CN111504540B - 传感器装置 - Google Patents
传感器装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111504540B CN111504540B CN202010031653.1A CN202010031653A CN111504540B CN 111504540 B CN111504540 B CN 111504540B CN 202010031653 A CN202010031653 A CN 202010031653A CN 111504540 B CN111504540 B CN 111504540B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor substrate
- detection
- detection beam
- diffusion
- support portion
- 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.)
- Active
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 15
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 139
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 34
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 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
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
- G01L5/162—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of piezoresistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明提供一种传感器装置，其目的在于抑制泄漏电流的产生。该传感器装置具备形成在半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的压阻元件、形成在上述半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的扩散配线、形成于上述半导体基板内的相邻的上述扩散配线之间且具有与上述半导体基板相同的极性的第一屏蔽层、形成于上述压阻元件与上述扩散配线的表层且具有与上述第一屏蔽层相同的极性的第二屏蔽层。
Description
技术领域
本发明涉及传感器装置，尤其涉及检测多轴方向的力的压力传感器。
背景技术
一直以来，已知通过在由金属形成的应变体中安装传感器元件并用传感器元件检测通过施加外力而产生的应变体的弹性变形而检测多轴的力的压力传感器。
在上述压力传感器中作为传感器元件使用利用SOI(Silicon On Insulator)基板等的半导体基板而制造的传感器芯片(例如，参照专利文献1、2)。在构成传感器芯片的半导体基板内形成作为歪斜检测元件的压阻、扩散配线层，在半导体基板上形成金属配线层。
现有技术文献
专利文献1：日本特许第4011345号
专利文献2：日本特开2018-185296号公报
近年来，为了传感器芯片的小型化而有压阻、扩散配线、金属配线等的间隔变窄的倾向，提高在配线间产生未示意的寄生MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的可能性。若产生寄生MOS结构，会有在相邻的扩散配线间、扩散配线与金属配线之间等产生泄漏电流的可能性。若产生泄漏电流，会使传感器元件的输出特性劣化。
发明内容
所公开的技术是鉴于上述方面的内容，其目的在于抑制泄漏电流的产生。
所公开的技术是传感器装置，具有形成在半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的压阻元件、形成在上述半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的扩散配线、形成于上述半导体基板内的相邻的上述扩散配线之间且具有与上述半导体基板相同的极性的第一屏蔽层、形成于上述压阻元件与上述扩散配线的表层且具有与上述第一屏蔽层相同的极性的第二屏蔽层。
本发明的效果如下。
根据公开的技术，能够抑制泄漏电流的产生。
附图说明
图1是从Z轴方向上侧观察第一实施方式的传感器芯片的图。
图2是从Z轴方向下侧观察第一实施方式的传感器芯片的图。
图3是说明表示施加在各轴上的力以及力矩的符号的图。
图4是举例说明传感器芯片的压阻元件的配置的图。
图5是举例说明传感器芯片中的电极配置与配线的图。
图6是举例说明图5中的支撑部的区域中的电极垫以及配线的布局的图。
图7是举例说明包括图5中的压阻元件的区域中的配线的布局的图。
图8是表示沿图7中的A-A线的剖面的图。
图9是表示第一屏蔽层的形成区域的俯视图。
图10是表示第二屏蔽层的形成区域的俯视图。
图11是概略性地表示传感器芯片的主要部分的剖面的图。
图中：15—电极垫，15a—电极垫，15b—接触插头，16—配线，17—扩散配线，18—接触插头，18c—接触部，19—第一屏蔽层，20—第二屏蔽层，110—传感器芯片，200—半导体基板，201—表面绝缘膜，202—层间绝缘膜。
具体实施方式
以下，参照附图关于用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，在同一结构部分上标注相同符号，会有省略重复说明的情况。
＜第一实施方式＞
(概略结构)
图1以及图2是表示作为使用于第一实施方式的压力传感器的传感器元件的传感器芯片110的概略的图。
图1是从Z轴方向上侧观察传感器芯片110的图，图1(a)是立体图，图1(b)是俯视图。图2是从Z轴方向下侧观察传感器芯片110的图，图2(a)是立体图，图2(b)的仰视图。并且，将平行于传感器芯片110的上表面一边的方向作为X轴方向，将垂直的方向作为Y轴方向，将传感器芯片110的厚度方向(传感器芯片110的上表面的法线方向)作为Z轴方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互正交。
传感器芯片110是能用1芯片检测最多6轴方向的力以及/或力的力矩的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)传感器芯片，由SOI基板等的半导体基板形成。传感器芯片110的平面形状例如为3000μm角左右的正方形。
传感器芯片110具备柱状的5个支撑部111a～111e。支撑部111a～111e的平面形状例如为500μm角左右的正方形。作为第一支撑部的支撑部111a～111d配置于传感器芯片110的四角。作为第二支撑部的支撑部111e配置于支撑部111a～111d的中央。
支撑部111a～111e例如能够由SOI基板的活性层、BOX层以及支撑层形成，各自的厚度例如为500μm左右。
在支撑部111a与支撑部111b之间设置有将两端固定于支撑部111a与支撑部111b(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强结构的加强用梁112a。在支撑部111b与支撑部111c之间设置有将两端固定于支撑部111b与支撑部111c(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强结构的加强用梁112b。
在支撑部111c与支撑部111d之间设置有将两端固定于支撑部111c与支撑部111d(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强结构的加强用梁112c。在支撑部111d与支撑部111a之间设置有将两端固定于支撑部111d与支撑部111a(连结相邻的支撑部彼此)且用于加强结构的加强用梁112d。
换而言之，作为第一加强用梁的四个加强用梁112a、112b、112c以及112d形成为框状，成为各加强用梁的交点的角部为支撑部111b、111c、111d、111a。
支撑部111a的内侧的角部、与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强结构的加强用梁112e连结。支撑部111b的内侧的角部、与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强结构的加强用梁112f连结。
支撑部111c的内侧的角部、与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强结构的加强用梁112g连结。支撑部111d的内侧的角部、与其对置的支撑部111e的角部通过用于加强结构的加强用梁112h连结。作为第二加强用梁的加强用梁112e～112h相对于X轴方向(Y轴方向)倾斜地配置。即，加强用梁112e～112h与加强用梁112a、112b、112c以及112d非平行地配置。
加强用梁112a～112h例如能够由SOI基板的活性层、BOX层以及支撑层形成。加强用梁112a～112h的粗细(短边方向的宽度)例如能够为140μm左右。加强用梁112a～112h的各自的上表面与支撑部111a～111e的上表面大致为同一面。
相对于此，加强用梁112a～112h的各自的下表面相比于支撑部111a～111e的下表面以及力点114a～114d的下表面向上表面侧凹陷数10μm左右。
在支撑部111a与支撑部111b之间的加强用梁112a的内侧设置有检测用梁113a，该检测用梁113a与加强用梁112a隔着预定间隔平行地将两端固定在支撑部111a与支撑部111b上(连结相邻的支撑部彼此)，并用于检测歪斜。
在检测用梁113a与支撑部111e之间设置有检测用梁113b，该检测用梁113b与检测用梁113a以及支撑部111e隔着预定间隔地平行。检测用梁113b将加强用梁112e的支撑部111e侧的端部与加强用梁112f的支撑部111e侧的端部连结。
检测用梁113a的长边方向的大致中央部、与其对置的检测用梁113b的长边方向的大致中央部通过以与检测用梁113a以及检测用梁113b正交的方式配置的检测用梁113c连结。
在支撑部111b与支撑部111c之间的加强用梁112b的内侧设置有检测用梁13d，该检测用梁113d与加强用梁112b隔着预定间隔平行地将两端固定在支撑部111b与支撑部111c(连结相邻的支撑部彼此)，并用于检测歪斜。
在检测用梁113d与支撑部111e之间与检测用梁113d以及支撑部111e隔着预定间隔并与检测用梁113d平行地设置检测用梁113e。检测用梁113e将加强用梁112f的支撑部111e侧的端部和加强用梁112g的支撑部111e侧的端部连结。
检测用梁113d的长边方向的大致中央部、与其对置的检测用梁113e的长边方向的大致中央部通过以与检测用梁113d以及检测用梁113e正交的方式配置的检测用梁113f连结。
在支撑部111c与支撑部111d之间的加强用梁112c的内侧设置有检测用梁113g，该检测用梁113g与加强用梁112c隔着预定间隔平行地将两端固定在支撑部111c与支撑部111d上(连结相邻的支撑部彼此)，并用于检测歪斜。
在检测用梁113g与支撑部111e之间与检测用梁113g以及支撑部111e隔着预定间隔并与检测用梁113g平行地设置检测用梁113h。检测用梁113h将加强用梁112g的支撑部111e侧的端部和加强用梁112h的支撑部111e侧的端部连结。
检测用梁113g的长边方向的大致中央部、与其对置的检测用梁113h的长边方向的大致中央部通过以与检测用梁113g以及检测用梁113h正交的方式配置的检测用梁113i连结。
在支撑部111d与支撑部111a之间的加强用梁112d的内侧设置有检测用梁113j，该检测用梁113j与加强用梁112d隔着预定间隔平行地将两端固定在支撑部111d与支撑部111a上(连结相邻的支撑部彼此)，并用于检测歪斜。
在检测用梁113j与支撑部111e之间与检测用梁113j以及支撑部111e隔着预定间隔并与检测用梁113j平行地设置检测用梁113k。检测用梁113k将加强用梁112h的支撑部111e侧的端部和加强用梁112e的支撑部111e侧的端部连结。
检测用梁113j的长边方向的大致中央部、与其对置的检测用梁113k的长边方向的大致中央部通过以与检测用梁113j以及检测用梁113k正交的方式配置的检测用梁113l连结。
检测用梁113a～113l设置于支撑部111a～111e的厚度方向的上端侧，例如能够由SOI基板的活性层形成。检测用梁113a～113l的粗细(短边方向的宽度)例如能够为75μm左右。检测用梁113a～113l的各自的上表面与支撑部111a～111e的上表面大致为同一面。检测用梁113a～113l的各自的厚度例如能够为50μm左右。
在检测用梁113a的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113a与检测用梁113c的交点)上设置力点114a。通过检测用梁113a、113b以及113c与力点114a成为一组检测块。
在检测用梁113d的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113d与检测用梁113f的交点)上设置力点114b。通过检测用梁113d、113e以及113f与力点114b成为一组检测块。
在检测用梁113g的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113g与检测用梁113i的交点)上设置力点114c。通过检测用梁113g、113h以及113i与力点114c成为一组检测块。
在检测用梁113j的长边方向的中央部的下表面侧(检测用梁113j与检测用梁113l的交点)上设置力点114d。通过检测用梁113j、113k以及113l与力点114d成为一组检测块。
力点114a～114d是施加外力的位置，例如由SOI基板的BOX层以及支撑层形成。力点114a～114d的各自的下表面与支撑部111a～111e的下表面大致为同一面。
如此，通过从四个力点114a～114d获取力或位于，会得到每种力不同的梁的变形，因此能够实现6轴分离性良好的传感器。
并且，在传感器芯片110中，从抑制应力集中的观点出发，形成内角的部分优选为R状。
图3是说明表示施加在各轴上的力以及力矩的符号的图。如图3所示，将Z轴方向的力设为Fx、将Y轴方向的力设为Fy、将Z轴方向的力设为Fz。另外，将X轴作为轴而旋转的力矩设为Mx、将Y轴作为轴而旋转的力矩设为My、将Z轴作为轴而旋转的力矩设为Mz。
图4是举例说明传感器芯片110的压阻元件的配置的图。在与四个力点114a～114d对应的各检测块的预定位置上配置压阻元件。
具体的说，在与力点114a对应的检测块中，压阻元件MxR3以及MxR4配置于在长边方向上将检测用梁113a二等分的线上且相对于在检测用梁113a的靠近检测用梁113c的区域中在长边方向(Y方向)上将检测用梁113c二等分的线对称的位置。另外，压阻元件FyR3以及FyR4配置在相比于在长边方向上将检测用梁113a二等分的线靠加强用梁112a侧且相对于在检测用梁113a的远离检测用梁113c的区域中在长边方向上将检测用梁113c二等分的线对称的位置。
另外，在与力点114b对应的检测块中，压阻元件MyR3以及MyR4配置于在长边方向上将检测用梁113d二等分的线上且相对于在检测用梁113d的靠近检测用梁113f的区域中在长边方向(Y方向)上将检测用梁113f二等分的线对称的位置。另外，压阻元件FxR3以及FxR4配置在相比于在长边方向上将检测用梁113d二等分的线靠加强用梁112b侧且相对于在检测用梁113d的远离检测用梁113f的区域中在长边方向上将检测用梁113f二等分的线对称的位置。
另外，压阻元件MzR3以及MzR4配置于在长边方向上将检测用梁113d二等分的线上且相对于在检测用梁113d的远离检测用梁113f的区域中在长边方向上将检测用梁113f二等分的线对称的位置。压阻元件FzR2以及FzR3配置于相比于在长边方向上将检测用梁113e二等分的线靠支撑部111e侧且相对于在检测用梁113e的靠近检测用梁113f的区域中在长边方向上将检测用梁113f二等分的线对称的位置。
另外，在与力点114c对应的检测块中，压阻元件MxR1以及MxR2配置于在长边方向上将检测用梁113g二等分的线上且相对于在检测用梁113g的靠近检测用梁113i的区域中在长边方向(Y方向)上将检测用梁113i二等分的线对称的位置。另外，压阻元件FyR1以及FyR2配置于相比于在长边方向上将检测用梁113g二等分的线靠加强用梁112c侧且相对于在检测用梁113g的远离检测用梁113i的区域中在长边方向上将检测用梁113i二等分的线对称的位置。
另外，在与力点114d对应的检测块中，压阻元件MyR1以及MyR2配置于在长边方向上将检测用梁113j二等分的线上且相对于在检测用梁113j的靠近检测用梁113l的区域中在长边方向(X方向)上将检测用梁113l二等分的线对称的位置。另外，压阻元件FxR1以及FxR2配置于相比于在长边方向上将检测用梁113j二等分的线靠加强用梁112d侧且相对于在检测用梁113j的远离检测用梁113l的区域中在长边方向上将检测用梁113l二等分的线对称的位置。
另外，压阻元件MzR1以及MzR2配置于在长边方向上将检测用梁113j二等分的线上且相对于在检测用梁113j的远离检测用梁113l的区域中在长边方向上将检测用梁113l二等分的线对称的位置。压阻元件FzR1以及FzR4配置于相比于在长边方向上将检测用梁113k二等分的线靠支撑部111e侧且相对于在检测用梁113k的靠近检测用梁113l的区域中在长边方向上将检测用梁113l二等分的线对称的位置。
如此，在传感器芯片110中，在各检测块中将多个压阻元件分开地配置。由此，基于根据向力点114a～114d施加(传递)的力的方向(轴向)的、配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，能够最多检测6轴的预定的轴向的位移。
另外，在传感器芯片110中，为使检测用梁113c、113f、113i以及113l尽量短、使检测用梁113b、113e、113h以及113k靠近检测用梁113a、113d、113g以及113j并尽量确保检测用梁113b、113e、113h以及113k的长度的结构。通过这样的结构，检测用梁113b、113e、113h以及113k变得容易弓形地弯曲，能够缓和应力集中，提高承载能力。
另外，在传感器芯片110中，在因缩短而相对于应力的变形变小的检测用梁113c、113f、113i以及113l上未配置压阻元件。取而代之，在相比于检测用梁113c、113f、113i以及113l细且长并容易弓形地弯曲的检测用梁113a、113d、113g以及113j以及检测用梁113b、113e、113h以及113k的应力为最大的位置的附近配置压阻元件。其结果，在传感器芯片110中，可高效地获取应力，提高灵敏度(相对于相同的应力的压阻元件的电阻变化)。
并且，在传感器芯片110中，在用于歪斜的检测的压阻元件以外还配置虚拟的压阻元件。虚拟的压阻元件以还包含用于歪斜的检测的压阻元件的全部压阻元件相对于支撑部111e的中心点对称的方式配置。
在此，压阻元件FxR1～FxR4检测力Fx，压阻元件FyR1～FyR4检测力Fy，压阻元件FzR1～FzR4检测力Fz。另外，压阻元件MxR1～MxR4检测力矩Mx，压阻元件MyR1～MyR4检测力矩My，压阻元件MzR1～MzR4检测力矩Mz。
如此，在传感器芯片110中，在各检测块中将多个压阻元件分开地配置。由此，基于根据向力点114a～114d施加(传递)的力或位移的方向(轴向)的、配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，能够最多检测6轴的预定轴向的位移。
具体的说，在传感器芯片110中，Z轴方向的位移(Mx、My、Fz)能够基于预定的检测用梁的变形进行检测。即，X轴方向以及Y轴方向的力矩(Mx、My)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113a、113d、113g以及113j的变形进行检测。另外，Z轴方向的力(Fz)能够基于作为第二检测用梁的检测用梁113e以及113k的变形进行检测。
另外，在传感器芯片110中，X轴方向以及Y轴方向的位移(Fx、Fy、Mz)能够基于预定的检测用梁的变形进行检测。即，X轴方向以及Y轴方向的力(Fx、Fy)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113a、113d、113g以及113j的变形进行检测。另外，Z轴方向的力矩(Mz)能够基于作为第一检测用梁的检测用梁113d以及113j的变形进行检测。
在传感器芯片110中，能从每个轴上各形成一个的电桥回路中获得各轴的输出。
但是，也能够为减少压阻元件的数量而作为检测5轴以下的预定的轴向的位移传感器芯片。
图5是举例说明传感器芯片110中的电极配置与配线的图，是从Z轴方向上侧观察传感器芯片110的俯视图。如图5所示，传感器芯片110具有用于取出电力信号的多个电极垫15。各电极垫15配置在向力点114a～114d施加力时的歪斜最小的传感器芯片110的支撑部111a～111d的上表面。从各压阻元件至电极垫15的配线16能够在各加强用梁上以及各检测用梁上适当地引回。
如此，各加强用梁为了根据需要也作为取出配线时的迂回路径利用，因此通过与检测用梁不同地配置加强用梁而能够提高配线设计的自由度。由此，可将各压阻元件配置于更理想的位置。
另外，传感器芯片110具有利用电源电压上拉基板电位的电极垫15a。
图6是举例说明图5中的支撑部111b的区域10中的电极垫以及配线的布局的图。配线16是由形成于基板上的铝等构成的金属配线。各配线16由同一层形成，由于被各部引回而在配线16交叉的部分上形成扩散配线17。扩散配线17是由基板内的扩散层形成的配线，通过接触插头18连接于配线16。
图7是举例说明包括图5中的压阻元件MzR4、FxR4的区域11中的配线的布局的图。压阻元件MzR4、FxR4分别形成于一对的扩散配线17之间。压阻元件MzR4、FxR4与扩散配线17为同一极性、且杂质浓度比扩散配线17低浓度的扩散区域。扩散配线17通过接触插头18连接于配线16。
在扩散配线17以及压阻元件MzR4、FxR4的周围形成由与扩散配线17以及压阻元件MzR4、FxR4相反的极性的扩散区域形成的第一屏蔽层19。即，第一屏蔽层19形成于除扩散配线17以及压阻元件的形成区域19a以外的区域。
第一屏蔽层19形成于至少相邻的扩散配线17之间(除了连接压阻元件的部分)。
图8是表示沿图7中的A-A线的剖面的图。如图8所示，传感器芯片110使用半导体基板200而形成。在使用SOI基板形成传感器芯片110的情况下，半导体基板200例如是SOI基板的活性层。半导体基板200例如是向单晶硅中注入n型杂质的n型半导体基板。半导体基板200的杂质浓度例如是1.0×10-15[m-3]。
扩散配线17通过向半导体基板200的表层的预定定区域中注入p型杂质而形成。
第一屏蔽层19通过向半导体基板200的表层的预定区域中注入n型杂质而形成。第一屏蔽层19的杂质浓度比半导体基板200的杂质浓度高，例如是4.0×10-15[m-3]。第一屏蔽层19以从扩散配线17的端部以间隔S1离开的方式形成。间隔S1例如是3.5μm。
压阻元件MzR4通过向半导体基板200的表层的预定区域中注入p型杂质而形成。压阻元件MzR4的杂质浓度比扩散配线17的杂质浓度低。关于其他的压阻元件也相同，通过与压阻元件MzR4相同的制造工序而形成。
而且，在半导体基板200的表层上形成第二屏蔽层20。第二屏蔽层20通过向半导体基板200的表层的预定区域中注入n型杂质而形成。第二屏蔽层20形成于比扩散配线17、第一屏蔽层19以及压阻元件浅的表层。第二屏蔽层20的杂质浓度比第一屏蔽层19的杂质浓度高，例如是1.0×10-13[m-3]。
第二屏蔽层20形成于除接触插头18的形成区域18a(参照图7)的区域。另外，第二屏蔽层20以从扩散配线17的端部以间隔S2离开的方式形成。间隔S2例如是2～3μm左右。
在半导体基板200上形成由氧化硅(SiO2)形成的表面绝缘膜201。另外，在表面绝缘膜201上形成由氮化硅(Si3N4)形成的层间绝缘膜202。
接触插头18通过在蚀刻层间绝缘膜202以及表面绝缘膜201而形成的贯通孔中填充金属材料而形成。
配线16通过将在层间绝缘膜202上制膜的铝等形成的金属膜图案化而形成。另外，电极垫15通过与配线16相同的金属膜形成。
并且，在半导体基板200上以该顺序形成扩散配线17、第一屏蔽层19、压阻元件、第二屏蔽层20。第一屏蔽层19例如通过在50KeV的加速电压下离子注入n型杂质而形成。第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20的深度分别大致恒定。
图9是表示第一屏蔽层19的形成区域的俯视图。第一屏蔽层19基本上形成于除去扩散配件17以及压阻元件的形成区域19a的区域上，但在本实施方式中，也除去电极垫15的形成区域19b。
图10是表示第二屏蔽层20的形成区域的俯视图。第二屏蔽层20基本上形成于除去接触插头18的形成区域18a的区域上，但在本实施方式中，也除去电极垫15的形成区域18b。另外，第二屏蔽层20被除去用于将上述上拉用的电极垫15a连接于半导体基板200的接触部18c。
图11是概略性地表示传感器芯片110的主要部分的剖面的图。如图11所示，在电极垫15的下方未设置第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20。这是为了，由于在电极垫15上连接金属线，因此抑制因接合时的应力而对第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20的整体产生影响。并且，在本实施方式中，考虑线接合时的应力影响，在电极垫15的下方未设置第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20，但在能够忽略线接合时的应力对第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20施加的影响的情况下，可以在电极垫15的下方设置第一屏蔽层19与第二屏蔽层20的任一个或两个。
在连接于上拉用的电极垫15a的接触插头15b的下方未设置第二屏蔽层20，但设置第一屏蔽层19。因此，上拉用的电极垫15a通过贯通层间绝缘膜202以及表面绝缘膜201的接触插头15b而连接于第一屏蔽层19，用电源电压VDD上拉第一屏蔽层19的电位。
(效果)
在扩散配线17的周围产生空乏层DL，但由于配线16与半导体基板200的电位差等而空乏层DL变薄，产生寄生MOS结构，从而存在在相邻的扩散配线17中产生泄漏路径的可能性。在本实施方式的传感器芯片110中，由于在相邻的扩散配线17形成与扩散配线17极性相反的第一屏蔽层19，因此通过逆向偏压而空乏层DL扩大，抑制泄漏电流的产生。同样，在本实施方式的传感器芯片110中，由于在相邻的压阻元件间形成与压阻元件极性相反的第一屏蔽层19，因此抑制压阻元件间的泄漏电流的产生。
另外，在传感器芯片110的表面附着带电的异物的情况下，存在在配线16与扩散配线17之间、配线16与压阻元件之间产生泄漏路径的可能性。在本实施方式的传感器芯片110中，由于在扩散配线17以及压阻元件的表层上形成与扩散配线17以及压阻元件极性相反的第二屏蔽层20，因此在扩散配线17以及压阻元件与第二屏蔽层20之间也会形成空乏层DL，能抑制配置16与扩散配线17之间、配线16与压阻元件之间的泄漏电流的产生。
通过抑制泄漏电流的产生，提高传感器芯片110的输出中的补偿特性、杂音特性。所谓补偿特性是指来自电桥回路的输出电压的补偿电压的特性。由于产生泄漏电流而会在补偿电压中产生对应泄漏电流的变动，在力以及力矩的检测中会产生误差。通过抑制泄漏电流的产生，可提高检测精度。而且，在可进行6轴检测的传感器芯片110中，由于相对于Z轴方向的力以及力矩的输出小、容易受泄漏电流的影响，因此由抑制泄漏电流的产生的改善效果大。
并且，在上述实施方式中，将半导体基板200、第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20作为n型，将扩散配线17以及压阻元件作为p型，但与此相反，可以将第一屏蔽层19以及第二屏蔽层20作为p型、将扩散配线17以及压阻元件作为n型。各层的杂质浓度的关系与上述相同。
以上，关于优选的实施方式详细地进行了说明，但并不限于上述的实施方式，能在不脱离技术方案记载的范围对上述实施方式进行多种变形及置换。
Claims (6)
1.一种传感器装置，其特征在于，
具有：
形成在半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的压阻元件；
形成在上述半导体基板内且具有与上述半导体基板相反的极性的扩散配线；
形成于上述半导体基板内的相邻的上述扩散配线之间且具有与上述半导体基板相同的极性的第一屏蔽层；以及
形成于上述压阻元件与上述扩散配线的表层且具有与上述第一屏蔽层相同的极性的第二屏蔽层，
在上述半导体基板上具有隔着绝缘膜形成的配线，上述配线隔着贯通上述绝缘膜的接触插头而连接于上述扩散配线，
具有形成在上述绝缘膜上的上拉用的电极垫，上述电极垫隔着贯通上述绝缘膜的接触插头而连接于上述第一屏蔽层，
上述第二屏蔽层形成于除去上述接触插头以及上述电极垫的形成区域的区域上。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，
上述第一屏蔽层还形成于相邻的上述压阻元件之间。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，
上述第一屏蔽层比上述半导体基板杂质浓度高，上述第二屏蔽层比上述第一屏蔽层杂质浓度高。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，
上述扩散配线比上述压阻元件杂质浓度高。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，
上述半导体基板的极性是n型。
6.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，
能够检测多轴方向的力以及/或力的力矩。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019014734A JP7298092B2 (ja) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | センサ装置 |
| JP2019-014734 | 2019-01-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111504540A CN111504540A (zh) | 2020-08-07 |
| CN111504540B true CN111504540B (zh) | 2023-10-03 |
Family
ID=71732369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010031653.1A Active CN111504540B (zh) | 2019-01-30 | 2020-01-13 | 传感器装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11320324B2 (zh) |
| JP (1) | JP7298092B2 (zh) |
| CN (1) | CN111504540B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022142118A (ja) * | 2021-03-16 | 2022-09-30 | ミネベアミツミ株式会社 | センサチップ、力覚センサ装置 |
| JP2022142117A (ja) * | 2021-03-16 | 2022-09-30 | ミネベアミツミ株式会社 | センサチップ、力覚センサ装置 |
| US20240079240A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | Honeywell International Inc. | Method for applying a cap layer to protect electrical components of a semiconductor device from e-beam irradiation |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4125820A (en) * | 1975-10-06 | 1978-11-14 | Honeywell Inc. | Stress sensor apparatus |
| JPS63237482A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体圧力センサの製造方法 |
| JPH0268967A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Nec Yamaguchi Ltd | 圧力センサ |
| JPH07302917A (ja) * | 1994-05-10 | 1995-11-14 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH08162616A (ja) * | 1994-11-30 | 1996-06-21 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
| CN1135039A (zh) * | 1995-01-30 | 1996-11-06 | 株式会社日立制作所 | 半导体混成传感器 |
| CN101068032A (zh) * | 2006-05-01 | 2007-11-07 | 株式会社百利达 | 半导体变形测量仪及其制造方法 |
| CN101943623A (zh) * | 2009-07-06 | 2011-01-12 | 株式会社山武 | 压力传感器及压力传感器的制造方法 |
| JP2014135391A (ja) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Mitsumi Electric Co Ltd | ピエゾ抵抗素子及び半導体センサ |
| JP2018044811A (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | 株式会社村田製作所 | ピエゾ抵抗型センサ |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195135A (ja) * | 1983-04-21 | 1984-11-06 | Nec Corp | 力の方向検出器 |
| JP2827718B2 (ja) * | 1992-07-15 | 1998-11-25 | 株式会社デンソー | 半導体加速度センサ |
| JP3534176B2 (ja) | 1999-02-04 | 2004-06-07 | 横河電機株式会社 | 半導体センサ |
| JP4011345B2 (ja) | 2002-01-11 | 2007-11-21 | 本田技研工業株式会社 | 多軸力センサチップ |
| US6823744B2 (en) | 2002-01-11 | 2004-11-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Six-axis force sensor |
| JP2004109112A (ja) | 2002-07-22 | 2004-04-08 | Denso Corp | 半導体センサ |
| JP4589605B2 (ja) * | 2002-07-26 | 2010-12-01 | パナソニック電工株式会社 | 半導体多軸加速度センサ |
| JP4889425B2 (ja) | 2006-09-27 | 2012-03-07 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体歪測定装置、歪測定方法、圧力センサ及び加速度センサ |
| JP2012083304A (ja) * | 2010-10-14 | 2012-04-26 | Rohm Co Ltd | Ｍｅｍｓセンサ |
| US10107873B2 (en) | 2016-03-10 | 2018-10-23 | Allegro Microsystems, Llc | Electronic circuit for compensating a sensitivity drift of a hall effect element due to stress |
| JP2018021796A (ja) | 2016-08-02 | 2018-02-08 | アイシン精機株式会社 | 半導体歪ゲージ |
| US10634695B2 (en) | 2017-04-26 | 2020-04-28 | Minebea Mitsumi Inc. | Force sensor |
| JP6940037B2 (ja) | 2017-04-26 | 2021-09-22 | ミネベアミツミ株式会社 | 力覚センサ装置 |
| EP3581903B1 (en) * | 2018-06-14 | 2021-04-07 | Melexis Technologies NV | N-implant electrical shield for piezo-resistor sensor |
-
2019
- 2019-01-30 JP JP2019014734A patent/JP7298092B2/ja active Active
-
2020
- 2020-01-10 US US16/739,356 patent/US11320324B2/en active Active
- 2020-01-13 CN CN202010031653.1A patent/CN111504540B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4125820A (en) * | 1975-10-06 | 1978-11-14 | Honeywell Inc. | Stress sensor apparatus |
| JPS63237482A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体圧力センサの製造方法 |
| JPH0268967A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Nec Yamaguchi Ltd | 圧力センサ |
| JPH07302917A (ja) * | 1994-05-10 | 1995-11-14 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH08162616A (ja) * | 1994-11-30 | 1996-06-21 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
| CN1135039A (zh) * | 1995-01-30 | 1996-11-06 | 株式会社日立制作所 | 半导体混成传感器 |
| CN101068032A (zh) * | 2006-05-01 | 2007-11-07 | 株式会社百利达 | 半导体变形测量仪及其制造方法 |
| CN101943623A (zh) * | 2009-07-06 | 2011-01-12 | 株式会社山武 | 压力传感器及压力传感器的制造方法 |
| JP2014135391A (ja) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Mitsumi Electric Co Ltd | ピエゾ抵抗素子及び半導体センサ |
| JP2018044811A (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | 株式会社村田製作所 | ピエゾ抵抗型センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200240857A1 (en) | 2020-07-30 |
| JP2020122713A (ja) | 2020-08-13 |
| CN111504540A (zh) | 2020-08-07 |
| US11320324B2 (en) | 2022-05-03 |
| JP7298092B2 (ja) | 2023-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111504540B (zh) | 传感器装置 | |
| KR101231082B1 (ko) | 가속도 센서 | |
| KR100715644B1 (ko) | 가속도 센서 | |
| US20180372564A1 (en) | Multi-axial force sensor, method of manufacturing the multi-axial force sensor, and method for operating the multi-axial force sensor | |
| US20180246141A1 (en) | Dynamic quantity sensor | |
| US20040016981A1 (en) | Semiconductor acceleration sensor using doped semiconductor layer as wiring | |
| JP4431475B2 (ja) | 半導体型３軸加速度センサ | |
| JP4847686B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| US20030057447A1 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2006349478A (ja) | 静電容量型力学量センサおよびその製造方法 | |
| JP2006349563A (ja) | 慣性力センサ | |
| US20110001199A1 (en) | Pressure sensor and pressure sensor manufacturing method | |
| JP2010127710A (ja) | 半導体素子 | |
| JP2008008672A (ja) | 加速度センサ | |
| JP4637074B2 (ja) | ピエゾ抵抗型加速度センサー | |
| EP3056865B1 (en) | Sensor arrangement | |
| JP2006250550A (ja) | センサ | |
| JP2006208272A (ja) | 半導体多軸加速度センサ | |
| JP4665733B2 (ja) | センサエレメント | |
| JP5395412B2 (ja) | インタポーザ | |
| JP2007263767A (ja) | センサ装置 | |
| JP4466344B2 (ja) | 加速度センサ | |
| JP5069410B2 (ja) | センサエレメント | |
| JP2006300904A (ja) | 物理量センサ | |
| JP2008157825A (ja) | センサ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |