JP2833257B2 - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents
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- JP2833257B2 JP2833257B2 JP3091845A JP9184591A JP2833257B2 JP 2833257 B2 JP2833257 B2 JP 2833257B2 JP 3091845 A JP3091845 A JP 3091845A JP 9184591 A JP9184591 A JP 9184591A JP 2833257 B2 JP2833257 B2 JP 2833257B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はカンチレバー形の半導体
加速度センサ,より正確には半導体板に凹所と溝を掘り
込んで形成された固定部と、それに一端が支承された可
撓性のカンチレバー部と、その他端と繋がる可動な質量
部を備えるものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever type semiconductor acceleration sensor, more precisely, a fixed portion formed by digging a recess and a groove in a semiconductor plate, and a flexible cantilever having one end supported by the fixed portion. And a movable mass portion connected to the other end.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置を利用するセンサは、数mm角
以下の極小形に構成できかつ関連回路とともに集積回路
チップ内に作り込める利点があり、とくに高精度を要す
る用途にはあまり向かないが、圧力,加速度等を簡単に
検出する用途に広く採用されるに至っている。これら物
理量の検出にはセンサ内に可撓性のある部分を作り込む
必要があり、この可撓性構造としては大別してダイアフ
ラムとカンチレバーとがあるが、本発明が対象とする加
速度センサには撓み量を大きくとれる後者の方が適して
いる。以下、図4を参照してこのカンチレバー形の半導
体加速度センサの代表的な従来例を簡単に説明する。2. Description of the Related Art A sensor using a semiconductor device has an advantage that it can be formed in a very small size of several mm square or less and can be formed together with an associated circuit in an integrated circuit chip. , Pressure, acceleration, etc., have been widely adopted. In order to detect these physical quantities, it is necessary to create a flexible portion in the sensor. The flexible structure is roughly classified into a diaphragm and a cantilever. The latter, which can take large amounts, is more suitable. Hereinafter, a typical conventional example of this cantilever type semiconductor acceleration sensor will be briefly described with reference to FIG.
【0003】図4(a) は小形の半導体板10ないしはチッ
プ内に作り込まれた加速度センサの上面図で、図4(b)
はそのX−X矢視断面図である。同図(b) に示すように
この半導体板10は例えばn形であり、その裏面側から深
い凹所4と浅い凹所5を掘り込み、かつ表面側から同図
(a) に示すように溝6を切って凹所4の大部分と繋ぐこ
とにより、枠状の固定部20と,それに一端が支承された
カンチレバー部30と,その他端に繋がった質量部40とを
形成する。ふつうの加速度センサは図のように質量部40
を一方側からのみ支える片持ち構造とされ、質量部40に
掛かる同図(b)に示すz方向の加速度をカンチレバー部3
0の撓みから検出する。FIG. 4A is a top view of an acceleration sensor built in a small semiconductor plate 10 or a chip.
Is a sectional view taken along the line XX. As shown in FIG. 1B, the semiconductor plate 10 is, for example, n-type, and a deep recess 4 and a shallow recess 5 are dug from the back side thereof, and from the front side.
As shown in (a), the groove 6 is cut and connected to most of the recess 4 to form a frame-shaped fixing portion 20, a cantilever portion 30 supported at one end thereof, and a mass portion 40 connected to the other end. And are formed. A typical acceleration sensor has a mass 40 as shown in the figure.
Is supported only from one side, and the acceleration in the z direction shown in FIG.
Detect from zero deflection.
【0004】この撓みは図4(b) のようにカンチレバー
部30の表面に拡散された半導体板10と逆のp形のピエゾ
抵抗層であるストレンゲージ50により検出される。実際
には同図(a) で51と52で示すよう2個作り込むのがよ
く、接続端子を導出する便宜上図のように折り畳んだパ
ターンでそれぞれ拡散するのがよい。端子導出のため、
同図(b) のように半導体板10の表面を覆う酸化膜等の絶
縁膜11に明けた窓の中でストレンゲージ50の端部と接続
するアルミの電極膜12を所定パターンで配設し、これを
覆う窒化シリコン等の保護膜13に開口させた窓内に電極
膜10の端部を露出させて接続パッドPとする。さらに、
ストレンゲージ51と52と同構成のp形層である抵抗層53
と54を拡散して図のように端子を導出する。This bending is detected by a strain gauge 50 which is a p-type piezoresistive layer opposite to the semiconductor plate 10 diffused on the surface of the cantilever 30 as shown in FIG. 4 (b). Actually, it is preferable to make two as shown by 51 and 52 in FIG. 7A, and it is better to diffuse them in a folded pattern as shown in FIG. To derive the terminal,
As shown in FIG. 1B, an aluminum electrode film 12 connected to the end of the strain gauge 50 is arranged in a predetermined pattern in a window opened in an insulating film 11 such as an oxide film covering the surface of the semiconductor plate 10 as shown in FIG. Then, an end portion of the electrode film 10 is exposed in a window opened in the protective film 13 made of silicon nitride or the like covering the same to form a connection pad P. further,
Resistance layer 53 which is a p-type layer having the same configuration as strain gauges 51 and 52
And 54 are diffused to derive terminals as shown in the figure.
