JP3066211B2 - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents
Semiconductor acceleration sensorInfo
- Publication number
- JP3066211B2 JP3066211B2 JP34556492A JP34556492A JP3066211B2 JP 3066211 B2 JP3066211 B2 JP 3066211B2 JP 34556492 A JP34556492 A JP 34556492A JP 34556492 A JP34556492 A JP 34556492A JP 3066211 B2 JP3066211 B2 JP 3066211B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chip
- cap
- electrode
- sensor chip
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims description 34
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 29
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 description 20
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自己診断機能付きの半
導体加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor having a self-diagnosis function.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体加速度センサはニュートン
の運動方程式F=ma(Fは力,mは質量,aは加速
度)を利用し、力Fに基づくセンサの変位量から加速度
aを検出する。そして、2次元或いは3次元のこの種半
導体加速度センサは、例えば自動車の安全装置の1つで
あるエアーバックの動作制御のセンサとして極めて重要
である。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor acceleration sensor uses a Newton's equation of motion F = ma (F is a force, m is a mass, and a is an acceleration), and detects acceleration a from the amount of displacement of the sensor based on the force F. Such a two-dimensional or three-dimensional semiconductor acceleration sensor is extremely important, for example, as a sensor for controlling the operation of an airbag, which is one of safety devices for automobiles.
【0003】この場合、信頼性を高めるため、特開平3
−200038号(GO/L 25/00)等に記載さ
れているように、センサは静電引力を利用した自己診断
機能を備える。つぎに、自己診断機能付きのダイアフラ
ム型の従来の3次元の半導体加速度センサにつき、本発
明の1実施例に対応する図1,図3,図4を参照して説
明する。In this case, in order to improve reliability, Japanese Patent Laid-Open No.
As described in -200038 (GO / L 25/00) and the like, the sensor has a self-diagnosis function utilizing electrostatic attraction. Next, a conventional diaphragm type three-dimensional semiconductor acceleration sensor having a self-diagnosis function will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4 corresponding to one embodiment of the present invention.
【0004】図1に示すように、シリコン台座1に例え
ば1.5mm程度の高さ(厚さ)の複数のガラス固定脚
2の下面が静電圧着され、これらの固定脚2の上面にセ
ンサ本体であるシリコンセンサチップ3がその枠部4を
静電圧着して載置されている。As shown in FIG. 1, lower surfaces of a plurality of glass fixing legs 2 having a height (thickness) of, for example, about 1.5 mm are electrostatically pressed on a silicon pedestal 1, and a sensor is mounted on the upper surfaces of these fixing legs 2. A silicon sensor chip 3, which is a main body, is mounted on the frame portion 4 by electrostatic pressure bonding.
【0005】そして、センサチップ3はほぼ中央の突起
部5と枠部4との間が下面側からエッチングされて肉薄
部としてのダイアフラム部6が形成され、突起部5の下
面にはガラス体又はシリコン等の半導体の直方体形状の
重錘体7が台座1に接触しないように静電圧着されて取
付けられ、突起部5と重錘体7とによりダイアフラム部
6に支持された錘部8が形成されている。なお、実際の
製造工程においては、枠部4,突起部5に固定脚2,重
錘体7を静電圧着した後、台座1が静電圧着されて取付
けられる。In the sensor chip 3, the space between the projection 5 and the frame 4 at substantially the center is etched from the lower surface to form a diaphragm 6 as a thin portion. A rectangular parallelepiped weight body 7 of a semiconductor such as silicon is attached by electrostatic pressure bonding so as not to contact the pedestal 1, and the weight section 8 supported by the diaphragm section 6 by the projection section 5 and the weight body 7 is formed. Have been. In the actual manufacturing process, the fixing leg 2 and the weight 7 are electrostatically pressed to the frame portion 4 and the projection 5, and then the pedestal 1 is electrostatically pressed and attached.
【0006】また、重錘体7をガラス製とした場合、各
固定脚2及び重錘体7は、製造プロセスを簡素化するた
め、例えばつぎに説明するようにして形成される。すな
わち、図3に示すようにセンサチップ3と同面積の厚さ
1.5mm程度のガラス板9を用意し、このガラス板9
を静電圧着で枠部4,突起部5に接着し、その後、ガラ
ス板9の縦横の分離溝10をダイシングして各固定脚2
及び重錘体7を分離形成し、さらに、重錘体7について
はその下面を10μm程エッチングすることにより、各
固定脚2及び重錘体7が形成される。When the weight 7 is made of glass, the fixing legs 2 and the weight 7 are formed, for example, as described below in order to simplify the manufacturing process. That is, as shown in FIG. 3, a glass plate 9 having the same area as the sensor chip 3 and a thickness of about 1.5 mm is prepared.
