JP2827718B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JP2827718B2 JP2827718B2 JP4188401A JP18840192A JP2827718B2 JP 2827718 B2 JP2827718 B2 JP 2827718B2 JP 4188401 A JP4188401 A JP 4188401A JP 18840192 A JP18840192 A JP 18840192A JP 2827718 B2 JP2827718 B2 JP 2827718B2
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Description
出するための半導体加速度センサに関するものである。
抗素子による半導体加速度センサが使用されている(例
えば、特開平2−231571号公報)。即ち、シリコ
ンチップの一部に梁構造の可動部が形成され、厚さが4
0μm程度の可動部にピエゾ抵抗層が形成されている。
そして、このセンサはエアバックシステムに用いられ、
エアバック用加速度センサでは、5〜49G程度の比較
的大きな加速度を差分(ある時刻の加速度と所定時間経
過後の加速度との差分)として検知するものである。一
方、近年では自動車のアンチロックブレーキシステム
(ABSシステム)においても加速度センサを用いるこ
とが検討されている。このABS用加速度センサでは、
自動車の加減速時に変化する小さな加速度(0〜1.5
G)を差分ではなく直接(ある時刻での加速度を)感知
する必要があり、加速度に対する出力は、リニア(直線
的)であることが要求される。さらに、このセンサとし
ては、雰囲気温度の変化にも出力特性が変化しないこと
が要求される。
速度センサとして使用すべく小さな加速度(0〜1.5
G)を感知するために一般的な半導体加速度センサを高
感度化しようとすると、シリコンチップの薄肉部(可動
部)の厚さを略15μm以下に薄くする必要がある。こ
の際、シリコンチップの実使用時には同センサが車室内
に配置され、センサ雰囲気として温度サイクルを伴うこ
ととなる。この温度サイクルに伴い、半導体基板の厚肉
部に設けられ、ピエゾ抵抗層と電気接続するアルミ薄膜
配線には応力が残り、その残った応力がピエゾ抵抗層に
至りセンサの出力特性が変動して加速度を正確に測定す
ることができない。つまり、センサ出力に温度ドリフト
が発生してしまう。
μm以下である場合に温度サイクルに伴って生じるセン
サ出力の温度ドリフトを抑え、センサ出力を正確に検出
することができる半導体加速度センサを提供することに
ある。
の一部に略15μm以下の厚さを有して形成された薄肉
の可動部と、前記半導体基板の可動部に形成されたピエ
ゾ抵抗層と、前記ピエゾ抵抗層と電気接続するための薄
膜よりなるアルミ系配線を前記薄肉の可動部以外の前記
半導体基板厚肉部のみに備えた半導体加速度センサにお
いて、前記アルミ系配線の断面積を40μm2 以下にし
た半導体加速度センサをその要旨とするものである。
けられたアルミ系配線には温度サイクルに伴う応力が残
ることが少なくなりピエゾ抵抗層によるセンサ出力もそ
の影響を受けにくい。
に従って説明する。図1には半導体加速度センサの全体
構成図を示し、図2には図1のA−A断面を示す。本セ
ンサは自動車のABSシステムに用いられるものであ
る。
(蓋材)2により、後記シリコンチップ6を収納するパ
ッケージ材が構成されている。ステム1はコバール等の
金属よりなり、シェル2は鉄等の金属よりなる。ステム
1はその中央部に凸部3が形成され、同凸部3には4本
のリード端子4が貫通状態でガラス溶着にて固定されて
いる。又、ステム1の外周部にはセンサ取り付け用穴5
が形成されている。
ンチップ6部分の斜視図を示し、図4にはシリコンチッ
プ6の平面を示し、図5には図4のB−B断面を示す。
ステム1の凸部3上には、パイレックスガラスよりなる
四角板状の台座7が接合され、台座7の上には四角板状
の半導体基板としてのシリコンチップ6が配置されてい
る。図4に示すように、シリコンチップ6はその裏面が
台座7と接合する四角枠状の第1支持部8を有し、同第
1支持部8はシリコンチップ6の4辺を用いて形成され
ている。シリコンチップ6における第1支持部8の内方