【0005】以上のように構成された加速度センサは、
ふつうその半導体板10を図1(b) のようにガラスや半導
体等の台座14に接合した状態で使用される。この際、図
5に示すように2個のストレンゲージ 51,52を同抵抗値
の2個の抵抗層 53,54とともにブリッジ接続し、電圧V
を与えた状態で検出信号DSを取り出す。The acceleration sensor configured as described above is
Usually, the semiconductor plate 10 is used in a state of being joined to a pedestal 14 of glass, semiconductor, or the like as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 5, two strain gauges 51, 52 are bridge-connected together with two resistance layers 53, 54 having the same resistance value, and the voltage V
The detection signal DS is taken out in the state given.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述の半導体加速度セ
ンサは2〜3mm角の小形チップに構成でき、これを電子
回路や集積回路装置内に組み込んで置くことにより、図
5(b) のその質量部40にz方向の加速度が掛かった時に
カンチレバー部30が撓んで例えば自動車の衝突を確実に
検出できるが、z方向に対し斜めの方向から加速度が掛
かるとそのz方向成分が小さくなるので検出感度がかな
り低下する問題がある。The above-described semiconductor acceleration sensor can be formed into a small chip having a size of 2 to 3 mm. By mounting this chip in an electronic circuit or an integrated circuit device, its mass as shown in FIG. When the acceleration in the z direction is applied to the portion 40, the cantilever portion 30 is bent and, for example, a collision of a car can be reliably detected. However, when acceleration is applied in a direction oblique to the z direction, the component in the z direction is reduced, so that the detection sensitivity is reduced. There is a problem that is considerably reduced.
【0007】この問題を解決するには、感度が鋭敏な方
向が互いに直交する加速度センサのチップを2個ないし
3個用いてそれらの検出信号を合成すればよいが、セン
サ数を増やすとそれだけ実装に手間が掛かり、かつ取り
付けにもスペースを要する。また、上述の構造では感度
方向が互いに異なる加速度センサを集積回路装置内に組
み込むのは不可能である。In order to solve this problem, it is sufficient to use two or three chips of an acceleration sensor whose sensitivity is orthogonal to each other and synthesize their detection signals. It takes time and space for installation. Further, with the above-described structure, it is impossible to incorporate acceleration sensors having different sensitivity directions into the integrated circuit device.
【0008】かかる問題を解決するため、本発明は半導
体加速度センサにより互いに異なる2個の方向の加速度
を検出できるようにすることを目的とする。In order to solve such a problem, an object of the present invention is to enable a semiconductor acceleration sensor to detect accelerations in two different directions.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本件の第1発明によれば
上述の目的は、カンチレバー部に作り込んだその厚み方
向の撓みを検出する前述のストレンゲージのほか、固定
部と質量部の間に形成した狭い隙間と,この隙間に面す
る固定部と質量部に高不純物濃度の拡散により作り込ん
だ電極層からなりカンチレバー部の幅方向の撓みを電極
層間の静電容量の変化から検出する容量センサを設け、
ストレンゲージと容量センサにより互いに直角な2方向
の加速度を検出することによって達成される。According to the first aspect of the present invention, the above-mentioned object is attained by the above-mentioned strain gauge for detecting the bending in the thickness direction of the cantilever portion, and between the fixed portion and the mass portion. And a fixed part facing the gap and an electrode layer formed by diffusion of a high impurity concentration in the mass part. The deflection in the width direction of the cantilever part is detected from a change in capacitance between the electrode layers. Provide a capacitance sensor,
This is achieved by detecting accelerations in two directions perpendicular to each other by a strain gauge and a capacitance sensor.
【0010】なお、上述の質量部に拡散する電極層をカ
ンチレバー部を経由して固定部まで延在させ、この延在
部からこの電極層用の接続端子を導出するのがよい。It is preferable that the electrode layer that diffuses into the mass part is extended to the fixed part via the cantilever part, and a connection terminal for this electrode layer is led out from the extended part.
【0011】さらに、本件の第2発明では、カンチレバ
ー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓みを検出す
る前述のストレンゲージを第1のストレンゲージとし、
このほかにカンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の
中央部に埋め込み拡散により作り込んだその幅方向の撓
みを検出する第2のストレンゲージを設けて、第1と第
2のストレンゲージにより互いに直角な2方向の加速度
を検出することにより同様に目的を達成する。Further, in the second invention of the present invention, the above-mentioned strain gauge for detecting the deflection in the thickness direction formed on the surface portion of the cantilever portion is a first strain gauge,
In addition, a second strain gauge is provided at the center in the thickness direction of the end portion in the width direction of the cantilever portion to detect the bending in the width direction created by embedding and diffusing, and the first and second strain gauges are used. The purpose is likewise achieved by detecting accelerations in two directions perpendicular to each other.
【0012】[0012]
【作用】本件の第1発明は最近のエッチング技術によれ
ば半導体板に対して1μm程度の幅で非常に細い溝切り
加工が可能なことを利用して、この溝を1対の電極層間
の狭い隙間として容量センサを構成することによりカン
チレバーの幅方向の微小な撓みを鋭敏に検出することに
成功したものである。The first invention of the present invention takes advantage of the fact that a very thin groove can be cut with a width of about 1 μm on a semiconductor plate by a recent etching technique, and this groove is formed between a pair of electrode layers. By forming the capacitance sensor as a narrow gap, it has succeeded in detecting minute deflection in the width direction of the cantilever sharply.
【0013】また、第2発明は前項の構成にいう第2の
ストレンゲージをカンチレバー部の幅方向の端部に作り
込むことによりその幅方向の微小な撓みの検出を可能に
するとともに、第1のストレンゲージをカンチレバー部
の表面部に作り込むに対し、第2のストレンゲージをそ
の厚み方向の中央部に埋め込むことによって、第1と第
2のストレンゲージにより質量部に掛かる互いに直角な
2方向の加速度を相互に独立して検出できるようにした
ものである。According to a second aspect of the present invention, the second strain gauge described in the preceding paragraph is formed at an end of the cantilever portion in the width direction to enable detection of a slight deflection in the width direction, By embedding the second strain gauge in the center of the thickness direction of the strain gauge on the surface of the cantilever portion, the first and second strain gauges are mounted on the surface portion of the cantilever portion. Can be detected independently of each other.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図1と図2は本件の第1および第2発明の実施
例を,図3は図2の実施例に対応する製造方法をそれぞ
れ示し、いずれの図でも図4に対応する部分に同じ符号
が付されているので説明中の前と重複する部分は省略す
ることとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show embodiments of the first and second inventions of the present invention, and FIG. 3 shows a manufacturing method corresponding to the embodiment of FIG. 2, respectively. Therefore, the same parts as those in the description before will be omitted.
【0015】図1において、同図(a) は第1発明の半導
体加速度センサの上面図,同図(b)はそのX−X矢視断
面図,同図(c) はY−Y矢視断面図である。加速度セン
サは2〜3mm角の小形のもので、それ用の半導体板10は
200〜300 μmの厚みのこの例でもn形のものを用い
る。これから固定部20とカンチレバー部30と質量部分40
とを形成するため、従来と同様にその裏面側から深い凹
所4と浅い凹所5を掘り込んで表面側から溝6を切る
が、この第1発明では容量センサ70用に固定部20と質量
部40の間にごく狭い隙間71を設けるため、溝6と隙間71
をドライエッチングないしはリアクティブイオンエッチ
ング法を利用して切るのが有利である。この隙間71のギ
ャップ長は極力短く0.5〜1μm程度とされる。FIG. 1A is a top view of the semiconductor acceleration sensor according to the first invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX, and FIG. 1C is a view taken along the line YY. It is sectional drawing. The acceleration sensor is a small type of 2-3mm square, and the semiconductor plate 10 for it is
Also in this example having a thickness of 200 to 300 μm, an n-type one is used. From now on, the fixed part 20, the cantilever part 30, and the mass part 40
As described above, a deep recess 4 and a shallow recess 5 are dug from the back side and the groove 6 is cut from the front side, as in the conventional case. To provide a very narrow gap 71 between the mass parts 40, the groove 6 and the gap 71
Is advantageously cut by dry etching or reactive ion etching. The gap length of the gap 71 is as short as possible and is set to about 0.5 to 1 μm.
【0016】なお、カンチレバー部30は例えば厚みが10
〜数十μm, 幅が 200〜500 μm,長さが 300〜500 μ
mになるよう形成し、質量部40は 500x1000μmのサイ
ズに形成して図1(b) のその下面と台座14との間隔は数
十μm程度とし、厚み方向zの強い衝撃力によりカンチ
レバー30が大きく撓んだ時にその折損を防止するため質
量部40を台座14により受け止めるようにする。The cantilever 30 has a thickness of, for example, 10
~ Tens of μm, width 200-500 μm, length 300-500 μ
m, and the mass part 40 is formed in a size of 500 × 1000 μm, the interval between the lower surface of FIG. 1 (b) and the pedestal 14 is set to about several tens μm, and the strong impact force in the thickness direction z causes the cantilever 30 to move. The mass portion 40 is received by the pedestal 14 in order to prevent the mass portion 40 from being broken when it is largely bent.
【0017】カンチレバー部30の厚み方向zの撓みを検
出するストレンゲージ50は図示の例でもp形のピエゾ抵
抗であり、例えば1017原子/cm3 の不純物濃度と1〜3
μmの深さでカンチレバー部30の表面部に拡散され、そ
の拡散パターンは例えば10〜30μm幅の200 〜300 μm
の全長を折り畳んだ形状とされ、パターンの屈曲部に端
部の電極膜12との接続部に対すると同様に高不純物濃度
のp形の接続層を拡散するのが望ましい。また、実際に
は従来と同様にこのストレンゲージ50用に1対のピエゾ
抵抗51と52を作り込むのが望ましい。The strain gauge 50 for detecting the bending of the cantilever portion 30 in the thickness direction z is also a p-type piezoresistor in the illustrated example, for example, with an impurity concentration of 10 17 atoms / cm 3 and 1-3.
It is diffused to the surface of the cantilever 30 at a depth of μm, and its diffusion pattern is, for example, 200 to 300 μm with a width of 10 to 30 μm.
It is preferable that a p-type connection layer having a high impurity concentration be diffused into the bent portion of the pattern in the same manner as in the connection portion with the electrode film 12 at the end. In practice, it is desirable to form a pair of piezoresistors 51 and 52 for the strain gauge 50 as in the prior art.
【0018】容量センサ用の電極層72と73は図示の例で
はp形とされ、1020原子/cm3 以上の高不純物濃度で図
1(c) に示すように少なくとも10μmの深さに拡散され
る。実際には単一のp形層を拡散して置き、溝6と隙間
71を切ることにより固定部20側の電極層72と質量部40側
の電極層73に分離される。The electrode layers 72 and 73 for the capacitance sensor are p-type in the example shown, and are diffused to a depth of at least 10 μm as shown in FIG. 1C with a high impurity concentration of 10 20 atoms / cm 3 or more. Is done. In practice, a single p-type layer is diffused and placed, and the groove 6 and the gap
By cutting 71, an electrode layer 72 on the fixed part 20 side and an electrode layer 73 on the mass part 40 side are separated.
【0019】上述の隙間71と電極層 72,73からなる容量
センサ70は図示のように質量部40の幅方向の両端部にそ
れぞれ形成するのがよく、質量部40に図1(c) の幅方向
yの加速度が掛かった時、カンチレバー部30がこの幅方
向に撓んでこれら1対の容量センサ70の静電容量値が互
いに逆方向に増減するから、例えば1対の抵抗ないしリ
アクトルとともにこれらを交流の混合ブリッジに接続す
ることによって加速度を鋭敏に検出することができる。As shown in the figure, the capacitance sensor 70 including the gap 71 and the electrode layers 72 and 73 is preferably formed at both ends in the width direction of the mass part 40. When the acceleration in the width direction y is applied, the cantilever portion 30 bends in the width direction and the capacitance values of the pair of capacitance sensors 70 increase and decrease in opposite directions. Is connected to an AC mixing bridge, the acceleration can be detected sharply.
【0020】なお、質量部40側の電極層72は図1(a) の
ようにカンチレバー部30の幅方向の端部を経てその付け
根部の固定部20まで延在させ、そこで接続パッドPと繋
がる電極膜12と接続するのが便利である。As shown in FIG. 1A, the electrode layer 72 on the mass part 40 extends through the widthwise end of the cantilever part 30 to the fixing part 20 at the base thereof, where the connection pad P It is convenient to connect to the connected electrode film 12.
【0021】第2発明の実施例を示す図2においても、
同図(a) が加速度センサの上面図,同図(b) がそのX−
X矢視断面図であるが、同図(c) はカンチレバー部30の
みのY−Y矢視の拡大断面図である。この例でも半導体
板10に凹所4と5を掘り込み溝6を切ることにより固定
部20とカンチレバー部30と質量部40が形成されるのは同
じであるが、カンチレバー部30はその厚みが図1の場合
よりも若干厚い30μm程度, 幅も若干広い 500μm以上
とされる。なお、質量部40と固定部20の間には図1の場
合のように狭い隙間を設ける必要はない。In FIG. 2 showing an embodiment of the second invention,
FIG. 3A is a top view of the acceleration sensor, and FIG.
FIG. 3C is an enlarged cross-sectional view of only the cantilever portion 30 as viewed in the direction of the arrow YY. Also in this example, the fixing portion 20, the cantilever portion 30, and the mass portion 40 are formed by digging the recesses 4 and 5 in the semiconductor plate 10 and cutting the groove 6, but the thickness of the cantilever portion 30 is reduced. The thickness is about 30 μm which is slightly thicker than that of FIG. 1, and the width is 500 μm or more which is slightly wider. It is not necessary to provide a narrow gap between the mass part 40 and the fixing part 20 as in the case of FIG.
【0022】この第2発明用の第1のストレンゲージ50
は図1と同要領でカンチレバー部30の表面部に拡散する
ことでよいが、できるだけその幅方向の中央部寄りに設
けるのが望ましい。第1発明と大きく異なるのは、第2
のストレンゲージ60をカンチレバー30の幅方向の端部の
厚み方向の中央部に埋め込み拡散により作り込む点であ
って、このため図2(b) に示すように半導体板10をn形
の基板1の上にn形のエピタキシャル層2を成長させて
構成し、両者間にこの第2のストレンゲージ60をp形で
埋め込んで置いた上で、その両端をp形の高不純物濃度
の接続層60aを介して電極膜12と接続する。なお、この
ストレンゲージ60も図の例に限らず折り畳んだパターン
で埋め込み拡散してもよい。The first strain gauge 50 for the second invention
May be diffused to the surface of the cantilever portion 30 in the same manner as in FIG. 1, but it is desirable to provide it as close to the center in the width direction as possible. The major difference from the first invention is that the second invention
The strain gauge 60 is buried in the center in the thickness direction of the end in the width direction of the cantilever 30 and is formed by diffusion. For this reason, as shown in FIG. An n-type epitaxial layer 2 is grown on the substrate, and the second strain gauge 60 is buried between the two layers in a p-type, and both ends of the second strain gauge 60 are p-type high impurity concentration connection layers 60a. Is connected to the electrode film 12. The strain gauge 60 is not limited to the example shown in the figure, and may be embedded and diffused in a folded pattern.
【0023】この第2のストレンゲージ60についても図
2(a) に示すように1対の埋め込みピエゾ抵抗61と62に
よりこれを構成し、これらに対応して固定部20に設けた
1対の抵抗層63と64ともにブリッジ回路を構成するのが
望ましい。The second strain gauge 60 is also constituted by a pair of embedded piezo resistors 61 and 62, as shown in FIG. It is desirable that the resistance layers 63 and 64 together form a bridge circuit.
【0024】容易にわかるようにこの第2発明による図
2の加速度センサでは、質量部40に同図(a) に示す幅方
向yの加速度が掛かった時のカンチレバー30の撓みを第
2のストレンゲージ60により、同図(b)の厚み方向zの
加速度が掛かった時の撓みを第1のストレンゲージ50に
よりそれぞれ検出することができる。さらに、第1のス
トレンゲージ50はカンチレバー30の表面部に, 第2のス
トレンゲージ60はその厚み方向の中央部に作り込まれて
いるので、幅方向yと厚み方向zとを合成した方向の加
速度が掛かった時のカンチレバー30の厚み方向の撓みと
幅方向の撓みをそれぞれ第1のストレンゲージ50と第2
のストレンゲージ60により互いに独立に検出することが
できる。As can be easily understood, in the acceleration sensor of FIG. 2 according to the second invention, the bending of the cantilever 30 when the acceleration in the width direction y shown in FIG. The first strain gauge 50 can detect the deflection when the acceleration in the thickness direction z in FIG. Furthermore, since the first strain gauge 50 is formed on the surface of the cantilever 30 and the second strain gauge 60 is formed at the center in the thickness direction, the first strain gauge 50 is formed in the direction combining the width direction y and the thickness direction z. The deflection in the thickness direction and the deflection in the width direction of the cantilever 30 when the acceleration is applied are measured by the first strain gauge 50 and the second strain gauge, respectively.
Can be detected independently of each other by the strain gauge 60 of the first embodiment.
【0025】ついで、図3を参照してこの第2発明によ
る加速度センサの製造方法をウエハ状態について説明す
る。同図(a) 〜(f) は主な工程ごとの状態を示す図2
(b) に対応する断面図である。まず最初の図3(a) の工
程では、n形の基板1の表面に第2のストレンゲージ60
用にp形層を1017原子/cm3 程度の不純物濃度で1μm
程度にごく浅く拡散する。Next, a method of manufacturing the acceleration sensor according to the second invention will be described with reference to FIG. FIGS. 2 (a) to 2 (f) show states of main processes.
It is sectional drawing corresponding to (b). First, in the first step of FIG. 3A, the second strain gauge 60 is placed on the surface of the n-type substrate 1.
P-type layer with an impurity concentration of about 10 17 atoms / cm 3
Diffuses very shallowly.
【0026】図3(b) ではまず基板1の上にn形のエピ
タキシャル層2を5〜10μm程度の厚みに成長させてウ
エハ3とする。これによって第2のストレンゲージ60は
エピタキシャル層2の下側に埋め込まれ、エピタキシャ
ル層2の成長させる際の温度下で2〜3μmの拡散深さ
をもつピエゾ抵抗となる。次にこのストレンゲージ60の
両端部に達するよう高不純物濃度の接続層60aをウエハ
3の表面から拡散し、さらにこの断面以外の部分の第2
のストレンゲージ50やこの断面で53で示された抵抗層等
をp形で同時拡散し、かつそれらの端部にp形の高不純
物濃度の接続層を適宜に拡散する。In FIG. 3B, an n-type epitaxial layer 2 is first grown on a substrate 1 to a thickness of about 5 to 10 μm to form a wafer 3. As a result, the second strain gauge 60 is buried under the epitaxial layer 2 and becomes a piezoresistive having a diffusion depth of 2 to 3 μm at the temperature at which the epitaxial layer 2 is grown. Next, the connection layer 60a having a high impurity concentration is diffused from the surface of the wafer 3 so as to reach both ends of the strain gauge 60.
Of the strain gauge 50 and the resistance layer indicated by 53 in this cross section are simultaneously diffused in p-type, and a p-type high impurity concentration connection layer is appropriately diffused to the ends thereof.
【0027】さらにウエハ3の表面を覆う絶縁膜11上に
電極膜12を配設して第2のストレンゲージ60等と接続
し、かつその上を保護膜13で被覆してそれに明けた窓内
に露出する電極膜12の端部を接続パッドPとしてこの図
3(b) に示す状態とする。以上でウエハ3の表面側から
の主な工程を終える。Further, an electrode film 12 is provided on an insulating film 11 covering the surface of the wafer 3 and connected to a second strain gauge 60 and the like. The end portion of the electrode film 12 exposed at this time is set as a connection pad P, as shown in FIG. Thus, the main steps from the front side of the wafer 3 are completed.
【0028】図3(c) は凹所4の掘り込み工程である。
このため、ウエハ3の裏面にフォトレジスト膜M1を塗着
してフォトプロセスにより所定パターンの窓を明けた上
で、これをマスクとするふつうはウエットエッチングに
より凹所4を環状パターンで掘り込む。次の図3(d) は
凹所5の掘り込み工程で、ウエハ3の裏面に塗布した別
のフォトレジスト膜M2に凹所4の外輪郭に対応する窓を
明け、これをマスクとするウエットエッチングにより凹
所5を掘り込むとともに、凹所4の方も図示のようにさ
らに深く掘り込む。これで裏面側からの掘り込みを終え
る。FIG. 3C shows a process of excavating the recess 4.
For this reason, a photoresist film M1 is applied to the back surface of the wafer 3, a window of a predetermined pattern is formed by a photo process, and the recess 4 is generally dug in a circular pattern by wet etching using this as a mask. FIG. 3 (d) shows a step of digging the recess 5, in which a window corresponding to the outer contour of the recess 4 is formed in another photoresist film M2 applied to the back surface of the wafer 3, and a wet pattern is formed using the window as a mask. The recess 5 is dug by etching, and the recess 4 is also dug deeper as shown in the figure. This completes the digging from the back side.
【0029】図3(e) は溝6の溝切り工程であり、今度
はウエハ3の表面側に付けたフォトレジスト膜M3をマス
クとするドライエッチング法等により溝6を図2(a) に
示すC字状パターンで切って凹所4と連通させる。これ
によって、固定部20とカンチレバー部30と質量部40とが
図2(a) のパターンで形成され、これでウエハ3への加
速度センサの組み込み工程を終える。FIG. 3 (e) shows a groove cutting process for the groove 6, and this time, the groove 6 is formed as shown in FIG. 2 (a) by a dry etching method using the photoresist film M3 formed on the front surface side of the wafer 3 as a mask. It is cut in the C-shaped pattern shown and communicated with the recess 4. As a result, the fixed portion 20, the cantilever portion 30, and the mass portion 40 are formed in the pattern shown in FIG. 2A, and the process of incorporating the acceleration sensor into the wafer 3 is completed.
【0030】図3(f) は台座14への取り付け工程であ
る。台座14用にはガラス板や半導体板を用い、例えば台
座14の表面とウエハ3の裏面を鏡面仕上げした上で、清
浄な面どうしを静電的に吸着させることにより両者を静
電接着する。台座14が半導体板の場合ははんだ付け接合
としてもよい。この取り付け工程後はウエハ3を台座14
とともにスクライブすることにより図2の半導体加速度
センサを得る。FIG. 3F shows a process of attaching the base 14 to the base 14. For the pedestal 14, a glass plate or a semiconductor plate is used. For example, after the front surface of the pedestal 14 and the back surface of the wafer 3 are mirror-finished, the clean surfaces are electrostatically attracted to each other to electrostatically bond them. When the pedestal 14 is a semiconductor plate, soldering may be used. After this mounting process, the wafer 3 is
The semiconductor acceleration sensor shown in FIG.
【0031】なお、図1の加速度センサの製造方法も同
様であって、ウエハ3として基板1のみからなるものを
用い、かつ容量センサ70用の隙間71を溝6と同時にごく
狭く溝切りする点等が主に異なるのみである。The manufacturing method of the acceleration sensor shown in FIG. 1 is the same as that of FIG. 1 except that the wafer 3 is made of only the substrate 1 and the gap 71 for the capacitance sensor 70 is cut very narrowly together with the groove 6. Etc. are mainly different.
【0032】以上のように構成された図1と図2の半導
体加速度センサでは、前述のように質量部40に掛かる幅
方向yと厚み方向zの加速度を互いに独立に検出できる
が、斜め方向に掛かる加速度を検出する場合は前述のブ
リッジ回路等によるy方向とz方向の加速度検出信号を
用途に応じた態様で合成することにより、最も目的に適
した加速度検出値を作ることができる。また容易にわか
るように、幅方向yが互いに直交する2個の加速度セン
サを同じチップ内に組み込んでそれらの加速度検出信号
を互いに独立にないしは適宜に合成して利用すれば、あ
らゆる方向から受ける加速度を所望の態様で検出するこ
とができる。1 and 2, the accelerations in the width direction y and the thickness direction z applied to the mass portion 40 can be detected independently of each other as described above. When detecting the applied acceleration, an acceleration detection value most suitable for the purpose can be created by synthesizing the acceleration detection signals in the y direction and the z direction by the above-described bridge circuit or the like in a manner according to the application. As can be easily understood, if two acceleration sensors whose width directions y are orthogonal to each other are incorporated in the same chip and their acceleration detection signals are used independently or appropriately in combination, the acceleration received from any direction is obtained. Can be detected in a desired manner.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上述べたとおり本件の第1発明では、
カンチレバー部の表面部に作り込んだその厚み方向の撓
みを検出するストレンゲージと、固定部と質量部との間
に形成された狭い隙間と,それに面する固定部と質量部
とにそれぞれ作り込んだ電極層からなりカンチレバー部
の幅方向の撓みを検出する容量センサとを組み合わせ、
本件の第2発明では、カンチレバー部の表面部に作り込
んだその厚み方向の撓みを検出する第1のストレンゲー
ジと、カンチレバー部の幅方向の端部の厚み方向の中央
部に埋め込み拡散によって作り込んだその幅方向の撓み
を検出する第2のストレンゲージとを組み合わることに
よって次の効果が得られる。As described above, in the first aspect of the present invention,
A strain gauge that detects the deflection in the thickness direction created on the surface of the cantilever part, a narrow gap formed between the fixed part and the mass part, and the fixed part and the mass part facing it Combined with a capacitive sensor that consists of an electrode layer and detects the bending of the cantilever in the width direction,
In the second invention of the present invention, the first strain gauge for detecting the deflection in the thickness direction formed on the surface portion of the cantilever portion and the central portion in the thickness direction of the end portion in the width direction of the cantilever portion are formed by diffusion. The following effects can be obtained by combining with the second strain gauge for detecting the bent in the width direction.
【0034】(a) 1個のカンチレバー形の半導体加速度
センサにより、従来のカンチレバーの厚み方向の加速度
のほかにその幅方向の加速度を検出できる。(A) A single cantilever-type semiconductor acceleration sensor can detect acceleration in the width direction of a conventional cantilever in addition to acceleration in the thickness direction.
【0035】(b) 厚み方向と幅方向の加速度を互いに独
立に検出できるので、2個の加速度検出信号を適宜に合
成ないし組み合わせることにより用途や目的に最適な所
望の感度方向性を有する加速度検出出力を取り出すこと
ができる。(B) Since the acceleration in the thickness direction and the acceleration in the width direction can be detected independently of each other, by appropriately combining or combining the two acceleration detection signals, the acceleration detection having the desired sensitivity directivity optimal for the application or purpose can be performed. You can extract the output.
【0036】(c) 2個の加速度センサを感度方向を変え
て同じチップ内に作り込めば、あらゆる方向から受ける
加速度を検出することができる。(C) If two acceleration sensors are formed in the same chip with different sensitivity directions, accelerations received from all directions can be detected.
【0037】本件発明による半導体加速度センサは高精
度用には必ずしも適しないが上記のほかに、極小形に構
成でき、関連回路とともに集積回路装置内に容易に組み
込むことができ、電子装置への実装に際しスペースと手
間を節約できる特長があり、とくに自動車の衝突検出等
の用途に適用して任意の方向感度特性で加速度を検出で
きる効果を発揮することができる。Although the semiconductor acceleration sensor according to the present invention is not always suitable for high accuracy, it can be constructed in a very small size in addition to the above, can be easily incorporated into an integrated circuit device together with related circuits, and can be mounted on an electronic device. In this case, there is a feature that space and labor can be saved, and the effect that the acceleration can be detected with an arbitrary directional sensitivity characteristic when applied to an application such as collision detection of an automobile can be exhibited.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本件の第1発明による半導体加速度センサの実
施例を示し、同図(a) は加速度センサの上面図、同図
(b) はそのX−X矢視断面図、同図(c) はそのY−Y矢
視断面図である。FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor acceleration sensor according to the first invention of the present invention. FIG. 1 (a) is a top view of the acceleration sensor, and FIG.
(b) is a sectional view taken along the line XX, and (c) is a sectional view taken along the line YY.
【図2】本件の第2発明による半導体加速度センサの実
施例を示し、同図(a) は加速度センサの上面図、同図
(b) はそのX−X矢視断面図、同図(c) はそのY−Y矢
視断面図である。FIG. 2 shows an embodiment of the semiconductor acceleration sensor according to the second invention of the present case, and FIG. 2 (a) is a top view of the acceleration sensor, and FIG.
(b) is a sectional view taken along the line XX, and (c) is a sectional view taken along the line YY.
【図3】図2の半導体加速度センサの製造方法を同図
(a) 〜(f) に主な工程ごとの状態で例示するウエハの断
面図である。FIG. 3 is a view showing the manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor of FIG. 2;
It is sectional drawing of the wafer illustrated in (a)-(f) in the state for every main process.
【図4】従来技術による半導体加速度センサを示し、同
図(a) はその上面図、同図(b)はそのX−X断面図であ
る。4A and 4B show a semiconductor acceleration sensor according to the prior art, wherein FIG. 4A is a top view thereof, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof along XX.
【図5】図4の加速度センサに対応する検出回路の回路
図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a detection circuit corresponding to the acceleration sensor of FIG.
4 凹所 5 凹所 6 溝 10 半導体板 20 固定部 30 カンチレバー部 40 質量部 50 ストレンゲージないしは第1のストレンゲージ 51 ストレンゲージ用ピエゾ抵抗 52 ストレンゲージ用ピエゾ抵抗 60 第2のストレンゲージ 61 ストレンゲージ用ピエゾ抵抗 62 ストレンゲージ用ピエゾ抵抗 70 容量センサ 71 容量センサ用隙間 72 容量センサ用電極層 73 容量センサ用電極層 y カンチレバーの幅方向 z カンチレバーの厚み方向 4 Concave part 5 Concave part 6 Groove 10 Semiconductor plate 20 Fixed part 30 Cantilever part 40 Mass part 50 Strain gauge or first strain gauge 51 Piezo resistance for strain gauge 52 Piezo resistance for strain gauge 60 Second strain gauge 61 Strain gauge Piezoresistor 62 Piezoresistor for strain gauge 70 Capacitance sensor 71 Gap for capacitance sensor 72 Electrode layer for capacitance sensor 73 Electrode layer for capacitance sensor y Width direction of cantilever z Thickness direction of cantilever
Claims (3)
た固定部と,一端が固定部に支承された可撓性のカンチ
レバー部と,カンチレバー部の他端と繋がる可動な質量
部とを備える加速度センサであって、カンチレバー部の
表面部に拡散により作り込まれたカンチレバー部の厚み
方向の撓みを検出するストレンゲージと、固定部と質量
部との間に形成された狭い隙間と,この隙間に面する固
定部と質量部にそれぞれ高不純物濃度の拡散により作り
込まれた電極層からなりカンチレバー部の幅方向の撓み
を電極層間の静電容量の変化から検出する容量センサと
を設け、ストレンゲージと容量センサにより質量部に掛
かる互いに直角な2方向の加速度を検出するようにした
ことを特徴とする半導体加速度センサ。1. A fixed portion formed by digging a recess and a groove in a semiconductor plate, a flexible cantilever portion having one end supported by the fixed portion, and a movable mass portion connected to the other end of the cantilever portion. And a strain gauge for detecting a thickness-direction deflection of the cantilever portion created by diffusion in the surface portion of the cantilever portion, and a narrow gap formed between the fixed portion and the mass portion. And a capacitance sensor comprising an electrode layer formed by diffusion of a high impurity concentration in the fixed portion facing the gap and the mass portion by diffusion of a high impurity concentration, and detecting a widthwise deflection of the cantilever portion from a change in capacitance between the electrode layers. A semiconductor acceleration sensor provided with a strain gauge and a capacitance sensor for detecting accelerations applied to the mass part in two directions perpendicular to each other.
用の電極層がカンチレバー部を通って固定部まで延在し
て拡散され、この固定部に延在された電極層から端子が
導出されることを特徴とする半導体加速度センサ。2. The sensor according to claim 1, wherein the electrode layer for the mass portion extends to the fixed portion through the cantilever portion and is diffused, and a terminal is derived from the electrode layer extended to the fixed portion. A semiconductor acceleration sensor.
た固定部と,一端が固定部に支承された可撓性のカンチ
レバー部と,カンチレバー部の他端と繋がる可動な質量
部とを備える加速度センサであって、カンチレバー部の
表面部に拡散により作り込まれたカンチレバー部の厚み
方向の撓みを検出する第1のストレンゲージと、カンチ
レバー部の幅方向の端部の厚み方向の中央部に埋め込み
拡散により作り込まれカンチレバー部の幅方向の撓みを
検出する第2のストレンゲージとを設け、第1および第
2のストレンゲージにより質量部に掛かる互いに直角な
2方向の加速度を検出するようにしたことを特徴とする
半導体加速度センサ。3. A fixed portion formed by digging a recess and a groove in a semiconductor plate, a flexible cantilever portion having one end supported by the fixed portion, and a movable mass portion connected to the other end of the cantilever portion. A first strain gauge for detecting a deflection in a thickness direction of the cantilever portion formed by diffusion in a surface portion of the cantilever portion, and a thickness direction of an end portion in a width direction of the cantilever portion. A second strain gauge is provided at the center to detect the bending of the cantilever in the width direction, which is formed by buried diffusion. The first and second strain gauges detect accelerations in two directions perpendicular to each other applied to the mass. A semiconductor acceleration sensor characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3091845A JP2833257B2 (en) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | Semiconductor acceleration sensor |
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH04323566A JPH04323566A (en) | 1992-11-12 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11105827B2 (en) | 2018-03-09 | 2021-08-31 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, and inclinometer, inertia measurement device, structure monitoring device, and vehicle using physical quantity sensor device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000042666A1 (en) * | 1999-01-13 | 2000-07-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Inertia force sensor and method for producing inertia force sensor |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3091845A patent/JP2833257B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04323566A (en) | 1992-11-12 |
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