JP2861477B2 - 半導体歪みセンサ - Google Patents
半導体歪みセンサInfo
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、加速度や振動等を検
出するための半導体歪みセンサに関するものである。
出するための半導体歪みセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車用の加速度センサとしてピエゾ抵
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、台座上
にシリコンチップが接合され、この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４０μｍ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（０〜１．５Ｇ）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
温度の変化や経時的にも出力特性が変化しないことが要
求される。
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、台座上
にシリコンチップが接合され、この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４０μｍ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（０〜１．５Ｇ）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
温度の変化や経時的にも出力特性が変化しないことが要
求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＡＢＳ用加
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、雰囲気温度の変化や経時によりシリコンチップと
台座との接合部分で接合歪みが発生し、その歪みがピエ
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。その対策として、シリコ
ンチップと温度膨張係数の近い台座を用いたり、陽極接
合等の応力歪みの出にくい接合方法を採用する等の方法
が採用されているが、不十分である。そのため、ＡＢＳ
システム等に用いられる高感度な加速度センサとして
は、半導体式のものは実用化されておらず、機械式に加
速度を検出するセンサが用いられている。
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、雰囲気温度の変化や経時によりシリコンチップと
台座との接合部分で接合歪みが発生し、その歪みがピエ
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。その対策として、シリコ
ンチップと温度膨張係数の近い台座を用いたり、陽極接
合等の応力歪みの出にくい接合方法を採用する等の方法
が採用されているが、不十分である。そのため、ＡＢＳ
システム等に用いられる高感度な加速度センサとして
は、半導体式のものは実用化されておらず、機械式に加
速度を検出するセンサが用いられている。
【０００４】この発明の目的は、温度変化や経時的な接
合歪み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半導体歪みセンサを提供するこ
とにある。
合歪み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半導体歪みセンサを提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、台座上に接
合され、半導体基板の一部をなす厚肉の第１支持部と、
前記半導体基板の一部をなす厚肉の第２支持部と、前記
半導体基板の一部をなし、前記第１支持部と前記第２支
持部とを連結する厚肉の連結部と、 前記半導体基板の一
部をなし、前記第２支持部から延び、かつ、ピエゾ抵抗
層が配置された薄肉の可動部と、前記第２支持部に形成
され、前記半導体基板の第１支持部と前記台座との接合
歪みの前記ピエゾ抵抗層への伝播長を長くするための溝
とを備えた半導体歪みセンサをその要旨とするものであ
る。
合され、半導体基板の一部をなす厚肉の第１支持部と、
前記半導体基板の一部をなす厚肉の第２支持部と、前記
半導体基板の一部をなし、前記第１支持部と前記第２支
持部とを連結する厚肉の連結部と、 前記半導体基板の一
部をなし、前記第２支持部から延び、かつ、ピエゾ抵抗
層が配置された薄肉の可動部と、前記第２支持部に形成
され、前記半導体基板の第１支持部と前記台座との接合
歪みの前記ピエゾ抵抗層への伝播長を長くするための溝
とを備えた半導体歪みセンサをその要旨とするものであ
る。
【０００６】又、接合歪みの伝播通路が曲がっているこ
とが好ましい。
とが好ましい。
【０００７】
【作用】温度変化等により半導体基板の第１支持部と台
座との接合部に歪みが発生すると、その歪みは厚肉の第
１支持部から厚肉の連結部を経由して厚肉の第２支持部
に伝播していき、さらに、ピエゾ抵抗層が配置された薄
肉の可動部に至る。しかしながら、溝により歪みの伝播
長が長くなっているため、接合歪みが減衰してその影響
を受けにくい。
座との接合部に歪みが発生すると、その歪みは厚肉の第
１支持部から厚肉の連結部を経由して厚肉の第２支持部
に伝播していき、さらに、ピエゾ抵抗層が配置された薄
肉の可動部に至る。しかしながら、溝により歪みの伝播
長が長くなっているため、接合歪みが減衰してその影響
を受けにくい。
【０００８】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
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。ステム１と、その上面に接合されたシェル（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。
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。ステム１と、その上面に接合されたシェル（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。
【０００９】図３にはパッケージ内に配置されるシリコ
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。
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。
【００１０】つまり、台座７と接合する厚肉の第１支持
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。
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。
【００１１】又、図６にはシリコンチップ６の表面での
アルミによる配線パターンを示す。本実施例では、アー
ス用の配線４１と、電源電圧印加用の配線４２と、加速
度に応じた電位差を取り出すための出力用の配線４３，
４４とが形成されている。又、これら配線に対しもう１
組の４つの配線が用意されている。つまり、アース用の
配線４５と、電源電圧印加用の配線４６と、加速度に応
じた電位差を取り出すための出力用の配線４７，４８と
が形成されている。電源電圧印加用の配線４２の途中に
はシリコンチップ６の不純物拡散層４９が介在され、そ
の不純物拡散層４９の上をシリコン酸化膜を介してアー
ス用の配線４１が交差状態で配置されている。同様に、
電源電圧印加用の配線４６は不純物拡散層５０を介して
電源電圧印加用の配線４２と接続され、アース用の配線
４５は不純物拡散層５１を介してアース用の配線４１と
接続され、さらに、出力用の配線４７は不純物拡散層５
２を介して出力用の配線４３と接続されている。又、出
力用の配線４８と４４とは抵抗調整のための不純物拡散
層５３を介して接続されている。本実施例では、配線４
１〜４４を用いた結線がなされる。
アルミによる配線パターンを示す。本実施例では、アー
ス用の配線４１と、電源電圧印加用の配線４２と、加速
度に応じた電位差を取り出すための出力用の配線４３，
４４とが形成されている。又、これら配線に対しもう１
組の４つの配線が用意されている。つまり、アース用の
配線４５と、電源電圧印加用の配線４６と、加速度に応
じた電位差を取り出すための出力用の配線４７，４８と
が形成されている。電源電圧印加用の配線４２の途中に
はシリコンチップ６の不純物拡散層４９が介在され、そ
の不純物拡散層４９の上をシリコン酸化膜を介してアー
ス用の配線４１が交差状態で配置されている。同様に、
電源電圧印加用の配線４６は不純物拡散層５０を介して
電源電圧印加用の配線４２と接続され、アース用の配線
４５は不純物拡散層５１を介してアース用の配線４１と
接続され、さらに、出力用の配線４７は不純物拡散層５
２を介して出力用の配線４３と接続されている。又、出
力用の配線４８と４４とは抵抗調整のための不純物拡散
層５３を介して接続されている。本実施例では、配線４
１〜４４を用いた結線がなされる。
【００１２】そして、図７に示すように各ピエゾ抵抗層
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２
１ａ，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３５は
アース用端子であり、端子３６は電源電圧印加用端子で
あり、端子３７及び３８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３５，３
６，３７，３８は、図１，２に示すように、ワイヤ２３
にてリード端子４と接続されている。
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２
１ａ，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３５は
アース用端子であり、端子３６は電源電圧印加用端子で
あり、端子３７及び３８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３５，３
６，３７，３８は、図１，２に示すように、ワイヤ２３
にてリード端子４と接続されている。
【００１３】又、図１，２に示すように、シェル２内に
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２４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２５となっている。
そして、隔壁板２４の下側にはシリコーンオイル等のダ
ンピング液２６が充填されている。又、隔壁板２４には
それぞれ気体用連通孔２７が形成されている。
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２４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２５となっている。
そして、隔壁板２４の下側にはシリコーンオイル等のダ
ンピング液２６が充填されている。又、隔壁板２４には
それぞれ気体用連通孔２７が形成されている。
【００１４】次に、センサの製造方法を説明する。図８
〜図１２にはセンサの製造工程を示す。まず、図８に示
すように、Ｎ- 型のシリコンウェハ２８を用意し、その
表面の全面に厚さ４５００Åのシリコン酸化膜２９を形
成する。そして、シリコン酸化膜２９の所定領域をエッ
チングにより除去し、シリコンウェハ２８の所定領域に
Ｐ+ 拡散層３０を形成する。さらに、図９に示すよう
に、シリコンウェハ２８の全面にＣＶＤにより厚さ４０
００Åのシリコン酸化膜３１を形成する。そして、所定
領域Ｚ１のシリコン酸化膜２９，３１をエッチング除去
する。
〜図１２にはセンサの製造工程を示す。まず、図８に示
すように、Ｎ- 型のシリコンウェハ２８を用意し、その
表面の全面に厚さ４５００Åのシリコン酸化膜２９を形
成する。そして、シリコン酸化膜２９の所定領域をエッ
チングにより除去し、シリコンウェハ２８の所定領域に
Ｐ+ 拡散層３０を形成する。さらに、図９に示すよう
に、シリコンウェハ２８の全面にＣＶＤにより厚さ４０
００Åのシリコン酸化膜３１を形成する。そして、所定
領域Ｚ１のシリコン酸化膜２９，３１をエッチング除去
する。
【００１５】次に、図１０に示すように、シリコンウェ
ハ２８の上面の露出部に厚さ１０００Åのシリコン酸化
膜３２を形成する。さらに、シリコン酸化膜３２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２８にピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡
散層３３を形成する。このＰ+ 拡散層３３はＰ+ 拡散層
３０とつながっている。
ハ２８の上面の露出部に厚さ１０００Åのシリコン酸化
膜３２を形成する。さらに、シリコン酸化膜３２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２８にピエゾ抵抗層としてのＰ+ 拡
散層３３を形成する。このＰ+ 拡散層３３はＰ+ 拡散層
３０とつながっている。
【００１６】引き続き、図１１に示すように、シリコン
酸化膜３２でのコンタクト部分を除去した後、アルミ３
４による配線を行う。さらに、図１２に示すように、シ
リコンウェハ２８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２８の表面をエッチングして上下に貫通する溝１１，
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを形成する。このと
き、図１３に示すように、薄肉の可動部１４〜１７での
シリコン酸化膜３２の厚さは１０００Åとなり、その他
の厚肉の部分ではシリコン酸化膜２９，３１の厚さは４
０００Å，４５００Åにとなる。又、図１３において、
可動部１４〜１７の薄肉部分とその他の厚肉部分の境界
部分において、図中、Ｄで示すように、薄いシリコン酸
化膜３２が可動部よりも厚肉の方まで食い込んで形成さ
れている。
酸化膜３２でのコンタクト部分を除去した後、アルミ３
４による配線を行う。さらに、図１２に示すように、シ
リコンウェハ２８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２８の表面をエッチングして上下に貫通する溝１１，
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを形成する。このと
き、図１３に示すように、薄肉の可動部１４〜１７での
シリコン酸化膜３２の厚さは１０００Åとなり、その他
の厚肉の部分ではシリコン酸化膜２９，３１の厚さは４
０００Å，４５００Åにとなる。又、図１３において、
可動部１４〜１７の薄肉部分とその他の厚肉部分の境界
部分において、図中、Ｄで示すように、薄いシリコン酸
化膜３２が可動部よりも厚肉の方まで食い込んで形成さ
れている。
【００１７】そして、パイレックスガラスよりなる台座
７の上にシリコンウェハ２８を陽極接合する。その後、
シリコンウェハ２８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。次に、ステ
ム１の凸部３上に台座７を接着した後、ステム１上にシ
ェル２を接合しダンピング液２６を充填する。
７の上にシリコンウェハ２８を陽極接合する。その後、
シリコンウェハ２８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。次に、ステ
ム１の凸部３上に台座７を接着した後、ステム１上にシ
ェル２を接合しダンピング液２６を充填する。
【００１８】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、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での接
合歪みのピエゾ抵抗層への伝播通路Ｒ1，Ｒ2 ，Ｒ3，Ｒ
4 が形成され、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。
ンサにおいては、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での接
合歪みのピエゾ抵抗層への伝播通路Ｒ1，Ｒ2 ，Ｒ3，Ｒ
4 が形成され、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。
【００１９】図１４，１５には接合歪みの影響を調べた
実験結果を示す。これらの図は、横軸に雰囲気温度をと
り、縦軸に加速度が加わっていない状態でのブリッジ回
路の出力端子３７，３８間の出力電圧（オフセット電
圧）の変動量をとっている。図１４は本実施例のセンサ
を示し、図１５は溝１１のないシリコンチップでの測定
結果である。その結果、図１５に示す溝１１がない場合
に対し、図１４に示す本実施例のセンサは、出力電圧の
変動量を１／４程度（＝Ｗ2 ／Ｗ1 ）に減少できた。
実験結果を示す。これらの図は、横軸に雰囲気温度をと
り、縦軸に加速度が加わっていない状態でのブリッジ回
路の出力端子３７，３８間の出力電圧（オフセット電
圧）の変動量をとっている。図１４は本実施例のセンサ
を示し、図１５は溝１１のないシリコンチップでの測定
結果である。その結果、図１５に示す溝１１がない場合
に対し、図１４に示す本実施例のセンサは、出力電圧の
変動量を１／４程度（＝Ｗ2 ／Ｗ1 ）に減少できた。
【００２０】又、この半導体加速度センサを自動車のＡ
ＢＳシステムに組み込んだ状態では、図７のブリッジ回
路での出力端子３７，３８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。
ＢＳシステムに組み込んだ状態では、図７のブリッジ回
路での出力端子３７，３８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。
【００２１】このように本実施例の半導体加速度センサ
では、溝１１を形成することにより第１支持部８と台座
７との接合歪みのピエゾ抵抗層への伝播長を長くした。
つまり、溝１１を設けることにより図４での伝播通路Ｒ
1 ，Ｒ2，Ｒ3 ，Ｒ4 が形成され、溝１１が無い場合に
比べ通路長さを長くとっている。よって、温度変化等に
よりシリコンチップ６の第１支持部８と台座７との接合
部に歪みが発生すると、その歪みは厚肉の第１支持部８
から厚肉の第２支持部９に伝播していき、さらに、ピエ
ゾ抵抗層が形成された薄肉の可動部１４〜１７に至る。
しかしながら、溝１１により歪みの伝播長が長くなって
いるため、接合歪みが減衰してその影響を受けにくくな
る。その結果、高感度なＡＢＳ用加速度センサとして使
用すべくシリコンチップ６の薄肉部（可動部）の厚さを
５μｍに薄くすることができることとなる。
では、溝１１を形成することにより第１支持部８と台座
７との接合歪みのピエゾ抵抗層への伝播長を長くした。
つまり、溝１１を設けることにより図４での伝播通路Ｒ
1 ，Ｒ2，Ｒ3 ，Ｒ4 が形成され、溝１１が無い場合に
比べ通路長さを長くとっている。よって、温度変化等に
よりシリコンチップ６の第１支持部８と台座７との接合
部に歪みが発生すると、その歪みは厚肉の第１支持部８
から厚肉の第２支持部９に伝播していき、さらに、ピエ
ゾ抵抗層が形成された薄肉の可動部１４〜１７に至る。
しかしながら、溝１１により歪みの伝播長が長くなって
いるため、接合歪みが減衰してその影響を受けにくくな
る。その結果、高感度なＡＢＳ用加速度センサとして使
用すべくシリコンチップ６の薄肉部（可動部）の厚さを
５μｍに薄くすることができることとなる。
【００２２】又、伝播通路Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 が複
数箇所（図４では９０°の屈曲部が３箇所）にわたり曲
げられている。その結果、接合歪みが伝播する際に、こ
の屈曲部において歪み力が分散して接合歪みが減衰され
やすいものとなる。つまり、図４においては最初の屈曲
部において９０°曲げられることによりその入力側の歪
み力に対しその一部の歪み力が直交方向に伝播してい
き、２番目の屈曲部において９０°曲げられることによ
りその入力側の歪み力に対しその一部の歪み力が直交方
向に伝播していくことになる。又、伝播通路Ｒ1 ，Ｒ2
，Ｒ3 ，Ｒ4 を曲げることにより、通路長を長くする
際に小さな面積部分に長い通路長を形成できる。
数箇所（図４では９０°の屈曲部が３箇所）にわたり曲
げられている。その結果、接合歪みが伝播する際に、こ
の屈曲部において歪み力が分散して接合歪みが減衰され
やすいものとなる。つまり、図４においては最初の屈曲
部において９０°曲げられることによりその入力側の歪
み力に対しその一部の歪み力が直交方向に伝播してい
き、２番目の屈曲部において９０°曲げられることによ
りその入力側の歪み力に対しその一部の歪み力が直交方
向に伝播していくことになる。又、伝播通路Ｒ1 ，Ｒ2
，Ｒ3 ，Ｒ4 を曲げることにより、通路長を長くする
際に小さな面積部分に長い通路長を形成できる。
【００２３】さらに、図１３に示すように、薄肉の可動
部１４〜１７でのシリコン酸化膜３２の厚さは１０００
Åで、又、その他の厚肉の部分ではシリコン酸化膜２
９，３１の厚さは４０００Å，４５００Åとした。よっ
て、可動部１４〜１７におけるシリコン酸化膜が４００
０Å，４５００Åと厚いとシリコン酸化膜形成時の冷却
の際に可動部１４〜１７が反ってしまうが、それが回避
できる。又、薄肉の可動部１４〜１７のみならずシリコ
ンチップ６の表面の全てに厚さ１０００Åのシリコン酸
化膜３２を形成すると、図６に示す不純物拡散層４９〜
５３を用いてアルミ配線を交差させる際に、図１６に示
すように、２つの不純物拡散層５４，５５の上にシリコ
ン酸化膜５６を介してアルミ層５７が配置される構造と
なり、拡散層５４，５５の間のシリコン層において電荷
が溜まったコンデンサ構造が形成されてしまい両不純物
拡散層５４，５５が短絡してしまう。これに対し本実施
例のようにシリコン酸化膜の厚さを８５００Å（＝４０
００Å＋４５００Å）にすることによりこれが回避でき
る。
部１４〜１７でのシリコン酸化膜３２の厚さは１０００
Åで、又、その他の厚肉の部分ではシリコン酸化膜２
９，３１の厚さは４０００Å，４５００Åとした。よっ
て、可動部１４〜１７におけるシリコン酸化膜が４００
０Å，４５００Åと厚いとシリコン酸化膜形成時の冷却
の際に可動部１４〜１７が反ってしまうが、それが回避
できる。又、薄肉の可動部１４〜１７のみならずシリコ
ンチップ６の表面の全てに厚さ１０００Åのシリコン酸
化膜３２を形成すると、図６に示す不純物拡散層４９〜
５３を用いてアルミ配線を交差させる際に、図１６に示
すように、２つの不純物拡散層５４，５５の上にシリコ
ン酸化膜５６を介してアルミ層５７が配置される構造と
なり、拡散層５４，５５の間のシリコン層において電荷
が溜まったコンデンサ構造が形成されてしまい両不純物
拡散層５４，５５が短絡してしまう。これに対し本実施
例のようにシリコン酸化膜の厚さを８５００Å（＝４０
００Å＋４５００Å）にすることによりこれが回避でき
る。
【００２４】さらには、図１３に示すように、可動部１
４〜１７の薄肉部分とその他の厚肉部分との境界部分に
おいて、薄いシリコン酸化膜３２を可動部よりも厚肉部
の方まで食い込んで形成した。よって、薄肉部と厚肉部
との境界部分における歪みがピエゾ抵抗値に大きな影響
を与えるが、薄肉部と厚肉部との境界部分の酸化膜を確
実に薄くでき、シリコン酸化膜の冷却時のシリコンチッ
プの反りを確実に防止できる。
４〜１７の薄肉部分とその他の厚肉部分との境界部分に
おいて、薄いシリコン酸化膜３２を可動部よりも厚肉部
の方まで食い込んで形成した。よって、薄肉部と厚肉部
との境界部分における歪みがピエゾ抵抗値に大きな影響
を与えるが、薄肉部と厚肉部との境界部分の酸化膜を確
実に薄くでき、シリコン酸化膜の冷却時のシリコンチッ
プの反りを確実に防止できる。
【００２５】さらには、この構造によれば、温度のみな
らず、図１のセンサ取り付け用穴５によるセンサ自体の
取り付けのネジ等による応力歪をも有効にキャンセルす
ることができ、精度の良いセンサを供給することができ
る。尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、前記実施例では両持ち梁構造であったが、
図１７，１８に示すように、片持ち梁構造でもよい。つ
まり、コ字状の溝１２によりシリコンチップ６の中央部
に長方形の重り部１０が可動部１４を介して支持され、
溝１２を囲むようにしてコ字状の溝１１を形成してもよ
い。
らず、図１のセンサ取り付け用穴５によるセンサ自体の
取り付けのネジ等による応力歪をも有効にキャンセルす
ることができ、精度の良いセンサを供給することができ
る。尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、前記実施例では両持ち梁構造であったが、
図１７，１８に示すように、片持ち梁構造でもよい。つ
まり、コ字状の溝１２によりシリコンチップ６の中央部
に長方形の重り部１０が可動部１４を介して支持され、
溝１２を囲むようにしてコ字状の溝１１を形成してもよ
い。
【００２６】又、図１９に示すように、溝１１の形状を
変えもよい。つまり、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄ，１２ｅによりシリコンチップ６の中央部に長方形の
重り部１０が可動部１４，１５，１６，１７を介して支
持され、さらに、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，
１２ｅを囲むようにしてコ字状の溝１１を形成してもよ
い。
変えもよい。つまり、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄ，１２ｅによりシリコンチップ６の中央部に長方形の
重り部１０が可動部１４，１５，１６，１７を介して支
持され、さらに、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，
１２ｅを囲むようにしてコ字状の溝１１を形成してもよ
い。
【００２７】さらに、図２０に示すように、図４での溝
１２ａ，１２ｂを無くした形状としてもよい。つまり、
溝１２ｃ，１２ｄによりシリコンチップ６の中央部に長
方形の重り部１０がその両側の可動部１４，１６を介し
て支持され、溝１２ｄ及び可動部１４，１６を囲むよう
にしてコ字状の溝１１を形成してもよい。又、図２１に
示すように、重り部１０に対し十文字に可動部１４，１
５，１６，１７を配置してもよい。即ち、溝１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ，１２ｄによりシリコンチップ６の中央部
に方形の重り部１０が十字状の可動部１４，１５，１
６，１７にて支持され、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１
２ｄ及び薄肉の可動部１４，１５，１６，１７を囲むよ
うにしてコ字状の溝１１及び直線的に延びる溝５８を形
成してもよい。
１２ａ，１２ｂを無くした形状としてもよい。つまり、
溝１２ｃ，１２ｄによりシリコンチップ６の中央部に長
方形の重り部１０がその両側の可動部１４，１６を介し
て支持され、溝１２ｄ及び可動部１４，１６を囲むよう
にしてコ字状の溝１１を形成してもよい。又、図２１に
示すように、重り部１０に対し十文字に可動部１４，１
５，１６，１７を配置してもよい。即ち、溝１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ，１２ｄによりシリコンチップ６の中央部
に方形の重り部１０が十字状の可動部１４，１５，１
６，１７にて支持され、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１
２ｄ及び薄肉の可動部１４，１５，１６，１７を囲むよ
うにしてコ字状の溝１１及び直線的に延びる溝５８を形
成してもよい。
【００２８】さらに、前記実施例では図４でのＹに示す
ように、第２支持部９が温度変化に伴う膨張により内側
あるいは外側に変位することがあった場合、可動部１
４，１６と１５，１７とでは可動部１５，１７の方に大
きな応力が加わることになりバランスが崩れることにな
る（換言すると、ブリッジ回路での抵抗値のバランスが
崩れることになる）。そこで、図２２又は図２３のよう
にしてもよい。即ち、図２２に示すように、第２支持部
９の先端側を厚肉部５９にて連結した構造にしてもよ
い。又、図２３に示すように、第２支持部９の先端側を
厚肉部５９にて連結し、さらに、可動部１４，１６と１
５，１７への第１支持部８からの接合歪み伝播距離が等
しくなるようにもう一つの厚肉の連結部１３ａを設けて
もよい。
ように、第２支持部９が温度変化に伴う膨張により内側
あるいは外側に変位することがあった場合、可動部１
４，１６と１５，１７とでは可動部１５，１７の方に大
きな応力が加わることになりバランスが崩れることにな
る（換言すると、ブリッジ回路での抵抗値のバランスが
崩れることになる）。そこで、図２２又は図２３のよう
にしてもよい。即ち、図２２に示すように、第２支持部
９の先端側を厚肉部５９にて連結した構造にしてもよ
い。又、図２３に示すように、第２支持部９の先端側を
厚肉部５９にて連結し、さらに、可動部１４，１６と１
５，１７への第１支持部８からの接合歪み伝播距離が等
しくなるようにもう一つの厚肉の連結部１３ａを設けて
もよい。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
温度変化や経時的な接合歪み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優れた効
果を発揮する。
温度変化や経時的な接合歪み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優れた効
果を発揮する。
【図１】実施例の半導体加速度センサの平面図ある。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】半導体加速度センサのシリコンチップ部分の斜
視図である。
視図である。
【図４】シリコンチップの平面面である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】配線パータンを示すシリコンチップの平面図で
ある。
ある。
【図７】抵抗層の接続を示す図である。
【図８】センサの製造工程を示す図である。
【図９】センサの製造工程を示す図である。
【図１０】センサの製造工程を示す図である。
【図１１】センサの製造工程を示す図である。
【図１２】センサの製造工程を示す図である。
【図１３】シリコンチップの要部拡大図である。
【図１４】温度とオフセット電圧変動量との関係を示す
図である。
図である。
【図１５】温度とオフセット出力電圧変動量との関係を
示す図である。
示す図である。
【図１６】シリコンチップの一部拡大図である。
【図１７】別例の半導体加速度センサの平面図である。
【図１８】図１７のＣ−Ｃ断面図である。
【図１９】別例の半導体加速度センサの平面図である。
【図２０】別例の半導体加速度センサの平面図である。
【図２１】別例の半導体加速度センサの平面図である。
【図２２】別例の半導体加速度センサの平面図である。
【図２３】別例の半導体加速度センサの平面図である。
６ 半導体基板としてのシリコンチップ ７ 台座 ８ 第１支持部 ９ 第２支持部 １１ 溝 １４，１５，１６，１７ 可動部 １８ａ，１８ｂ、１９ａ，１９ｂ、２０ａ，２０ｂ、２
１ａ，２１ｂ ピエゾ抵抗層
１ａ，２１ｂ ピエゾ抵抗層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/84 G01L 9/04 101 G01P 15/12
Claims (2)
- 【請求項１】 台座上に接合され、半導体基板の一部を
なす厚肉の第１支持部と、前記 半導体基板の一部をなす厚肉の第２支持部と、前記半導体基板の一部をなし、前記第１支持部と前記第
２支持部とを連結する厚肉の連結部と、 前記 半導体基板の一部をなし、前記第２支持部から延
び、かつ、ピエゾ抵抗層が配置された薄肉の可動部と、 前記第２支持部に形成され、前記半導体基板の第１支持
部と前記台座との接合歪みの前記ピエゾ抵抗層への伝播
長を長くするための溝とを備えたことを特徴とする半導
体歪みセンサ。 - 【請求項２】 前記接合歪み伝播通路が曲がっているこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体歪みセンサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131444A JP2861477B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体歪みセンサ |
| DE4218324A DE4218324C2 (de) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Halbleiter-Dehnungssensor |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP3131444A JP2861477B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体歪みセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04356971A JPH04356971A (ja) | 1992-12-10 |
| JP2861477B2 true JP2861477B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=15058102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131444A Expired - Lifetime JP2861477B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体歪みセンサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861477B2 (ja) |
| DE (1) | DE4218324C2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3284921B2 (ja) * | 1997-04-24 | 2002-05-27 | 富士電機株式会社 | 加速度センサならびに角加速度センサおよびそれらの製造方法 |
| FR2947628B1 (fr) * | 2009-07-01 | 2011-08-26 | Ct Tech Des Ind Mecaniques | Procede de fabrication d'une jauge de deformation en circuit integre |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5000817A (en) * | 1984-10-24 | 1991-03-19 | Aine Harry E | Batch method of making miniature structures assembled in wafer form |
| EP0340476B1 (en) * | 1988-04-11 | 1993-06-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JP2786240B2 (ja) * | 1988-04-11 | 1998-08-13 | 株式会社デンソー | 加速度センサ |
| US4987781A (en) * | 1989-05-03 | 1991-01-29 | Sensym, Incorporated | Accelerometer chip |
| JP3010725B2 (ja) * | 1990-11-01 | 2000-02-21 | 日産自動車株式会社 | 半導体加速度センサ |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131444A patent/JP2861477B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-06-03 DE DE4218324A patent/DE4218324C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4218324A1 (de) | 1992-12-10 |
| JPH04356971A (ja) | 1992-12-10 |
| DE4218324C2 (de) | 2003-04-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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