼす上記所定の電圧（例えば「１ＫＶ」）以上等のサージ電圧が印加されることに基づいて自断線に至る構造とすることが望ましい。
【００３１】
図２は、上記保護抵抗Ｒｈについて、その半導体基板への実装構造を例示したものであり、図２（ａ）は、該保護抵抗Ｒｈおよびその周辺部の平面構造を、また図２（ｂ）は、同保護抵抗Ｒｈおよびその周辺部の断面構造をそれぞれ示している。
【００３２】
これら図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、例えばＰ型のシリコン基板からなる半導体基板１の表面には絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２の上面に、上記保護抵抗Ｒｈとする薄膜抵抗が形成されている。また、この薄膜抵抗からなる保護抵抗Ｒｈの両端には、これと電気的に直列に接続される態様で、上記信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２となる金属配線が敷設されている。
【００３３】
なお、この実施の形態おいては、上記保護抵抗Ｒｈとする薄膜抵抗の材料として、シート抵抗が概ね５００Ω／□程度であるクロムシリコンを採用している。そして、その抵抗値が概ね１００Ω程度となるように、該薄膜抵抗の幅と長さとの比を約「５：１」に定めている。
【００３４】
こうした態様にて上記保護抵抗Ｒｈを形成することにより、上記信号処理回路の信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２に与える電気的な影響を最小限に抑えることができ、上記センサ部のセンシング動作はもとより、信号処理回路としての信頼性についても、これを好適に維持することができるようになる。一方、ＩＣチップ１０の出力端子Ｔｏｕｔに上記サージ電圧が印加された際には、該サージ電圧の印加に起因する大電流が上記保護抵抗Ｒｈに局所的に集中するようになる。このため、結局は、このサージ電圧の急激な立ち上がりに伴って、該保護抵抗Ｒｈが自断線に至るようになる。そして、こうして保護抵抗Ｒｈが一旦断線されれば、上記出力端子Ｔｏｕｔは電気的に浮いた状態となるため、その後、上記電子制御装置４０にこの出力端子Ｔｏｕｔが接続されることにより、当該半導体装置（半導体チップ）の異常の有無についてもこれを的確に判別することができるようになる。
【００３５】
以下、上記電子制御装置４０を通じて行われる、この実施の形態の半導体装置を構成するＩＣチップ１０の良否判定方法について詳述する。
前述のように、上記ＩＣチップ１０を車両などに実装する場合、上記電子制御装置４０では、上記ケーブルＣＢによって該ＩＣチップ１０が接続されたときの入力端子Ｔｉｎの電位を監視して、この接続されたＩＣチップ１０が正常な状態（良品）であるか否かを判定している。すなわち、先の図６と同様、図１にも示されるように、電子制御装置４０は、上記入力端子Ｔｉｎに対してその電位を引き上げるためのプルアップ抵抗Ｒｐを備えている。そして電子制御装置４０は、上記ＩＣチップ１０が接続されたときのこの入力端子Ｔｉｎの電位がプルアップ抵抗Ｒｐによって引き上げられた電位に維持された状態であれば、該ＩＣチップ１０が異常、すなわち上記保護抵抗Ｒｈが断線している旨判定する。他方、この入力端子Ｔｉｎの電位がそれ以外の電位、すなわち上記保護抵抗Ｒｈや上記反転増幅器１３の内部抵抗等によって適宜に分圧された電位を示していれば、同ＩＣチップ１０が正常（良品）である旨判定する。なおこの良否判定に際して、上記電子制御装置４０および上記ＩＣチップ１０は共に給電された状態におかれている。
【００３６】
以上説明したように、この実施の形態にかかる半導体装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）通常の使用時においては電気的な影響が少なく、ＩＣチップ１０としての出力端子Ｔｏｕｔにセンサ部のセンシング動作に影響を及ぼすようなサージ電圧が印加されたときには自断線する保護抵抗Ｒｈを信号処理回路の信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２に直列に接続（挿入）することとした。このため、上記サージ電圧が印加された後は、上記出力端子Ｔｏｕｔが電気的に完全に浮いた状態となり、ＩＣチップ１０の異常の有無を的確に判別することができるようになる。
【００３７】
（２）上記保護抵抗Ｒｈとして、例えばクロムシリコン等からなる薄膜抵抗を採用した。これにより、上記特性、すなわち通常の使用時においては電気的な影響が少なく、ＩＣチップ１０としての出力端子Ｔｏｕｔにセンサ部のセンシング動作に影響を及ぼすようなサージ電圧が印加されたときには自断線するといった特性を備える保護抵抗Ｒｈを容易に実現することができる。
【００３８】
（３）ＩＣチップ１０の出力端子、すなわち信号処理回路の出力端子Ｔｏｕｔが、電子制御装置４０の所定電位にプルアップされた入力端子ＴｉｎにケーブルＣＢを介して接続される構成とした。このため、電子制御装置４０のこの入力端子Ｔｉｎの電位を監視することで、ＩＣチップ１０の良否判定を容易に、且つ、的確に行うことができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
次に、この発明にかかる半導体装置の第２の実施の形態について、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００４０】
この実施の形態は、先の半導体圧力センサに代えて、回転検出装置に用いられる磁気センサを構成する半導体装置にこの発明を適用したものであり、はじめに、図３に基づいて、この実施の形態にかかる半導体装置の概要を説明する。
【００４１】
同図３に示すように、この半導体装置は、センサ部およびその信号処理回路の一部が、１つのＩＣチップ２０として集積回路化されて、被検出回転体である磁性体からなるロータＲＴに対向するように設けられる。そして、この半導体装置を構成するＩＣチップ２０は、樹脂などからなるモールド材によって円柱形状にモールドされた状態でその電源端子Ｔｐ、出力端子Ｔｏｕｔ、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔｇｎｄといった各端子が引き出される構造となっている。これら各端子のうち、上記出力端子Ｔｏｕｔは、例えば車載エンジンの運転を制御する電子制御装置に接続され、該制御装置に上記ロータＲＴの回転情報を提供する。
【００４２】
一方、このＩＣチップ２０内に組み込まれている上記センサ部は、付与される磁気ベクトルの向きにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を備えて構成されている。このため、当該半導体装置を構成するＩＣチップ２０の周囲には上記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するための円筒状のバイアス磁石ＭＧが配設されている。
【００４３】