Is adhered to the frame portion 4 and the projection portion 5 by electrostatic crimping, and then the vertical and horizontal separation grooves 10 of the glass plate 9 are diced to fix the fixing legs 2.
And the weight body 7 are separately formed, and the lower surface of the weight body 7 is etched by about 10 μm, whereby each fixed leg 2 and the weight body 7 are formed.
【0007】そして、錘部8が上下左右に移動自在にダ
イアフラム部6に支持されるため、センサに加速度が加
わると、錘部8が加速度の方向,大きさに応じて上下左
右に変動し、この変動によりダイアフラム部6がその応
力歪みで変位する。Since the weight 8 is supported by the diaphragm 6 so as to be movable up, down, left and right, when acceleration is applied to the sensor, the weight 8 fluctuates up, down, left, and right in accordance with the direction and magnitude of the acceleration. Due to this change, the diaphragm 6 is displaced by the stress strain.
【0008】また、センサチップ3は後述のピエゾ抵抗
効果の結晶方位依存性を考慮して結晶面方位(001)
面を主面とするシリコン基板により形成され、ダイアフ
ラム部6の上面に、図4に示すようにそれぞれ4個のX
軸方向,Y軸方向,Z軸方向の加速度検出用のピエゾ抵
抗11,12,13が熱拡散法或いはイオン注入法等で
放射状に形成される。The sensor chip 3 has a crystal plane orientation (001) in consideration of the crystal orientation dependence of the piezoresistance effect described later.
As shown in FIG. 4, each of the four X electrodes is formed on the upper surface of the diaphragm portion 6.
Piezoresistors 11, 12, and 13 for detecting acceleration in the axial direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are radially formed by a thermal diffusion method, an ion implantation method, or the like.
【0009】このとき、各軸の4個のピエゾ抵抗11〜
13は、実際には、(110)面において大きなピエゾ
抵抗効果を示す<110>方向及びほぼ<111>方向
の直角な2方向の合計3方向それぞれに沿うように直線
状に配列される。At this time, four piezo resistors 11 to 11 of each axis are used.
13 are actually linearly arranged along a total of three directions, that is, two directions perpendicular to the <110> direction and the substantially <111> direction that exhibit a large piezoresistance effect on the (110) plane.
【0010】そして、各軸の4個のピエゾ抵抗11〜1
3は軸毎にアルミ配線等でブリッジ結線されて直流駆動
され、ダイアフラム部6がZ軸方向(上下方向)の加速
度で変位したときはピエゾ抵抗13のブリッジの平衡が
崩れて当該ブリッジに加速度に応じた出力(電圧)が発
生し、X軸方向,Y軸方向の加速度でねじれるように変
位したときはピエゾ抵抗11,12それぞれのブリッジ
に加速度に応じた出力が発生する。したがって、ピエゾ
抵抗11〜13のブリッジにより、3次元の加速度が軸
毎に独立して検出される。Then, four piezo resistors 11 to 1 of each axis are provided.
Reference numeral 3 denotes a DC connection which is bridge-connected by aluminum wiring or the like for each axis, and when the diaphragm 6 is displaced by acceleration in the Z-axis direction (vertical direction), the balance of the bridge of the piezoresistor 13 is broken and acceleration is applied to the bridge. When a corresponding output (voltage) is generated and the piezoresistors 11 and 12 are displaced so as to be twisted by the acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction, an output corresponding to the acceleration is generated in each bridge of the piezoresistors 11 and 12. Therefore, three-dimensional acceleration is independently detected for each axis by the bridge of the piezoresistors 11 to 13.
【0011】ところで、錘部8の変位が大きくなり過ぎ
ると、ダイアフラム部6の損傷等が生じてセンサが故障
するため、センサチップ3の上部にガラス基板又はシリ
コン基板等の半導体基板のキャップ部14が静電圧着等
で取付けられている。このキャップ部14はほぼ錘部
8,ダイアフラム部6に対向する下面がエッチングされ
て削られ、キャップ部14及び台座1により錘部8の変
位が規制される。If the displacement of the weight 8 becomes too large, the diaphragm 6 is damaged and the sensor breaks down. Therefore, the cap 14 of a semiconductor substrate such as a glass substrate or a silicon substrate is provided on the sensor chip 3. Are attached by electrostatic crimping or the like. The lower surface of the cap portion 14 substantially facing the weight portion 8 and the diaphragm portion 6 is etched and shaved, and the displacement of the weight portion 8 is regulated by the cap portion 14 and the pedestal 1.