には上下に貫通する4つの溝12a,12b,12c,
12dが形成され、4つの薄肉の可動部14,15,1
6,17にて厚肉の四角形状の重り部10が連結された
構造となっている。さらに、シリコンチップ6の第1支
持部8の内方において、上下に貫通する溝11が溝12
a,12b,12c,12dを囲むように形成されてい
る。そして、同溝11にて厚肉のコ字状の第2支持部9
と厚肉の連結部13とが区画されている。
部8に対し第2支持部9が延設され、第2支持部9から
薄肉の可動部14〜17が延設された構造となってい
る。又、溝11により第1支持部8と第2支持部9とは
連結部13にて連結された構造となっている。さらに、
第2支持部9と重り部10とは前述したように可動部1
4,15,16,17にて連結されている。この可動部
14,15,16,17の厚さは5μm程度となってお
り、2つずつのピエゾ抵抗層18a,18b,19a,
19b,20a,20b,21a,21bが形成されて
いる。又、図5に示すように台座7の上面中央部には凹
部22が形成され、加速度が加わり重り部10が変位し
たときに接触しないようになっている。
ピエゾ抵抗層と電気接続するためのアルミ配線パターン
を示す。本実施例では、アース用のアルミ配線23と、
電源電圧印加用のアルミ配線24と、加速度に応じた電
位差を取り出すための出力用のアルミ配線25,26と
が形成されている。又、これら配線に対しもう1組の4
つのアルミ配線が用意されている。つまり、アース用の
アルミ配線27と、電源電圧印加用のアルミ配線28
と、加速度に応じた電位差を取り出すための出力用のア
ルミ配線29,30とが形成されている。電源電圧印加
用のアルミ配線24の途中にはシリコンチップ6の不純
物拡散層31が介在され、その不純物拡散層31の上を
シリコン酸化膜を介してアース用のアルミ配線23が交
差状態で配置されている。同様に、電源電圧印加用のア
ルミ配線28は不純物拡散層32を介して電源電圧印加
用のアルミ配線24と接続され、アース用のアルミ配線
27は不純物拡散層33を介してアース用のアルミ配線
23と接続され、さらに、出力用のアルミ配線29は不
純物拡散層34を介して出力用のアルミ配線25と接続
されている。又、出力用のアルミ配線30と26とは抵
抗調整のための不純物拡散層35を介して接続されてい
る。そして、これらアルミ配線はアルミボンディグパッ
ド36,37,38,39,40,41,42,43と
接続されている。
ルミ配線63,64,65,66が配置されている。ア
ルミ配線23〜30及び63〜66は同一寸法(幅及び
厚さが同一)となっている。つまり、図7に示すよう
に、各アルミ配線(図7では配線26)は薄膜よりな
り、厚みが1.3μmで幅が20μmであり、配線断面
積は26μm2 となっている。
線がなされる。そして、図8に示すように各ピエゾ抵抗
層18a,18b,19a,19b,20a,20b,
21a,21bにてホイートストーンブリッジ回路が形
成されるように電気接続されている。ここで、端子44
はアース用端子であり、端子45は電源電圧印加用端子
であり、端子46及び47は加速度に応じた電位差を取
り出すための出力端子である。この4つの端子44,4
5,46,47は、図1,2に示すように、ワイヤ48
にてリード端子4と接続されている。
おけるシリコンチップ6の配置位置より上方において2
枚の隔壁板49が上方ほど接近するように配設され、両
者の先端部がダンピング液用連通孔50となっている。
そして、隔壁板49の下側にはシリコーンオイル等のダ
ンピング液51が充填されている。又、隔壁板49には
それぞれ気体用連通孔52が形成されている。
〜図13にはセンサの製造工程を示す。まず、図9に示
すように、N- 型のシリコンウェハ53を用意し、その
表面の全面に厚さ4500Åのシリコン酸化膜54を形
成する。そして、シリコン酸化膜54の所定領域をエッ
チングにより除去し、シリコンウェハ53の所定領域に
P+ 拡散層55を形成する。さらに、図10に示すよう
に、シリコンウェハ53の全面にCVDにより厚さ40
00Åのシリコン酸化膜56を形成する。そして、所定
領域Z1のシリコン酸化膜54,56をエッチング除去
する。
ハ53の上面の露出部に厚さ1000Åのシリコン酸化
膜57を形成する。さらに、シリコン酸化膜57上に所
定のパターンのマスクを配置し、その後、イオン注入に
よりシリコンウェハ53にピエゾ抵抗層としてのP+ 拡
散層58を形成する。このP+ 拡散層58はP+ 拡散層
55とつながっている。
酸化膜57でのコンタクト部分を除去した後、真空蒸着
やスパッタリングによりアルミ59による配線を行う。
さらに、図13に示すように、シリコンウェハ53の裏
面を、所定の感度が得られる厚さ(5μm程度)までエ
ッチングする。又、シリコンウェハ53の表面をエッチ
ングして上下に貫通する溝11,12a,12b,12
c,12dを形成する。
7の上にシリコンウェハ53を陽極接合する。その後、
シリコンウェハ53及び台座7をダイシングカットして
図3に示すような所定の大きさに裁断する。
した後、ステム1上にシェル2を接合しダンピング液5
1を充填する。このようにして製造された半導体加速度
センサにおいては、アルミ配線23〜30及び63〜6
6(例えば、図7で示す配線26)を厚みが1.3μm
で幅が20μmとして配線断面積を40μm2 以下にし
た。よって、アルミ配線には温度サイクルに伴う応力が
残ることが少なくピエゾ抵抗層によるセンサ出力もその
影響を受けにくくなる。以下に、それを実証するための
実験結果を示す。
温度ドリフト及び0G出力の温度ドリフトの測定結果を
示す。このときの温度サイクルは、図15に示すよう
に、+25℃(常温)から−40℃を経て+85℃に
し、それから+25℃に戻したものである。そして、サ
イクル初期の+25℃でのセンサ出力と、サイクル後の
+25℃でのセンサ出力との差分を測定したものであ
る。ここで、雰囲気温度として−40〜+85℃とした
のは、自動車用加速度センサの実際の使用雰囲気温度を
考慮したものである。
サイクル中に生じた温度差と、シリコンとアルミ配線材
料との間の熱膨張差によりアルミ配線材料に応力が加わ
り、温度サイクル前後でアルミ配線材料における配線形
成時の内部応力値が変化し、それがピエゾ抵抗層に伝播
して発生するものである。
力の温度ドリフト量は、+1Gをかけたときの温度ドリ
フト量と−1Gをかけたときの温度ドリフト量との平均
値としている。
温度ドリフト量を1%より小さくするためには、アルミ
配線断面積を40μm2 以下にする必要がある。アルミ
配線断面積を40μm2 以下にすると、配線材料の内部
応力値の変化が小さくなりピエゾ抵抗層に伝播する応力
が小さくなる。又、アルミ配線断面積を40μm2 以下
にすると、0G出力の温度ドリフト量も1%より小さく
なる。
線23〜30及び63〜66は、その断面積が200μ
m2 程度であった。尚、図4に示すように、台座7と接
合されたシリコンチップ6の第1支持部8に対し第2支
持部9と重り部10と可動部14〜17とは溝11によ
る連結部13で連結されている。そして、図4に示すよ
うに、第1支持部8における台座7との接合歪みはピエ
ゾ抵抗層に対し伝播通路R1 ,R2 ,R3 ,R4 とな
り、溝11が無い場合に比べ通路長さが長くなってい
る。よって、第1支持部8(接合部)で発生する台座7
との接合歪み(応力)は、連結部13から第2支持部9
へと伝わるが、可動部14〜17へは伝わりにくくな
る。
BSシステムに組み込んだ状態では、図8のブリッジ回
路での出力端子46,47間の電圧がABSシステム用
コントローラに取り込まれる。そして、ABSシステム
用コントローラはその電圧により車両に加わる加速度を
検知し、車両減速度を算出して路面のμ状態を判別し、
それに適した疑似車速を作成して車両速度に近似させ車
輪のスリップ率の最適化を図る。
では、シリコンチップ6(半導体基板)上においてピエ
ゾ抵抗層と電気接続する薄膜アルミ配線23〜30及び
63〜66を、厚みが1.3μmで幅が20μmとし配
線断面積を26μm2 として、断面積を40μm2 以下
にした。よって、アルミ配線には温度サイクルに伴う応
力が残ることが少なくピエゾ抵抗層によるセンサ出力も
その影響を受けにくく、加速度等に応じた歪みを正確に
検出することができる。
のではなく、例えば、前記実施例では両持ち梁構造であ
ったが、図16,17に示すように、片持ち梁構造でも
よい。つまり、コ字状の溝60によりシリコンチップ6
の中央部に長方形の重り部61が可動部62を介して支
持され、可動部62にピエゾ抵抗層63a,63b,6
3c,63dを配置している。そして、これらピエゾ抵
抗層63a,63b,63c,63dをアルミ配線64
a,64b,64c,64dにて電気的に接続する場合
に応用してもよい。
ミ)の他にも、Al・SiやAl・Si・Cuでもよ
い。
可動部の厚さが略15μm以下であってアルミ系配線が
前記薄肉の可動部以外の前記半導体基板厚肉部のみに備
えた半導体加速度センサにおいて、アルミ系配線の断面
積を40μm 2 以下にしたので、可動部の厚さが略15
μm以下である場合に温度サイクルに伴って生じるセン
サ出力の温度ドリフトを抑え、センサ出力を正確に検出
することができる優れた効果を発揮する。
視図である。
ある。
1a,21b ピエゾ抵抗層 23〜30,63〜66 アルミ配線
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板の一部に略15μm以下の厚
さを有して形成された薄肉の可動部と、 前記半導体基板の可動部に形成されたピエゾ抵抗層と、 前記ピエゾ抵抗層と電気接続するための薄膜よりなるア
ルミ系配線を前記薄肉の可動部以外の前記半導体基板厚
肉部のみに備えた半導体加速度センサにおいて、 前記アルミ系配線の断面積を40μm2 以下にしたこと
を特徴とする半導体加速度センサ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4188401A JP2827718B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 半導体加速度センサ |
US08/091,068 US5408112A (en) | 1991-06-03 | 1993-07-14 | Semiconductor strain sensor having improved resistance to bonding strain effects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4188401A JP2827718B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0637187A JPH0637187A (ja) | 1994-02-10 |
JP2827718B2 true JP2827718B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=16223002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4188401A Expired - Lifetime JP2827718B2 (ja) | 1991-06-03 | 1992-07-15 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2827718B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7298092B2 (ja) * | 2019-01-30 | 2023-06-27 | ミネベアミツミ株式会社 | センサ装置 |
CN116147823B (zh) * | 2022-12-21 | 2024-03-22 | 松诺盟科技有限公司 | 一种平膜型薄膜芯体及平膜型纳米薄膜压力变送器 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5444883A (en) * | 1977-09-16 | 1979-04-09 | Toshiba Corp | Semiconductor pressure converter |
JPS6341080A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体加速度センサ |
-
1992
- 1992-07-15 JP JP4188401A patent/JP2827718B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0637187A (ja) | 1994-02-10 |
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