このような構成により、上記ロータＲＴの回転に伴ってその突起部がＩＣチップ２０内に組み込まれた上記センサ部近傍を通過するたびに、上記バイアス磁石ＭＧから付与されているバイアス磁界の磁気ベクトルが同突起部に引きづられるかたちで変化するようになる。そして、こうした磁気ベクトルの変化が上記磁気抵抗素子を備えるセンサ部を通じて抵抗値の変化として検出され、その対応する電気信号が適宜に信号処理されて、上記出力端子Ｔｏｕｔから出力される。
【００４４】
図４は、このような半導体装置を構成するＩＣチップ２０の上記センサ部、並びに信号処理回路についてその等価回路を示したものであり、以下、同図４を併せ参照して、該半導体装置の構成、並びに動作をさらに詳述する。
【００４５】
同図４に示されるように、上記センサ部は、電気的には磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４のブリッジ回路２１からなる周知の回路として構成されている。このブリッジ回路２１の一方端には、適宜に定電圧化された例えば「５Ｖ」等の電圧「＋Ｖ」が印加され、他方端は接地されている。そして、上述した磁気ベクトル変化に伴う各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化は、このブリッジ回路２１における各中点電位ＶａおよびＶｂの変化として取り出され、これら中点電位ＶａおよびＶｂの変化が信号処理回路に入力される。
【００４６】
一方、信号処理回路では、ブリッジ回路２１における上記各中点電位ＶａおよびＶｂが差動増幅器２２によって差動増幅される。そして、この差動増幅された信号は、比較器２３において所定のしきい値Ｖｔｈとの比較のもとに２値化され、この２値化された信号に基づいて、例えばバイポーラ型トランジスタからなるスイッチング素子２４がオン・オフ制御される。なお、上記２値化された信号（パルス信号）の２値化周期（パルス周期）が上記ロータＲＴの回転速度に対応したものとなることは周知の通りである。
【００４７】
ここで、上記スイッチング素子２４は、同図４に示されるように、ＩＣチップ２０内においてはオープンコレクタ型の配線がなされており、該ＩＣチップ２０の出力端子Ｔｏｕｔが適宜のケーブルＣＢにより電子制御装置５０の入力端子Ｔｉｎに接続されることによって、そのスイッチング動作が能動となる。すなわち、電子制御装置５０側に上記スイッチング素子２４のコレクタ端子（出力端子Ｔｏｕｔ）に対するプルアップ抵抗Ｒｐが設けられており、該プルアップ抵抗Ｒｐを通じた給電が行われることによって、上記スイッチング素子２４のスイッチング動作が有効となる。
【００４８】
また、この実施の形態の半導体装置にあっても、同図４に示されるように、上記スイッチング素子２４のコレクタ端子に接続された信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２には、抵抗素子である保護抵抗Ｒｈが直列に接続（挿入）されている。すなわち、上記電子制御装置５０との接続によって有効となる給電信号（電圧）は、上記出力端子Ｔｏｕｔから信号出力線Ｗｏ２、保護抵抗Ｒｈ、および信号出力線Ｗｏ１を介して上記コレクタ端子に至る構成となっている。
【００４９】
そしてこの実施の形態においても、
（ａ）上記保護抵抗Ｒｈは、上記センサ部によるセンシング動作はもとより、その後段の信号処理回路における信号処理動作に際しても、電気的な影響を最小限に抑えることのできる１０〜１００Ω程度の抵抗値をもつ薄膜抵抗として形成されていること。
（ｂ）しかも、ケーブルＣＢによりＩＣチップ２０が電子制御装置５０に接続される以前、作業者等が誤って上記出力端子Ｔｏｕｔに触れるなど、該出力端子Ｔｏｕｔに静電気などのサージ電圧が印加された際には、自断線して、同出力端子Ｔｏｕｔを電気的に浮いた状態とすること。
（ｃ）上記保護抵抗Ｒｈが自断線に至る目安となるサージ電圧が、例えば「１ＫＶ」以上等、上記センサ部のセンシング動作に影響を及ぼす所定の電圧以上であること。
（ｄ）上記保護抵抗Ｒｈとする薄膜抵抗材料としては、シート抵抗が概ね５００Ω／□程度であるクロムシリコンが採用され、その抵抗値が概ね１００Ω程度となるように、先の図２に例示した態様で、当該薄膜抵抗の幅と長さとの比が約「５：１」に定められていること。
等々は、先の実施の形態の場合と同様である。
【００５０】
こうした態様にて上記保護抵抗Ｒｈを形成することにより、上記信号処理回路の信号出力線Ｗｏ１およびＷｏ２に与える電気的な影響を最小限に抑えることができ、上記センサ部のセンシング動作はもとより、信号処理回路としての信頼性についても、これを好適に維持することができるようになる。一方、ＩＣチップ２０の出力端子Ｔｏｕｔに上記サージ電圧が印加された際には、該サージ電圧の印加に起因する大電流が上記保護抵抗Ｒｈに局所的に集中するようになる。このため、結局は、このサージ電圧の急激な立ち上がりに伴って、該保護抵抗Ｒｈが自断線に至るようになる。そして、こうして保護抵抗Ｒｈが一旦断線されれば、上記出力端子Ｔｏｕｔは電気的に浮いた状態となるため、その後、上記電子制御装置５０にこの出力端子Ｔｏｕｔが接続されることにより、当該半導体装置（半導体チップ）の異常の有無についてもこれを的確に判別することができるようになる。
【００５１】
以下、上記電子制御装置５０を通じて行われる、この実施の形態の半導体装置を構成するＩＣチップ２０の良否判定方法について詳述する。
ここでも前述のように、上記ＩＣチップ２０を車両などに実装する場合、上記電子制御装置５０では、上記ケーブルＣＢによって該ＩＣチップ２０が接続されたときの入力端子Ｔｉｎの電位を監視して、この接続されたＩＣチップ２０が正常な状態（良品）であるか否かを判定している。すなわち上述のように、電子制御装置５０は、上記入力端子Ｔｉｎに対してその電位を引き上げるためのプルアップ抵抗Ｒｐを備えている。そして電子制御装置５０は、上記ＩＣチップ２０が接続されたときのこの入力端子Ｔｉｎの電位がプルアップ抵抗Ｒｐによって引き上げられた電位に維持された状態であれば、該ＩＣチップ２０が異常、すなわち上記保護抵抗Ｒｈが断線している旨判定する。他方、この入力端子Ｔｉｎの電位がそれ以外の電位、すなわち上記保護抵抗Ｒｈや上記スイッチング素子２４内のコレクタ−エミッタ間抵抗等によって適宜に分圧された電位を示していれば、同ＩＣチップ２０が正常（良品）である旨判定する。なおこの良否判定に際しても、上記電子制御装置５０およびＩＣチップ２０は共に給電された状態におかれる。
【００５２】
以上説明したように、この第２の実施の形態にかかる半導体装置によっても、センサ部や信号処理回路の構成が異なるとはいえ、先の第１の実施の形態の前記（１）〜（３）の効果に準じた効果を得ることができるようになる。
【００５３】
（他の実施の形態）
なお、この発明にかかる半導体装置は、上記各実施の形態に限られるものではなく、それらを適宜に変形した、例えば以下のような形態をもって実施することもできる。
【００５４】
・上記各実施の形態では、信号処理回路の出力端子Ｔｏｕｔが、各センサ部のセンシング動作をモニタしつつ所定の制御を実行する電子制御装置４０あるいは５０の所定電位にプルアップされた入力端子Ｔｉｎに適宜のケーブルＣＢを介して接続されるものとしたが、上記所定電位へのプルアップ箇所は任意である。すなわち、半導体装置（ＩＣチップ１０あるいは２０）側、詳しくは上記保護抵抗Ｒｈの前段においてこうした所定電位へのプルアップを行うようにしてもよい。ただしこの場合には、電子制御装置４０あるいは５０の入力端子Ｔｉｎと接地との間に適宜の抵抗を設けて、いわゆるプルダウン状態としておくことが望ましい。これにより、この入力端子Ｔｉｎを介して監視する電位が、上記半導体装置の接続後（半導体装置への給電後）もこのプルダウンした電位（「０Ｖ」）に相当するものであれば、該半導体装置が異常、すなわち上記保護抵抗Ｒｈが自断線している旨判定する。他方、同入力端子Ｔｉｎを介して監視する電位が、それ以外の適宜の分圧された電位を示していれば、同半導体装置が正常（良品）である旨判定する。
【００５５】
・上記各実施の形態では、上記保護抵抗Ｒｈとする抵抗素子として薄膜抵抗を採用したが、信号処理回路の出力端子Ｔｏｕｔに前記センサ部のセンシング動作に影響を及ぼす所定の電圧以上のサージ電圧が印加されることに基づいて自断線する抵抗素子でさえあれば、任意の抵抗素子を採用することができる。
【００５６】
・また、上記保護抵抗Ｒｈとして薄膜抵抗を採用する場合であれ、該薄膜抵抗の材料としては、磁気抵抗素子なども含めて、前述したクロムシリコンに限られない任意の材料を用いることができる。
【００５７】
・また、半導体装置を構成する半導体基板の導電型も任意であり、信号処理回路として作り込まれる回路の構成によってはＮ型半導体基板なども適宜採用することができる。
【００５８】
・上記各実施の形態ではいずれも、センサ部およびその信号処理回路が１つの半導体チップとして集積回路化された例について示したが、これらセンサ部および信号処理回路が各別の半導体チップとして構成された半導体装置についても、この発明は同様に適用することができる。また、センサ部や信号処理回路としての構成も、上記各実施の形態にて例示した構成に限らず任意であり、要は、検出対象の物理量をセンシングするセンサ部からの検出信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路が半導体チップ内に集積回路化された半導体装置であればよい。そして、このような半導体装置の上記信号処理回路の信号出力線に対して、サージ電圧の印加に基づき自断線する抵抗素子が直列に接続（挿入）される構成でさえあれば、上記各実施の形態に準じた効果を得ることはできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる半導体装置の第１の実施の形態についてその内部等価回路を示す回路図。
【図２】（ａ）は同第１の実施の形態に採用される保護抵抗およびその周辺部の平面構造を示す平面図。（ｂ）は同保護抵抗およびその周辺部の断面構造を示す断面図。
【図３】この発明にかかる半導体装置の第２の実施の形態について、これが適用される回転検出装置の概要を示す正面図。
【図４】同第２の実施の形態の半導体装置の内部等価回路を示す回路図。
【図５】（ａ）は半導体圧力センサの概略断面構造を示す断面図。（ｂ）は同センサの概略平面構造を示す平面図。
【図６】上記半導体圧力センサおよびその信号処理回路から構成される従来の半導体装置についてその内部等価回路を示す回路図。
【符号の説明】
１…半導体基板、２…絶縁膜、１０、２０、３０…ＩＣチップ（半導体装置）、１１、２１、３１…ブリッジ回路、１２、２２、３２…差動増幅器、１３、３３…反転増幅器、２３…比較器、２４…スイッチング素子、４０、５０…電子制御装置、Ｒ１〜Ｒ４…ひずみ抵抗、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、Ｗｏ、Ｗｏ１、Ｗｏ２…信号出力線、Ｒｈ…保護抵抗（抵抗素子）、ＺＤ…ツェナーダイオード、ＣＢ…ケーブル、Ｔｏｕｔ…出力端子、Ｔｉｎ…入力端子、Ｒｐ…プルアップ抵抗。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a signal processing circuit for performing required processing such as amplifying a detection signal output from various sensors is integrated in a semiconductor chip together with a sensor unit or separately from the sensor unit. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of semiconductor device, there is a device for processing a detection signal of a semiconductor pressure sensor as exemplified in FIG.
[0003]
First, an outline of a semiconductor pressure sensor constituting the sensor unit will be described with reference to FIG. 5A is a sectional view of the pressure sensor, and FIG. 5B is a plan view of the pressure sensor. FIG. 5A corresponds to a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5B.
[0004]
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the sensor section is provided with strain resistors R1 to R4 on the surface of the diaphragm of a semiconductor substrate 1 made of, for example, a silicon substrate. For this reason, when a pressure as shown in FIG. 5A is applied to the diaphragm portion, a compressive stress acts on the strain resistors R2 and R4 in the central portion among the strain resistors R1 to R4, and the end portions have a stress. A tensile stress acts on the strain resistances R1 and R3. Usually, due to the piezoresistive effect, the resistance of the strain resistors R1 and R3 on which the tensile stress acts increases, and the resistance of the other strain resistors R2 and R4 on which the compressive stress acts decreases. .
[0005]
The sensor section detects, for example, the pressure (intake pressure) of air taken into the vehicle-mounted engine, the brake pressure of the vehicle, and the like based on such a principle, and is usually integrated with the sensor section. Alternatively, the signal processing is performed through a processing circuit illustrated in FIG. 6 which is separately integrated. FIG. 6 illustrates an equivalent circuit assuming an IC chip in which the sensor unit and the signal processing circuit are integrally integrated. Next, referring to FIG. The circuit configuration and operation will be described.
[0006]
As shown in FIG. 6, the strain resistors R1 to R4 constituting the sensor section are configured as a bridge circuit 31. One end of the bridge circuit 31 is applied with an appropriately constant voltage “+ V”, and the other end is grounded. The change in the resistance value of each of the strain resistors R1 to R4 according to the direction of the stress caused by the application of the above-described pressure is extracted as a change in each of the midpoint potentials Va and Vb in the bridge circuit 31. And Vb are differentially amplified by the differential amplifier 32. Further, the signal differentially amplified by the differential amplifier 32 is inverted and amplified by an inverting amplifier 33 having an amplification factor of “−R6 / R5” with reference to a reference voltage “Vs”. The signal is output from an output terminal Tout as the IC chip 30 via the signal output line Wo. The output signal is taken into an input terminal Tin of the electronic control device 40 via an appropriate cable CB, and is used for monitoring a pressure value in various controls such as engine control through the electronic control device 40.
[0007]
By the way, in such a semiconductor device, before the device is connected to the electronic control device 40 by the cable CB, for example, due to an operator touching the output terminal Tout by mistake, etc. A surge voltage such as static electricity may be applied to the output terminal Tout. If such a surge voltage is applied, the internal circuit as the IC chip 30 may be damaged.
[0008]
Conventionally, as shown in FIG. 6, a Zener diode ZD is provided in parallel with the signal output line Wo to protect the internal circuit from such a surge voltage.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, by providing the Zener diode ZD as a protection element, even if the surge voltage is applied to the output terminal Tout, the applied surge voltage reaches the internal circuit due to the breakdown of the Zener diode ZD. Without being grounded. However, at this time, since a large current temporarily flows through the signal output line Wo and a path from the signal output line Wo to the Zener diode ZD, the large current causes the signal output line Wo or the Zener diode ZD to be connected to the Zener diode ZD. The path leading to the diode ZD may be damaged.
[0010]
On the other hand, when such a semiconductor device (semiconductor sensor) is mounted on a vehicle or the like, the electronic control unit 40 monitors the potential of the input terminal Tin when the semiconductor device is connected via the cable CB, and It is determined whether or not the connected semiconductor device is in a normal state (good product). That is, as shown in FIG. 6, the electronic control unit 40 includes a pull-up resistor Rp for raising the potential of the input terminal Tin. Then, if the potential of the input terminal Tin when the semiconductor device is connected is maintained at the potential pulled up by the pull-up resistor Rp, the electronic control device 40 connects the signal output line Wo to the semiconductor device. It is determined that an abnormality such as disconnection has occurred. On the other hand, if the potential of the input terminal Tin indicates another appropriately divided potential, it is determined that the semiconductor device is normal (non-defective).
[0011]
However, in the case of a semiconductor device having the Zener diode ZD as a protection element, as described above, the signal output line Wo or the path from the signal output line Wo to the Zener diode ZD is damaged during the surge voltage protection operation. May have occurred. Then, even if such damage has occurred in the same path, the electronic control unit 40 determines that this is normal (good). After all, if the semiconductor device continues to be used based on such a determination, the sensing operation and reliability as the semiconductor device or the semiconductor sensor are reduced, for example, the damaged path acts as an unintended resistance component. It can be a major factor.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of more accurately determining the presence or absence of a chip abnormality caused by application of a surge voltage or the like.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the semiconductor device according to the first aspect, a signal processing circuit that performs predetermined signal processing on a detection signal from a sensor unit that senses a physical quantity to be detected is integrated in a semiconductor chip. The semiconductor device comprises a resistance element that self-disconnects when a surge voltage of a predetermined voltage or more that affects a sensing operation of the sensor unit is applied to an output terminal of the signal processing circuit. Are connected in series to the signal output line.
[0014]
According to such a configuration, the surge voltage applied to the output terminal acts so as to flow a large current to the internal circuit of the semiconductor device (semiconductor chip) via the resistance element at a stretch. However, at this time, since the current locally concentrates on the resistance element, the resistance element eventually comes to self-disruption with the rapid rise of the surge voltage. Then, once the resistance element is disconnected, the output terminal is in an electrically floating state. Thereafter, for example, by connecting the output terminal to the above-described electronic control device, the semiconductor device (semiconductor device) It is possible to accurately determine the presence or absence of an abnormality in the chip).
[0015]
In addition, as described in claim 2, it is practically preferable that the resistive element is formed by a thin film resistor.
When the semiconductor substrate is a silicon substrate, for example, a silicide such as chromium silicon can be used as such a thin film resistance material. Since such a thin film resistor has a sheet resistance of about 500Ω / □, it is formed so as to have a resistance value of about 10 to 100Ω to be applied to the signal output line of the signal processing circuit. The electric influence can be minimized. That is, the sensing operation of the sensor unit and the reliability of the signal processing circuit can be suitably maintained. Further, by adopting such a thin film resistor, when a surge voltage is applied, the above-described self-disconnection easily occurs.
[0016]
On the other hand, in these configurations, the output terminal of the signal processing circuit is pulled up to a predetermined potential of an electronic control device that executes predetermined control while monitoring the sensing operation of the sensor unit. The semiconductor device (semiconductor chip) can be more easily determined to be good or bad through the electronic control device by connecting the input device to the input terminal via an appropriate cable.
[0017]
That is, in this case, the output terminal of the semiconductor device and the input terminal of the electronic control device are connected by an appropriate cable, and the potential of the input terminal of the electronic control device when power is supplied to the electronic control device and the semiconductor device is monitored. Only by doing so, it can be determined whether or not the connected semiconductor device is in a normal state (non-defective). Incidentally, in this case, if the potential to be monitored corresponds to the predetermined potential that has been pulled up, it is determined that the semiconductor device is abnormal, that is, the resistance element is disconnected by itself. , The semiconductor device is determined to be normal (non-defective).
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, an output terminal of the signal processing circuit is connected via an appropriate cable to an input terminal of an electronic control device that executes a predetermined control while monitoring a sensing operation of the sensor unit. The resistance element connected in series to the signal output line of the signal processing circuit is pulled up to a predetermined potential, so that the semiconductor device through the electronic control unit ( The quality of the semiconductor chip can be determined.
[0019]
In this case, an appropriate resistor is provided between the input terminal of the electronic control unit and the ground to set a so-called pull-down state, and the potential to be monitored via this input terminal is changed after the connection of the semiconductor device (to the semiconductor device). If the semiconductor device is abnormal, that is, the resistive element is disconnected by itself, and the other appropriately divided potential is applied to the potential after the power supply (after the power supply). If so, it is determined that the semiconductor device is normal (non-defective).
[0020]
The connection (insertion) of the resistance element to the signal output line of the signal processing circuit is specifically as follows depending on the configuration of the signal processing circuit.
For example, as set forth in claim 5, the sensor unit includes a pressure sensor that detects an application mode of the pressure based on a change in the resistance value of the strain resistor based on the application of the pressure, and the signal processing circuit includes the pressure sensor. In this case, the resistance element is connected (inserted) in series to the signal output line of the amplified signal.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, the sensor unit includes a magnetic sensor that detects a rotation mode of the detected rotating body based on a change in a magnetic vector applied to the magnetoresistive element. A circuit that amplifies the output of the sensor as required, a circuit that binarizes the amplified signal based on a predetermined threshold value, and a switching element that performs a switching operation based on the binarized signal. In this case, the resistance element is connected in series to a signal output line connecting the collector terminal of the switching element and the output terminal.
[0022]
In any of the above cases, a semiconductor device integrated into a semiconductor chip as a signal processing circuit is one in which the signal processing circuit and the sensor unit are integrated in one chip. Alternatively, the signal processing circuit may be integrated as a separate chip from the sensor unit.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0024]
The semiconductor chip (IC chip) 10 constituting the semiconductor device of this embodiment also basically uses the sensors shown in FIG. 5 to detect the strain resistances R1 to R4 provided on the surface of the diaphragm of the semiconductor substrate 1. It is assumed that the pressure sensor includes a semiconductor pressure sensor provided as a unit and a signal processing circuit thereof.
[0025]
The output terminal Tout of the signal processing circuit, which is also the output terminal of the IC chip 10, is electrically connected to the input terminal Tin of the electronic control device 40 via an appropriate cable CB.
Monitoring of the sensing operation of the sensor unit during various controls such as operation control of the vehicle-mounted engine.
When the cable CB is connected, the quality of the IC chip 10 is determined.
The same applies to the case of the conventional IC chip 30 illustrated in FIG.
[0026]
First, a circuit configuration in an IC chip 10 constituting the semiconductor device of this embodiment and an operation thereof will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the strain resistors R1 to R4 constituting the sensor section are configured as a bridge circuit 11 in the IC chip 10. Among them, a voltage "+ V" such as "5V" which is appropriately constant voltage is applied to the common connection of the strain resistors R1 and R2, and the common connection of the strain resistors R3 and R4 is grounded. . Based on the application of the pressure in the mode illustrated in FIG. 5A, the resistance of the strain resistors R1 and R3 on the side on which the tensile stress acts increases, and the resistance on the other side on which the compressive stress acts on increases. As described above, the resistance values of the strain resistors R2 and R4 change in such a manner that their resistance values decrease. From the bridge circuit 11, the change in the resistance values of the strain resistors R1 to R4 is extracted as a change in each of the midpoint potentials Va and Vb in the bridge circuit 11, and the change in each of the midpoint potentials Va and Vb is obtained. The signal is differentially amplified by the differential amplifier 12.
[0027]
The differential amplified output from the differential amplifier 12 is input to an inverting amplifier 13 that inverts and amplifies based on an appropriate reference voltage Vs. Then, the signal is inverted and amplified through the inverting amplifier 13 as necessary, that is, with an amplification factor of “−R6 / R5”, and the inverted and amplified signal is output from the output terminal Tout via a signal output line.
[0028]
Here, in the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 1, the signal output lines Wo1 and Wo2 of the inverting amplifier 13 which constitutes a signal processing circuit together with the differential amplifier 12 have resistances. A protection resistor Rh as an element is connected (inserted) in series. That is, the signal inverted and amplified by the inverting amplifier 13 reaches the output terminal Tout via the signal output line Wo1, the protection resistor Rh, and the signal output line Wo2.
[0029]
Incidentally, in this embodiment, the protection resistor Rh has a resistance of about 10 to 1 KΩ which can minimize the electric influence during the signal processing operation in the signal processing circuit as well as the sensing operation by the sensor unit. It is formed as a thin film resistor having a resistance value.
[0030]
On the other hand, before the IC chip 10 is connected to the electronic control unit 40 by the cable CB, the protection resistor Rh may cause a surge of static electricity or the like on the output terminal Tout, for example, when an operator touches the output terminal Tout by mistake. When a voltage is applied, the output terminal Tout is electrically disconnected, and the output terminal Tout is electrically floated. In addition, as a surge voltage which becomes a standard of the protection resistor Rh leading to a self-disconnection, a voltage of, for example, “1 KV” or more is assumed. Incidentally, when the Zener diode ZD illustrated in FIG. 6 reaches the breakdown, a large current temporarily flows through the signal output line Wo and the path from the signal output line Wo to the Zener diode ZD. May be damaged as described above. As described above, when such damage occurs in the signal output line Wo, the signal output line Wo acts as an unintended resistance component and affects the sensing operation by the sensor unit. Therefore, the protection resistor Rh may have a structure that leads to self-disconnection based on the application of a surge voltage such as the predetermined voltage (for example, “1 KV”) or more that affects the sensing operation of the sensor unit. Is desirable.
[0031]
FIG. 2 illustrates the mounting structure of the protection resistor Rh on a semiconductor substrate. FIG. 2A illustrates a planar structure of the protection resistor Rh and its peripheral portion, and FIG. Indicates the cross-sectional structure of the protection resistor Rh and its peripheral portion.
[0032]
As shown in FIGS. 2A and 2B, an insulating film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 made of, for example, a P-type silicon substrate, and the upper surface of the insulating film 2 is provided with the protective resistor Rh. Is formed. Further, at both ends of the protection resistor Rh made of the thin film resistor, metal wirings serving as the signal output lines Wo1 and Wo2 are laid in a manner to be electrically connected in series with the protection resistor Rh.
[0033]
In this embodiment, chromium silicon having a sheet resistance of about 500 Ω / □ is used as a material of the thin film resistor used as the protection resistor Rh. Then, the ratio between the width and the length of the thin film resistor is set to about “5: 1” so that the resistance value is approximately 100Ω.
[0034]
By forming the protection resistor Rh in such a manner, it is possible to minimize the electrical influence on the signal output lines Wo1 and Wo2 of the signal processing circuit, and not only the sensing operation of the sensor unit but also the signal This also makes it possible to maintain the reliability of the processing circuit suitably. On the other hand, when the surge voltage is applied to the output terminal Tout of the IC chip 10, a large current caused by the application of the surge voltage locally concentrates on the protection resistor Rh. For this reason, the protection resistor Rh eventually comes to self-disconnection with the sudden rise of the surge voltage. Then, once the protection resistor Rh is disconnected, the output terminal Tout is in an electrically floating state. After that, the output terminal Tout is connected to the electronic control unit 40, whereby the semiconductor device is connected. (Semiconductor chip) can also be accurately determined whether or not there is an abnormality.
[0035]
Hereinafter, a method for judging the acceptability of the IC chip 10 constituting the semiconductor device of this embodiment, which is performed through the electronic control unit 40, will be described in detail.
As described above, when the IC chip 10 is mounted on a vehicle or the like, the electronic control unit 40 monitors the potential of the input terminal Tin when the IC chip 10 is connected by the cable CB, and performs the connection. It is determined whether the IC chip 10 is in a normal state (non-defective). That is, as shown in FIG. 1, as in FIG. 6, the electronic control device 40 includes a pull-up resistor Rp for raising the potential of the input terminal Tin. If the potential of the input terminal Tin at the time when the IC chip 10 is connected is maintained at the potential pulled up by the pull-up resistor Rp, the electronic control device 40 detects that the IC chip 10 is abnormal, that is, It is determined that the protection resistor Rh is disconnected. On the other hand, if the potential of the input terminal Tin indicates the other potential, that is, the potential appropriately divided by the protection resistor Rh and the internal resistance of the inverting amplifier 13, the IC chip 10 is normal (non-defective product). ). At the time of this pass / fail determination, the electronic control unit 40 and the IC chip 10 are both supplied with power.
[0036]
As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The protection resistor Rh, which has a small electrical effect during normal use and is self-disconnected when a surge voltage that affects the sensing operation of the sensor section is applied to the output terminal Tout as the IC chip 10. It was decided to connect (insert) in series to the signal output lines Wo1 and Wo2 of the signal processing circuit. Therefore, after the application of the surge voltage, the output terminal Tout is in a completely electrically floating state, and it is possible to accurately determine whether or not the IC chip 10 is abnormal.
[0037]
(2) As the protection resistor Rh, a thin film resistor made of, for example, chromium silicon is used. As a result, the above-mentioned characteristics, that is, the electric influence is small during normal use, and the self-disconnection is performed when a surge voltage that affects the sensing operation of the sensor unit is applied to the output terminal Tout as the IC chip 10. The protection resistor Rh having such characteristics can be easily realized.
[0038]
(3) The output terminal of the IC chip 10, that is, the output terminal Tout of the signal processing circuit is connected to the input terminal Tin of the electronic control device 40 which is pulled up to a predetermined potential via the cable CB. Therefore, by monitoring the potential of the input terminal Tin of the electronic control unit 40, the quality of the IC chip 10 can be easily and accurately determined.
[0039]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0040]
In this embodiment, the present invention is applied to a semiconductor device constituting a magnetic sensor used in a rotation detecting device instead of the semiconductor pressure sensor described above. First, this embodiment will be described with reference to FIG. An outline of a semiconductor device according to the first embodiment will be described.
[0041]
As shown in FIG. 3, in this semiconductor device, a sensor unit and a part of a signal processing circuit thereof are integrated as one IC chip 20 and are mounted on a rotor RT made of a magnetic material that is a rotating body to be detected. They are provided to face each other. The IC chip 20 constituting the semiconductor device is molded into a cylindrical shape with a molding material made of resin or the like, and its terminals such as a power supply terminal Tp, an output terminal Tout, and a GND (ground) terminal Tgnd are drawn out. It has a structure. Of these terminals, the output terminal Tout is connected to, for example, an electronic control unit that controls the operation of the onboard engine, and provides the control unit with rotation information of the rotor RT.
[0042]
On the other hand, the sensor unit incorporated in the IC chip 20 is provided with a magnetoresistive element (MRE) whose resistance value changes according to the direction of the applied magnetic vector. For this reason, a cylindrical bias magnet MG for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element is provided around the IC chip 20 constituting the semiconductor device.
[0043]
With such a configuration, each time the protrusion passes through the vicinity of the sensor unit incorporated in the IC chip 20 with the rotation of the rotor RT, the magnetic vector of the bias magnetic field applied from the bias magnet MG Is changed in a manner of being attracted to the projection. Then, such a change in the magnetic vector is detected as a change in the resistance value through the sensor unit provided with the magnetoresistive element, and the corresponding electrical signal is appropriately processed and output from the output terminal Tout.
[0044]
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the sensor unit and the signal processing circuit of the IC chip 20 constituting such a semiconductor device. Hereinafter, referring to FIG. The configuration and operation will be described in more detail.
[0045]
As shown in FIG. 4, the sensor section is electrically configured as a well-known circuit including a bridge circuit 21 of magnetoresistive elements MRE1 to MRE4. One end of the bridge circuit 21 is applied with a voltage “+ V”, such as “5 V”, which is appropriately made constant, and the other end is grounded. The change in the resistance value of each of the magnetoresistive elements MRE1 to MRE4 accompanying the change in the magnetic vector described above is extracted as a change in each of the midpoint potentials Va and Vb in the bridge circuit 21, and the change in the midpoint potentials Va and Vb is obtained. Input to the signal processing circuit.