【0012】さらに、自己診断機能を備えるため、突起
部5及びダイアフラム部6の上面には各ピエゾ抵抗11
〜13に重ならないようにチップ側セルフテスト電極1
5が拡散形成され、キャップ部14の下面のチップ側セ
ルフテスト電極15に対向する位置には金薄膜,アルミ
ニューム薄膜等の金属薄膜のキャップ側セルフテスト電
極16が形成されている。なお、両電極15,16の間
隔は台座1,重錘体7の隙間と同程度の数μmである。
また、センサチップ3がN形のシリコン基板で形成され
る場合、各ピエゾ抵抗11〜13及びチップ側セルフテ
スト電極15はいずれもP+ 不純物の拡散等によりP形
に形成される。Further, in order to provide a self-diagnosis function, the piezoresistors 11 are provided on the upper surfaces of the projection 5 and the diaphragm 6.
Chip-side self-test electrode 1 so as not to overlap
5 is formed by diffusion, and a cap-side self-test electrode 16 made of a metal thin film such as a gold thin film or an aluminum thin film is formed on the lower surface of the cap portion 14 at a position facing the chip-side self-test electrode 15. The interval between the electrodes 15 and 16 is several μm, which is almost equal to the gap between the pedestal 1 and the weight 7.
When the sensor chip 3 is formed of an N-type silicon substrate, each of the piezoresistors 11 to 13 and the chip-side self-test electrode 15 are formed in a P-type by diffusion of P + impurities.
【0013】そして、Z軸方向のみ診断する場合は、チ
ップ側セルフテスト電極15を1枚の電極にして両セル
フテスト電極15,16間に直流の試験電圧を印加し、
両電極15,16の表面電位に基づくF∝V2 /d
2 (Vは印加電圧,dは電極間距離)の静電引力Fによ
りZ軸方向(上下方向)に所定の加速度を与えた状態に
し、このとき得られるZ軸のピエゾ抵抗13のブリッジ
出力から良否が検出される。When the diagnosis is performed only in the Z-axis direction, a DC test voltage is applied between the self-test electrodes 15 and 16 using the chip-side self-test electrode 15 as a single electrode.
F∝V 2 / d based on the surface potential of both electrodes 15 and 16
2 A predetermined acceleration is applied in the Z-axis direction (vertical direction) by an electrostatic attraction F (V is an applied voltage, d is a distance between the electrodes), and a Z-axis piezoresistor 13 bridge output obtained at this time is applied. Pass / fail is detected.
【0014】また、X,Y,Zの3軸方向それぞれの診
断をする場合は、X軸方向,Y軸方向の診断時にダイア
フラム部6にねじれ変位を発生してピエゾ抵抗12,1
3のブリッジ出力を得るため、チップ側セルフテスト電
極15は例えば図5に示すパターン電極15a〜15d
に4分割して形成される。When the diagnosis is made in each of the three axes of X, Y, and Z, a torsional displacement is generated in the diaphragm portion 6 at the time of diagnosis in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the piezoresistors 12, 1 are generated.
In order to obtain the bridge output of No. 3, the chip-side self-test electrode 15 is, for example, patterned electrodes 15a to 15d shown in FIG.
Is formed by dividing into four.
【0015】そして、診断軸毎にパターン電極15a〜
15dのうちの1又は複数を選択し、選択したパターン
電極15a〜15dとキャップ側セルフテスト電極16
との間に試験電圧を印加し、このとき得られる診断軸の
ピエゾ抵抗11〜13のブリッジ出力からその良否が検
出される。The pattern electrodes 15a to 15a
15d, and one or more of the selected pattern electrodes 15a to 15d and the cap-side self-test electrode 16 are selected.
And a test voltage is applied between them, and the quality of the test is detected from the bridge outputs of the piezo resistors 11 to 13 of the diagnostic axis obtained at this time.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】前記従来の自己診断機
能付きのこの種半導体加速度センサの場合、センサチッ
プ3の上面に表面保護のパシベーション膜として二酸化
シリコン(SiO2 )膜,窒化シリコン膜(SiN)等
の絶縁膜を形成するときは、図5に示すようにこの絶縁
膜17により少なくとも突起部5及びダイアフラム部6
の全体が覆われる。In the case of this type of conventional semiconductor acceleration sensor having a self-diagnosis function, a silicon dioxide (SiO 2 ) film and a silicon nitride film (SiN) are formed on the upper surface of the sensor chip 3 as passivation films for surface protection. 5), at least the protrusion 5 and the diaphragm 6 are formed by the insulating film 17 as shown in FIG.
The whole is covered.
【0017】このとき、絶縁膜17が各パターン電極1
5a〜15dにかかるように形成されるため、自己診断
時、例えば各パターン電極15a〜15dのいずれか1
つとキャップ側セルフテスト電極16との間に試験電圧
を印加しても、絶縁膜17全体が帯電して全てのパター
ン電極15a〜15dとキャップ側セルフテスト電極1
6との間に試験電圧を印加したのと等価な状態になる。At this time, the insulating film 17 is
Since it is formed so as to cover 5a to 15d, at the time of self-diagnosis, for example, any one of the pattern electrodes 15a to 15d
Even if a test voltage is applied between the cap-side self-test electrode 16 and the cap-side self-test electrode 16, the entire insulating film 17 is charged and all the pattern electrodes 15a to 15d and the cap-side self-test electrode 1
6 is equivalent to applying a test voltage.
【0018】したがって、チップ側セルフテスト電極1
5をパターン電極15a〜15dに分割形成しても、実
際には、パターン電極15a〜15dに選択的に電圧を
印加してチップ側セルフテスト電極15を分割駆動する
ことができず、軸毎の自己診断が行えない問題点があ
る。Therefore, the chip-side self-test electrode 1
5 is divided into the pattern electrodes 15a to 15d, the chip-side self-test electrode 15 cannot be divided and driven by selectively applying a voltage to the pattern electrodes 15a to 15d. There is a problem that self-diagnosis cannot be performed.
【0019】なお、ピエゾ抵抗のブリッジを2組設けて
例えばX軸方向とY軸方向の2軸方向の加速度を検出す
るようにした場合にも、チップ側セルフテスト電極を複
数のパターン電極に分割して軸毎の自己診断を行うとき
は前記と同様の問題点が生じる。Note that, even when two sets of piezoresistive bridges are provided to detect accelerations in, for example, two axes, the X-axis direction and the Y-axis direction, the chip-side self-test electrode is divided into a plurality of pattern electrodes. When the self-diagnosis is performed for each axis, the same problem as described above occurs.
【0020】また、この種半導体加速度センサには、キ
ャップ側セルフテスト電極16の電圧印加をセンサチッ
プ3に設けた電極で行うため、図5に示すようにセンサ
チップ3の突起部5及びダイアフラム部6から離れた端
部上面に、絶縁膜17を介してアルミニューム薄膜等の
金属薄膜のキャップ用引出電極18を積層形成し、この
電極18をキャップ側セルフテスト電極16に接触する
ようにしたものがある。In this type of semiconductor acceleration sensor, the voltage applied to the cap-side self-test electrode 16 is applied to the electrode provided on the sensor chip 3. Therefore, as shown in FIG. On the upper surface of the end portion away from the upper surface 6, a cap extraction electrode 18 of a metal thin film such as an aluminum thin film is laminated and formed via an insulating film 17, and this electrode 18 is brought into contact with the cap-side self-test electrode 16. There is.
【0021】この場合、引出電極18を介してキャップ
側セルフテスト電極16に試験電圧を印加することはで
きるが、引出電極18下の絶縁膜17に傷やピンホール
穴が発生して引出電極18がセンサチップ3に接触する
と、自己診断時、引出電極18と各ピエゾ抵抗11〜1
3のブリッジとの間にリーク電流が流れて各ブリッジ出
力のオフセット電圧変動等が生じ、動作が不安定になっ
て正確な自己診断が行えなくなる問題点がある。In this case, a test voltage can be applied to the cap-side self-test electrode 16 through the extraction electrode 18, but the insulating film 17 below the extraction electrode 18 is damaged and a pinhole is formed, and the extraction electrode 18 is damaged. When the sensor contacts the sensor chip 3, at the time of self-diagnosis, the extraction electrode 18 and each piezoresistor 11 to 1 are connected.
There is a problem that a leak current flows between the third bridge and the output of each bridge, causing fluctuations in the offset voltage of the outputs of the respective bridges.
【0022】そして、この問題点はチップ側セルフテス
ト電極15がパターン電極に分割されていない1次元の
半導体加速度センサにも生じる。This problem also occurs in a one-dimensional semiconductor acceleration sensor in which the chip-side self-test electrode 15 is not divided into pattern electrodes.
【0023】本発明は、シリコンセンサチップの上面に
表面保護の絶縁膜を形成してチップ側セルフテスト電極
を分割駆動できるようにし、軸毎の自己診断が行えるよ
うにすることを目的とする。また、センサチップにキャ
ップ用引出電極を設けたときのこの電極とピエゾ抵抗の
ブリッジとの間のリーク電流の発生を防止し、正確な自
己診断が行えるようにすることを目的とする。An object of the present invention is to form an insulating film for surface protection on the upper surface of a silicon sensor chip so that a chip-side self-test electrode can be divided and driven, so that self-diagnosis can be performed for each axis. It is another object of the present invention to prevent the occurrence of a leak current between a cap lead-out electrode provided on a sensor chip and a piezoresistor bridge, thereby enabling accurate self-diagnosis.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体加速度センサにおいては、請求項
1の場合、センサチップの上面に各ピエゾ抵抗を覆い分
割された各パターン電極にかからないように表面保護の
絶縁膜を形成する。また、請求項2の場合、センサチッ
プの上面のキャップ用引出電極の直下にピエゾ抵抗と同
一導電形の引出電極より広い絶縁用の拡散抵抗層を形成
する。In order to achieve the above object, in the semiconductor acceleration sensor according to the present invention, in the case of claim 1, each of the divided pattern electrodes is formed by covering each piezoresistor on the upper surface of the sensor chip. An insulating film for protecting the surface is formed so as not to cover. In the case of the second aspect, a diffusion resistance layer for insulation wider than the extraction electrode of the same conductivity type as the piezo resistor is formed directly below the extraction electrode for cap on the upper surface of the sensor chip.
【0025】[0025]
【作用】前記のように構成された本発明の半導体加速度
センサの場合、請求項1の構成においては、センサチッ
プ上面の絶縁膜がチップ側セルフテスト電極としての各
パターン電極にかからないため、自己診断時、各パター
ン電極に印加された電圧で絶縁膜が帯電せず、各パター
ン電極に選択的に試験電圧を印加してチップ側セルフテ
スト電極を分割駆動することができ、軸毎の診断が行え
る。In the case of the semiconductor acceleration sensor of the present invention constructed as described above, in the configuration of the first aspect, the insulating film on the upper surface of the sensor chip does not cover each pattern electrode as the chip-side self-test electrode. At this time, the insulating film is not charged by the voltage applied to each pattern electrode, the test voltage can be selectively applied to each pattern electrode, the chip-side self-test electrode can be divided and driven, and diagnosis can be performed for each axis. .
【0026】また、請求項2の構成においては、キャッ
プ用引出電極の下の絶縁膜に傷やピンホール穴が生じて
も、センサチップの導電形をNとすると、引出電極とピ
エゾ抵抗との間にP形の拡散抵抗層,N形のセンサチッ
プ,P形のピエゾ抵抗のPNPダイオードが形成され、
このダイオードによりリーク電流の発生が防止され、正
確な自己診断が行える。According to the second aspect of the present invention, even if a flaw or a pinhole is formed in the insulating film below the cap lead-out electrode, if the conductivity type of the sensor chip is N, the connection between the lead-out electrode and the piezoresistor is made. A P-type diffusion resistance layer, an N-type sensor chip, and a P-type piezoresistive PNP diode are formed therebetween.
This diode prevents the occurrence of a leak current, and enables accurate self-diagnosis.
【0027】[0027]
【実施例】1実施例について、図1ないし図4を参照し
て説明する。それらの図面において、19は図5の絶縁
膜17に相当する酸化膜,窒化膜等の表面保護の絶縁膜
であり、従来膜17と異なる点は各ピエゾ抵抗11〜1
3を覆い各パターン電極15a〜15dにかからないよ
うに形成されている点である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment will be described with reference to FIGS. In these drawings, reference numeral 19 denotes an insulating film for protecting the surface such as an oxide film and a nitride film corresponding to the insulating film 17 of FIG.
3 is formed so as not to cover the pattern electrodes 15a to 15d.
【0028】20a〜20dは各パターン電極15a〜
15dと絶縁膜19との境界部であり、センサチップ3
の上面が露出している。21はセンサチップ3の上面の
キャップ用引出電極18の直下にこの電極18より広く
形成された絶縁用の拡散抵抗層であり、センサチップ3
がN形のシリコン基板で形成される場合、P+ 不純物の
拡散等により各ピエゾ抵抗11〜13と同じP形に形成
されている。Reference numerals 20a to 20d denote each of the pattern electrodes 15a to 15d.
15d and the boundary between the insulating film 19 and the sensor chip 3
Is exposed. Reference numeral 21 denotes an insulating diffusion resistance layer formed on the upper surface of the sensor chip 3 directly below the cap lead-out electrode 18 and wider than the electrode 18.
Is formed on an N-type silicon substrate, it is formed in the same P-type as the piezoresistors 11 to 13 by diffusion of P + impurities or the like.
【0029】なお、絶縁膜19はセンサチップ3の上面
に例えばドライブイン工程,熱酸化工程を経て従来と同
様に一様に形成された後、エッチングにより各パターン
電極15a〜15dの部分を除去して形成される。ま
た、拡散抵抗層21は各ピエゾ抵抗11〜13を形成す
るときに、例えば二酸化シリコン膜をマスクとして同時
にセンサチップ3に形成される。The insulating film 19 is uniformly formed on the upper surface of the sensor chip 3 through, for example, a drive-in process and a thermal oxidation process in the same manner as in the related art, and then the portions of the pattern electrodes 15a to 15d are removed by etching. Formed. The diffusion resistance layer 21 is simultaneously formed on the sensor chip 3 by using, for example, a silicon dioxide film as a mask when forming the piezoresistors 11 to 13.
【0030】そして、絶縁膜19が各パターン電極15
a〜15dにかからないため、自己診断時、各パターン
電極15a〜15dのいずれか1つ又は複数とキャップ
側セルフテスト電極16との間に試験電圧を印加する
と、絶縁膜19が帯電せず、チップ側セルフテスト電極
15の分割駆動が行える。Then, the insulating film 19 is formed on each of the pattern electrodes 15.
Since a test voltage is not applied to any one or more of the pattern electrodes 15a to 15d and a cap-side self-test electrode 16 during self-diagnosis, the insulating film 19 is not charged and the chip is not charged. The split driving of the side self-test electrode 15 can be performed.
【0031】そして、フルスケール(FS)で2Gの加
速度を検出するようにして実測した結果、30Vの試験
電圧の印加により、Z軸についてはフルスケールに相当
する上下の変位が生じて4mVの十分大きなブリッジ出
力が得られ、X軸,Y軸についてもねじれ方向の変位が
生じて動作に確認可能な約1mVのブリッジ出力が得ら
れた。また、フルスケールの95%の変位時間は約0.
1秒と短く、いずれの軸についてもブリッジ出力は瞬間
に生じる。Then, as a result of actual measurement by detecting 2 G acceleration at full scale (FS), application of a test voltage of 30 V causes a vertical displacement corresponding to the full scale on the Z axis, resulting in a sufficient displacement of 4 mV. A large bridge output was obtained, and a displacement in the torsional direction occurred in the X-axis and the Y-axis, resulting in a bridge output of about 1 mV that can be confirmed for operation. The displacement time of 95% of the full scale is about 0.3.
As short as one second, the bridge output occurs instantaneously for any axis.
【0032】一方、図5のように絶縁膜17が各パター
ン電極15a〜15dを覆う場合は、30Vの試験電圧
の印加により、Z軸については4mVのブリッジ出力が
得られるが、X軸,Y軸についてはブリッジ出力が全く
得られず、診断が行えない。そして、チップ側セルフテ
スト電極15が分割駆動されるため、絶縁膜19により
センサチップ3の表面を保護して軸毎の自己診断が行え
る。On the other hand, when the insulating film 17 covers each of the pattern electrodes 15a to 15d as shown in FIG. 5, a bridge output of 4 mV is obtained for the Z axis by applying a test voltage of 30 V, but the X axis and the Y axis are obtained. No bridge output is obtained for the axis, and diagnosis cannot be performed. Then, since the chip-side self-test electrode 15 is divided and driven, the surface of the sensor chip 3 is protected by the insulating film 19 and self-diagnosis can be performed for each axis.
【0033】つぎに、拡散抵抗層21を設けたため、引
出電極18の直下の絶縁膜19に傷やピンホール穴が発
生し、引出電極18がセンサチップ3に接触しても、引
出電極18と各ピエソ抵抗11〜13との間にP+ の拡
散抵抗層21,N形のセンサチップ3,P+ の各ピエゾ
抵抗11〜13のPNPダイオードが形成され、このダ
イオードによりリーク電流の発生が防止される。Next, since the diffusion resistance layer 21 is provided, a scratch or a pinhole is generated in the insulating film 19 immediately below the extraction electrode 18, and even if the extraction electrode 18 contacts the sensor chip 3, A diffusion resistance layer 21 of P + , an N-type sensor chip 3, and a PNP diode of each of the piezo resistors 11 to 13 of P + are formed between the piezo resistors 11 to 13, and this diode prevents generation of a leak current. Is done.
【0034】そのため、リーク電流に伴う各ピエゾ抵抗
11〜13のブリッジ出力のオフセット電圧変動等がな
く、動作が安定して正確な自己診断が行える。そして、
各パターン電極15a〜15dの形状等は実施例に限定
されるものではない。また、突起部5のみにより錘部8
を形成したセンサ及びカンチレバー構成の肉薄部を設け
たセンサにも適用できる。Therefore, there is no fluctuation in the offset voltage of the bridge output of each of the piezoresistors 11 to 13 due to the leak current, and the operation is stable and accurate self-diagnosis can be performed. And
The shape and the like of each of the pattern electrodes 15a to 15d are not limited to the embodiment. In addition, the weight 8 is formed only by
And a sensor provided with a thin portion having a cantilever configuration.
【0035】さらに、前記実施例においては3次元の加
速度センサに適用したがピエゾ抵抗のブリッジを2組設
けた2次元の加速度センサにも適用できるのは勿論であ
る。また、拡散抵抗層21を設けることは、チップ側セ
ルフテスト電極を1枚の電極とする1次元の加速度セン
サに適用しても同等の効果が得られる。Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a three-dimensional acceleration sensor. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a two-dimensional acceleration sensor having two sets of piezoresistive bridges. The provision of the diffusion resistance layer 21 has the same effect even when applied to a one-dimensional acceleration sensor in which the chip-side self-test electrode is a single electrode.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。まず、請求
項1の構成の場合は、シリコンセンサチップ3の上面に
形成された絶縁膜19がチップ側セルフテスト電極15
としての各パターン電極15a〜15dにかからないた
め、自己診断時、各パターン電極15a〜15dの電圧
印加で絶縁膜19が帯電せず、各パターン電極15a〜
15dに選択的に試験電圧を印加してチップ側セルフテ
スト電極15を分割駆動することができ、2次元或いは
3次元の加速度センサの軸毎の自己診断が行え、信頼性
の高い自己診断機能付きの2次元或いは3次元の半導体
加速度センサを提供することができる。Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained. First, in the case of the configuration of claim 1, the insulating film 19 formed on the upper surface of the silicon sensor chip 3 is
In the self-diagnosis, the insulating film 19 is not charged by applying a voltage to each of the pattern electrodes 15a to 15d.
A test voltage can be selectively applied to 15d to drive the chip-side self-test electrode 15 in a divided manner. A self-diagnosis can be performed for each axis of a two-dimensional or three-dimensional acceleration sensor, and a highly reliable self-diagnosis function is provided. 2D or 3D semiconductor acceleration sensor can be provided.
【0037】また、請求項2の構成の場合は、キャップ
用引出電極18の直下のシリコンセンサチップ3の上面
に拡散抵抗層21を形成したため、引出電極18の下の
絶縁膜19に傷やピンホール穴が生じても、引出電極1
8とピエゾ抵抗11〜13との間に拡散抵抗層21,セ
ンサチップ3,ピエゾ抵抗11〜13のダイオードが形
成され、このダイオードによりリーク電流の発生が防止
されて自己診断時の動作が安定化し、正確な自己診断を
行うことができる。In the case of the second aspect, since the diffusion resistance layer 21 is formed on the upper surface of the silicon sensor chip 3 immediately below the extraction electrode 18 for the cap, the insulating film 19 below the extraction electrode 18 has scratches or pins. Even if a hole is formed, the extraction electrode 1
8 and the piezoresistors 11 to 13, a diffusion resistance layer 21, a sensor chip 3, and diodes of the piezoresistors 11 to 13 are formed. These diodes prevent the occurrence of a leak current and stabilize the operation at the time of self-diagnosis. , Accurate self-diagnosis can be performed.
【図1】本発明の半導体加速度センサの1実施例の切断
正面図である。FIG. 1 is a cutaway front view of one embodiment of a semiconductor acceleration sensor of the present invention.
【図2】図1のシリコンセンサチップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the silicon sensor chip of FIG.
【図3】図1の一部の製造説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a part of FIG.
【図4】図1のピエゾ抵抗の配置説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of the arrangement of the piezoresistors in FIG. 1;
【図5】従来センサのシリコンセンサチップの平面図で
ある。FIG. 5 is a plan view of a silicon sensor chip of a conventional sensor.
3 シリコンセンサチップ 6 肉薄部としてのダイアフラム部 8 錘部 11〜13 ピエゾ抵抗 14 キャップ部 15 チップ側セルフテスト電極 15a〜15d パターン電極 16 キャップ側セルフテスト電極 18 キャップ用引出電極 19 絶縁膜 21 拡散抵抗層 Reference Signs List 3 silicon sensor chip 6 diaphragm portion as thin portion 8 weight portion 11 to 13 piezoresistor 14 cap portion 15 chip-side self-test electrode 15a to 15d pattern electrode 16 cap-side self-test electrode 18 cap extraction electrode 19 insulating film 21 diffusion resistance layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 忠 埼玉県羽生市東5丁目4番71号 株式会 社曙ブレーキ中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−200038(JP,A) 特開 平5−209894(JP,A) 特開 平4−274766(JP,A) 特開 平3−112170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/12 G01P 21/00 H01L 29/84 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tadashi Kobayashi 5-4-1, Higashi 5-chome, Hanyu-shi, Saitama Prefecture Inside Akebono Brake Research Institute (56) Reference JP-A-3-200038 (JP, A) JP-A-5-209894 (JP, A) JP-A-4-274766 (JP, A) JP-A-3-112170 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15 / 12 G01P 21/00 H01L 29/84
Claims (2)
支持したシリコンセンサチップと、 該センサチップの上部に位置し前記錘部の変位を規制す
るキャップ部と、 前記肉薄部の上面に放射状に形成された複数軸方向の加
速度検出用のピエゾ抵抗と、 前記錘部及び前記肉薄部の上面に前記各ピエゾ抵抗に重
ならないように複数のパターン電極に分割して拡散形成
されたチップ側セルフテスト電極と、 前記キャップ部の下面に前記チップ側セルフテスト電極
に対向するように形成されたキャップ側セルフテスト電
極とを備えた半導体加速度センサにおいて、 前記センサチップの上面に前記各ピエゾ抵抗を覆い前記
各パターン電極にかからないように絶縁膜を形成したこ
とを特徴とする半導体加速度センサ。1. A silicon sensor chip in which a weight located substantially at the center is supported by a thin portion, a cap located above the sensor chip for restricting displacement of the weight, and a radially extending upper surface of the thin portion. A piezoresistor for detecting acceleration in a plurality of axes formed on the chip portion; and a chip-side self formed by diffusion into a plurality of pattern electrodes on the upper surface of the weight portion and the thin portion so as not to overlap the piezoresistors. In a semiconductor acceleration sensor including a test electrode and a cap-side self-test electrode formed on the lower surface of the cap portion so as to face the chip-side self-test electrode, the upper surface of the sensor chip covers each of the piezoresistors. A semiconductor acceleration sensor, wherein an insulating film is formed so as not to cover the pattern electrodes.
支持したシリコンセンサチップと、 該センサチップの上部に位置し前記錘部の変位を規制す
るキャップ部と、 前記肉薄部の上面に形成された加速度検出用のピエゾ抵
抗と、 前記錘部及び前記肉薄部の上面に前記ピエゾ抵抗に重な
らないように拡散形成されたチップ側セルフテスト電極
と、 前記キャップ部の下面に前記チップ側セルフテスト電極
との間に静電引力が生じるように形成されたキャップ側
セルフテスト電極と、 前記センサチップの前記錘部及び前記肉薄部から離れた
上面に絶縁膜を介して積層形成され,前記キャップ側セ
ルフテスト電極に接触するキャップ用引出電極とを備え
た半導体加速度センサにおいて、 前記センサチップの上面の前記引出電極の直下に前記ピ
エゾ抵抗と同一導電形の前記引出電極より広い絶縁用の
拡散抵抗層を形成したことを特徴とする半導体加速度セ
ンサ。2. A silicon sensor chip in which a weight located substantially at the center is supported by a thin portion, a cap located above the sensor chip for restricting displacement of the weight, and a cap formed on an upper surface of the thin portion. A piezoresistor for acceleration detection, a chip-side self-test electrode diffused and formed on the upper surface of the weight portion and the thin portion so as not to overlap the piezoresistor, and a chip-side self-test on a lower surface of the cap portion. A cap-side self-test electrode formed to generate an electrostatic attraction between the electrode and an upper surface of the sensor chip separated from the weight portion and the thin portion via an insulating film; A semiconductor accelerometer having a cap lead-out electrode in contact with a self-test electrode, wherein the piezo resistor is provided on the upper surface of the sensor chip immediately below the lead-out electrode. A semiconductor acceleration sensor, wherein a diffusion resistance layer for insulation wider than the extraction electrode of the same conductivity type as the resistance is formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34556492A JP3066211B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Semiconductor acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34556492A JP3066211B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Semiconductor acceleration sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06167512A JPH06167512A (en) | 1994-06-14 |
JP3066211B2 true JP3066211B2 (en) | 2000-07-17 |
Family
ID=18377446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34556492A Expired - Fee Related JP3066211B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Semiconductor acceleration sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3066211B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7320402B2 (en) * | 2019-08-08 | 2023-08-03 | ローム株式会社 | MEMS sensor |
-
1992
- 1992-11-30 JP JP34556492A patent/JP3066211B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06167512A (en) | 1994-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5182515A (en) | Detector for magnetism using a resistance element | |
US4967605A (en) | Detector for force and acceleration using resistance element | |
JP2575939B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
WO1991010118A1 (en) | Apparatus for detecting physical quantity that acts as external force and method of testing and producing this apparatus | |
CA2431625C (en) | Semiconductor acceleration sensor using doped semiconductor layer as wiring | |
US20030057447A1 (en) | Acceleration sensor | |
JP2549815B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor and test method thereof | |
US20200240857A1 (en) | Sensor device | |
JP3223849B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JP3066211B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JP3265641B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JP3093058B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor and its self-diagnosis test method | |
JP2892788B2 (en) | Method of manufacturing sensor for detecting physical quantity | |
JPH0617834B2 (en) | Force detector | |
JPH0677052B2 (en) | Magnetic detection device | |
JP3330831B2 (en) | Strain detection sensor | |
JP3019549B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JPH1144705A (en) | Semiconductor acceleration sensor and its manufacture | |
JP2936990B2 (en) | Acceleration sensor | |
JPH075192A (en) | Semiconductor acceleration sensor and fabrication thereof | |
JP3054938B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JP2951067B2 (en) | Speed sensor with self-test function | |
JP5067295B2 (en) | Sensor and manufacturing method thereof | |
CN112014595B (en) | Accelerometer and manufacturing method thereof | |
CN112014596B (en) | Accelerometer and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |