JP2003302298A - 力学量検出装置 - Google Patents
力学量検出装置Info
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- JP2003302298A JP2003302298A JP2002107855A JP2002107855A JP2003302298A JP 2003302298 A JP2003302298 A JP 2003302298A JP 2002107855 A JP2002107855 A JP 2002107855A JP 2002107855 A JP2002107855 A JP 2002107855A JP 2003302298 A JP2003302298 A JP 2003302298A
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- processing circuit
- mechanical quantity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 力学量の印加を検出する検出部を有した半導
体チップが接合層を介して台座に接合された力学量検出
装置において、検出部が検出した値を処理する処理回路
部を半導体チップに設けたとしても、処理回路部に形成
された素子の特性が変動してしまうのを抑制すること。 【解決手段】 半導体チップ３０に配設された処理回路
部７０は、半導体チップ３０の周縁部に配置したことを
特徴としている。具体的には、半導体チップ３０におけ
る金属ステム２０に形成されたダイヤフラム面１０に対
応する領域を除く領域に処理回路部７０を配置してい
る。よって、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チッ
プ３０にゲージ５１〜５４が検出した値を処理する処理
回路部７０を設けたとしても、処理回路部７０に形成さ
れたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２等の素子の特性が変動
してしまうのを抑制することができる。
体チップが接合層を介して台座に接合された力学量検出
装置において、検出部が検出した値を処理する処理回路
部を半導体チップに設けたとしても、処理回路部に形成
された素子の特性が変動してしまうのを抑制すること。 【解決手段】 半導体チップ３０に配設された処理回路
部７０は、半導体チップ３０の周縁部に配置したことを
特徴としている。具体的には、半導体チップ３０におけ
る金属ステム２０に形成されたダイヤフラム面１０に対
応する領域を除く領域に処理回路部７０を配置してい
る。よって、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チッ
プ３０にゲージ５１〜５４が検出した値を処理する処理
回路部７０を設けたとしても、処理回路部７０に形成さ
れたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２等の素子の特性が変動
してしまうのを抑制することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、力学量の印加を検
出する検出部を有した半導体チップが台座に接合された
力学量検出装置に関する。
出する検出部を有した半導体チップが台座に接合された
力学量検出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】この種の力学量検出装置としては、特開２
０００−２４１２７３号公報に記載の圧力検出装置が開
示されている。図５は、この圧力検出装置を示してい
る。
０００−２４１２７３号公報に記載の圧力検出装置が開
示されている。図５は、この圧力検出装置を示してい
る。
【０００３】図５に示されるように、この圧力検出装置
１００は、円形のダイヤフラム面１０を有する金属ステ
ム２０を有し、他面３２側にゲージ（ピエゾ抵抗素子）
５１〜５４が設けられた半導体チップ３０の一面３１側
を、低融点ガラス等よりなるガラス層４０を介して、ダ
イヤフラム面１０の一面１１側に接合したものである。
１００は、円形のダイヤフラム面１０を有する金属ステ
ム２０を有し、他面３２側にゲージ（ピエゾ抵抗素子）
５１〜５４が設けられた半導体チップ３０の一面３１側
を、低融点ガラス等よりなるガラス層４０を介して、ダ
イヤフラム面１０の一面１１側に接合したものである。
【０００４】そして、ダイヤフラム面１０の他面１２側
に圧力媒体を導入したときに、ダイヤフラム面１０及び
半導体チップ３０の変形に基づき、ゲージ５１〜５４の
抵抗値変化を検出し、この検出した値をトランジスタや
トリミング抵抗などから構成される処理回路部（図示せ
ず）で所要の処理を行うことにより、圧力検出が行われ
る。
に圧力媒体を導入したときに、ダイヤフラム面１０及び
半導体チップ３０の変形に基づき、ゲージ５１〜５４の
抵抗値変化を検出し、この検出した値をトランジスタや
トリミング抵抗などから構成される処理回路部（図示せ
ず）で所要の処理を行うことにより、圧力検出が行われ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、ゲージ５１〜５４が検出した値を処理する処理
回路部は半導体チップ３０とは別チップに設けられてい
るため、装置が大型化してしまうという課題があった。
術では、ゲージ５１〜５４が検出した値を処理する処理
回路部は半導体チップ３０とは別チップに設けられてい
るため、装置が大型化してしまうという課題があった。
【０００６】そこで、本発明者は、図６に示されるよう
に、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チップ３０に
処理回路部７０を設ければ、圧力検出装置１００を小型
化できると考えた。
に、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チップ３０に
処理回路部７０を設ければ、圧力検出装置１００を小型
化できると考えた。
【０００７】そして、この着眼点に基づき鋭意検討した
結果、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チップ３０
に処理回路部７０を設けたことにより、次のような問題
が生じることがわかった。
結果、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体チップ３０
に処理回路部７０を設けたことにより、次のような問題
が生じることがわかった。
【０００８】上述のように、ゲージ５１〜５４が設けら
れた半導体チップ３０に処理回路部７０を設けると、半
導体チップ３０に圧力が印加された際には、この印加圧
力がゲージ５１〜５４だけでなく処理回路部７０にも伝
達してしまう。
れた半導体チップ３０に処理回路部７０を設けると、半
導体チップ３０に圧力が印加された際には、この印加圧
力がゲージ５１〜５４だけでなく処理回路部７０にも伝
達してしまう。
【０００９】それによって、例えば、印加圧力により発
生するピエゾ抵抗効果や処理回路部７０に形成されたト
ランジスタの電界が局所的に大きくなってしまい、この
電界によって加速されたキャリアが半導体チップ３０の
表面に形成された酸化膜（図示せず）に飛び込んでトラ
ップされることにより、トランジスタのしきい値電圧が
変動するホットキャリア現象が発生してしまう。
生するピエゾ抵抗効果や処理回路部７０に形成されたト
ランジスタの電界が局所的に大きくなってしまい、この
電界によって加速されたキャリアが半導体チップ３０の
表面に形成された酸化膜（図示せず）に飛び込んでトラ
ップされることにより、トランジスタのしきい値電圧が
変動するホットキャリア現象が発生してしまう。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、力学量の印加を検出する検出部を有した半導体チッ
プが台座に接合された力学量検出装置において、検出部
が検出した値を処理する処理回路部を半導体チップに設
けたとしても、処理回路部に形成された素子の特性が変
動してしまうのを抑制することにある。
み、力学量の印加を検出する検出部を有した半導体チッ
プが台座に接合された力学量検出装置において、検出部
が検出した値を処理する処理回路部を半導体チップに設
けたとしても、処理回路部に形成された素子の特性が変
動してしまうのを抑制することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の力学量
検出装置は、力学量の印加を検出する検出部を有した半
導体チップが台座に接合された力学量検出装置におい
て、半導体チップの中心部に配置された検出部が検出し
た値を処理する処理回路部は半導体チップに配設され、
処理回路部は半導体チップの周縁部に配置されるととも
に、半導体チップに力学量が印加された際に伝達される
応力が０．０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下になるように配置さ
れることを特徴としている。
検出装置は、力学量の印加を検出する検出部を有した半
導体チップが台座に接合された力学量検出装置におい
て、半導体チップの中心部に配置された検出部が検出し
た値を処理する処理回路部は半導体チップに配設され、
処理回路部は半導体チップの周縁部に配置されるととも
に、半導体チップに力学量が印加された際に伝達される
応力が０．０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下になるように配置さ
れることを特徴としている。
【００１２】請求項１に記載の発明によれば、処理回路
部は半導体チップの周縁部に配置されるとともに半導体
チップに力学量が印加された際に伝達される応力が０．
０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下になるように配置されるため、
半導体チップに力学量が印加された際には、半導体チッ
プの中心部に配置された検出部に印加される力学量より
も処理回路部に印加される力学量を小さくすることがで
きるため、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホッ
トキャリア現象を抑制することができる。
部は半導体チップの周縁部に配置されるとともに半導体
チップに力学量が印加された際に伝達される応力が０．
０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下になるように配置されるため、
半導体チップに力学量が印加された際には、半導体チッ
プの中心部に配置された検出部に印加される力学量より
も処理回路部に印加される力学量を小さくすることがで
きるため、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホッ
トキャリア現象を抑制することができる。
【００１３】よって、検出部が設けられた半導体チップ
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
【００１４】請求項２に記載の力学量検出装置は、台座
における検出部が配置された領域に対応した領域には薄
肉のダイヤフラムが形成されるとともに、処理回路部は
半導体チップにおけるダイヤフラムに対応する領域を除
く領域に配置されていることを特徴している。
における検出部が配置された領域に対応した領域には薄
肉のダイヤフラムが形成されるとともに、処理回路部は
半導体チップにおけるダイヤフラムに対応する領域を除
く領域に配置されていることを特徴している。
【００１５】請求項２に記載の発明によれば、処理回路
部を半導体チップにおけるダイヤフラムに対応する領域
を除く領域に配置しているため、半導体チップに力学量
が印加された際には、ダイヤフラムに対応に対応する領
域に配置された検出部に印加される力学量よりも処理回
路部に印加される力学量を小さくすることができるた
め、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホットキャ
リア現象を抑制することができる。
部を半導体チップにおけるダイヤフラムに対応する領域
を除く領域に配置しているため、半導体チップに力学量
が印加された際には、ダイヤフラムに対応に対応する領
域に配置された検出部に印加される力学量よりも処理回
路部に印加される力学量を小さくすることができるた
め、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホットキャ
リア現象を抑制することができる。
【００１６】よって、検出部が設けられた半導体チップ
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
【００１７】請求項３に記載の力学量検出装置は、半導
体チップの面方位は、相直交する＜１１０＞結晶軸を有
した（１００）面であり、処理回路部は＜１１０＞結晶
軸から略４５°傾いた状態で配置されていることを特徴
としている。
体チップの面方位は、相直交する＜１１０＞結晶軸を有
した（１００）面であり、処理回路部は＜１１０＞結晶
軸から略４５°傾いた状態で配置されていることを特徴
としている。
【００１８】請求項３に記載の発明によれば、特にＰ型
拡散層の＜１１０＞結晶軸方向に発生する力学量の感度
（ピエゾ抵抗係数）は非常に大きいため、処理回路部を
＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配置したこ
とにより、処理回路部に印加される力学量を小さくする
ことができ、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホ
ットキャリア現象を抑制することができる。
拡散層の＜１１０＞結晶軸方向に発生する力学量の感度
（ピエゾ抵抗係数）は非常に大きいため、処理回路部を
＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配置したこ
とにより、処理回路部に印加される力学量を小さくする
ことができ、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホ
ットキャリア現象を抑制することができる。
【００１９】よって、検出部が設けられた半導体チップ
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
【００２０】請求項４に記載の力学量検出装置は、半導
体チップの面方位は、互いに直交する＜１１０＞結晶軸
と＜１００＞結晶軸とを有した（１１０）面であり、処
理回路部は＜１００＞と略平行した状態で配置されてい
ることを特徴としている。
体チップの面方位は、互いに直交する＜１１０＞結晶軸
と＜１００＞結晶軸とを有した（１１０）面であり、処
理回路部は＜１００＞と略平行した状態で配置されてい
ることを特徴としている。
【００２１】請求項４に記載の発明によれば、特にＰ型
拡散層の＜１１０＞結晶軸方向に発生する力学量の感度
（ピエゾ抵抗係数）は、＜１００＞結晶軸方向に発生す
る力学量の感度と比べて非常に大きいため、処理回路部
を＜１００＞結晶軸と略平行した状態で配置したことに
より、処理回路部に印加される力学量を小さくすること
ができ、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホット
キャリア現象を抑制することができる。
拡散層の＜１１０＞結晶軸方向に発生する力学量の感度
（ピエゾ抵抗係数）は、＜１００＞結晶軸方向に発生す
る力学量の感度と比べて非常に大きいため、処理回路部
を＜１００＞結晶軸と略平行した状態で配置したことに
より、処理回路部に印加される力学量を小さくすること
ができ、処理回路部に発生するピエゾ抵抗効果やホット
キャリア現象を抑制することができる。
【００２２】よって、検出部が設けられた半導体チップ
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
に検出部が検出した値を処理する処理回路部を設けたと
しても、処理回路部に形成された素子の特性が変動して
しまうのを抑制することができる。
【００２３】請求項５に記載の力学量検出装置は、半導
体チップは、低融点ガラスよりなるガラス層を介して台
座に接合されていることを特徴としている。それによ
り、クリープ現象による装置の特性変動を抑制すること
ができる。
体チップは、低融点ガラスよりなるガラス層を介して台
座に接合されていることを特徴としている。それによ
り、クリープ現象による装置の特性変動を抑制すること
ができる。
【００２４】尚、上記処理回路部は、請求項６に記載の
ように、少なくともトランジスタを有している。
ように、少なくともトランジスタを有している。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の力学量検出装置を
圧力検出装置に適用した一実施形態を、図面に従って説
明する。尚、本実施形態の圧力検出装置１００は、例え
ば車輌におけるエンジンの燃料噴射圧制御やブレーキ圧
制御等に用いられる。
圧力検出装置に適用した一実施形態を、図面に従って説
明する。尚、本実施形態の圧力検出装置１００は、例え
ば車輌におけるエンジンの燃料噴射圧制御やブレーキ圧
制御等に用いられる。
【００２６】図１（ａ）には、本実施形態の圧力検出装
置１００における半導体チップ３０の平面方向から見た
図を示し、図１（ｂ）には、図１（ａ）におけるＡ−Ａ
断面図を示す。
置１００における半導体チップ３０の平面方向から見た
図を示し、図１（ｂ）には、図１（ａ）におけるＡ−Ａ
断面図を示す。
【００２７】まず、図１（ｂ）に示されるように、圧力
検出装置１００は、円形のダイヤフラム面１０を有する
金属ステム２０と、一面３１側がダイヤフラム面１０の
一面１１側に接着された半導体チップ３０とを備え、ダ
イヤフラム面１０の他面１２側に、例えばエンジンの燃
料噴射圧力等に応じた圧力媒体（気体、液体等）を導入
し、ダイヤフラム面１０及び半導体チップ３０の変形に
基づき圧力検出を行うようにしたものである。
検出装置１００は、円形のダイヤフラム面１０を有する
金属ステム２０と、一面３１側がダイヤフラム面１０の
一面１１側に接着された半導体チップ３０とを備え、ダ
イヤフラム面１０の他面１２側に、例えばエンジンの燃
料噴射圧力等に応じた圧力媒体（気体、液体等）を導入
し、ダイヤフラム面１０及び半導体チップ３０の変形に
基づき圧力検出を行うようにしたものである。
【００２８】金属ステム２０は切削等により形成された
中空円筒形状を成し、例えば、ガラスと熱膨張率が同程
度であるＦｉ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であるコバール等によ
り構成されている。
中空円筒形状を成し、例えば、ガラスと熱膨張率が同程
度であるＦｉ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であるコバール等によ
り構成されている。
【００２９】この金属ステム２０においては、一端側に
ダイヤフラム面１０が形成され、図示しない他端側か
ら、図１（ｂ）中の白抜き矢印に示す様に、圧力媒体が
導入され、ダイヤフラム面１０の他面１２に圧力が印加
されるようになっている。
ダイヤフラム面１０が形成され、図示しない他端側か
ら、図１（ｂ）中の白抜き矢印に示す様に、圧力媒体が
導入され、ダイヤフラム面１０の他面１２に圧力が印加
されるようになっている。
【００３０】ここで、金属ステム２０の寸法の一例を示
すと、円筒の外径は６．５ｍｍ、円筒の内径は２．５ｍ
ｍ、ダイヤフラム面１０の肉厚は、例えば２０ＭＰａの
測定に際しては０．６５ｍｍ、２００ＭＰａの測定に際
しては１．４０ｍｍである。
すと、円筒の外径は６．５ｍｍ、円筒の内径は２．５ｍ
ｍ、ダイヤフラム面１０の肉厚は、例えば２０ＭＰａの
測定に際しては０．６５ｍｍ、２００ＭＰａの測定に際
しては１．４０ｍｍである。
【００３１】また、ダイヤフラム面１０の一面１１側に
接着された半導体チップ３０は、面方位が（１００）面
であり且つ全体が均一な肉厚の平面形状を成す単結晶シ
リコン基板よりなり、その一面３１が低融点ガラス等よ
りなるガラス層４０により、ダイヤフラム面１０の一面
１１に固定されている。
接着された半導体チップ３０は、面方位が（１００）面
であり且つ全体が均一な肉厚の平面形状を成す単結晶シ
リコン基板よりなり、その一面３１が低融点ガラス等よ
りなるガラス層４０により、ダイヤフラム面１０の一面
１１に固定されている。
【００３２】ここで、半導体チップ３０の寸法の一例を
示すと、４．０ｍｍ×４．０ｍｍの正方形状で、肉厚は
０．２ｍｍである。また、ガラス層４０の厚さは０．０
６ｍｍである。
示すと、４．０ｍｍ×４．０ｍｍの正方形状で、肉厚は
０．２ｍｍである。また、ガラス層４０の厚さは０．０
６ｍｍである。
【００３３】また、半導体チップ３０の他面３２側に
は、図１（ａ）に示されるように、ダイヤフラム面１０
と対応する領域には、４個のピエゾ抵抗素子である長方
形状のゲージ５１〜５４が配設されている。尚、（１０
０）面方位を有する半導体チップ３０には、その構造
上、＜１１０＞結晶軸が相直交して存在する。ここで、
図１（ａ）に示されるように、一方（Ａ―Ａ断面線と一
致する方）の＜１１０＞結晶軸方向をＸ方向、他方の＜
１１０＞結晶軸方向をＹ方向とする。
は、図１（ａ）に示されるように、ダイヤフラム面１０
と対応する領域には、４個のピエゾ抵抗素子である長方
形状のゲージ５１〜５４が配設されている。尚、（１０
０）面方位を有する半導体チップ３０には、その構造
上、＜１１０＞結晶軸が相直交して存在する。ここで、
図１（ａ）に示されるように、一方（Ａ―Ａ断面線と一
致する方）の＜１１０＞結晶軸方向をＸ方向、他方の＜
１１０＞結晶軸方向をＹ方向とする。
【００３４】そして、一対のゲージ５１、５２はその長
辺方向をＸ方向に沿って位置されており、一対のゲージ
５３、５４がその短辺方向をＹ方向に沿って位置されて
いる。さらに、これら４個のゲージ５１〜５４はそれぞ
れ配線（図示せず）で接続されてブリッジ回路を構成し
ている。
辺方向をＸ方向に沿って位置されており、一対のゲージ
５３、５４がその短辺方向をＹ方向に沿って位置されて
いる。さらに、これら４個のゲージ５１〜５４はそれぞ
れ配線（図示せず）で接続されてブリッジ回路を構成し
ている。
【００３５】さらに、本実施形態では、半導体チップ３
０の他面３２側の周縁部には、トランジスタやトリミン
グ抵抗などから構成される処理回路部７０が設けられて
いる。この処理回路部７０は、図示しないが、配線を介
してゲージ５１〜５４と接続されており、ゲージ５１〜
５４が検出した値を処理している。
０の他面３２側の周縁部には、トランジスタやトリミン
グ抵抗などから構成される処理回路部７０が設けられて
いる。この処理回路部７０は、図示しないが、配線を介
してゲージ５１〜５４と接続されており、ゲージ５１〜
５４が検出した値を処理している。
【００３６】ここで、半導体チップ３０におけるゲージ
５１〜５４と処理回路部７０の配置領域の詳細図を示す
図２を参照して、本実施形態の半導体チップ３０の構造
を説明する。
５１〜５４と処理回路部７０の配置領域の詳細図を示す
図２を参照して、本実施形態の半導体チップ３０の構造
を説明する。
【００３７】この図２に示されるように、半導体チップ
３０はＰ型の半導体基板８０を有し、この半導体基板８
０の表面部には、Ｐ+分離領域８１により互いに絶縁分
離された複数のＮ-エピタキシャル層領域８２ａ、８２
ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅが形成されている。
３０はＰ型の半導体基板８０を有し、この半導体基板８
０の表面部には、Ｐ+分離領域８１により互いに絶縁分
離された複数のＮ-エピタキシャル層領域８２ａ、８２
ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅが形成されている。
【００３８】エピタキシャル層領域８２ａの表面部に
は、上記した２対のゲージ５１〜５４が形成されてい
る。
は、上記した２対のゲージ５１〜５４が形成されてい
る。
【００３９】エピタキシャル層領域８２ｂ、８２ｃの表
面部には、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が形成されてお
り、これらトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２によりオペアン
プが構成されている。
面部には、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が形成されてお
り、これらトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２によりオペアン
プが構成されている。
【００４０】エピタキシャル層領域８２ｄの表面部に
は、特性調整用のトリミング抵抗８３が形成されてい
る。尚、このトリミング抵抗８３は、例えばクロムシリ
コン（ＣｒＳｉ）により形成されている。
は、特性調整用のトリミング抵抗８３が形成されてい
る。尚、このトリミング抵抗８３は、例えばクロムシリ
コン（ＣｒＳｉ）により形成されている。
【００４１】エピタキシャル層領域８２ｅの表面部に
は、半導体チップ３０を外部と電気的に接続するための
電極パッド８４が形成されている。尚、この電極パッド
８４は、例えばアルミにより形成されている。
は、半導体チップ３０を外部と電気的に接続するための
電極パッド８４が形成されている。尚、この電極パッド
８４は、例えばアルミにより形成されている。
【００４２】これらエピタキシャル層領域８２ｂ、８２
ｃ、８２ｄ、８２ｅに形成されたトランジスタＴｒ１、
Ｔｒ２、トリミング抵抗８３、電極パッド８４によっ
て、上記処理回路部７０を構成している。
ｃ、８２ｄ、８２ｅに形成されたトランジスタＴｒ１、
Ｔｒ２、トリミング抵抗８３、電極パッド８４によっ
て、上記処理回路部７０を構成している。
【００４３】尚、半導体基板８０の表面部には、Ｐ+分
離領域８１により互いに絶縁分離されたその他のエピタ
キシャル層領域（図示せず）が形成されており、これら
のエピタキシャル層領域に抵抗やその他のトランジスタ
などが形成されている。
離領域８１により互いに絶縁分離されたその他のエピタ
キシャル層領域（図示せず）が形成されており、これら
のエピタキシャル層領域に抵抗やその他のトランジスタ
などが形成されている。
【００４４】また、半導体基板８０の表面には、上記ゲ
ージ５１〜５４、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、トリミ
ング抵抗８３、電極パッド８４を接続するアルミ配線８
５とこのアルミ配線８５の絶縁を確保するシリコン酸化
膜（ＳｉＯ２）８６が形成されている。
ージ５１〜５４、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、トリミ
ング抵抗８３、電極パッド８４を接続するアルミ配線８
５とこのアルミ配線８５の絶縁を確保するシリコン酸化
膜（ＳｉＯ２）８６が形成されている。
【００４５】さらに、これらアルミ配線８５及びシリコ
ン酸化膜８６の上には保護膜であるパッシベーション膜
８７が形成されており、このパッシベーション膜８７に
は、ワイヤボンド用の開口部８７ａが設けられている。
尚、このパッシベーション膜８７は、例えばプラズマ窒
化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＮ）により構成されている。
ン酸化膜８６の上には保護膜であるパッシベーション膜
８７が形成されており、このパッシベーション膜８７に
は、ワイヤボンド用の開口部８７ａが設けられている。
尚、このパッシベーション膜８７は、例えばプラズマ窒
化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＮ）により構成されている。
【００４６】ここで、本実施形態の圧力検出装置１００
の製造方法を簡単に説明する。
の製造方法を簡単に説明する。
【００４７】まず、上述のように、トランジスタＴｒ
１、Ｔｒ２等で構成された処理回路部７０とゲージ５１
〜５４とが設けられた半導体チップ３０と金属ステム２
０を用意する。
１、Ｔｒ２等で構成された処理回路部７０とゲージ５１
〜５４とが設けられた半導体チップ３０と金属ステム２
０を用意する。
【００４８】続いて、金属ステム２０上の所定領域に低
融点ガラス等からなるガラス層４０を配設し、このガラ
ス層４０上に上記半導体チップ３０を配設する。
融点ガラス等からなるガラス層４０を配設し、このガラ
ス層４０上に上記半導体チップ３０を配設する。
【００４９】そして、これら一体物を焼成炉（図示せ
ず）に搬送して、ガラス層４０に約４００℃の熱を加え
て焼成させることにより、半導体チップ３０を金属ステ
ム２０に接合する。これにより、図１に示す圧力検出装
置１００が出来上がる。
ず）に搬送して、ガラス層４０に約４００℃の熱を加え
て焼成させることにより、半導体チップ３０を金属ステ
ム２０に接合する。これにより、図１に示す圧力検出装
置１００が出来上がる。
【００５０】ここで、本実施形態の圧力検出装置１００
の検出原理を説明する。
の検出原理を説明する。
【００５１】まず、図１（ｂ）に示す白抜き矢印方向に
圧力が印加されると、ダイヤフラム面１０及び半導体チ
ップ３０がひずみ変形し、半導体チップ３０に応力が発
生する。それに伴い、各ゲージ５１〜５４には、＜１１
０＞結晶軸に応じて図１（ａ）に示す矢印Ｘ方向と矢印
Ｙ方向とに応力が発生する。ここで、Ｘ方向の発生応力
をσXX、Ｙ方向の発生応力をσYY、とする。
圧力が印加されると、ダイヤフラム面１０及び半導体チ
ップ３０がひずみ変形し、半導体チップ３０に応力が発
生する。それに伴い、各ゲージ５１〜５４には、＜１１
０＞結晶軸に応じて図１（ａ）に示す矢印Ｘ方向と矢印
Ｙ方向とに応力が発生する。ここで、Ｘ方向の発生応力
をσXX、Ｙ方向の発生応力をσYY、とする。
【００５２】半導体チップ３０におけるダイヤフラム面
１０に位置する領域での発生応力の分布を図３に示す。
図３は、発生応力σXX（実線図示）とσYY（破線図示）
の大きさを、半導体チップ３０の前記領域におけるダイ
ヤフラム面１０の中心Ｋからの距離に応じて示したもの
である。
１０に位置する領域での発生応力の分布を図３に示す。
図３は、発生応力σXX（実線図示）とσYY（破線図示）
の大きさを、半導体チップ３０の前記領域におけるダイ
ヤフラム面１０の中心Ｋからの距離に応じて示したもの
である。
【００５３】この図３に示されるように、発生応力σXX
及びσYYは、共に該中心Ｋから離れるに従って小さくな
っているが、発生応力σYYの方が減少度合が大きい。
及びσYYは、共に該中心Ｋから離れるに従って小さくな
っているが、発生応力σYYの方が減少度合が大きい。
【００５４】そのため、各＜１１０＞結晶軸方向Ｘ、Ｙ
に沿って配置された各ゲージ５１〜５４における出力ｅ
は、両発生応力σXXとσYYの差Ｄを検出して出力するこ
とができる。即ち、該出力ｅは、σXXとσYYの差の絶対
値に比例（ｅ｜σXX−σYY｜）し、上記ブリッジ回路に
より圧力検出が成される。
に沿って配置された各ゲージ５１〜５４における出力ｅ
は、両発生応力σXXとσYYの差Ｄを検出して出力するこ
とができる。即ち、該出力ｅは、σXXとσYYの差の絶対
値に比例（ｅ｜σXX−σYY｜）し、上記ブリッジ回路に
より圧力検出が成される。
【００５５】つまり、（１００）面方位を有する半導体
チップ３０においては、その構造上、高い応力感度を有
する結晶軸＜１１０＞が相直交して存在し、ゲージ１個
に対して２種類の応力σXX及びσYYが発生するため、上
記の検出原理によって圧力検出ができる。
チップ３０においては、その構造上、高い応力感度を有
する結晶軸＜１１０＞が相直交して存在し、ゲージ１個
に対して２種類の応力σXX及びσYYが発生するため、上
記の検出原理によって圧力検出ができる。
【００５６】ところで、本実施形態では、図１（ａ）に
示されるように、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体
チップ３０に処理回路部７０を設けているが、このよう
な構成にしたことにより、圧力検出装置１００を小型化
することができるが、それに伴い以下のような問題が発
生する。
示されるように、ゲージ５１〜５４が設けられた半導体
チップ３０に処理回路部７０を設けているが、このよう
な構成にしたことにより、圧力検出装置１００を小型化
することができるが、それに伴い以下のような問題が発
生する。
【００５７】上述のように、ゲージ５１〜５４が設けら
れた半導体チップ３０に処理回路部７０を設けると、半
導体チップ３０に圧力が印加された際には、この印加圧
力がゲージ５１〜５４だけでなく処理回路部７０にも伝
達してしまう。
れた半導体チップ３０に処理回路部７０を設けると、半
導体チップ３０に圧力が印加された際には、この印加圧
力がゲージ５１〜５４だけでなく処理回路部７０にも伝
達してしまう。
【００５８】それによって、例えば、印加圧力により発
生するピエゾ抵抗効果や、処理回路部７０に形成された
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の電界が局所的に大きくな
ってしまい、この電界によって加速されたキャリアが半
導体チップ３０の表面に形成されたシリコン酸化膜８６
に飛び込んでトラップされることにより、トランジスタ
Ｔｒ１、Ｔｒ２のしきい値電圧が変動するホットキャリ
ア現象が発生してしまう。
生するピエゾ抵抗効果や、処理回路部７０に形成された
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の電界が局所的に大きくな
ってしまい、この電界によって加速されたキャリアが半
導体チップ３０の表面に形成されたシリコン酸化膜８６
に飛び込んでトラップされることにより、トランジスタ
Ｔｒ１、Ｔｒ２のしきい値電圧が変動するホットキャリ
ア現象が発生してしまう。
【００５９】そこで、本実施形態では、図１（ａ）に示
されるように、半導体チップ３０に配設された処理回路
部７０は、半導体チップ３０の周縁部に配置したことを
特徴としている。具体的には、半導体チップ３０におけ
る金属ステム２０に形成されたダイヤフラム面１０に対
応する領域を除く領域に処理回路部７０を配置してい
る。
されるように、半導体チップ３０に配設された処理回路
部７０は、半導体チップ３０の周縁部に配置したことを
特徴としている。具体的には、半導体チップ３０におけ
る金属ステム２０に形成されたダイヤフラム面１０に対
応する領域を除く領域に処理回路部７０を配置してい
る。
【００６０】それによって、半導体チップ３０に圧力が
印加された際には、ダイヤフラム面１０に対応する領域
に配置されたゲージ５１〜５４に印加される圧力より
も、処理回路部７０に印加される圧力を小さくすること
ができるため、処理回路部７０に発生するピエゾ抵抗効
果やホットキャリア現象を抑制することができる。
印加された際には、ダイヤフラム面１０に対応する領域
に配置されたゲージ５１〜５４に印加される圧力より
も、処理回路部７０に印加される圧力を小さくすること
ができるため、処理回路部７０に発生するピエゾ抵抗効
果やホットキャリア現象を抑制することができる。
【００６１】よって、ゲージ５１〜５４が設けられた半
導体チップ３０にゲージ５１〜５４が検出した値を処理
する処理回路部７０を設けたとしても、処理回路部７０
に形成されたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２等の素子の特
性が変動してしまうのを抑制することができる。
導体チップ３０にゲージ５１〜５４が検出した値を処理
する処理回路部７０を設けたとしても、処理回路部７０
に形成されたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２等の素子の特
性が変動してしまうのを抑制することができる。
【００６２】また、図３に示されるように、処理回路部
７０の配置位置は、半導体チップ３０に圧力が印加され
た際に伝達される応力が０．０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下に
なるように規定すると好ましい。
７０の配置位置は、半導体チップ３０に圧力が印加され
た際に伝達される応力が０．０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下に
なるように規定すると好ましい。
【００６３】また、本実施形態では、相直交する＜１１
０＞結晶軸が存在する（１００）面方位を有する半導体
チップ３０を用いているが、＜１１０＞結晶軸方向に発
生する圧力の感度（ピエゾ抵抗係数）は非常に大きいた
め、図４に示されるように、処理回路部７０を＜１１０
＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配置するとよい。
０＞結晶軸が存在する（１００）面方位を有する半導体
チップ３０を用いているが、＜１１０＞結晶軸方向に発
生する圧力の感度（ピエゾ抵抗係数）は非常に大きいた
め、図４に示されるように、処理回路部７０を＜１１０
＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配置するとよい。
【００６４】その結果、処理回路部７０に印加される圧
力を小さくすることができるため、処理回路部７０に発
生するピエゾ抵抗効果やホットキャリア現象をより抑制
することができる。
力を小さくすることができるため、処理回路部７０に発
生するピエゾ抵抗効果やホットキャリア現象をより抑制
することができる。
【００６５】また、本実施形態では、半導体チップ３０
を金属ステム２０に接合させるための接合層としてガラ
ス層４０を用いているため、例えば樹脂からなる接着剤
を用いた場合と比較して、クリープ現象の発生を抑制す
ることができ、装置の特性変動を抑制することができ
る。
を金属ステム２０に接合させるための接合層としてガラ
ス層４０を用いているため、例えば樹脂からなる接着剤
を用いた場合と比較して、クリープ現象の発生を抑制す
ることができ、装置の特性変動を抑制することができ
る。
【００６６】尚、本発明は、上記実施形態に限られるも
のではなく、様々な態様に適用可能である。
のではなく、様々な態様に適用可能である。
【００６７】例えば、上記実施形態では、力学量検出装
置として圧力検出装置について説明したが、これに限ら
れるものではなく、加速度センサなどのような他の力学
量検出装置にも適用可能である。
置として圧力検出装置について説明したが、これに限ら
れるものではなく、加速度センサなどのような他の力学
量検出装置にも適用可能である。
【００６８】また、図３に示されるように、半導体チッ
プ３０の＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で処
理回路部７０を形成する方法としては、処理回路部７０
のパターンが記憶されたデータ自体を略４５°回転させ
て形成してもよいが、例えば、半導体チップ３０が複数
形成されたウェハ状態において、ウェハのオリフラ面を
＜１１０＞結晶軸から略４５°傾けて処理回路部７０を
形成してもよい。この場合、処理回路部７０のパターン
が記憶されたデータ自体を回転させる必要がないため、
工程の簡略化を図ることができる。
プ３０の＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で処
理回路部７０を形成する方法としては、処理回路部７０
のパターンが記憶されたデータ自体を略４５°回転させ
て形成してもよいが、例えば、半導体チップ３０が複数
形成されたウェハ状態において、ウェハのオリフラ面を
＜１１０＞結晶軸から略４５°傾けて処理回路部７０を
形成してもよい。この場合、処理回路部７０のパターン
が記憶されたデータ自体を回転させる必要がないため、
工程の簡略化を図ることができる。
【００６９】また、上記実施形態では、半導体チップ３
０の面方位は、相直交する＜１１０＞結晶軸を有した
（１００）面であり、図４に示されるように、処理回路
部７０は＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配
置されているが、これに限られるものではなく、例え
ば、半導体チップ３０の面方位は、互いに直交する＜１
１０＞結晶軸と＜１００＞結晶軸とを有した（１００）
面であってもよい。この場合、処理回路部７０は、＜１
１０＞結晶軸と比較して感度の小さい＜１００＞結晶軸
と略平行した状態で配置するとよい。
０の面方位は、相直交する＜１１０＞結晶軸を有した
（１００）面であり、図４に示されるように、処理回路
部７０は＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた状態で配
置されているが、これに限られるものではなく、例え
ば、半導体チップ３０の面方位は、互いに直交する＜１
１０＞結晶軸と＜１００＞結晶軸とを有した（１００）
面であってもよい。この場合、処理回路部７０は、＜１
１０＞結晶軸と比較して感度の小さい＜１００＞結晶軸
と略平行した状態で配置するとよい。
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る圧力検出装
置における半導体チップの平面方向から見た図であり、
（ｂ）は（ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。
置における半導体チップの平面方向から見た図であり、
（ｂ）は（ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。
【図２】図１に示す半導体チップの詳細図である。
【図３】図１に示す圧力検出装置の半導体チップの発生
応力分布を示す図である。
応力分布を示す図である。
【図４】処理回路部を＜１１０＞結晶軸から４５°傾け
て配置した状態を示す図である。
て配置した状態を示す図である。
【図５】従来技術の圧力検出装置の断面構造を示す図で
ある。
ある。
【図６】半導体チップに処理回路部を設けた状態の圧力
検出装置の断面構造を示す図である。
検出装置の断面構造を示す図である。
１０…ダイヤフラム面、
１１…ダイヤフラム面の一面、
１２…ダイヤフラム面の他面、
２０…金属ステム、
３０…半導体チップ、
３１…半導体チップの一面、
３２…半導体チップの他面、
４０…ガラス層、
５１〜５４…ゲージ（ピエゾ抵抗素子）、
７０…処理回路部、
８０…Ｐ型半導体基板、
８１…Ｐ+分離領域、
８２ａ〜８２ｅ…Ｎ-エピタキシャル層領域、
８３…トリミング抵抗、
８４…電極パッド、
８５…アルミ配線、
８６…シリコン酸化膜、
８７…パッシベーション膜、
１００…圧力検出装置、
σXX、σYY…応力、
Ｔｒ１、Ｔｒ２…トランジスタ、
Ｋ…ダイヤフラム面の中心。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F055 AA21 BB20 CC02 DD01 DD04
EE14 FF11 GG16
4M112 AA01 AA02 BA01 CA01 CA08
CA12 CA16 DA18 EA03 EA06
EA07 EA11 EA13 FA01 FA06
FA09 FA20
Claims (6)
- 【請求項１】 力学量の印加を検出する検出部を有した
半導体チップが台座に接合された力学量検出装置におい
て、 前記半導体チップの中心部に配置された前記検出部が検
出した値を処理する処理回路部は前記半導体チップに配
設され、 前記処理回路部は前記半導体チップの周縁部に配置され
るとともに、前記半導体チップに力学量が印加された際
に伝達される応力が０．０１ｋｇｆ／ｍｍ2以下になる
ように配置されることを特徴とする力学量検出装置。 - 【請求項２】 前記台座における前記検出部が配置され
た領域に対応する領域には薄肉のダイヤフラムが形成さ
れるとともに、前記処理回路部は前記半導体チップにお
ける前記ダイヤフラムに対応する領域を除く領域に配置
されていることを特徴とする請求項１に記載の力学量検
出装置。 - 【請求項３】 前記半導体チップの面方位は、相直交す
る＜１１０＞結晶軸を有した（１００）面であり、前記
処理回路部は前記＜１１０＞結晶軸から略４５°傾いた
状態で配置されていることを特徴とする請求項１または
２に記載の力学量検出装置。 - 【請求項４】 前記半導体チップの面方位は、互いに直
交する＜１１０＞結晶軸と＜１００＞結晶軸とを有した
（１１０）面であり、前記処理回路部は前記＜１００＞
結晶軸と略平行した状態で配置されていることを特徴と
する請求項１または２に記載の力学量検出装置。 - 【請求項５】 前記半導体チップは、低融点ガラスより
なるガラス層を介して前記台座に接合されていることを
特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の力学量
検出装置。 - 【請求項６】 前記処理回路部は、少なくともトランジ
スタを有していることを特徴とする請求項１乃至５の何
れか１つに記載の力学量検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002107855A JP2003302298A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 力学量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002107855A JP2003302298A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 力学量検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003302298A true JP2003302298A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29391773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002107855A Pending JP2003302298A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 力学量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003302298A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016017290A1 (ja) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力センサ |
| JP2017003365A (ja) * | 2015-06-08 | 2017-01-05 | セイコーＮｐｃ株式会社 | 圧力センサ |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6378229U (ja) * | 1986-11-10 | 1988-05-24 | ||
| JPH01236659A (ja) * | 1988-03-17 | 1989-09-21 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH0213753U (ja) * | 1988-07-11 | 1990-01-29 | ||
| JPH0972805A (ja) * | 1995-09-06 | 1997-03-18 | Hitachi Ltd | 半導体センサ |
| JP2000241273A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-08 | Denso Corp | 圧力検出装置 |
-
2002
- 2002-04-10 JP JP2002107855A patent/JP2003302298A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| JP2016033460A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力センサ |
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