[0046]
On the other hand, in the signal processing circuit, the midpoint potentials Va and Vb in the bridge circuit 21 are differentially amplified by the differential amplifier 22. The differentially amplified signal is binarized in the comparator 23 based on a comparison with a predetermined threshold value Vth, and based on the binarized signal, for example, a bipolar transistor is formed. The switching element 24 is turned on / off. It is well known that the binarization cycle (pulse cycle) of the binarized signal (pulse signal) corresponds to the rotation speed of the rotor RT.
[0047]
Here, as shown in FIG. 4, the switching element 24 is provided with an open collector type wiring in the IC chip 20, and the output terminal Tout of the IC chip 20 is electronically controlled by an appropriate cable CB. By being connected to the input terminal Tin of the device 50, its switching operation becomes active. That is, a pull-up resistor Rp for the collector terminal (output terminal Tout) of the switching element 24 is provided on the electronic control device 50 side, and power is supplied through the pull-up resistor Rp, so that the switching element 24 The switching operation becomes effective.
[0048]
Also, in the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 4, the signal output lines Wo1 and Wo2 connected to the collector terminal of the switching element 24 are connected to the protection resistor Rh as a resistance element. Are connected (inserted) in series. That is, a power supply signal (voltage) that is enabled by connection with the electronic control device 50 reaches the collector terminal from the output terminal Tout via the signal output line Wo2, the protection resistor Rh, and the signal output line Wo1. Has become.
[0049]
And also in this embodiment,
(A) The protection resistor Rh has a resistance value of about 10 to 100 Ω that can minimize the electric influence not only in the sensing operation by the sensor unit but also in the signal processing operation in the subsequent signal processing circuit. It must be formed as a thin film resistor with
(B) Moreover, before the IC chip 20 is connected to the electronic control unit 50 by the cable CB, a surge voltage such as static electricity is applied to the output terminal Tout, for example, when an operator or the like accidentally touches the output terminal Tout. In such a case, the output terminal Tout should be electrically floated by disconnection.
(C) The surge voltage, which is a measure of the protection resistor Rh leading to the self-disconnection, is equal to or higher than a predetermined voltage that affects the sensing operation of the sensor unit, for example, “1 KV” or higher.
(D) As the thin-film resistance material used as the protection resistance Rh, chromium silicon having a sheet resistance of about 500Ω / □ is adopted, and the resistance is about 100Ω as illustrated in FIG. In the aspect, the ratio of the width and the length of the thin film resistor is set to about “5: 1”.
Etc. are the same as in the previous embodiment.
[0050]
By forming the protection resistor Rh in such a manner, it is possible to minimize the electrical influence on the signal output lines Wo1 and Wo2 of the signal processing circuit, and not only the sensing operation of the sensor unit but also the signal This also makes it possible to maintain the reliability of the processing circuit suitably. On the other hand, when the surge voltage is applied to the output terminal Tout of the IC chip 20, a large current resulting from the application of the surge voltage locally concentrates on the protection resistor Rh. For this reason, the protection resistor Rh eventually comes to self-disconnection with the sudden rise of the surge voltage. Then, once the protection resistor Rh is disconnected, the output terminal Tout is in an electrically floating state. After that, the output terminal Tout is connected to the electronic control unit 50, whereby the semiconductor device is connected. (Semiconductor chip) can also be accurately determined whether or not there is an abnormality.
[0051]
Hereinafter, a method for judging the acceptability of the IC chip 20 constituting the semiconductor device of this embodiment, which is performed through the electronic control unit 50, will be described in detail.
As described above, when the IC chip 20 is mounted on a vehicle or the like, the electronic control unit 50 monitors the potential of the input terminal Tin when the IC chip 20 is connected by the cable CB, It is determined whether or not the connected IC chip 20 is in a normal state (non-defective). That is, as described above, the electronic control unit 50 includes the pull-up resistor Rp for raising the potential of the input terminal Tin. If the potential of the input terminal Tin at the time when the IC chip 20 is connected is maintained at the potential pulled up by the pull-up resistor Rp, the electronic control unit 50 detects that the IC chip 20 is abnormal, It is determined that the protection resistor Rh is disconnected. On the other hand, if the potential of the input terminal Tin indicates the other potential, that is, the potential appropriately divided by the protection resistor Rh and the collector-emitter resistance in the switching element 24, the IC chip 20 Is determined to be normal (non-defective). Note that the electronic control unit 50 and the IC chip 20 are both supplied with electric power at the time of the pass / fail judgment.
[0052]
As described above, although the semiconductor device according to the second embodiment also differs in the configuration of the sensor unit and the signal processing circuit, the above-described (1) to (3) of the first embodiment described above. ) Can be obtained.
[0053]
(Other embodiments)
It should be noted that the semiconductor device according to the present invention is not limited to the above embodiments, but may be implemented by appropriately modifying them, for example, in the following embodiments.
[0054]
In the above embodiments, the output terminal Tout of the signal processing circuit has the input terminal Tin pulled up to a predetermined potential of the electronic control device 40 or 50 for executing predetermined control while monitoring the sensing operation of each sensor unit. Is connected via an appropriate cable CB, but the pull-up portion to the predetermined potential is optional. That is, the pull-up to the predetermined potential may be performed on the side of the semiconductor device (IC chip 10 or 20), more specifically, at the preceding stage of the protection resistor Rh. However, in this case, it is desirable to provide an appropriate resistor between the input terminal Tin of the electronic control device 40 or 50 and the ground, and to set a so-called pull-down state. Accordingly, if the potential monitored through the input terminal Tin is equivalent to the pulled-down potential (“0 V”) even after connection of the semiconductor device (after power supply to the semiconductor device), the semiconductor device Is abnormal, that is, the protection resistor Rh is disconnected. On the other hand, if the potential monitored via the input terminal Tin indicates any other appropriately divided potential, it is determined that the semiconductor device is normal (non-defective).
[0055]
In the above embodiments, a thin film resistor is used as the resistance element as the protection resistor Rh. However, a surge voltage equal to or higher than a predetermined voltage that affects the sensing operation of the sensor unit is applied to the output terminal Tout of the signal processing circuit. Any resistance element can be adopted as long as it is a resistance element that breaks itself based on the applied voltage.
[0056]
Further, even when a thin film resistor is employed as the protection resistor Rh, any material other than the above-described chromium silicon can be used as a material of the thin film resistor, including a magnetoresistive element.
[0057]
The conductivity type of the semiconductor substrate constituting the semiconductor device is also arbitrary, and an N-type semiconductor substrate or the like can be appropriately adopted depending on the configuration of a circuit formed as a signal processing circuit.
[0058]
In each of the above embodiments, the example in which the sensor unit and the signal processing circuit thereof are integrated as one semiconductor chip has been described. However, these sensor units and the signal processing circuit are configured as separate semiconductor chips. The present invention can be similarly applied to the semiconductor device described above. Further, the configuration as the sensor unit or the signal processing circuit is not limited to the configuration illustrated in each of the above embodiments, and is arbitrary. In other words, a predetermined value is applied to a detection signal from the sensor unit that senses a physical quantity to be detected. The signal processing circuit for performing the above signal processing may be a semiconductor device integrated into a semiconductor chip. In addition, as long as a resistance element that self-disconnects based on the application of a surge voltage is connected (inserted) in series to the signal output line of the signal processing circuit of such a semiconductor device, each of the above-described embodiments can be implemented. The effect according to the form can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an internal equivalent circuit of a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2A is a plan view showing a planar structure of a protection resistor employed in the first embodiment and a peripheral portion thereof. (B) is a sectional view showing a sectional structure of the protection resistor and a peripheral portion thereof.
FIG. 3 is a front view showing an outline of a rotation detecting device to which the second embodiment of the semiconductor device according to the present invention is applied;
FIG. 4 is a circuit diagram showing an internal equivalent circuit of the semiconductor device according to the second embodiment;
FIG. 5A is a sectional view showing a schematic sectional structure of a semiconductor pressure sensor. (B) is a plan view showing a schematic plan structure of the sensor.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an internal equivalent circuit of a conventional semiconductor device including the semiconductor pressure sensor and its signal processing circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Insulating film, 10, 20, 30 ... IC chip (semiconductor device), 11, 21, 31 ... Bridge circuit, 12, 22, 32 ... Differential amplifier, 13, 33 ... Inverting amplifier, 23 ... Comparator, 24 ... Switching element, 40, 50 ... Electronic control device, R1-R4 ... Strain resistance, MRE1-MRE4 ... Magnetic resistance element, Wo, Wo1, Wo2 ... Signal output line, Rh ... Protection resistance (resistance element) , ZD: Zener diode, CB: Cable, Tout: Output terminal, Tin: Input terminal, Rp: Pull-up resistor.

Claims

検出対象の物理量をセンシングするセンサ部からの検出信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路が半導体チップ内に集積回路化されてなる半導体装置であって、
前記信号処理回路の出力端子に前記センサ部のセンシング動作に影響を及ぼす所定の電圧以上のサージ電圧が印加されることに基づいて自断線する抵抗素子を前記信号処理回路の信号出力線に直列に接続した
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device in which a signal processing circuit that performs predetermined signal processing on a detection signal from a sensor unit that senses a physical quantity to be detected is integrated in a semiconductor chip,
A resistance element that self-disconnects based on the application of a surge voltage equal to or higher than a predetermined voltage affecting the sensing operation of the sensor unit to the output terminal of the signal processing circuit, in series with the signal output line of the signal processing circuit. A semiconductor device characterized by being connected.

前記抵抗素子は、薄膜抵抗からなる
請求項１に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said resistance element is formed of a thin film resistor.

前記信号処理回路の出力端子は、前記センサ部のセンシング動作をモニタしつつ所定の制御を実行する電子制御装置の所定電位にプルアップされた入力端子に適宜のケーブルを介して接続されるものである
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。An output terminal of the signal processing circuit is connected via an appropriate cable to an input terminal pulled up to a predetermined potential of an electronic control device that executes a predetermined control while monitoring a sensing operation of the sensor unit. The semiconductor device according to claim 1.

前記信号処理回路の出力端子は、前記センサ部のセンシング動作をモニタしつつ所定の制御を実行する電子制御装置の入力端子に適宜のケーブルを介して接続されるものであり、同信号処理回路の信号出力線に直列に接続された前記抵抗素子の前段は所定電位にプルアップされてなる
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。An output terminal of the signal processing circuit is connected via an appropriate cable to an input terminal of an electronic control device that executes predetermined control while monitoring a sensing operation of the sensor unit. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a front stage of the resistance element connected in series to a signal output line is pulled up to a predetermined potential.

前記センサ部は、圧力の印加に基づくひずみ抵抗の抵抗値変化に基づいて該圧力の印加態様を検出する圧力センサからなり、前記信号処理回路は、この圧力センサの出力を所要に増幅する回路からなり、前記抵抗素子は、この増幅された信号の信号出力線に直列に接続されてなる
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。The sensor unit includes a pressure sensor that detects an application mode of the pressure based on a change in the resistance value of the strain resistor based on the application of the pressure, and the signal processing circuit includes a circuit that amplifies an output of the pressure sensor as needed. The semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance element is connected in series to a signal output line of the amplified signal.

前記センサ部は、磁気抵抗素子に印加される磁気ベクトル変化に基づいて被検出回転体の回転態様を検出する磁気センサからなり、前記信号処理回路は、この磁気センサの出力を所要に増幅する回路と、この増幅された信号を所定のしきい値に基づいて２値化する回路と、この２値化された信号に基づいてスイッチング動作するスイッチング素子とを備えてなり、前記抵抗素子は、このスイッチング素子のコレクタ端子と前記出力端子とを結線する信号出力線に直列に接続されてなる
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。The sensor section includes a magnetic sensor that detects a rotation mode of the detected rotating body based on a magnetic vector change applied to the magnetoresistive element, and the signal processing circuit amplifies an output of the magnetic sensor as needed. A circuit that binarizes the amplified signal based on a predetermined threshold value, and a switching element that performs a switching operation based on the binarized signal. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is connected in series to a signal output line connecting the collector terminal of the switching element and the output terminal.