Die
vorliegende Erfindung betrifft einen einen beweglichen Abschnitt
einer Trägerstruktur
aufweisenden Halbleitersensor für
eine physikalische Größe zum Messen
einer physikalischen Größe, wie
zum Beispiel einer Beschleunigung, eines Gierwerts bzw. einer Giergeschwindigkeit
oder einer Schwingung.The
The present invention relates to a movable section
a support structure
having semiconductor sensor for
a physical quantity for measuring
a physical quantity, like
for example, an acceleration, a yaw rate or a yaw rate
or a vibration.
Im
allgemeinen verwendet ein Sensor für eine physikalische Größe, wie
zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, einen sogenannten Biegeträger, um
eine Bewegung eines Masseabschnitts, der an den Träger gekoppelt
ist, nach einem Ausüben
einer physikalischen Größe auf den
Masseabschnitt zu erfassen.in the
Generally, a physical size sensor such as
For example, an acceleration sensor, a so-called bending beam to
a movement of a mass portion coupled to the carrier
is, after exercising
a physical size on the
To capture mass section.
Es
gibt eine Forderung nach einer Verringerung einer Abmessung und
eines Preises von Sensoren für
eine physikalische Größe, wie
zum Beispiel Beschleunigungssensoren zur Verwendung bei einer Kraftfahrzeugfahrwerksabstimmung,
bei Kraftfahrzeugairbags oder dergleichen. Das US-Patent US 5 465
604 A oder die entsprechende (geprüfte) Japanische Patentveröffentlichung
JP 6-44008 B4 offenbaren einen differenzkapazitiven Halbleiterbeschleunigungssensor,
der eine Polysiliziumträgerstruktur
mit Elektroden aufweist, welcher eine solche Forderung erfüllen kann.
Der Sensor dieses Typs wird hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme
auf die 34 bis 36 erklärt. 34 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Sensors, 35 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XXXV-XXXV in 34 genommen
ist, und 36 zeigt eine Schnittansicht, die
entlang einer Linie XXXVI-XXXVI in 34 genommen
ist.There is a demand for a reduction in a size and a price of physical quantity sensors, such as acceleration sensors for use in an automotive vehicle tuning, automotive airbags, or the like. US Pat. No. 5,465,604 A or the corresponding (Examined) Japanese Patent Publication JP 6-44008 B4 disclose a differential capacitive semiconductor acceleration sensor having a polysilicon carrier structure with electrodes capable of satisfying such a demand. The sensor of this type will be described hereinafter with reference to FIGS 34 to 36 explained. 34 shows a perspective view of the sensor, 35 shows a sectional view taken along a line XXXV-XXXV in 34 is taken, and 36 shows a sectional view taken along a line XXXVI-XXXVI in 34 taken.
Träger 132 ruhen über einem
Siliziumsubstrat 130, wobei sich jeder zwischen entsprechenden Verankerungen 131 ausdehnt,
die auf dem Substrat 130 befestigt sind. Eine Masse 133 wird
von den Trägern 132 gehalten
und bewegliche Elektroden 134 stehen von der Masse 133 hervor.
Auf dem Siliziumsubstrat 130 ist ein Paar von festen Elektroden 135a und 135b bezüglich jeder
beweglichen Elektrode 134 angeordnet. Das heißt, die
bewegliche Elektrode 134 befindet sich zwischen dem Paar
von festen Elektroden 135a und 135b, um ihnen
an ihren gegenüberliegenden
Seiten gegenüberzuliegen.
Die bewegliche Elektrode 134 und die entsprechenden festen
Elektroden 135a und 135b bilden ein Paar von Kondensatoren
aus, die Kapazitäten
C1 bzw. C2 aufweisen, welche dazu dienen, ein Servosteuern der beweglichen
Elektrode 134 zu erzielen. Die Verankerungen 131,
die Träger 132,
die Masse 133 und die beweglichen Elektroden 134 bestehen
aus Polysilizium und die Träger 132,
die Masse 133 und die beweglichen Elektroden 134 sind
mit einem gegebenen Abstand von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 130 beabstandet
angeordnet. Die festen Elektroden 135a und 135b sind
jeweils an ihren Enden durch Verankerungen 136 auf dem
Substrat 130 befestigt. Die vorhergehenden Bauteile sind
unter Verwendung eines Oberflächenmikrobearbeitungsverfahrens
auf dem Siliziumsubstrat 130 ausgebildet.carrier 132 rest over a silicon substrate 130 , each one between corresponding anchorages 131 that stretches on the substrate 130 are attached. A mass 133 is from the carriers 132 held and movable electrodes 134 stand by the crowd 133 out. On the silicon substrate 130 is a pair of solid electrodes 135a and 135b with regard to each movable electrode 134 arranged. That is, the movable electrode 134 is located between the pair of fixed electrodes 135a and 135b to face them on their opposite sides. The movable electrode 134 and the corresponding solid electrodes 135a and 135b Form a pair of capacitors having capacitances C1 and C2, respectively, which serve to servo-drive the movable electrode 134 to achieve. The anchorages 131 , the carriers 132 , the crowd 133 and the movable electrodes 134 consist of polysilicon and the carrier 132 , the crowd 133 and the movable electrodes 134 are at a given distance from the surface of the silicon substrate 130 spaced apart. The fixed electrodes 135a and 135b are each at their ends by anchorages 136 on the substrate 130 attached. The foregoing components are on the silicon substrate using a surface micromachining process 130 educated.
Eine
Funktionsweise des derart aufgebauten Beschleunigungssensors zum
Erfassen einer Beschleunigung wird hier im weiteren Verlauf unter
Bezugnahme auf 35 kurz erklärt.An operation of the thus constructed acceleration sensor for detecting acceleration will be described hereinafter with reference to FIG 35 in a nutshell.
Wenn
eine Beschleunigung Null beträgt,
befindet sich jede bewegliche Elektrode 134 an dem Mittelpunkt
zwischen den entsprechenden festen Elektroden 135a und 135b und
es sind die Kapazität C1
des Kondensators, der durch die beweglichen und festen Elektroden 134 bzw. 135a ausgebildet
ist, und die Kapazität
C2 des Kondensators, der durch die beweg 1ichen und festen Elektroden 134 bzw. 135b ausgebildet
ist, gleich zueinander eingestellt. Weiterhin sind, wenn eine Beschleunigung
Null beträgt,
eine Spannung V1, die über
den Kondensator angelegt ist, der durch die beweglichen und festen Elektroden 134 bzw. 135a ausgebildet
ist, und eine Spannung V2, die über
den Kondensator angelegt ist, der durch die beweglichen und festen
Elektroden 134 und 135b ausgebildet ist, ebenso
gleich zueinander eingestellt, so daß jede bewegliche Elektrode 134 mit
elektrostatischen Kräften
F1 bzw. F2 der gleichen Höhe
zu gegenüberliegenden
Seiten gezogen wird, das heißt,
zu den festen Elektroden 135a bzw. 135b hin. Wenn
andererseits eine Beschleunigung in einer Richtung ausgeübt wird,
die parallel zu der Oberfläche
des Substrats 130 verläuft,
um die bewegliche Elektrode 134 bezüglich den festen Elektroden 135a und 135b zu
verschieben, wird bewirkt, daß die
Kapazitäten
C1 und C2 unterschiedliche Werte aufweisen, so daß die elektrostatischen
Kräfte
F1 und F2 ungleich zueinander werden. Dann werden die Höhen der
Spannungen V1 und V2 derart gesteuert, daß sie bewirken, daß die elektrostatischen
Kräfte
F1 und F2 Werte aufweisen, welche die bewegliche Elektrode 134 zu
dem Mittelpunkt zwischen den festen Elektroden 135a und 135b verschieben,
um die Kapazitäten
C1 und C2 gleich zueinander zu machen. Wenn die Kapazitäten C1 und
C2 gleich zueinander gemacht werden, werden die ausgeübte Beschleunigung
und die elektrostatische Kraft (das heißt, eine Differenz zwischen
den Kräften
F1 und F2) abgeglichen, so daß die
Höhe einer
Beschleunigung auf der Grundlage der gesteuerten Höhen der Spannungen
V1 und V2 abgeleitet werden kann.When an acceleration is zero, there is every movable electrode 134 at the midpoint between the respective fixed electrodes 135a and 135b and it is the capacitance C1 of the capacitor passing through the movable and fixed electrodes 134 respectively. 135a is formed, and the capacitance C2 of the capacitor, by the moving 1ichen and fixed electrodes 134 respectively. 135b is formed, set equal to each other. Further, when an acceleration is zero, a voltage V1 applied across the capacitor is provided by the movable and fixed electrodes 134 respectively. 135a is formed, and a voltage V2, which is applied across the capacitor, by the movable and fixed electrodes 134 and 135b is formed, also set equal to each other, so that each movable electrode 134 With electrostatic forces F1 or F2 of the same height is drawn to opposite sides, that is, to the fixed electrodes 135a respectively. 135b out. On the other hand, when acceleration is applied in a direction parallel to the surface of the substrate 130 runs to the movable electrode 134 with respect to the fixed electrodes 135a and 135b to shift, the capacitances C1 and C2 are caused to have different values, so that the electrostatic forces F1 and F2 become unequal to each other. Then, the heights of the voltages V1 and V2 are controlled so as to cause the electrostatic forces F1 and F2 to have values representing the movable electrode 134 to the midpoint between the fixed electrodes 135a and 135b shift to make the capacitances C1 and C2 equal to each other. When the capacitances C1 and C2 are made equal to each other, the applied acceleration and the electrostatic force (that is, a difference between the forces F1 and F2) are adjusted, so that the amount of acceleration based on the controlled heights of the voltages V1 and V2 can be derived.
Eine
Herstellung des Beschleunigungssensors, der in 34 gezeigt
ist, wird hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme auf die 37 und 38 erklärt. In 37 wird
eine Opferschicht (ein Siliziumoxidfilm) 138 auf einem
Siliziumsubstrat 137 abgeschieden und es werden Öffnungen 139 an
gegebenen Bereichen in der Opferschicht 138 ausgebildet.A manufacture of the acceleration sensor used in 34 is shown here below with reference to the 37 and 38 explained. In 37 becomes a sacrificial layer (a silicon oxide film) 138 on a silicon substrate 137 separated and there will be openings 139 at given areas in the sacrificial layer 138 ausgebil det.
Dann
wird ein Polysiliziumfilm 140 auf der Opferschicht 138,
die die Öffnungen 139 beinhaltet, abgeschieden
und in eine gegebene Form gemustert. Weiterhin wird, wie es in 38 gezeigt
ist, die Opferschicht 138 durch Ätzen entfernt, um einen Luftspalt 141 derart
auszubilden, daß eine
Trägerstruktur
des Polysiliziumfilms 140 erzielt wird.Then, a polysilicon film is formed 140 on the sacrificial layer 138 that the openings 139 includes, deposited and patterned into a given shape. Furthermore, as it is in 38 shown is the sacrificial layer 138 removed by etching to an air gap 141 such that a support structure of the polysilicon film 140 is achieved.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, ist bei dem vorhergehenden
Beschleunigungssensor, der in dem US-Patent Nr. 5 465 604 gezeigt ist,
die Trägerstruktur
aus Polysilizium, das heißt,
polykristallinem Silizium, ausgebildet. Jedoch sind die mechanischen
Materialwerte von polykristallinem Silizium unbekannt, so daß seine
mechanische Zuverlässigkeit
verglichen mit einkristallinem Silizium weniger sichergestellt ist.
Weiterhin ist die Trägerstruktur aufgrund
von inneren Spannungen oder einer Spannungsverteilung, die nach
einem Ausbilden des polykristallinen Siliziumfilms auf dem Siliziumoxidfilm
erzeugt werden, der auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet
ist, einem Wölben
oder Verwinden ausgesetzt. Dies verursacht, daß die Herstellung der Trägerstruktur
schwierig ist und bewirkt, daß die Federkonstante
des Sensors geändert
wird, oder dergleichen.As
it has been previously described is in the preceding
Acceleration sensor shown in U.S. Patent No. 5,465,604
the support structure
made of polysilicon, that is,
polycrystalline silicon, formed. However, the mechanical ones are
Material values of polycrystalline silicon unknown, so that his
mechanical reliability
less ensured compared to single-crystal silicon.
Furthermore, the support structure is due to
from internal stresses or a stress distribution that after
forming the polycrystalline silicon film on the silicon oxide film
formed on the single crystal silicon substrate
is, a vault
or twisted exposed. This causes the production of the support structure
difficult and causes the spring constant
changed the sensor
will, or the like.
Andererseits
kann die mechanische Zuverlässigkeit
unter Verwendung eines SOI-(Silizium-auf-Isolator)-Substrats und
einkristallinen Siliziums als eine Trägerstruktur verbessert werden.
Der Sensor dieses Typs wird hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme
auf die 39 bis 41 erklärt. 39 zeigt
eine Draufsicht des Sensors, 40 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XXXX-XXXX in 39 genommen
ist, und 41 zeigt eine Schnittansicht,
die entlang einer Linie XXXXI-XXXXI in 39 genommen
ist.On the other hand, the mechanical reliability can be improved by using a silicon-on-insulator (SOI) substrate and single crystal silicon as a support structure. The sensor of this type will be described hereinafter with reference to FIGS 39 to 41 explained. 39 shows a top view of the sensor, 40 shows a sectional view taken along a line XXXX-XXXX in 39 is taken, and 41 shows a sectional view taken along a line XXXXI-XXXXI in 39 taken.
Bei
diesem Beschleunigungssensor ist eine Schwingungsmasse 147 über flexible
Träger 145 derart
an feststehende Halter 146 gekoppelt, daß zugelassen
wird, daß sich
die Schwingungsmasse 147 verschiebt. Die Schwingungsmasse 147 ist
aus einkristallinem Silizium, das mit P (Phosphor) dotiert ist, ausgebildet.
Die feststehenden Halter 146 sind auf einem einkristallinen
Siliziumsubstrat 148 in einem elektrisch isolierten Zustand
befestigt. Die Schwingungsmasse 147 ist mit beweglichen
Elektroden 149 versehen, die sich parallel zueinander ausdehnen. Die
Bauteile 145, 146, 147 und 149 bilden
eine Trägerstruktur 150.
Feste Elektroden 151 und 152 sind derart angeordnet,
daß sie
jeweiligen beweglichen Elektroden 149 gegenüberliegen,
um Kapazitäten zwischen
den beweglichen Elektroden 149 und den festen Elektroden 151 und
zwischen den beweglichen Elektroden 149 und den festen
Elektroden 152 zu definieren. Bei dieser Anordnung verschieben sich,
wenn eine Beschleunigung in einer Richtung ausgeübt wird, die parallel zu der
Oberfläche
des Substrats 148 verläuft,
wie zum Beispiel in einer Richtung Y in 39, die
beweglichen Elektroden 149 bezüglich der festen Elektroden 151 und 152 über die
flexiblen Träger 145 derart,
daß sich
die Kapazitäten
dazwischen ändern.In this acceleration sensor is a vibration mass 147 via flexible carriers 145 so to fixed holder 146 coupled to allow that the vibration mass 147 shifts. The vibration mass 147 is formed of single crystal silicon doped with P (phosphorus). The fixed holders 146 are on a single crystal silicon substrate 148 attached in an electrically insulated state. The vibration mass 147 is with movable electrodes 149 provided, which extend parallel to each other. The components 145 . 146 . 147 and 149 form a support structure 150 , Solid electrodes 151 and 152 are arranged to be respective movable electrodes 149 opposed to capacitances between the movable electrodes 149 and the fixed electrodes 151 and between the movable electrodes 149 and the fixed electrodes 152 define. With this arrangement, when acceleration is applied in a direction that is parallel to the surface of the substrate, it shifts 148 runs, such as in a direction Y in 39 , the moving electrodes 149 with respect to the fixed electrodes 151 and 152 about the flexible carrier 145 such that the capacities change between them.
Eine
Herstellung des Beschleunigungssensors, der in 39 gezeigt
ist, wird hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme auf die 42 bis 46 erklärt. In 42 werden,
um eine SIMOX-Schicht auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 148 auszubilden,
Sauerstoffionen (O+ oder O2 +) einer Dosis von 1016 bis
1018 l/cm2 bei 100
keV bis 1000 keV in das Substrat implantiert und das ionenimplantierte
Substrat 148 wird einer Wärmebehandlung bei 1150°C bis 1400°C unterzogen.
Durch das vorhergehende Verfahren wird ein SOI-Substrat, das eine
Siliziumoxidschicht 153 einer Dicke von ungefähr 400 nm
und eine Oberflächensiliziumschicht 154 einer
Dicke von ungefähr
150 nm aufweist, ausgebildet. Dann werden, wie es in 43 gezeigt
ist, die Siliziumschicht 154 und die Siliziumoxidschicht 153 teilweise
durch Photolithographie und Ätzen
entfernt. Weiterhin wird, wie es in 44 gezeigt
ist, eine einkristalline Siliziumschicht 155 epitaktisch
mit einer Dicke von 1 μm bis
100 μm (normalerweise
10 μm bis
20 μm) abgeschieden.
Nachfolgend wird, wie es in 45 gezeigt ist,
nach einem Ausbilden eines Metallfilms auf der einkristallinen Siliziumschicht 155,
der Metallfilm durch Photolithographie zum Verbinden mit einer Meßschaltung
in Elektroden 156 von gegebenen Formen ausgebildet. Weiterhin
wird, wie es in 46 gezeigt ist, ein reaktives
Dampfphasentrockenätzen an
der einkristallinen Siliziumschicht 155 angewendet, um
die festen Elektroden 151 und 152, die beweglichen
Elektroden 149 und so weiter auszubilden. Schließlich wird
die Siliziumoxidschicht 153 durch HF-Flüssigphasenätzen entfernt, um die bewegliche Trägerstruktur 150 vorzusehen.A manufacture of the acceleration sensor used in 39 is shown here below with reference to the 42 to 46 explained. In 42 to form a SIMOX layer on the single crystal silicon substrate 148 oxygen ions (O + or O 2 + ) of a dose of 10 16 to 10 18 l / cm 2 at 100 keV to 1000 keV implanted into the substrate and the ion-implanted substrate 148 is subjected to a heat treatment at 1150 ° C to 1400 ° C. By the foregoing method, an SOI substrate that is a silicon oxide layer 153 a thickness of about 400 nm and a surface silicon layer 154 has a thickness of about 150 nm formed. Then, as it is in 43 shown is the silicon layer 154 and the silicon oxide layer 153 partially removed by photolithography and etching. Furthermore, as it is in 44 is shown, a monocrystalline silicon layer 155 Epitaxially deposited with a thickness of 1 .mu.m to 100 .mu.m (usually 10 .mu.m to 20 .mu.m). Below is how it is in 45 after forming a metal film on the monocrystalline silicon layer 155 , the metal film by photolithography for connection to a measuring circuit in electrodes 156 formed by given shapes. Furthermore, as it is in 46 a reactive vapor phase etching is shown on the monocrystalline silicon layer 155 applied to the fixed electrodes 151 and 152 , the moving electrodes 149 and so on. Finally, the silicon oxide layer 153 removed by HF liquid phase etching to the movable support structure 150 provided.
Wenn
jedoch das Servosteuern, wie es bei dem Beschleunigungssensor durchgeführt wird,
der in dem US-Patent US 5 465 604 gezeigt ist, unter Verwendung
des SOI-Substrats durchgeführt
wird, ist es notwendig, daß das
Siliziumsubstrat mit einer Verdrahtung unter Verwendung einer Störstellendiffusionsschicht
zum Kreuzen einer Leitung zum Erregen einer ersten festen Elektrode
und einer Leitung zum Erregen einer zweiten festen Elektrode ausgebildet ist.
Das heißt,
wie es in den 47 und 48 gezeigt
ist, ein Siliziumsubstrat 160 ist mit einem kammförmigen beweglichen
Bauteil 157 versehen, das Stabelektroden 157a aufweist,
die sich parallel zueinander über
dem Siliziumsubstrat 160 ausdehnen. Auf dem Siliziumsubstrat 160 sind
weiterhin erste feste Elektroden 158 und zweite feste Elektroden 159 derart
angeordnet, daß jede
erste feste Elektrode 158 einer Seite der entsprechenden
Stabelektrode 157a gegenüberliegt, während jede zweite feste Elektrode 159 der
anderen Seite der entsprechenden Stabelektrode 157a gegenüberliegt.
Weiterhin sind die zweiten festen Elektroden 159 miteinander
auf dem Siliziumsubstrat 160 verbunden (zu einer kammförmigen Elektrode
ausgebildet), während
die ersten festen Elektroden 158 durch eine Störstellendiffusionsschicht 161,
die auf der Siliziumschicht 160 ausgebildet ist, elektrisch
mitein ander verbunden sind. In diesem Fall wird jedoch ein Leckstrom
an der Störstellendiffusionsschicht 161 erzeugt,
was es schwierig macht, eine Beschleunigung genau zu erfassen. Insbesondere
ist die Beschleunigungserfassung anfällig, bei hohen Temperaturen
von dem Leckstrom beeinflußt
zu werden.However, when servo-controlling as performed in the acceleration sensor shown in US Pat. No. 5,465,604 is performed by using the SOI substrate, it is necessary for the silicon substrate to be wired with the use of an impurity diffusion layer Crossing a line for exciting a first fixed electrode and a line for exciting a second fixed electrode is formed. That is, as it is in the 47 and 48 is shown, a silicon substrate 160 is with a comb-shaped moving component 157 provided, the stick electrodes 157a which are parallel to each other over the silicon substrate 160 expand. On the silicon substrate 160 are still the first solid electrodes 158 and second fixed electrodes 159 arranged such that each first fixed electrode 158 one side of the corresponding stick electrode 157a while every other fixed electrode 159 the other side of the corresponding stick electrode 157a opposite. Furthermore, the second fixed electrodes 159 with each other on the silicon substrate 160 connected (formed into a comb-shaped electrode), while the first fixed electrodes 158 through an impurity diffusion layer 161 on the silicon layer 160 is formed, are electrically connected mitein other. In this case, however, a leakage current is generated at the impurity diffusion layer 161 which makes it difficult to accurately detect an acceleration. In particular, the acceleration detection is prone to be affected by the leakage current at high temperatures.
Im
allgemeinen wird der Siliziumoxidfilm für die Isolationsschicht verwendet.
Jedoch ist es bei einem Opferschichtätzverfahren zum beweglich Machen
der Trägerstruktur
schwierig, die Ätzhöhe in einer
seitlichen Richtung nach einem Entfernen des Siliziumoxidfilms (der
Opferschicht) zu steuern. Demgemäß ist es
schwierig, Längen
der Träger
zu steuern, so daß sich
Federkonstanten der Trägerstrukturen
voneinander unterscheiden können.
Das heißt, es
ist schwierig, die Konzentration und die Temperatur eines Ätzmittels
genau zu konstanten Werten zu steuern, und es ist ebenso schwierig,
das Beenden eines Ätzens
genau zu steuern. Somit ist es schwierig, wenn Abschnitte der Siliziumoxidschicht
(der Opferschicht) als die Verankerungen zurückbleiben, die Träger in eine
gegebene Form zu verarbeiten.in the
Generally, the silicon oxide film is used for the insulating layer.
However, in a sacrificial layer etching process, it is too agile
the support structure
difficult to adjust the etching height in one
lateral direction after removal of the silicon oxide film (the
Sacrificial layer). Accordingly, it is
difficult, lengths
the carrier
to steer so that
Spring constants of the support structures
can differ from each other.
That is, it is
is difficult, the concentration and temperature of an etchant
to control exactly to constant values, and it's just as difficult
stopping an etching
to control exactly. Thus, it is difficult if portions of the silicon oxide layer
(the sacrificial layer) as the anchorages remain, the carriers in one
process the given shape.
Die
Druckschrift US 5 461
916 A beschreibt einen mechanischen Halbleitersensor zur
Erfassung einer mechanischen Kraft. In dem mittleren Abschnitt eines
Siliziumsubstrats ist ein Einschnitt ausgebildet, der eine Trägerstruktur
aufweist. Ein Gewicht ist an der Spitze des Trägers ausgebildet, und in der
Bodenfläche
des Gewichtes in der Bodenfläche
des Einschnitts ist eine Elektrode ausgebildet. Eine elektrische
Wechselspannung wird zwischen den Gewichtsabschnitt und die Elektrode
angelegt, so dass eine statische Elektrizität erzeugt wird und das Gewicht
durch die statische Elektrizität angeregt
wird. In axialer Richtung senkrecht zur Richtung der Anregung des
Gewichtes ist eine Elektrode gegenüber einer Oberfläche des
Gewichtes und einer Wandfläche des
Substrats, die derselben gegenüberliegt,
angeordnet. Eine Änderung
der Kapazität
zwischen den gegenüberliegenden
Elektroden wird elektrisch erfasst, und daher wird eine Änderung
der physikalischen Kraft, die in derselben Richtung ausgeübt wird, erfasst.The publication US 5,461,916 A describes a mechanical semiconductor sensor for detecting a mechanical force. In the central portion of a silicon substrate, a recess is formed, which has a support structure. A weight is formed at the tip of the carrier, and an electrode is formed in the bottom surface of the weight in the bottom surface of the recess. An alternating electric voltage is applied between the weight portion and the electrode so that static electricity is generated and the weight is excited by the static electricity. In the axial direction perpendicular to the direction of excitation of the weight, an electrode is disposed opposite to a surface of the weight and a wall surface of the substrate opposite thereto. A change in the capacitance between the opposing electrodes is detected electrically, and therefore a change in the physical force exerted in the same direction is detected.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin,
einen verbesserten Halbleitersensor für eine physikalische Größe zu schaffen.The
The object of the present invention is accordingly to
to provide an improved semiconductor physical quantity sensor.
Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs
3 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
gerichtet.The
Task is with the features of claim 1 and the claim
3 solved.
The dependent ones
claims
are on preferred embodiments
directed.
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.The
The present invention will be described below with reference to the description of FIG
embodiments
explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es
zeigen:It
demonstrate:
1 eine
Draufsicht eines Beschleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 1 a plan view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention;
2 eine
entlang einer Linie II-II in 1 genommene
Schnittansicht; 2 one along a line II-II in 1 taken sectional view;
3 eine
entlang einer Linie III-III in 1 genommene
Schnittansicht; 3 one along a line III-III in 1 taken sectional view;
4 eine
entlang einer Linie IV-IV in 1 genommene
Schnittansicht; 4 one along a line IV-IV in 1 taken sectional view;
5 eine
entlang einer Linie V-V in 1 genommene
Schnittansicht; 5 one along a line VV in 1 taken sectional view;
6 bis 16 Darstellungen
zum Erklären
eines Herstellungsverfahrens des in 1 gezeigten
Beschleunigungssensors; 6 to 16 Illustrations explaining a manufacturing process of the in 1 shown acceleration sensor;
17 bis 27 Darstellungen
zum Erklären
eines Herstellungsverfahrens eines Beschleunigungssensors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 17 to 27 Illustrations for explaining a manufacturing method of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention;
28 eine
Draufsicht eines Beschleunigungssensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 28 a plan view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention;
29 eine
Draufsicht eines Gierwertsensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 29 a plan view of a yaw rate sensor according to a fourth embodiment of the present invention;
30 eine
entlang einer Linie XXX-XXX in 29 genommene
Schnittansicht; 30 one along a line XXX-XXX in 29 taken sectional view;
31 eine
entlang einer Linie XXXI-XXXI in 29 genommene
Schnittansicht; 31 one along a line XXXI-XXXI in 29 taken sectional view;
32 eine
entlang einer Linie XXXII-XXXII in 29 genommene
Schnittansicht; 32 one along a line XXXII-XXXII in 29 taken sectional view;
33 eine
Darstellung zum Erklären
einer Funktionsweise des in 29 gezeigten
Gierwertsensors, wobei Ω ≠ 0 ist; 33 a representation for explaining an operation of the in 29 yaw sensor shown, where Ω ≠ 0;
34 eine
perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors im Stand der
Technik; 34 a perspective view of an acceleration sensor in the prior art;
35 eine
entlang einer Linie XXXV-XXXV in 34 genommene
Schnittansicht; 35 one along a line XXXV-XXXV in 34 taken sectional view;
36 eine
entlang einer Linie XXXVI-XXXVI in 34 genommene
Schnittansicht; 36 one along a line XXXVI-XXXVI in 34 taken sectional view;
37 und 38 Darstellungen
zum Erklären
eines Herstellungsverfahrens des in 34 gezeigten
Beschleunigungssensors; 37 and 38 Illustrations explaining a manufacturing process of the in 34 shown acceleration sensor;
39 eine
Draufsicht eines anderen Beschleunigungssensors im Stand der Technik; 39 a plan view of another acceleration sensor in the prior art;
40 eine
entlang einer Linie XXXX-XXXX in 39 genommene
Schnittansicht; 40 one along a line XXXX-XXXX in 39 taken sectional view;
41 eine
entlang einer Linie XXXXI-XXXXI in 39 genommene
Schnittansicht; 41 one along a line XXXXI-XXXXI in 39 taken sectional view;
42 bis 46 Darstellungen
zum Erklären
eines Herstellungsverfahrens des in 39 gezeigten
Beschleunigungssensors; 42 to 46 Illustrations explaining a manufacturing process of the in 39 shown acceleration sensor;
47 eine
Draufsicht eines weiteren Beschleunigungssensors im Stand der Technik;
und 47 a plan view of another acceleration sensor in the prior art; and
48 eine
entlang einer Linie XXXXVIII-XXXXVIII in 47 genommene
Schnittansicht. 48 one along a line XXXXVIII-XXXXVIII in 47 taken sectional view.
Es
folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
n Zeichnungen.It
follows the description of embodiments
the present invention with reference to the accompanying
n drawings.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.below
the description will be made of a first embodiment of the present invention
Invention.
Das
erste Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme
auf die 1 bis 16 beschrieben. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung an einem servogesteuerten differenz-
bzw. differentialkapazitiven Halbleiterbeschleunigungssensor angewendet.The first embodiment of the present invention will hereinafter be described with reference to FIGS 1 to 16 described. In this embodiment, the present invention is applied to a servo-controlled differential capacitive semiconductor acceleration sensor.
1 zeigt
eine Draufsicht des Beschleunigungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, 2 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie II-II in 1 genommen
ist, 3 zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie III-III in 1 genommen ist, 4 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie IV-IV in 1 genommen
ist, und 5 zeigt eine Schnittansicht,
die entlang einer Linie V-V in 1 genommen
ist. 1 shows a plan view of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention, 2 shows a sectional view taken along a line II-II in 1 taken, 3 shows a sectional view taken along a line III-III in 1 taken, 4 shows a sectional view taken along a line IV-IV in 1 is taken, and 5 shows a sectional view taken along a line VV in 1 taken.
Wie
es in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist eine Trägerstruktur 2 aus
einkristallinem Silizium (einkristallinem Halbleitermaterial) ausgebildet
und auf einem Substrat 1 angeordnet. Die Trägerstruktur 2 wird
von vier Verankerungen bzw. Befestigungen 3a, 3b, 3c und 3d gehalten,
die von dem Substrat 1 hervorstehen, damit sie mit einem
gegebenen Abstand von der Oberfläche
des Substrats 1 beabstandet ist. Die Verankerungen 3a bis 3d sind
aus Polysiliziumfilmen ausgebildet. Ein Träger 4 wird zwischen den
Verankerungen 3a und 3b gehalten, während ein Träger 5 zwischen
den Verankerungen 3c und 3d gehalten wird. Eine
rechteckige Masse 6 wird weiterhin zwischen den Trägern 4 und 5 gehalten.
Die Masse 6 ist mit Durchgangslöchern 6a ausgebildet,
welche ein Eindringen eines Ätzmittels
nach einem Opferschichtätzen
erleichtern. Vier bewegliche Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d stehen
von einer Seite (der linken Seite in 1) der Masse 6 hervor.
Die beweglichen Elektroden 7a bis 7d befinden
sich jeweils in der Form von Stäben
und dehnen sich parallel zueinander mit regelmäßigen Abständen dazwischen aus. Auf eine ähnliche
Weise stehen vier bewegliche Elektroden 8a, 8b, 8c und 8d von
der anderen Seite (der rechten Seite in 1) der Masse 6 hervor.
Die beweglichen Elektroden 8a bis 8d befinden
sich jeweils in der Form von Stäben
und dehnen sich parallel zueinander mit regelmäßigen Abständen dazwischen aus. Die Träger 4 und 5,
die Masse 6 und die beweglichen Elektroden 7a bis 7d und 8a bis 8d sind
nach einem teilweisen Entfernen einer Opferoxidschicht 37 beweglich.
Der zu ätzende
Bereich ist durch die gestrichelte Linie Z1 in 1 gezeigt.As it is in the 1 and 2 is shown is a support structure 2 of monocrystalline silicon (single-crystal semiconductor material) and formed on a substrate 1 arranged. The support structure 2 is made of four anchors or fasteners 3a . 3b . 3c and 3d held by the substrate 1 protrude so they are at a given distance from the surface of the substrate 1 is spaced. The anchorages 3a to 3d are formed of polysilicon films. A carrier 4 will be between the moorings 3a and 3b held while a carrier 5 between the anchorages 3c and 3d is held. A rectangular mass 6 will continue between the carriers 4 and 5 held. The crowd 6 is with through holes 6a formed, which facilitate penetration of an etchant after a sacrificial layer etching. Four moving electrodes 7a . 7b . 7c and 7d stand from one side (the left side in 1 ) the crowd 6 out. The moving electrodes 7a to 7d are each in the form of rods and expand in parallel with each other at regular intervals in between. In a similar way, there are four movable electrodes 8a . 8b . 8c and 8d from the other side (the right side in 1 ) the crowd 6 out. The moving electrodes 8a to 8d are each in the form of rods and expand in parallel with each other at regular intervals in between. The carriers 4 and 5 , the crowd 6 and the movable electrodes 7a to 7d and 8a to 8d are after a partial removal of a sacrificial oxide layer 37 movable. The area to be etched is indicated by the dashed line Z1 in FIG 1 shown.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, weist die Trägerstruktur 2 die
zwei kammförmigen beweglichen
Elektroden (7a bis 7d und 8a bis 8d) auf.As previously described, the support structure has 2 the two comb-shaped movable electrodes ( 7a to 7d and 8a to 8d ) on.
Auf
dem Substrat 1 sind vier feste Elektroden 9a, 9b, 9c und 9d befestigt,
welche aus einkristallinem Silizium bestehen. Die ersten festen
Elektroden 9a bis 9d werden von Verankerungen 10a, 10b, 10c bzw. 10d gehalten,
welche von dem Substrat 1 hervorstehen. Alle ersten festen
Elektroden 9a bis 9d liegen einer Seite der entsprechenden
beweglichen Elektrode 7a bis 7d gegenüber. Vier
zweite feste Elektroden 11a, 11b, 11c und 11d sind
weiterhin auf dem Substrat 1 befestigt, welche ebenso aus
einkristallinem Silizium bestehen. Die zweiten festen Elektroden 11a bis 11d werden
von Verankerungen 12a, 12b, 12c bzw. 12d gehalten,
welche von dem Substrat 1 hervorstehen. Alle zweiten festen
Elektroden 11a bis 11d liegen der anderen Seite
der entsprechenden beweglichen Elektrode 7a bis 7d gegenüber.On the substrate 1 are four fixed electrodes 9a . 9b . 9c and 9d attached, which consist of monocrystalline silicon. The first fixed electrodes 9a to 9d be from anchorages 10a . 10b . 10c respectively. 10d held, which of the substrate 1 protrude. All first fixed electrodes 9a to 9d lie one side of the corresponding movable electrode 7a to 7d across from. Four second fixed electrodes 11a . 11b . 11c and 11d are still on the substrate 1 attached, which also consist of monocrystalline silicon. The second fixed electrodes 11a to 11d be from anchorages 12a . 12b . 12c respectively. 12d held, which of the substrate 1 protrude. All second fixed electrodes 11a to 11d lie on the other side of the corresponding movable electrode 7a to 7d across from.
Auf
eine ähnliche
Weise sind auf dem Substrat 1 erste feste Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d und
zweite feste Elektroden 15a, 15b, 15c und 15d befestigt,
welche ebenso aus einkristallinem Silizium bestehen. Die ersten
festen Elektroden 13a bis 13d werden von Verankerungen 14a, 14b, 14c und 14d gehalten,
welche von dem Substrat 1 hervorstehen. Alle ersten festen
Elektroden 13a bis 13d liegen einer Seite der
entsprechenden beweglichen Elektrode 8a bis 8d gegenüber. Die
zweiten festen Elektroden 15a bis 15d werden von
Verankerungen 16a, 16b, 16c und 16d gehalten,
die von dem Substrat 1 hervorstehen. Alle zweiten festen
Elektroden 15a bis 15d liegen der anderen Seite
der entsprechenden beweglichen Elektrode 8a bis 8d gegenüber.In a similar way are on the substrate 1 first fixed electrodes 13a . 13b . 13c and 13d and second fixed electrodes 15a . 15b . 15c and 15d attached, which also consist of monocrystalline silicon. The first fixed electrodes 13a to 13d be from anchorages 14a . 14b . 14c and 14d held, which of the substrate 1 protrude. All first fixed electrodes 13a to 13d lie one side of the corresponding movable electrode 8a to 8d across from. The second fixed electrodes 15a to 15d be from anchorages 16a . 16b . 16c and 16d held by the substrate 1 protrude. All second fixed electrodes 15a to 15d lie on the other side of the corresponding movable electrode 8a to 8d across from.
Wie
es in 2 gezeigt ist, weist das Substrat 1 eine
geschichtete Struktur auf, wobei ein Isolationsfilm 18 als
eine untere Schicht, leitende Filme 19 und ein Isolationsfilm 20 als
eine obere Schicht in der genannten Reihenfolge auf ein Siliziumsubstrat (Halbleitersubstrat) 17 geschichtet
sind. Anders ausgedrückt
ist eine geschichtete Struktur 21, die aus dem Isolationsfilm 18 als
eine untere Schicht, den leitenden Filmen 19 und dem Isolationsfilm 20 als
eine oberen Schicht besteht, auf dem Siliziumsubstrat 17 angeordnet,
wobei die leitenden Filme 19 zwischen den Isolationsfilmen 18 und 20 eingebettet
sind. Der Isolationsfilm 18 als eine untere Schicht besteht
aus Siliziumoxid, während
der Isolationsfilm 20 der oberen Schicht aus Siliziumnitrid
besteht. Die Isolationsfilme 18 und 20 sind durch
ein CVD-bzw. chemisches Dampfphasenabscheidungsverfahren
ausgebildet. Andererseits bestehen die leitenden Filme 19 aus Polysilizium,
das mit Störstellen,
wie zum Beispiel P (Phosphor), dotiert ist.As it is in 2 is shown, the substrate has 1 a layered structure, wherein an insulation film 18 as a lower layer, conductive films 19 and an isolation film 20 as an upper layer in the order mentioned on a silicon substrate (semiconductor substrate) 17 are layered. In other words, it is a layered structure 21 coming from the isolation film 18 as a lower layer, the conductive films 19 and the insulation film 20 as an upper layer, on the silicon substrate 17 arranged, wherein the conductive films 19 between the insulation films 18 and 20 are embedded. The isolation film 18 as a lower layer is made of silicon oxide, while the insulating film 20 the upper layer consists of silicon nitride. The isolation films 18 and 20 are by a CVD or. formed chemical vapor deposition method. On the other hand, there are the conducting films 19 polysilicon doped with impurities such as P (phosphorus).
Die
leitenden Filme 19 bilden vier Verdrahtungsmuster 22, 23, 24 und 25 und
eine untere Elektrode (eine eine elektrostatische Kraft verhindernde feste
Elektrode) 26 aus. Das Verdrahtungsmuster 22 weist
eine L-Form auf und sieht eine Verdrahtung für die ersten festen Elektroden 9a bis 9d vor.
Das Verdrahtungsmuster 23 weist eine L-Form auf und sieht eine
Verdrahtung für
die zweiten festen Elektroden 11a bis 11d vor.
Das Verdrahtungsmuster 24 weist eine L-Form auf und sieht
eine Verdrahtung für
die ersten festen Elektroden 13a bis 13d vor.
Das Verdrahtungsmuster 25 weist eine L-Form auf und sieht eine
Verdrahtung für
die zweiten festen Elektroden 15a bis 15d vor.
Die untere Elektrode 26 ist an einem Bereich des Substrats 1 ausgebildet,
der der Trägerstruktur 2 gegenüberliegt.The leading films 19 form four wiring patterns 22 . 23 . 24 and 25 and a lower electrode (an electrostatic force-preventing solid electrode) 26 out. The wiring pattern 22 has an L-shape and sees a wiring for the first fixed electrodes 9a to 9d in front. The wiring pattern 23 has an L-shape and sees a wiring for the second fixed electrodes 11a to 11d in front. The wiring pattern 24 has an L-shape and sees a wiring for the first fixed electrodes 13a to 13d in front. The wiring pattern 25 has an L-shape and sees a wiring for the second fixed electrodes 15a to 15d in front. The lower electrode 26 is at a portion of the substrate 1 formed, that of the support structure 2 opposite.
Erste
Kondensatoren sind zwischen den beweglichen Elektroden 7a und 7d und
den entsprechenden ersten festen Elektroden 9a, 9b, 9c bzw. 9d definiert
und zweite Kondensatoren sind zwischen den beweglichen Elektroden 7a bis 7d und
den entsprechenden zweiten festen Elektroden 11a, 11b, 11c bzw. 11d definiert.
Auf eine ähnliche
Weise sind erste Kondensatoren zwischen den beweglichen Elektroden 8a bis 8d und
den entsprechenden ersten festen Elektroden 13a, 13b, 13c bzw. 13d definiert und
sind zweite Kondensatoren zwischen den beweglichen Elektroden 8a bis 8d und
den entsprechenden zweiten festen Elektroden 15a, 15b, 15c bzw. 15d definiert.First capacitors are between the moving electrodes 7a and 7d and the corresponding first fixed electrodes 9a . 9b . 9c respectively. 9d defined and second capacitors are between the movable electrodes 7a to 7d and the corresponding second fixed electrodes 11a . 11b . 11c respectively. 11d Are defined. In a similar way, first capacitors are between the movable electrodes 8a to 8d and the corresponding first fixed electrodes 13a . 13b . 13c respectively. 13d defined and are second capacitors between the movable electrodes 8a to 8d and the corresponding second fixed electrodes 15a . 15b . 15c respectively. 15d Are defined.
Elektrodenverbindungsabschnitte 27a, 27b, 27c und 27d,
die aus einkristallinem Silizium bestehen, sind derart vor gesehen,
daß sie
von Verankerungen 28a, 28b, 28c bzw. 28d gehalten
werden, welche von dem Substrat 1 hervorstehen.Electrode connecting portions 27a . 27b . 27c and 27d , which consist of monocrystalline silicon, are seen before that they anchorages 28a . 28b . 28c respectively. 28d which are held by the substrate 1 protrude.
Wie
es in 3 gezeigt ist, ist der Isolationsfilm 20 der
oberen Schicht mit Öffnungen 29a, 29b, 29c, 29d und 30 ausgebildet.
Die vorhergehend beschriebenen Verankerungen (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 10a bis 10d sind in den Öffnungen 29a bis 29d ausgebildet,
während
die Verankerung (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 28a in der Öffnung 30 angeordnet
ist. Somit sind das Verdrahtungsmuster 22 und die ersten
festen Elektroden 9a bis 9d über die Öffnungen 29a bis 29d und
die Verankerungen (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 10a bis 10d elektrisch
miteinander verbunden, während
das Verdrahtungsmuster 22 und der Elektrodenverbindungsabschnitt 27a über die Öffnung 30 und die
Verankerung (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 28a elektrisch verbunden sind.As it is in 3 is shown is the insulation film 20 the upper layer with openings 29a . 29b . 29c . 29d and 30 educated. The anchors described above (impurity doped polysilicon) 10a to 10d are in the openings 29a to 29d formed while anchoring (impurity doped polysilicon) 28a in the opening 30 is arranged. Thus, the wiring pattern 22 and the first fixed electrodes 9a to 9d over the openings 29a to 29d and anchors (impurity doped polysilicon) 10a to 10d electrically connected together while the wiring pattern 22 and the electrode connecting portion 27a over the opening 30 and anchoring (impurity doped polysilicon) 28a are electrically connected.
Wie
es in 4 gezeigt ist, ist der Isolationsfilm 20 einer
oberen Schicht mit Öffnungen 31a, 31b, 31c, 31d und 32 ausgebildet.
Die vorhergehend beschriebenen Verankerungen (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 12a bis 12d sind in den Öffnungen 31a bis 31d angeordnet,
während
die Verankerung (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 28c in der Öffnung 32 angeordnet
ist. Somit sind das Verdrahtungsmuster 23 und die zweiten
festen Elektroden 11a bis 11d über die Öffnungen 31a bis 31d und
die Verankerungen (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 12a bis 12d elektrisch
miteinander verbunden, während
das Verdrahtungsmuster 23 und der Elektrodenverbindungsabschnitt 27c über die Öffnung 32 und
die Verankerung (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 28c elektrisch verbunden sind.As it is in 4 is shown is the insulation film 20 an upper layer with openings 31a . 31b . 31c . 31d and 32 educated. The anchors described above (impurity doped polysilicon) 12a to 12d are in the openings 31a to 31d while anchoring (impurity doped polysilicon) 28c in the opening 32 is arranged. Thus, the wiring pattern 23 and the second fixed electrodes 11a to 11d over the openings 31a to 31d and anchors (impurity doped polysilicon) 12a to 12d electrically connected together while the wiring pattern 23 and the electrode connecting portion 27c over the opening 32 and anchoring (impurity doped polysilicon) 28c are electrically connected.
Auf
eine ähnliche
Weise sind das Verdrahtungsmuster 24 und die ersten festen
Elektroden 13a bis 13d über Öffnungen (nicht gezeigt) des
Isolationsfilms 20 der oberen Schicht und die Verankerungen 14a bis 14d elektrisch
miteinander verbunden, während
das Verdrahtungsmuster 24 und der Elektrodenverbindungsabschnitt 27b über eine Öffnung (nicht
gezeigt des Isolationsfilms 20 der oberen Schicht und die
Verankerung 28b elektrisch miteinander verbunden sind.In a similar way, the wiring pattern 24 and the first fixed electrodes 13a to 13d via openings (not shown) of the insulation film 20 the upper layer and the anchorages 14a to 14d electrically connected together while the wiring pattern 24 and the electrode connecting portion 27b via an opening (not shown of the insulating film 20 the upper layer and the anchorage 28b electrically connected to each other.
Auf
eine ähnliche
Weise sind das Verdrahtungsmuster 25 und die zweiten festen
Elektroden 15a bis 15d über Öffnungen (nicht gezeigt) des
Isolationsfilms 20 der oberen Schicht und die Verankerungen 16a bis 16d elektrisch
miteinander verbunden, während
das Verdrahtungsmuster 25 und der Elektrodenverbindungsabschnitt 27d über eine Öffnung (nicht
gezeigt) des Isolationsfilms 20 der oberen Schicht und
die Verankerung 28d elektrisch miteinander verbunden sind.In a similar way, the wiring pattern 25 and the second fixed electrodes 15a to 15d via openings (not shown) of the insulation film 20 the upper layer and the anchorages 16a to 16d electrically connected together while the wiring pattern 25 and the electrode connecting portion 27d over an opening (not shown) of the insulating film 20 the upper layer and the anchorage 28d electrically connected to each other.
Wie
es in 2 gezeigt ist, ist der Isolationsfilm 20 der
oberen Schicht weiterhin mit Öffnungen 33 ausgebildet,
in welchen die vorhergehenden Verankerungen (mit Störstellen
dotiertes Polysilizium) 3a, 3b, 3c bzw. 3d angeordnet
sind. Somit sind die untere Elektrode 26 und die Trägerstruktur 2 über die Verankerungen 3a bis 3d elektrisch
miteinander verbunden.As it is in 2 is shown is the insulation film 20 the upper layer continues with openings 33 formed in which the previous anchorages (impurity-doped polysilicon) 3a . 3b . 3c respectively. 3d are arranged. Thus, the lower electrode 26 and the support structure 2 about the anchorages 3a to 3d electrically connected to each other.
Demgemäß ist das
Substrat 1 derart aufgebaut, daß die Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und
die untere Elektrode 26, die aus Polysilizium bestehen, unter
den SOI-Schichten eingebettet sind. Diese Struktur wird unter Verwendung
des Oberflächenmikrobearbeitungsverfahrens
erzielt.Accordingly, the substrate 1 constructed such that the wiring pattern 22 to 25 and the lower electrode 26 polysilicon embedded under the SOI layers. This structure is achieved by using the surface micromachining method.
Andererseits
ist, wie es in den 1 und 2 gezeigt
ist, eine Elektrode (eine Verbindungsanschlußfläche) 34, die aus einem
Aluminiumfilm ausgebildet ist, über
der Verankerung 3a vorgesehen. Weiterhin sind, wie es in
den 1, 3 und 4 gezeigt
ist, Aluminiumfilmelektroden (Verbindungsanschlußflächen) 35a, 35b, 35c und 35d auf den
Elektrodenverbindungsabschnitten 7a, 7b, 7c bzw. 7d vorgesehen.
Auf den Elektrodenverbindungsabschnitten 27a bis 27d sind
weiterhin Schichtisolationsfilme 38 und Siliziumnitridfilme 36 ausgebildet.
Diese Filme 38 und 36 sind an anderen Bereichen
als dem vorhergehenden Bereich Z1 in 1 ausgebildet.On the other hand, as it is in the 1 and 2 is shown an electrode (a connection pad) 34 formed of an aluminum film over the anchorage 3a intended. Furthermore, as it is in the 1 . 3 and 4 Shown is aluminum foil electrodes (connection pads) 35a . 35b . 35c and 35d on the electrode connection sections 7a . 7b . 7c respectively. 7d intended. On the electrode connection sections 27a to 27d are still layer insulation films 38 and silicon nitride films 36 educated. These films 38 and 36 are at other areas than the previous area Z1 in 1 educated.
Auf
der Grundlage von Kapazitäten
der ersten Kondensatoren, die zwischen den beweglichen Elektroden 7a bis 7d und
den ersten festen Elektroden 9a bis 9d ausgebildet
sind (und Kapazitäten
der ersten Kondensatoren, die zwischen den beweglichen Elektroden 8a bis 8d und
den ersten festen Elektroden 13a bis 13d ausgebildet
sind), und Kapazitäten
der zweiten Kondensatoren, die zwischen den beweglichen Elektroden 7a bis 7d und
den zweiten festen Elektroden 11a bis 11d ausgebildet
sind (und Kapazitäten
der zweiten Kondensatoren, die zwischen den beweglichen Elektroden 8a bis 8d und
den zweiten festen Elektroden 15a bis 15d ausgebildet sind),
kann eine Beschleunigung erfaßt
werden, die auf die Trägerstruktur 2 ausgeübt wird.
Das heißt, zwei
Differenzkapazitäten
sind zwischen jeder beweglichen Elektrode und den entsprechenden
festen Elektroden ausgebildet und das Servosteuern wird derart durchgeführt, daß bewirkt
wird, daß die
zwei Kapazitäten
gleich zueinander werden.On the basis of capacities of the first capacitors, between the movable electrodes 7a to 7d and the first fixed electrodes 9a to 9d are formed (and capacitances of the first capacitors, between the movable electrodes 8a to 8d and the first fixed electrodes 13a to 13d are formed), and capacitances of the second capacitors connected between the movable electrodes 7a to 7d and the second fixed electrodes 11a to 11d are formed (and capacitances of the second capacitors, between the movable electrodes 8a to 8d and the second fixed electrodes 15a to 15d are formed), an acceleration can be detected on the support structure 2 is exercised. That is, two differential capacitances are formed between each movable electrode and the corresponding fixed electrodes, and servo control is performed so as to cause the two capacitances to become equal to each other.
Weiterhin
wird durch derartiges Einstellen der Trägerstruktur 2 und
der unteren Elektrode 26 bewirkt, daß diese gleiches Potential
zueinander aufweisen, und so verhindert, daß elektrostatische Kräfte zwischen
der Trägerstruktur 2 und
dem Substrat 1 erzeugt werden. Das heißt, da die untere Elektrode 26 und
die Trägerstruktur 2 über die
Verankerungen 3a bis 3d miteinander verbunden
sind, weisen sie gleiches Potential zueinander auf, so daß die Träger 4 und 5 und
die Masse 6 mit den beweglichen Elektroden gehindert werden,
aufgrund von elektrostatischen Kräften auf das Substrat 1 gezogen
zu werden. Ansonsten besteht, da die Trägerstruktur 2 bezüglich dem
Siliziumsubstrat 17 isoliert ist, die Neigung, daß die Trägerstruktur 2 auch
bei einer kleinen Differenz des Potentials zwischen der Trägerstruktur 2 und dem
Siliziumsubstrat 17 auf das Substrat 1 gezogen
wird.Furthermore, by thus adjusting the support structure 2 and the lower electrode 26 causes them to have the same potential to each other, and so prevents electrostatic forces between the support structure 2 and the substrate 1 be generated. That is, because the lower electrode 26 and the support structure 2 about the anchorages 3a to 3d connected to each other, they have the same potential to each other, so that the carrier 4 and 5 and the crowd 6 be prevented with the movable electrodes, due to electrostatic forces on the substrate 1 to be pulled. Otherwise, since the support structure 2 with respect to the silicon substrate 17 is isolated, the tendency for the support structure 2 even with a small difference in the potential between the support structure 2 and the silicon substrate 17 on the substrate 1 is pulled.
Unter
Verwendung der Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und
der unteren Elektrode 26, die alle durch die Isolatoren
voneinander getrennt sind, können
die Aluminiumelektroden (Verbindungsanschlußflächen) 34 und 35a bis 35d durch
die Oberfläche
des Substrats 1 erzielt werden. Dies erleichtert das Herstellungsverfahren
des Beschleunigungssensors.Using the wiring pattern 22 to 25 and the lower electrode 26 , which are all separated by the insulators, the aluminum electrodes (connection pads) can 34 and 35a to 35d through the surface of the substrate 1 be achieved. This facilitates the manufacturing process of the acceleration sensor.
Nun
wird eine Funktionsweise des derart aufgebauten Beschleunigungssensors
zum Erfassen einer Beschleunigung unter Bezugnahme auf 1 kurz
beschrieben.Now, an operation of the thus constructed acceleration sensor for detecting acceleration will be described with reference to FIG 1 briefly described.
Wenn
eine Beschleunigung Null beträgt,
befinden sich alle beweglichen Elektroden 7a bis 7d (8a bis 8d)
an dem Mittelpunkt zwischen den entsprechenden festen Elektroden 9a bis 9d (13a bis 13d) und 11a bis 11d (15a bis 15d)
und sind eine Kapazität C1
des ersten Kondensators, der durch jede bewegliche Elektrode 7a bis 7d (8a bis 8d)
und die entsprechende feste Elektrode 9a bis 9d (13a bis 13d)
ausgebildet ist, und eine Kapazität C2 des zweiten Kondensators,
der durch jede bewegliche Elektrode 7a bis 7d (8a bis 8d)
und die entsprechende feste Elektrode 11a bis 11d (15a bis 15d)
ausgebildet ist, gleich zueinander eingestellt. Weiterhin sind,
wenn eine Beschleunigung Null beträgt, eine Spannung V1, die über jedem
ersten Kondensator angelegt ist, und eine Spannung V2, die über jedem
zweiten Kondensator angelegt ist, ebenso gleich zueinander eingestellt,
so daß jede
bewegliche Elektrode mit elektrostatischen Kräften F1 bzw. F2 der gleichen
Höhe zu entgegengesetzten
Seiten gezogen wird, das heißt, zu
den entsprechenden festen Elektroden 9a bis 9d (13a bis 13d)
bzw. 11a bis 11d (15a bis 15d)
hin.When an acceleration is zero, all moving electrodes are located 7a to 7d ( 8a to 8d ) at the midpoint between the respective fixed electrodes 9a to 9d ( 13a to 13d ) and 11a to 11d ( 15a to 15d ) and are a capacitance C1 of the first capacitor passing through each movable electrode 7a to 7d ( 8a to 8d ) and the corresponding fixed electrode 9a to 9d ( 13a to 13d ), and a capacitance C2 of the second capacitor passing through each movable electrode 7a to 7d ( 8a to 8d ) and the corresponding fixed electrode 11a to 11d ( 15a to 15d ) is formed, set equal to each other. Further, when an acceleration is zero, a voltage V1 applied across each first capacitor and a voltage V2 applied across each second capacitor are also set equal to each other, so that each movable electrode is electrostatic-force F1 or F2 of the same height is pulled to opposite sides, that is, to the corresponding fixed electrodes 9a to 9d ( 13a to 13d ) respectively. 11a to 11d ( 15a to 15d ).
Wenn
andererseits eine Beschleunigung in einer Richtung ausgeübt wird,
die parallel zu der Oberfläche
des Substrats 1 verläuft,
um die beweglichen Elektroden bezüglich den fe sten Elektroden
zu verschieben, wird bewirkt, daß die Kapazitäten C1 und
C2 unterschiedliche Werte aufweisen, so daß die elektrostatischen Kräfte F1 und
F2 ungleich zueinander werden. Dann werden die Höhen der Spannungen V1 und V2
derart gesteuert, daß bewirkt
wird, daß die
elektrostatischen Kräfte
F1 und F2 Werte aufweisen, welche jede bewegliche Elektrode zu dem
Mittelpunkt zwischen den entsprechenden festen Elektroden verschieben,
um die Kapazitäten
C1 und C2 gleich zueinander zu machen. Wenn die Kapazitäten C1 und
C2 gleich zueinander gemacht sind, sind die ausgeübte Beschleunigung
und die ausgeübten
elektrostatischen Kräfte
ausgeglichen, so daß die
Höhe einer
Beschleunigung auf der Grundlage der gesteuerten Höhen der
Spannungen V1 und V2 abgeleitet werden kann.On the other hand, when acceleration is applied in a direction parallel to the surface of the substrate 1 is passed to move the movable electrodes with respect to the fe elest electrodes, the capacitances C1 and C2 are caused to have different values, so that the electrostatic forces F1 and F2 are not equal to each other. Then, the heights of the voltages V1 and V2 are controlled so as to cause that the electrostatic forces F1 and F2 have values which shift each movable electrode to the midpoint between the respective fixed electrodes to make the capacitances C1 and C2 equal to each other. When the capacitances C1 and C2 are made equal to each other, the applied acceleration and the applied electrostatic forces are balanced, so that the amount of acceleration can be derived on the basis of the controlled heights of the voltages V1 and V2.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, kann durch derartiges Steuern
der Höhen
von Spannungen, die an die festen Elektroden angelegt sind, die
die ersten und zweiten Kondensatoren ausbilden, so daß die beweglichen
Elektroden nicht gegen die ausgeübte
Beschleunigung verschoben werden, die Höhe einer Beschleunigung auf
der Grundlage einer Änderung
der angelegten Spannungen abgeleitet werden.As
as previously described, may be controlled by such control
the heights
of voltages applied to the fixed electrodes, the
form the first and second capacitors, so that the movable
Electrodes not against the exerted
Acceleration shifted, the amount of acceleration
the basis of a change
be derived from the applied voltages.
Nun
wird hier im weiteren Verlauf eine Herstellung des Beschleunigungssensors,
der in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 6 bis 16 beschrieben.
Die 6 bis 16 sind schematische Schnittansichten,
die Herstellungsschritte des Beschleunigungssensors in einem Schnitt
A-A in 1 zeigen.Now, in the further course, a production of the acceleration sensor, the in 1 is shown with reference to the 6 to 16 described. The 6 to 16 are schematic sectional views, the manufacturing steps of the acceleration sensor in a section AA in 1 demonstrate.
Als
erstes wird, wie es in 6 gezeigt ist, ein einkristallines
Siliziumsubstrat 40 als ein erstes Halbleitersubstrat vorgesehen
und wird dann ein Siliziumoxidfilm 41 als eine Opferschicht
auf dem Siliziumsubstrat 40 durch thermische Oxidation,
CVD oder dergleichen ausgebildet. Nachfolgend wird, wie es in 7 gezeigt
ist, der Siliziumoxidfilm 41 teilweise entfernt, um einen
konkaven Ab schnitt 42 durch Photolithographie und Ätzen auszubilden.
Weiterhin wird zum Erhöhen
der Oberflächenrauheit
und zum Verwenden als eine Ätzstoppschicht
nach einem Opferschichtätzen
ein Siliziumnitridfilm (ein erster Isolationsfilm) 43 ausgebildet.
Dann wird eine geschichtete Struktur des Siliziumoxidfilms 41 und
des Siliziumnitridfilms 43 einer Photolithographie und
Trockenätzen
unterzogen, um Öffnungen 44a, 44b und 44c an Bereichen
auszubilden, an denen Verankerungen ausgebildet werden. Diese Öffnungen 44a bis 44c werden
zum Verbinden einer Trägerstruktur
und eines Substrats (unteren Elektrode) und zum Verbinden fester
Elektroden und eines Verdrahtungsmusters verwendet.First, as it is in 6 is shown, a single crystal silicon substrate 40 is provided as a first semiconductor substrate and then becomes a silicon oxide film 41 as a sacrificial layer on the silicon substrate 40 formed by thermal oxidation, CVD or the like. Below is how it is in 7 is shown, the silicon oxide film 41 partially removed to a concave from cut 42 formed by photolithography and etching. Further, in order to increase the surface roughness and to use as an etch stop layer after sacrificial layer etching, a silicon nitride film (a first insulating film) is used. 43 educated. Then, a layered structure of the silicon oxide film becomes 41 and the silicon nitride film 43 subjected to photolithography and dry etching to openings 44a . 44b and 44c to train in areas where anchors are formed. These openings 44a to 44c are used to connect a support structure and a substrate (lower electrode) and to connect fixed electrodes and a wiring pattern.
Nachfolgend
wird, wie es in 8 gezeigt ist, ein Polysiliziumfilm 45 als
ein leitender Film auf dem Siliziumnitridfilm 43, der die Öffnungen 44a bis 44c beinhaltet,
ausgebildet und es werden dann durch Diffusion von P (Phosphor)
Störstellen
eingebracht. Danach werden durch Photolithographie ein Verdrahtungsmuster 45a,
eine untere Elektrode 45b und Verankerungen 45c an
gegebenen Bereichen auf dem Siliziumnitridfilm 43 ausgebildet.
Weiterhin wird, wie es in 9 gezeigt
ist, ein Siliziumoxidfilm 46 als ein zweiter Isolationsfilm
durch CVD auf dem Siliziumnitridfilm 43, der die Polysiliziumfilme 45 beinhaltet, ausgebildet.Below is how it is in 8th is shown, a polysilicon film 45 as a conductive film on the silicon nitride film 43 , the openings 44a to 44c contains, formed and it are then introduced by diffusion of P (phosphorus) impurities. Thereafter, a wiring pattern is formed by photolithography 45a , a lower electrode 45b and anchorages 45c at given areas on the silicon nitride film 43 educated. Furthermore, as it is in 9 is shown, a silicon oxide film 46 as a second insulating film by CVD on the silicon nitride film 43 containing the polysilicon films 45 includes, trained.
Weiterhin
wird, wie es in 10 gezeigt ist, ein Polysiliziumfilm 47 als
ein Befestigungsfilm auf dem Siliziumoxidfilm 46 ausgebildet
und dann durch mechanisches Polieren abgeflacht.Furthermore, as it is in 10 is shown, a polysilicon film 47 as a fixing film on the silicon oxide film 46 trained and then flattened by mechanical polishing.
Dann
wird, wie es in 11 gezeigt ist, ein einkristallines
Siliziumsubstrat (Trägersubstrat) 48 als
ein zweites Halbleitersubstrat vorgesehen und an der abgeflachten
Oberfläche
des Polysiliziumfilms 47 angebracht.Then, as it is in 11 is shown, a single-crystal silicon substrate (carrier substrate) 48 as a second semiconductor substrate and on the flattened surface of the polysilicon film 47 appropriate.
Weiterhin
wird, wie es in 12 gezeigt ist, die ge schichtete
Struktur, die in 11 gezeigt ist, auf den Kopf
gestellt und dann das Siliziumsubstrat 40 mechanisch auf
eine gegebene Dicke (zum Beispiel 1 μm bis 2 μm) poliert. Danach wird durch
Photolithographie und Grabenätzen
das Siliziumsubstrat 40 mit Vertiefungen von konstanten
Breiten ausgebildet und dann die Vertiefungsmuster 49 zum
Vorsehen der Trägerstruktur
ausgebildet. Auf diese Weise werden unnötige Bereiche 49 des
Siliziumsubstrats 40 entfernt, um das Siliziumsubstrat 40 in
eine gegebene Form auszubilden. Weiterhin werden Störstellen
durch Diffusion von P (Phosphor) zum Vorsehen von Elektroden zum
Erfassen von Kapazitäten
in das Siliziumsubstrat 40 eingebracht.Furthermore, as it is in 12 Shown is the layered structure that is in 11 is shown turned upside down and then the silicon substrate 40 mechanically polished to a given thickness (for example 1 μm to 2 μm). Thereafter, the silicon substrate is formed by photolithography and trench etching 40 formed with depressions of constant widths and then the depression patterns 49 designed to provide the support structure. In this way, unnecessary areas 49 of the silicon substrate 40 removed to the silicon substrate 40 to form into a given form. Furthermore, impurities are diffused by diffusion of P (phosphorus) to provide electrodes for detecting capacitances in the silicon substrate 40 brought in.
In
dem Schritt, in dem die unnötigen
Bereiche des Siliziumsubstrats 40 entfernt werden, um das Siliziumsubstrat 40 in
die gegebene Form auszubilden, wird das Siliziumsubstrat 40 dünn (zum
Beispiel 1 μm
bis 2 μm)
genug um die untere bzw. niedrigere Musterauflösung einer Stufungsvorrichtung
bzw. eines Steppers zu erfüllen,
so dass die Formen der Öffnungen 44a bis 44c (siehe 7)
des Siliziumoxidfilms 41 durch das Siliziumsubstrat 40 gesehen
werden können
und so ein Anpassen einer Photomaske genau durchgeführt werden
kann.In the step in which the unnecessary areas of the silicon substrate 40 be removed to the silicon substrate 40 form into the given shape, the silicon substrate 40 thin (for example, 1 μm to 2 μm) enough to satisfy the lower or lower pattern resolution of a staging device or a stepper, so that the shapes of the openings 44a to 44c (please refer 7 ) of the silicon oxide film 41 through the silicon substrate 40 can be seen and so an adjustment of a photomask can be performed accurately.
Danach
wird, wie es in 13 gezeigt ist, ein Siliziumoxidfilm 50 durch
CVD ausgebildet und wird dann ein Rückätzen durch Trockenätzen durchgeführt, um
die Oberfläche
abzuflachen.After that, as it is in 13 is shown, a silicon oxide film 50 formed by CVD and then etching back is performed by dry etching to flatten the surface.
Weiterhin
werden, wie es in 14 gezeigt ist, Schichtisolationsfilme 51 ausgebildet
und wird durch Photolithographie und Trockenätzen ein Kontaktloch 52 ausgebildet.
Dann werden Siliziumnitridfilme 76 an gegebenen Bereichen
auf den Schichtisolationsfilmen 51 ausgebildet.Furthermore, as it is in 14 is shown, layer insulation films 51 is formed and becomes a contact hole by photolithography and dry etching 52 educated. Then silicon nitride films 76 at given areas on the layer insulation films 51 educated.
Weiterhin
werden, wie es in 15 gezeigt ist, eine Aluminiumelektrode 53 und
dann Passivierungsfilme 54 jeweils durch Photolithographie
ausgebildet.Furthermore, as it is in 15 is shown, an aluminum electrode 53 and then passivia approximately movies 54 each formed by photolithography.
Schließlich werden,
wie es in 16 gezeigt ist, die Siliziumoxidfilme 41 und 50 durch Ätzen unter Verwendung
eines HF- bzw. Flußsäureätzmittels
entfernt, um zu bewirken, daß eine
Trägerstruktur 56,
die bewegliche Elektroden 55 aufweist, beweglich ist.Finally, as it is in 16 the silicon oxide films are shown 41 and 50 removed by etching using a hydrofluoric acid etchant to cause a support structure 56 , the moving electrodes 55 has, is movable.
Das
heißt,
gegebene Abschnitte des Siliziumoxidfilms 41 werden durch
Opferschichtätzen
unter Verwendung des Ätzmittels
entfernt, um das Siliziumsubstrat 40 beweglich zu machen.
In diesem Fall wird ein Sublimations- bzw. Verflüchtigungsmittel, wie zum Beispiel
Para-Dichlorbenzol, verwendet, um zu verhindern, daß die beweglichen
Abschnitte während
eines Trockenverfahrens nach einem Ätzen auf dem Substrat anhaften.That is, given portions of the silicon oxide film 41 are removed by sacrificial layer etching using the etchant to the silicon substrate 40 to move. In this case, a sublimation agent such as para-dichlorobenzene is used to prevent the movable portions from adhering to the substrate during a dry process after etching.
In
dem Schritt, in dem die gegebenen Abschnitte des Siliziumoxidfilms 41 durch
Opferschichtätzen
unter Verwendung des Ätzmittels
entfernt werden, um das Siliziumsubstrat 40 beweglich zu
machen, wird, da die Verankerungen 45c aus Polysilizium
bestehen, ein Ätzen
an den Verankerungen 45c gestoppt.In the step in which the given sections of the silicon oxide film 41 be removed by sacrificial layer etching using the etchant to the silicon substrate 40 to make movable, since the anchorages 45c made of polysilicon, an etching at the anchorages 45c stopped.
Das
heißt,
in diesem Ausführungsbeispiel besteht
die Opferschicht aus Siliziumoxid, bestehen die leitenden Filme
aus Polysilizium und wird ein HF-Ätzmittel verwendet. Da Siliziumoxid
von dem HF-Ätzmittel
gelöst
wird, während
Polysilizium nicht von dem HF-Ätzmittel
gelöst
wird, ist es nicht notwendig, genau die Konzentration und die Temperatur
des HF-Ätzmittels
oder das Beenden des Ätzens
einzustellen, so daß das
Herstellungsverfahren erleichtert werden kann.The
is called,
in this embodiment
the sacrificial layer of silicon oxide, pass the conductive films
made of polysilicon and an HF etchant is used. Because silica
from the HF etchant
solved
will, while
Polysilicon not from the HF etchant
solved
it is not necessary, exactly the concentration and the temperature
of the HF etchant
or stopping the etching
adjust so that the
Manufacturing process can be facilitated.
Das
heißt,
wenn das SOI-Substrat, das in 42 gezeigt
ist, verwendet wird, ändert
sich die Länge
der Träger
abhängig
von der Ätzzeit
nach einem Opferschichtätzen.
An dererseits wird in diesem Ausführungsbeispiel
ein Ätzen
unberücksichtigt
einer Ätzzeit
beendet, wenn das Ätzen
die Verankerung erreicht, so daß die
Länge des
Trägers
immer konstant wird. Somit kann die Federkonstante des Beschleunigungssensors
genau gesteuert werden.That is, if the SOI substrate used in 42 is used, the length of the carriers varies depending on the etching time after sacrificial layer etching. On the other hand, in this embodiment, etching is stopped regardless of an etching time when the etching reaches the anchor, so that the length of the carrier always becomes constant. Thus, the spring constant of the acceleration sensor can be accurately controlled.
Weiterhin
ist eine Erhöhung 57 ausgebildet, wie
es in 16 gezeigt ist, der dem konkaven
Abschnitt 42 entspricht, der in 7 gezeigt
ist. Demgemäß können bei
einem Ätzmittelaustauschschritt nach
dem Opferschichtätzen,
obgleich Tröpfchen
einer Spülflüssigkeit
(einer Austauschflüssigkeit),
wie zum Beispiel DI-Wasser bzw. entionisiertes Wasser, zwischen
einem beweglichen Abschnitt und dem Substrat verbleiben, haftende
Flächen
der Tröpfchen verringert
werden, um die Oberflächenspannung
zu verringern, so daß verhindert
wird, daß ein
beweglicher Abschnitt nach einem Verdampfen der Spülflüssigkeit
auf dem Substrat anhaftet.Furthermore, an increase 57 trained as it is in 16 shown is the concave section 42 corresponds to that in 7 is shown. Accordingly, in an etchant exchange step after the sacrificial layer etching, although droplets of a rinsing liquid (such as DI water or deionized water, respectively) remain between a movable portion and the substrate, adhered areas of the droplets can be reduced to lower the surface tension so that a movable portion is prevented from adhering to the substrate after evaporation of the rinsing liquid.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, kann der servogesteuerte
Beschleunigungssensor unter Verwendung des eingebetteten SOI-Substrats
und durch Ausbilden des Verdrahtungsmusters 45a und der
unteren Elektrode 45b, die alle durch die Isolatoren getrennt
sind, ausgebildet werden.As described above, the servo-controlled acceleration sensor may be constructed by using the embedded SOI substrate and forming the wiring pattern 45a and the lower electrode 45b , which are all separated by the insulators, are formed.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
können die
folgenden Vorteile (1) bis (6) erzielt werden:
(1) Die Trägerstruktur 2 ist
mit einem gegebenen Abstand auf dem Substrat 1 angeordnet
und eine Beschleunigung (physikalische Größe) wird ausgeübt, um sie
zu verschieben. Die festen Elektroden 9a bis 9d, 11a bis 11d, 13a bis 13d und 15a bis 15d sind derart
auf dem Substrat 1 befestigt, daß sie den beweglichen Elektroden 7a bis 7d bzw. 8a bis 8d gegenüberliegen,
welche Abschnitte der Trägerstruktur 2 ausbilden.
An dem oberen Abschnitt des Substrats 1 ist die geschichtete
Struktur 21 des Isolationsfilms 18 als eine untere
Schicht, der leitenden Filme 19 und des Isolationsfilms 20 als
eine obere Schicht, wie sie in 2 gezeigt
sind, angeordnet. Die leitenden Filme 19 bilden die Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und
die untere Elektrode 26 aus. Durch die Öffnungen 29a bis 29d, 31a bis 31d, 30, 32 und 33,
die in dem Isolationsfilm 20 der oberen Schicht ausgebildet sind,
sind die Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und die untere
Elektrode 26 elektrisch mit den festen Elektroden 9a bis 9d, 11a bis 11d, 13a bis 13d und 15a bis 15d,
der Trägerstruktur 2 und
den Elektrodenverbindungsabschnitten 27a bis 27d (elektrische
Verbindungsbauteile) verbunden. Auf diese Weise wird das SOI-Substrat
(eingebettete SOI-Substrat) verwendet, wobei die Isolationsfilme
an dem oberen Abschnitt des Substrats 1 angeordnet sind
und die Filme (das Polysilizium) zwischen den Isolationsfilmen als
die Verdrahtungsmuster und die Elektrode eingebettet sind. Bei dieser
Anordnung können
die Verdrahtungsmuster und die Elektrode, welche durch die Isolatoren
getrennt sind, ausgebildet werden. Verglichen mit einer Verwendung
der Störstellendiffusionsschicht 161 (einer
pn-Übergangstrennung),
die in 48 gezeigt ist, kann eine Verringerung
eines Übergangsleckstroms
erzielt werden. Insbesondere kann eine Verringerung des Übergangsleckstroms bei
hohen Temperaturen erzielt werden.According to this embodiment, the following advantages (1) to (6) can be obtained:
(1) The support structure 2 is at a given distance on the substrate 1 and an acceleration (physical quantity) is applied to move it. The fixed electrodes 9a to 9d . 11a to 11d . 13a to 13d and 15a to 15d are so on the substrate 1 attached to the moving electrodes 7a to 7d respectively. 8a to 8d opposite which portions of the support structure 2 form. At the upper portion of the substrate 1 is the layered structure 21 of the insulation film 18 as a lower layer, the conductive films 19 and the isolation film 20 as an upper layer, as in 2 are shown arranged. The leading films 19 form the wiring patterns 22 to 25 and the lower electrode 26 out. Through the openings 29a to 29d . 31a to 31d . 30 . 32 and 33 that in the isolation film 20 of the upper layer are the wiring patterns 22 to 25 and the lower electrode 26 electrically with the fixed electrodes 9a to 9d . 11a to 11d . 13a to 13d and 15a to 15d , the carrier structure 2 and the electrode connection sections 27a to 27d (electrical connection components) connected. In this way, the SOI substrate (embedded SOI substrate) is used, with the insulating films at the upper portion of the substrate 1 and the films (the polysilicon) are sandwiched between the insulating films as the wiring patterns and the electrode. With this arrangement, the wiring patterns and the electrode separated by the insulators can be formed. Compared with using the impurity diffusion layer 161 (a pn junction separation), which in 48 is shown, a reduction of a transient leakage current can be achieved. In particular, a reduction in the transient leakage current at high temperatures can be achieved.
(2)
Die geschichtete Struktur 21 des Isolationsfilms 18 einer
unteren Schicht, der leitenden Filme 19 und des Iso1ationsfilms 20 einer
oberen Schicht ist an dem oberen Abschnitt des Substrats 1 angeordnet.
Die leitenden Filme 19 bilden die Verdrahtungsmuster 22 und 24 für die ersten
festen Elektroden und die Verdrahtungsmuster 23 und 25 für die zweiten
festen Elektroden aus. Über
die Öffnungen 29a bis 29d und 31a bis 31d und
die Verankerungen der festen Elektroden sind die Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und
die festen Elektroden 9a bis 9d, 11a bis 11d, 13a bis 13d und 15a bis 15d elektrisch
verbunden. Auf diese Weise können die
Leitungen zum Erregen einer ersten festen Elektrode und die Leitungen
zum Erregen einer zweiten festen Elektrode unter Verwendung der
Verdrahtungsmuster 22 bis 25, die zwischen den
Isolationsfilmen eingebettet sind, welche an dem oberen Abschnitt
des Substrats angeordnet sind, jeweils gekreuzt werden.(2) The layered structure 21 of the insulation film 18 a lower layer, the conductive films 19 and the isolation film 20 an upper layer is at the upper portion of the substrate 1 arranged. The leading films 19 form the wiring patterns 22 and 24 for the first fixed electrodes and the wiring patterns 23 and 25 for the second fixed electrodes. About the openings 29a to 29d and 31a to 31d and the anchors of the fixed electrodes are the wiring patterns 22 to 25 and the fixed electrodes 9a to 9d . 11a to 11d . 13a to 13d and 15a to 15d electrically connected. In this way, the lines for energizing a first fixed electrode and the lines for energizing a second fixed electrode using the wiring patterns 22 to 25 sandwiched between the insulating films disposed at the upper portion of the substrate, respectively.
Unter
Verwendung des SOI-Substrats (eingebetteten SOI-Substrats), wobei die eingebetteten Filme
(das Polysilizium) als die Verdrahtungsmuster der Substratseite
verwendet werden, können
die Verdrahtungsmuster (leitenden Filme), die durch die Isolatoren
getrennt sind, ausgebildet werden. Demgemäß kann verglichen mit einer
Verwendung der Störstellendiffusionsschicht 161 (der
pn-Übergangstrennung),
die in 48 gezeigt ist, eine Verringerung
eines Übergangsleckstroms
erzielt werden. Insbesondere kann eine Verringerung eines Übergangsleckstroms
bei hohen Temperaturen erzielt werden.By using the SOI substrate (embedded SOI substrate) with the embedded films (the polysilicon) as the wiring patterns of the substrate side, the wiring patterns (conductive films) separated by the insulators can be formed. Accordingly, as compared with a use of the impurity diffusion layer 161 (the pn junction separation), which in 48 is shown, a reduction of a transient leakage current can be achieved. In particular, a reduction in transient leakage at high temperatures can be achieved.
(3)
Die geschichtete Struktur 21 des Isolationsfilms 18 einer
unteren Schicht, der leitenden Filme 19 und des Isolationsfilms 20 einer
oberen Schicht ist an dem oberen Abschnitt des Substrats 1 angeordnet.
Die leitenden Filme 19 bilden die Verdrahtungsmuster 22 und 24 für die ersten
festen Elektroden, die Verdrahtungsmuster 23 und 25 für die zweiten
festen Elektroden und die untere Elektrode (eine elektrostatische
Kraft verhindernde feste Elektrode) 26 aus. Über die Öffnungen 29a bis 29d und 31a bis 31d,
die in dem Isolationsfilm 20 einer oberen Schicht ausgebildet
sind, und die Verankerungen der festen Elektroden, sind die Verdrahtungsmuster 22 bis 25 und
die festen Elektroden 9a bis 9d, 11a bis 11d, 13a bis 13d und 15a bis 15d elektrisch
verbunden. Weiterhin sind über
die Öffnungen 33,
die in dem Isolationsfilm 20 einer oberen Schicht ausgebildet
sind, und die Verankerungen 3a bis 3d der Trägerstruktur 2 die
untere Elektrode 26 und die Trägerstruktur 2 elektrisch
verbunden. Auf diese Weise können
Leitungen zum Erregen ei ner ersten festen Elektrode und Leitungen
zum Erregen einer zweiten festen Elektrode unter Verwendung der
Verdrahtungsmuster 22 bis 25, die zwischen den
Isolationsfilmen eingebettet sind, welche an dem oberen Abschnitt des
Substrats angeordnet sind, jeweils gekreuzt werden. Weiterhin können durch
Einbetten der unteren Elektrode 26 zwischen den Isolationsfilmen
die Trägerstruktur
(der bewegliche Abschnitt) und die untere Elektrode auf gleiches
Potential zueinander eingestellt werden, um ein Erzeugen von elektrostatischen Kräften zwischen
der Trägerstruktur
und dem Substrat zu verhindern. Somit wird verhindert, daß die Trägerstruktur
auf das Substrat gebracht wird, was ansonsten auch aufgrund einer
kleinen Differenz des Potentials zwischen der Trägerstruktur und dem Substrat
verursacht werden würde.(3) The layered structure 21 of the insulation film 18 a lower layer, the conductive films 19 and the isolation film 20 an upper layer is at the upper portion of the substrate 1 arranged. The leading films 19 form the wiring patterns 22 and 24 for the first fixed electrodes, the wiring patterns 23 and 25 for the second fixed electrodes and the lower electrode (an electrostatic force-preventing solid electrode) 26 out. About the openings 29a to 29d and 31a to 31d that in the isolation film 20 an upper layer and the anchors of the fixed electrodes are the wiring patterns 22 to 25 and the fixed electrodes 9a to 9d . 11a to 11d . 13a to 13d and 15a to 15d electrically connected. Furthermore, over the openings 33 that in the isolation film 20 an upper layer are formed, and the anchors 3a to 3d the support structure 2 the lower electrode 26 and the support structure 2 electrically connected. In this way, leads for exciting a first fixed electrode and leads for exciting a second fixed electrode using the wiring patterns 22 to 25 sandwiched between the insulating films disposed at the upper portion of the substrate, respectively. Furthermore, by embedding the lower electrode 26 between the insulating films, the support structure (the movable portion) and the lower electrode are set at equal potential to each other to prevent generation of electrostatic forces between the support structure and the substrate. Thus, it is prevented that the support structure is brought to the substrate, which would otherwise be caused due to a small difference in the potential between the support structure and the substrate.
(4)
Da einkristallines Silizium, welches ein sprödes Material ist, und dessen
Materialwerte, wie zum Beispiel das Elastizitätsmodul, bekannt sind, für die Trägerstruktur 2 verwendet
wird, kann eine Zuverlässigkeit
der Trägerstruktur 2 verbessert
werden.(4) Since monocrystalline silicon, which is a brittle material, and its material values, such as elastic modulus, are known for the support structure 2 can be used, a reliability of the support structure 2 be improved.
(5)
Unter Verwendung von Polysilizium für die leitenden Filme 19 und
durch Trennen von ihnen durch die Isolationsfilme kann der Einfluß eines
Leckstroms bei hohen Temperaturen verglichen mit der pn-Übergangstrennung
verringert werden.(5) Using polysilicon for the conductive films 19 and by separating them by the insulating films, the influence of leakage current at high temperatures can be reduced as compared with the pn junction separation.
(6)
Da der Servomechanismus (das Servosteuern) verwendet wird, kann
die Verschiebung der Trägerstruktur
aufgrund einer Beschleunigung minimiert werden, so daß die Zuverlässigkeit
des Sensors verbessert werden kann.(6)
Since the servomechanism (servo control) is used, can
the displacement of the support structure
due to an acceleration can be minimized, so that the reliability
of the sensor can be improved.
Bei
dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel
sind die Verdrahtungsmuster 22 und 24 für die erste
feste Elektrode und die Verdrahtungsmuster 23 und 25 für die zweite
feste Elektrode durch die leitenden Filme 19 ausgebildet.
Jedoch können lediglich
die Verdrahtungsmuster für
die er ste oder zweite feste Elektrode durch die leitenden Filme 19 ausgebildet
sein und die anderen in der Form einer Aluminiumverdrahtung oder
von kammförmigen Elektroden.
Weiterhin sind in dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel die Verdrahtungsmuster für die festen
Elektroden und die untere Elektrode durch die eingebetteten leitenden
Filme ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung ebenso an
einem Sensor anwendbar, der keine untere Elektrode aufweist.In the foregoing first embodiment, the wiring patterns 22 and 24 for the first fixed electrode and the wiring patterns 23 and 25 for the second fixed electrode through the conductive films 19 educated. However, only the wiring patterns for the first or second fixed electrode can be passed through the conductive films 19 and the others in the form of aluminum wiring or comb-shaped electrodes. Furthermore, in the foregoing first embodiment, the wiring patterns for the fixed electrodes and the lower electrode are formed by the buried conductive films. However, the present invention is also applicable to a sensor having no lower electrode.
Nun
wird das zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme
auf die 17 bis 27 beschrieben.Now, the second embodiment of the present invention will be described hereinafter with reference to FIGS 17 to 27 described.
Die 17 bis 27 sind
schematische Schnittansichten, die den 6 bis 16 entsprechen,
die Herstellungsschritte eines servogesteuerten differenzkapazitiven
Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen.The 17 to 27 are schematic sectional views showing the 6 to 16 show the manufacturing steps of a servo-controlled differential capacitive semiconductor acceleration sensor according to the second embodiment.
Als
erstes wird, wie es in 17 gezeigt ist, ein einkristallines
Siliziumsubstrat 60 als ein erstes Halbleitersubstrat vorgesehen.
Dann wird das Siliziumsubstrat 60 mit Vertiefungen von
konstanten Breiten durch Grabenätzen
ausgebildet und es werden nachfolgend Vertiefungsmuster 61 zum
Vorsehen einer Trägerstruktur
ausgebildet. Das heißt,
die Vertiefungen 61 sind an gegebenen Bereichen in dem
Siliziumsubstrat 60 ausgebildet. Dann werden Störstellen
durch Diffusion von P (Phosphor) in das Siliziumsubstrat 60 eingebracht,
um Elektroden zum späteren
Erfassen von Kapazitäten
vorzusehen. Danach wird, wie es in 18 gezeigt
ist, ein Siliziumoxidfilm 62 als eine Opferschicht durch
CVD auf dem Siliziumsubstrat 60, das die Vertiefungen 61 beinhaltet, ausgebildet.
Weiterhin wird die Oberfläche
des Silizi umoxidfilms 62 abgeflacht.First, as it is in 17 is shown, a single crystal silicon substrate 60 as a first semiconductor substrate. Then the silicon substrate becomes 60 with recesses of constant widths formed by trench etching and it will subsequently recess patterns 61 designed to provide a support structure. That is, the wells 61 are at given areas in the silicon substrate 60 educated. Then, impurities are generated by diffusion of P (phosphorus) into the silicon substrate 60 introduced to provide electrodes for later detecting capacitances. After that, as it is in 18 is shown, a silicon oxide film 62 as a sacrificial layer by CVD on the silizi umsubstrat 60 that the wells 61 includes, trained. Furthermore, the surface of the silicon oxide film becomes 62 flattened.
Dann
wird, wie in 19 gezeigt, der Siliziumoxidfilm 62 teilweise
entfernt, um durch Photolithographie und Ätzen einen konkaven Abschnitt 63 auszubilden.
Der konkave Abschnitt 63 ist zum Verringern der Oberflächenspannung
vorgesehen, um zu verhindern, daß die Trägerstruktur auf das Substrat
gebracht wird, wie es vorhergehend unter Bezugnahme auf den Vorsprung 57,
der in 16 gezeigt ist, beschrieben
worden ist. Weiterhin ist zum Erhöhen der Oberflächenrauheit
und zum Verwenden als eine Ätzstoppschicht
nach einem Opferschichtätzen ein
Siliziumnitridfilm (erster Isolationsfilm) 64 ausgebildet.
Dann wird eine geschichtete Struktur des Siliziumnitridfilms 64 und
des Siliziumoxidfilms 62 Photolithographie und Trockenätzen unterzogen,
um Öffnungen 65a, 65b und 65c an
Bereichen auszubilden, an denen Verankerungen ausgebildet werden.
Diese Öffnungen 65a bis 65c werden
zum Verbinden einer Trägerstruktur
und eines Substrats (einer unteren Elektrode) und zum Verbinden
fester Elektroden und eines Verdrahtungsmusters verwendet.Then, as in 19 shown, the silicon oxide film 62 partially removed to form a concave section by photolithography and etching 63 train. The concave section 63 is provided for reducing the surface tension to prevent the support structure from being applied to the substrate as previously described with reference to the projection 57 who in 16 is shown has been described. Further, in order to increase the surface roughness and to use as an etching stopper layer after sacrificial layer etching, a silicon nitride film (first insulating film) is 64 educated. Then, a layered structure of the silicon nitride film is formed 64 and the silicon oxide film 62 Photolithography and dry etching subjected to openings 65a . 65b and 65c to train in areas where anchors are formed. These openings 65a to 65c are used for connecting a support structure and a substrate (a lower electrode) and connecting fixed electrodes and a wiring pattern.
Nachfolgend
wird, wie es in 20 gezeigt ist, ein Polysiliziumfilm 66 auf
dem Siliziumnitridfilm 64 ausgebildet, der die Öffnungen 65a bis 65c beinhaltet,
und es werden dann Störstellen
durch Diffusion von P (Phosphor) eingebracht. Danach werden durch
Photolithographie ein Verdrahtungsmuster 66a, eine untere
Elektrode 66b und Verankerungen 66c ausgebildet.
Auf diese Weise werden die mit Störstellen dotierten Polysiliziumfilme 66 als
leitende Filme an gegebenen Bereichen auf dem Siliziumnitridfilm 64 ausgebildet,
der die Öffnungen 65a bis 65c beinhaltet.
Eine Dicke der Polysiliziumfilme 66 beträgt ungefähr 1 μm bis 2 μm.Below is how it is in 20 is shown, a polysilicon film 66 on the silicon nitride film 64 formed, the openings 65a to 65c contains, and then impurities by diffusion of P (phosphorus) are introduced. Thereafter, a wiring pattern is formed by photolithography 66a , a lower electrode 66b and anchorages 66c educated. In this way, the impurity doped polysilicon films become 66 as conductive films at given areas on the silicon nitride film 64 formed, the openings 65a to 65c includes. A thickness of the polysilicon films 66 is about 1 micron to 2 microns.
In
dem Schritt, in dem die mit Störstellen
dotierten Polysiliziumfilme 66 an den gegebenen Bereichen
auf dem Siliziumnitridfilm 64 ausgebildet werden, der die Öffnungen beinhaltet,
können,
da die Polysiliziumfilme 66 dünn (1 μm bis 2 μm) genug sind, um die untere
Musterauflösung
einer Stufungsvorrichtung zu erfüllen,
die Formen der Öffnungen 65a bis 65c des
Siliziumnitridfilms 64 durch die Polysiliziumfilme 66 gesehen
werden, so daß ein
Anpassen einer Photomaske genau durchgeführt werden kann.In the step where the impurity-doped polysilicon films 66 at the given areas on the silicon nitride film 64 can be formed, which includes the openings, since the polysilicon films 66 thin (1 micron to 2 microns) are enough to meet the lower pattern resolution of a staging device, the shapes of the openings 65a to 65c of the silicon nitride film 64 through the polysilicon films 66 can be seen so that an adjustment of a photomask can be performed accurately.
Dann
wird, wie es in 21 gezeigt ist, ein Siliziumoxidfilm 67 als
ein zweiter Isolationsfilm auf dem Siliziumnitridfilm 64 ausgebildet,
der die Polysiliziumfilme 66 beinhaltet.Then, as it is in 21 is shown, a silicon oxide film 67 as a second insulating film on the silicon nitride film 64 formed, the polysilicon films 66 includes.
Weiterhin
wird, wie es in 22 gezeigt ist, ein Polysiliziumfilm 68 als
ein Befestigungsfilm auf dem Siliziumoxidfilm 67 ausgebildet
und dann durch mechanisches Polieren abgeflacht.Furthermore, as it is in 22 is shown, a polysilicon film 68 as a fixing film on the silicon oxide film 67 trained and then flattened by mechanical polishing.
Dann
wird, wie es in 23 gezeigt ist, ein einkristallines
Siliziumsubstrat (Trägersubstrat) 69 als
ein zweites Halbleitersubstrat vorgesehen und an der abgeflachten
Oberfläche
des Polysiliziumfilms 68 angebracht.Then, as it is in 23 is shown, a single-crystal silicon substrate (carrier substrate) 69 as a second semiconductor substrate and on the flattened surface of the polysilicon film 68 appropriate.
Weiterhin
wird, wie es in 24 gezeigt ist, die geschichtete
Struktur, die in 23 gezeigt ist, auf den Kopf
gestellt und dann das Siliziumsubstrat 60 mechanisch auf
eine gegebene Dicke poliert. In diesem Fall erscheint, wenn das
Polieren bis zu einer Tiefe der Vertiefungen fortschreitet, die
durch Grabenätzen
ausgebildet sind, wie es in 17 gezeigt ist,
der Siliziumoxidfilm 62 derart, daß er die Härte beim Polieren ändert, so
daß das
Beenden eines Polierens einfach erfaßt werden kann.Furthermore, as it is in 24 Shown is the layered structure that is in 23 is shown turned upside down and then the silicon substrate 60 mechanically polished to a given thickness. In this case, when the polishing progresses to a depth of the recesses formed by trench etching, as shown in FIG 17 is shown, the silicon oxide film 62 such that it changes the hardness during polishing, so that the completion of polishing can be easily detected.
Nachfolgend
werden, wie es in 25 gezeigt ist, Schichtisolationsfilme 70 ausgebildet
und es wird durch Photolithographie und Trockenätzen ein Kontaktloch 71 ausgebildet.
Dann werden Siliziumnitridfilme 77 an gegebenen Bereichen
auf den Schichtisolationsfilmen 70 ausgebildet.Below are how it is in 25 is shown, layer insulation films 70 formed and it becomes a contact hole by photolithography and dry etching 71 educated. Then silicon nitride films 77 at given areas on the layer insulation films 70 educated.
Weiterhin
werden, wie es in 26 gezeigt ist, eine Aluminiumelektrode 72 und
dann Passivierungsfilme 73 durch Photolithographie ausgebildet.Furthermore, as it is in 26 is shown, an aluminum electrode 72 and then passivation films 73 formed by photolithography.
Schließlich wird,
wie es in 27 gezeigt ist, der Siliziumoxidfilm 62 durch Ätzen unter
Verwendung eines HF-Ätzmittels
entfernt, um zu bewirken, daß eine
Trägerstruktur 75,
die bewegliche Elektroden 74 aufweist, beweglich ist. Das
heißt,
gegebene Abschnitte des Siliziumoxidfilms 62 werden durch Opferschichtätzen unter
Verwendung des Ätzmittels derart
entfernt, daß das
Siliziumsubstrat 60 beweglich gemacht wird. In diesem Fall
wird ein Sublimationsmittel, wie zum Beispiel Para-Dichlorbenzol,
verwendet, um zu verhindern, daß die
beweglichen Abschnitte während
eines Trockenverfahrens nach einem Ätzen auf dem Substrat befestigt
werden.Finally, as it is in 27 is shown, the silicon oxide film 62 removed by etching using an HF etchant to cause a support structure 75 , the moving electrodes 74 has, is movable. That is, given portions of the silicon oxide film 62 are removed by sacrificial layer etching using the etchant so that the silicon substrate 60 is made movable. In this case, a sublimation agent such as para-dichlorobenzene is used to prevent the movable portions from being fixed on the substrate during a dry process after etching.
In
dem Schritt, in dem die gegebenen Abschnitte des Siliziumoxidfilms 62 durch
Opferschichtätzen
unter Verwendung des Ätzmittels
entfernt werden, um das Siliziumsubstrat 60 beweglich zu
machen, wird, da die Verankerungen 66c aus Polysilizium
bestehen, ein Ätzen
an den Verankerungen 66c gestoppt.In the step in which the given sections of the silicon oxide film 62 be removed by sacrificial layer etching using the etchant to the silicon substrate 60 to make movable, since the anchorages 66c made of polysilicon, an etching at the anchorages 66c stopped.
Das
heißt,
in diesem Ausführungsbeispiel besteht
die Opferschicht aus Siliziumoxid, bestehen die leitenden Filme
aus Polysilizium und wird das HF-Ätzmittel verwendet. Da Siliziumoxid
von dem HF-Ätzmittel
gelöst
wird, während
Polysilizium nicht von dem HF-Ätzmittel
gelöst
wird, ist es nicht notwendig, genau die Konzentration und die Temperatur
des HF-Ätzmittels
oder das Beenden eines Ätzens
zu steuern, so daß das
Herstellungsverfahren erleichtert werden kann.The
is called,
in this embodiment
the sacrificial layer of silicon oxide, pass the conductive films
made of polysilicon and the HF etchant is used. Because silica
from the HF etchant
solved
will, while
Polysilicon not from the HF etchant
solved
it is not necessary, exactly the concentration and the temperature
of the HF etchant
or completing an etch
to control, so that the
Manufacturing process can be facilitated.
Das
heißt,
wenn das SOI-Substrat verwendet wird, das in 42 gezeigt
ist, ändert
sich die Länge
des Trägers
ab hängig
von einer Ätzzeit
nach dem Opferschichtätzen.
Andererseits wird in diesem Ausführungsbeispiel
ein Ätzen
unberücksichtigt
einer Ätzzeit
beendet, wenn ein Ätzen
die Verankerung erreicht, so daß die
Länge des
Trägers
immer konstant wird. Somit kann die Federkonstante des Beschleunigungssensors
genau gesteuert werden.That is, when the SOI substrate is used, that in 42 is shown, the length of the carrier changes depending on an etching time after sacrificial layer etching. On the other hand, in this embodiment, etching is stopped regardless of an etching time when etching reaches the anchor, so that the length of the carrier always becomes constant. Thus, the spring constant of the acceleration sensor can be accurately controlled.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, kann der servogesteuerte
Beschleunigungssensor unter Verwendung des eingebetteten SOI-Substrats
und durch Ausbilden des Verdrahtungsmusters und der unteren Elektrode,
von denen alle durch die Isolatoren getrennt sind, ausgebildet werden.As
As previously described, the servo-controlled one can
Accelerometer using the embedded SOI substrate
and by forming the wiring pattern and the lower electrode,
all of which are separated by the insulators.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.below
the description will be made of a third embodiment of the present invention
Invention.
Das
dritte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun hier im weiteren Verlauf hauptsächlich bezüglich Unterschieden
gegenüber dem
vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung beschrieben.The
third embodiment
The present invention will now be discussed hereinafter mainly with respect to differences
compared to the
previous first embodiment of the
present invention described.
28 zeigt
eine Draufsicht eines servogesteuerten differenzkapazitiven Halbleiterbeschleunigungssensors
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In 1 wird die Masse 6 von
den Trägern 4 und 5 gehalten,
von denen sich jeder linear zwischen den entsprechenden zwei Verankerungen
ausdehnt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Träger 4 andererseits
lediglich von der Verankerung 3a gehalten, die an dem Mittelpunkt
des Trägers 4 vorgesehen
ist, und wird der Träger 5 lediglich
von der Verankerung 3b gehalten, die an dem Mittelpunkt
des Trägers 5 vorgesehen
ist. 28 shows a plan view of a servo-controlled differential capacitive semiconductor acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention. In 1 becomes the mass 6 from the carriers 4 and 5 each of which extends linearly between the corresponding two anchors. In this embodiment, the carrier 4 on the other hand, only from the anchorage 3a held at the center of the carrier 4 is provided, and becomes the carrier 5 only from the anchorage 3b held at the center of the carrier 5 is provided.
Bei
dieser Anordnung wird auch dann, wenn eine Druckspannung in dem
Film verbleibt, der die Trägerstruktur 2 ausbildet,
verhindert, daß die
Träger aufgrund
der verbleibenden Druckspannung gekrümmt werden. Weiterhin wird
auch dann, wenn eine Zugspannung in dem Film verbleibt, der die
Trägerstruktur 2 ausbildet,
verhindert, daß die
Federkonstante von einem Nennwert abweicht.With this arrangement, even if a compressive stress remains in the film, it becomes the support structure 2 prevents the carriers are curved due to the remaining compressive stress. Furthermore, even if a tensile stress remains in the film, it becomes the support structure 2 prevents the spring constant from deviating from a nominal value.
Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 29 bis 33. Hereinafter, the description will be made of a fourth embodiment of the present invention with reference to FIGS 29 to 33 ,
In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung an einem Gierwertsensor eines Erregertyps
angewendet, wobei zwei Trägerstrukturen
(bewegliche Strukturen) vorgesehen sind und gegenphasig zueinander
erregt werden, um eine Differenzerfassung durchzuführen.In
this embodiment
For example, the present invention is applied to a yaw rate sensor of an exciter type
applied, with two support structures
(Movable structures) are provided and in opposite phase to each other
be energized to perform a differential detection.
29 zeigt
eine Draufsicht eines Gierwertsensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, 30 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XXX-XXX in 29 genommen
ist, 31 zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie XXXI-XXXI in 29 genommen ist, und 32 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XXXII-XXXII in 29 genommen
ist. 29 shows a plan view of a yaw rate sensor according to the fourth embodiment of the present invention, 30 shows a sectional view taken along a line XXX-XXX in 29 taken, 31 shows a sectional view taken along a line XXXI-XXXI in 29 is taken, and 32 shows a sectional view taken along a line XXXII-XXXII in 29 taken.
In 30 sind
eine Trägerstruktur 81 und eine
Trägerstruktur 82 (siehe 29)
auf einem Substrat 80 nahe zueinander angeordnet. Die Trägerstrukturen 81 und 82 sind
beide aus einkristallinem Silizium (einem einkristallinen Halbleitermaterial) ausgebildet.
Die Trägerstruktur 81 wird
von vier Verankerungen 83a, 83b, 83c und 83d gehalten,
die von dem Substrat 80 hervorstehen, wobei sie mit einem gegebenen
Abstand von der Oberfläche
des Substrats 80 beabstandet ist. Die Verankerungen 83a bis 83d sind
jeweils aus Polysiliziumfilmen ausgebildet. Ein Träger 84 wird
zwischen den Verankerungen 83a und 83c gehalten,
während
ein Träger 85 zwischen den
Verankerungen 83b und 83d gehalten wird.In 30 are a carrier structure 81 and a support structure 82 (please refer 29 ) on a substrate 80 arranged close to each other. The carrier structures 81 and 82 Both are formed of single crystal silicon (a single crystal semiconductor material). The support structure 81 gets from four anchorages 83a . 83b . 83c and 83d held by the substrate 80 projecting, being at a given distance from the surface of the substrate 80 is spaced. The anchorages 83a to 83d are each formed of polysilicon films. A carrier 84 will be between the moorings 83a and 83c held while a carrier 85 between the anchorages 83b and 83d is held.
Eine
rechteckige Masse 86 wird weiterhin zwischen den Trägern 84 und 85 gehalten.
Die Masse 86 ist mit Durchgangslöchern 86a ausgebildet. Weiterhin
steht eine Anzahl von beweglichen Erregerelektroden 87 von
einer Seite (der linken Seite in 29) der
Masse 86 hervor. Die beweglichen Elektroden 87 sind
alle stabförmig
und dehnen sich parallel zueinander mit regelmäßigen Abständen dazwischen aus. Auf eine ähnliche
Weise steht eine Anzahl von beweglichen Erregerelektroden 88 von
der anderen Seite (der rechten Seite in 29) der
Masse 86 hervor. Die beweglichen Elektroden 88 sind
alle stabförmig
und dehnen sich parallel zueinander mit regelmäßigen Abständen dazwischen aus. Die Träger 84 und 85,
die Masse 86 und die beweglichen Elektroden 87 und 88 sind
nach einem teilweisen Entfernen einer Opferoxidschicht 89 durch Ätzen beweglich. Der
geätzte
Bereich ist durch die gestrichelte Linie Z2 in 29 gezeigt.A rectangular mass 86 will continue between the carriers 84 and 85 held. The crowd 86 is with through holes 86a educated. Furthermore, there are a number of movable exciter electrodes 87 from one side (the left side in 29 ) the crowd 86 out. The moving electrodes 87 are all rod-shaped and expand parallel to each other with regular intervals in between. In a similar way, there are a number of movable excitation electrodes 88 from the other side (the right side in 29 ) the crowd 86 out. The moving electrodes 88 are all rod-shaped and expand parallel to each other with regular intervals in between. The carriers 84 and 85 , the crowd 86 and the movable electrodes 87 and 88 are after a partial removal of a sacrificial oxide layer 89 movable by etching. The etched area is indicated by the dashed line Z2 in FIG 29 shown.
Wie
es vorhergehend beschrieben worden ist, weist die Trägerstruktur 81 die
zwei kammförmigen
beweglichen Elektroden, das heißt,
die beweglichen Elektroden 87 als die ersten beweglichen
Elektroden und die beweglichen Elektroden 88 als die zweiten
beweglichen Elektroden, auf.As previously described, the support structure has 81 the two comb-shaped movable electrodes, that is, the movable electrodes 87 as the first movable electrodes and the movable electrodes 88 as the second movable electrodes, on.
Da
die Trägerstruktur 82 die
gleiche Struktur wie die der Trägerstruktur 81 aufweist,
wird eine Erklärung
von ihr durch Zuweisen der gleichen Bezugszeichen zu den entsprechenden
Elementen weggelassen.Because the support structure 82 the same structure as that of the support structure 81 an explanation thereof is omitted by assigning the same reference numerals to the corresponding elements.
Auf
dem Substrat 80 sind kammförmige Elektroden 90, 91 und 92 als
feste Erregerelektroden angeordnet. Die kammförmige Elektrode 90 weist Stabelektroden 90a an
einer Seite von ihr auf. Die kammförmige Elektrode 91 weist
Stabelektroden 91a und 91b an beiden Seiten von
ihr auf. Die kammförmige
Elektrode 92 weist Stabelektroden 92a an einer Seite
von ihr auf. Die kammförmigen
Elektroden 90 bis 92 bestehen aus einkristallinem
Silizium. Die kammförmigen
Elektroden 90 bis 92 werden von Verankerungen 93, 94 bzw. 95 gehalten
und befestigt, welche von dem Substrat 80 hervorstehen.
Die Stabelektroden 90a und die kammförmige Elektrode 90 sind
derart angeordnet, daß sie
den jeweiligen entsprechenden beweglichen Elektroden 87 der
Trägerstruktur 81 gegenüberliegen.
Die Stabelektroden 91a der kammförmigen Elektrode 91 sind
derart angeordnet, daß sie
den jeweiligen entsprechenden beweglichen Elektroden 88 der
Trägerstruktur 81 gegenüberliegen.
Die Stabelektroden 91b der kammförmigen Elektrode 91 sind
derart angeordnet, daß sie
den jeweiligen entsprechenden beweglichen Elektroden 87 der
Trägerstruktur 82 gegenüberliegen.
Die Stabelektroden 92a der kammförmigen Elektrode 92 sind derart
angeordnet, daß sie
den jeweiligen entsprechenden beweglichen Elektroden 88 der
Trägerstruktur 82 gegenüberliegen.On the substrate 80 are comb-shaped electrodes 90 . 91 and 92 arranged as a fixed exciter electrodes. The comb-shaped electrode 90 has Stick electrodes 90a on one side of her. The comb-shaped electrode 91 has stick electrodes 91a and 91b on both sides of her. The comb-shaped electrode 92 has stick electrodes 92a on one side of her. The comb-shaped electrodes 90 to 92 consist of monocrystalline silicon. The comb-shaped electrodes 90 to 92 be from anchorages 93 . 94 respectively. 95 held and fixed, which of the substrate 80 protrude. The stick electrodes 90a and the comb-shaped electrode 90 are arranged so as to correspond to the respective respective movable electrodes 87 the support structure 81 are opposite. The stick electrodes 91a the comb-shaped electrode 91 are arranged so as to correspond to the respective respective movable electrodes 88 the support structure 81 are opposite. The stick electrodes 91b the comb-shaped electrode 91 are arranged so as to correspond to the respective respective movable electrodes 87 the support structure 82 are opposite. The stick electrodes 92a the comb-shaped electrode 92 are arranged so as to correspond to the respective respective movable electrodes 88 the support structure 82 are opposite.
In
diesem Ausführungsbeispiel
bildet die kammförmige
Elektrode 90 die ersten festen Erregerelektroden und bildet
die kammförmige
Elektrode 91 die zweiten festen Erregerelektroden.In this embodiment, the comb-shaped electrode forms 90 the first fixed excitation electrodes and forms the comb-shaped electrode 91 the second fixed excitation electrodes.
Wie
es in 29 gezeigt ist, ist an einem
Bereich des Substrats 80, der einem Abschnitt (hauptsächlich der
Masse 86) der Trägerstruktur 81 gegenüberliegt,
eine untere Elektrode (eine einen Gierwert erfassende feste Elektrode) 101 als
eine eine physikalische Größe erfassende
feste Elektrode angeordnet. Auf eine ähnliche Weise ist an einem
Bereich des Substrats 80, der einem Abschnitt (hauptsächlich der Masse 86)
der Trägerstruktur 82 gegenüberliegt,
eine untere Elektrode (eine einen Gierwert erfassende feste Elektrode) 102 als
eine eine physikalische Größe erfassende
feste Elektrode angeordnet. Ein erster Kondensator ist zwischen
der Trägerstruktur 81 und der
unteren Elektrode 101 definiert und ein zweiter Kondensator
ist zwischen der Trägerstruktur 82 und der
unteren Elektrode 102 definiert.As it is in 29 is shown at a portion of the substrate 80 , the one section (mainly the mass 86 ) of the support structure 81 opposite to a lower electrode (a yaw-detecting solid electrode) 101 is arranged as a physical size detecting solid electrode. In a similar way is at a region of the substrate 80 , the one section (mainly the mass 86 ) of the support structure 82 opposite to a lower electrode (a yaw-detecting solid electrode) 102 is arranged as a physical size detecting solid electrode. A first capacitor is between the support structure 81 and the lower electrode 101 defined and a second capacitor is between the support structure 82 and the lower electrode 102 Are defined.
Durch
Ausüben
elektrostatischer Kräfte
entgegengesetzter Phasen zwischen den beweglichen Elektroden 87 der
Trä gerstruktur 81 und
der kammförmigen
Elektrode 90 und zwischen den beweglichen Elektroden 88 der
Trägerstruktur 81 und
der kammförmigen
Elektrode 91 wird die Trägerstruktur 81 einer
erzwungenen Schwingung (Erregung) unterzogen. Auf eine ähnliche
Weise wird durch Ausüben elektrostatischer
Kräfte
entgegengesetzter Phasen zwischen den beweglichen Elektroden 87 der
Trägerstruktur 82 und
der kammförmigen
Elektrode 91 und zwischen den beweglichen Elektroden 88 der
Trägerstruktur 82 und
der kammförmigen
Elektrode 92 die Trägerstruktur 82 einer
erzwungenen Schwingung (Erregung) unterzogen. Während der Erregung können die
Gierwerte, die an den Trägerstrukturen 81 und 82 ausgeübt werden,
auf der Grundlage von Kapazitäten
Co der ersten und zweiten Kondensatoren, die zwischen der Trägerstruktur 81 und
der unteren Elektrode 101 und zwischen der Trägerstruktur 82 und
der unteren Elektrode 102 ausgebildet sind, erfaßt werden.By applying electrostatic forces of opposite phases between the movable electrodes 87 the carrier structure 81 and the comb-shaped electrode 90 and between the movable electrodes 88 the support structure 81 and the comb-shaped electrode 91 becomes the carrier structure 81 subjected to a forced vibration (arousal). In a similar manner, by applying electrostatic forces of opposite phases between the movable electrodes 87 the support structure 82 and the comb-shaped electrode 91 and between the movable electrodes 88 the support structure 82 and the comb-shaped electrode 92 the support structure 82 subjected to a forced vibration (arousal). During the arousal, the yaw values that attach to the support structures can 81 and 82 be exercised on the basis of capacitances Co of the first and second capacitors connected between the support structure 81 and the lower electrode 101 and between the support structure 82 and the lower electrode 102 are formed to be detected.
Wie
es in 30 gezeigt ist, weist das Substrat 80 eine
geschichtete Struktur auf, wobei ein Isolationsfilm 97 einer
unteren Schicht, leitende Filme 98 und ein Isolationsfilm 99 einer
oberen Schicht in der genannten Reihenfolge auf ein Siliziumsubstrat (Halbleitersubstrat) 96 geschichtet
sind. Anders ausgedrückt
ist eine geschichtete Struktur 100, die aus dem Isolationsfilm 97 einer
unteren Schicht, den leitenden Filmen 98 und dem Isolationsfilm 99 einer oberen
Schicht besteht, auf dem Siliziumsubstrat 96 angeordnet,
wobei die leitenden Filme 98 zwischen den Isolationsfilmen 97 und 99 eingebettet
sind. Der Isolationsfilm 97 einer unteren Schicht besteht
aus Siliziumoxid, während
der Isolationsfilm 99 einer oberen Schicht aus Siliziumnitrid
besteht. Die Isolationsfilme 97 und 99 sind durch
CVD oder dergleichen ausgebildet. Andererseits bestehen die leitenden
Filme 98 aus mit Störstellen
dotiertem Polysilizium.As it is in 30 is shown, the substrate has 80 a layered structure, wherein an insulation film 97 a lower layer, conductive films 98 and an isolation film 99 an upper layer in the order named onto a silicon substrate (semiconductor substrate) 96 are layered. In other words, it is a layered structure 100 coming from the isolation film 97 a lower layer, the conductive films 98 and the insulation film 99 an upper layer exists on the silicon substrate 96 arranged, wherein the conductive films 98 between the insulation films 97 and 99 are embedded. The isolation film 97 a lower layer is made of silicon oxide, while the insulating film 99 an upper layer of silicon nitride. The isolation films 97 and 99 are formed by CVD or the like. On the other hand, there are the conducting films 98 made of impurity doped polysilicon.
Die
leitenden Filme 98 bilden die unteren Elektroden 101 und 102 und
Verdrahtungsmuster 103 und 104 aus, die in 29 gezeigt
sind.The leading films 98 form the lower electrodes 101 and 102 and wiring pattern 103 and 104 out, in 29 are shown.
Wie
es in den 29 und 31 gezeigt
ist, sind Elektrodenverbindungsabschnitte 105 und 106 (elektrische
Verbindungsbauteile), die aus einkristallinem Silizium bestehen,
derart vorgesehen, daß sie von
Verankerungen 107 und 108 gehalten werden, die
von dem Substrat 80 hervorstehen.As it is in the 29 and 31 are shown are electrode connection sections 105 and 106 (Electrical connection components), which consist of monocrystalline silicon, provided such that they of anchors 107 and 108 held by the substrate 80 protrude.
Wie
es in 31 gezeigt ist, ist der Isolationsfilm 99 einer
oberen Schicht mit einer Öffnung 109 ausgebildet,
in welcher die Verankerung (das mit Störstellen dotierte Polysilizium) 107 angeordnet
ist. Demgemäß ist die
untere Elektrode 101 durch das Verdrahtungsmuster 103 und
weiterhin durch die Öffnung 109 und
die Verankerung (das mit Störstellen dotierte
Polysilizium) 107 elektrisch mit dem Elektrodenverbindungsabschnitt 105 verbunden.
Auf eine ähnliche
Weise ist die untere Elektrode 102 durch das Verdrahtungsmuster 104 und
weiterhin durch die Verankerung (das mit Störstellen dotierte Polysilizium) 108 elektrisch
mit dem Elektrodenverbindungsabschnitt 106 verbunden.As it is in 31 is shown is the insulation film 99 an upper layer with an opening 109 in which the anchoring (the impurity doped polysilicon) 107 is arranged. Accordingly, the lower electrode 101 through the wiring pattern 103 and continue through the opening 109 and anchoring (impurity doped polysilicon) 107 electrically connected to the electrode connection section 105 connected. In a similar way, the bottom electrode 102 through the wiring pattern 104 and further by the anchoring (the impurity doped polysilicon) 108 electrically connected to the electrode connection section 106 connected.
Wie
es in 29 gezeigt ist, befinden sich die
Verankerungen 93 bis 95 der kammförmigen Elektroden 90 bis 92 und
die Verankerungen 83a bis 83d der Trägerstrukturen 81 und 82 in
der Form von eingebetteten Bauteilen 110, die durch die
leitenden Filme 98 ausgebildet sind.As it is in 29 is shown, are the anchorages 93 to 95 the comb-shaped electrodes 90 to 92 and the anchorages 83a to 83d the support structures 81 and 82 in the form of embedded components 110 by the senior Movies 98 are formed.
Demgemäß ist das
Substrat 80 derart aufgebaut, daß die unteren Elektroden 101 und 102 und die
Verdrahtungsmuster 103 und 104, die aus Polysilizium
bestehen, unter den SOI-Schichten
eingebettet sind. Diese Struktur wird unter Verwendung des Oberflächenmikrobearbeitungsverfahrens
erzielt.Accordingly, the substrate 80 constructed such that the lower electrodes 101 and 102 and the wiring patterns 103 and 104 polysilicon embedded under the SOI layers. This structure is achieved by using the surface micromachining method.
Andererseits
werden, wie es in 32 gezeigt ist, Aluminiumfilmelektroden
(Verbindungsanschlußflächen) 111, 112 und 113 auf
den kammförmigen
Elektroden 90, 91 bzw. 92 vorgesehen.
Weiterhin werden Aluminiumfilmelektroden (Verbindungsanschlußflächen) 114 und 115 über den
Verankerungen 83a der Trägerstrukturen 81 bzw. 82 vorgesehen. Wie
es in 31 gezeigt ist, werden Aluminiumfilmelektroden
(Verbindungsanschlußflächen) 116 auf
den Elektrodenverbindungsabschnitten 105 bzw. 106 vorgesehen.
Auf den Elektrodenverbindungsabschnitten 105 und 106 werden
weiterhin Schichtisolationsfilme 118 und Siliziumnitridfilme 117 ausgebildet.On the other hand, as it is in 32 Shown is aluminum foil electrodes (connection pads) 111 . 112 and 113 on the comb-shaped electrodes 90 . 91 respectively. 92 intended. Furthermore, aluminum film electrodes (connection pads) 114 and 115 over the anchorages 83a the support structures 81 respectively. 82 intended. As it is in 31 are shown aluminum foil electrodes (connection pads) 116 on the electrode connection sections 105 respectively. 106 intended. On the electrode connection sections 105 and 106 continue to be Schichtisolationsfilme 118 and silicon nitride films 117 educated.
Unter
Verwendung der unteren Elektroden 101 und 102 und
der Verdrahtungsmuster 103 und 104, die alle durch
die Isolatoren getrennt sind, können
die Aluminiumfilmelektroden (Verbindungsanschlußflächen) 116 durch die
Oberfläche
des Substrats erzielt werden.Using the lower electrodes 101 and 102 and the wiring pattern 103 and 104 which are all separated by the insulators, the aluminum film electrodes (connection pads) can 116 can be achieved through the surface of the substrate.
Als
nächstes
wird hier im weiteren Verlauf eine Funktionsweise des derart aufgebauten
Gierwertsensors unter Bezugnahme auf 33 beschrieben.Next, an operation of the thus constructed yaw rate sensor will be described hereinbelow with reference to FIG 33 described.
Als
erstes werden Spannungen zwischen den kammförmigen Elektroden (festen Erregerelektroden) 90 bis 92 und
den beweglichen Erregerelektroden 87 und 88 angelegt,
um die Massen 86 der Trägerstrukturen 81 und 82 in
Richtungen Y in 29, die parallel zu der Oberfläche des
Substrats verlaufen, zum Schwingen zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird,
wenn ein Gieren Ω in
einer Richtung erzeugt wird, die parallel zu der Oberfläche des
Substrats und senkrecht zu den Schwingungsrichtungen (Richtungen
Y) verläuft,
eine Corioliskraft, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats verläuft, auf
die Massen 86 der Trägerstrukturen 81 und 82 ausgeübt (siehe 29).
Eine Verschiebung der Massen 86 der Trägerstrukturen 81 und 82,
die von der Corioliskraft bewirkt wird, wird als Änderungen
der Kapazitäten Co
erfaßt.First, voltages between the comb-shaped electrodes (fixed excitation electrodes) 90 to 92 and the movable excitation electrodes 87 and 88 created to the masses 86 the support structures 81 and 82 in directions Y in 29 , which are parallel to the surface of the substrate to vibrate. At this time, when yawing Ω is generated in a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the vibration directions (directions Y), a Coriolis force perpendicular to the surface of the substrate is applied to the masses 86 the support structures 81 and 82 exercised (see 29 ). A shift in the masses 86 the support structures 81 and 82 which is caused by the Coriolis force is detected as changes in the capacitances Co.
Eine
Corioliskraft fc hängt
von einer Masse m der Masse 86 der Trägerstruktur 81, 82,
einer Geschwindigkeit V einer Schwingung und einem Gieren Ω ab und
ist durch die folgende Gleichung gegeben: fc
= 2 mVΩ A Coriolis force fc depends on a mass m of mass 86 the support structure 81 . 82 , a velocity V of vibration and yaw Ω, and is given by the following equation: fc = 2 mVΩ
Während einer
Schwingung in den Richtungen, die parallel zu der Oberfläche des
Substrats verlaufen, beträgt
die Geschwindigkeit der Masse 86 der Trägerstruktur 81, 82 an
den festen Enden von ihnen 0 (Null), während sie in der Mitte von
ihnen maximal wird. Dies gilt ebenso für die Corioliskraft. Demgemäß beträgt eine
Verschiebung in den Richtungen, die senkrecht zu der Oberfläche des
Substrats verlaufen, an den festen Enden ebenso 0, während sie in
der Mitte maximal wird, so daß jede
Masse 86 ein Oval zeichnet. Durch Versetzen der Schwingungsphasen
der Massen 86 um 180° werden
die Verschiebungsrichtungen entgegengesetzt zueinander, so daß eine Differenzerfassung
ermöglicht
wird. Wenn lediglich eine der Massen 86 verwendet wird
(das heißt,
wenn die Differenzerregung nicht durchgeführt wird), können die
Corioliskraft und die Beschleunigung, die durch Schwingung oder
anderes bewirkt werden, nicht getrennt werden. Andererseits können durch
Durchführen
der Differenzerfassung Rauschkomponenten, die durch die Beschleunigung
verursacht werden, ausgelöscht
werden. Da die Corioliskraft im allgemeinen sehr klein ist, wird
der Effekt der Resonanz verwendet. Das heißt, zum Erhöhen der Geschwindigkeit V der
vorhergehenden Gleichung wird die Erregung jeder Masse 86 in
den Richtungen, die parallel zu der Oberfläche des Substrats verlaufen,
bei einer Resonanzfrequenz durchgeführt, um Amplituden zu vergrößern. Da
die Corioliskraft mit der gleichen Periode wie die der Schwingung
erzeugt wird, kann die Verschiebung, die durch die Corioliskraft
bewirkt wird, durch Einstellen der gleichen Resonanzfrequenz wie
die der Erregung in den Erfassungsrichtungen, die senkrecht zu der
Oberfläche des
Substrats verlaufen, erhöht
werden.During a vibration in the directions parallel to the surface of the substrate, the velocity of the mass is 86 the support structure 81 . 82 at the fixed ends of them 0 (zero), while in the middle of them becomes maximum. This also applies to the Coriolis force. Accordingly, a displacement in the directions perpendicular to the surface of the substrate at the fixed ends is also 0, while at the center it becomes maximum, so that each mass 86 an oval draws. By offsetting the vibration phases of the masses 86 by 180 °, the displacement directions are opposite to each other, so that differential detection is enabled. If only one of the masses 86 is used (that is, when the differential excitation is not performed), the Coriolis force and the acceleration caused by vibration or otherwise can not be separated. On the other hand, by performing the difference detection, noise components caused by the acceleration can be canceled out. Since the Coriolis force is generally very small, the effect of the resonance is used. That is, to increase the velocity V of the previous equation, the excitation of each mass becomes 86 in the directions that are parallel to the surface of the substrate, performed at a resonant frequency to increase amplitudes. Since the Coriolis force is generated at the same period as that of the vibration, the displacement caused by the Coriolis force can be increased by setting the same resonance frequency as that of the excitation in the detection directions perpendicular to the surface of the substrate.
Es
wird angenommen, daß die
Kapazitäten aufgrund
von Spaltänderungen,
die durch die Corioliskraft bewirkt werden, wie es in 33 gezeigt
ist, zu Co+ΔC
(erster Kondensator) und Co–ΔC (zweiter Kondensator)
geändert
werden. In diesem Fall ist fc∝2ΔC, wenn die
Spaltänderung
verglichen mit einem Anfangswert ausreichend klein ist, und somit
ist Ω∝2ΔC . Demgemäß kann das
Gieren auf der Grundlage von Änderungen
der zwei Kapazitäten
erfaßt werden.It is believed that the capacitances due to gap changes caused by the Coriolis force, as shown in FIG 33 is changed to Co + ΔC (first capacitor) and Co-ΔC (second capacitor). In this case, fcα2ΔC is when the gap change is sufficiently small as compared with an initial value, and thus Ωα2ΔC. Accordingly, the yawing can be detected based on changes of the two capacitances.
Der
Gierwertsensor, der vorhergehend beschrieben worden ist, kann auf
die gleiche Weise wie der des vorhergehenden ersten oder zweiten
Ausführungsbeispiels
hergestellt werden.Of the
Yaw sensor, which has been previously described, can open
the same way as the previous first or second
embodiment
getting produced.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
können die
folgenden Vorteile erzielt werden:
Die geschichtete Struktur 100 des
Isolationsfilms 97 einer unteren Schicht, der leitenden
Filme 98 und des Isolationsfilms 99 einer oberen
Schicht ist an dem oberen Abschnitt des Substrats 80 angeordnet.
Die leitenden Filme 98 bilden die untere Elektrode (eine eine
physikalische Größe erfassende
feste Elektrode) 101 (102) und das Verdrahtungsmuster 103 (104) für die untere
Elektrode aus. Über
die Öffnung 109, die
in dem Isolationsfilm 99 einer oberen Schicht ausgebildet
ist, ist die untere Elektrode 101 (102) durch das
Verdrahtungsmuster 103 (104) elektrisch mit dem
Elektrodenverbindungsabschnitt 105 (106) verbunden.
Auf diese Weise können
durch Anordnen der Isolationsfilme an dem oberen Abschnitt des Substrats 80 und
durch Einbetten der unteren Elektrode und des Verdrahtungsmusters
zwischen den Isolationsfilmen die Verdrahtung und die Elektrode,
die durch die Isolatoren getrennt sind, erzielt werden.According to this embodiment, the following advantages can be obtained:
The layered structure 100 of the insulation film 97 a lower layer, the conductive films 98 and the isolation film 99 an upper layer is at the upper portion of the substrate 80 arranged. The leading films 98 form the lower electrode (a physical size detecting solid electro de) 101 ( 102 ) and the wiring pattern 103 ( 104 ) for the lower electrode. About the opening 109 that in the isolation film 99 an upper layer is formed, the lower electrode 101 ( 102 ) through the wiring pattern 103 ( 104 ) electrically to the electrode connection portion 105 ( 106 ) connected. In this way, by arranging the insulating films at the upper portion of the substrate 80 and, by embedding the lower electrode and the wiring pattern between the insulating films, the wiring and the electrode separated by the insulators are obtained.
Unter
Verwendung des SOI-Substrats (eingebetteten SOI-Substrats), bei dem die eingebetteten
Filme (Polysilizium) als die unteren Elektroden 101 und 102 und
die Verdrahtung dafür
verwendet werden, können
die Elektroden und die Verdrahtung dafür, die durch die Isolatoren
getrennt sind, ausgebildet werden. Demgemäß kann verglichen mit einem Verwenden
der Störstellendiffusionsschicht 161 (einer
pn-Übergangstrennung),
die in 48 gezeigt ist, eine Verringerung
eines Übergangsleckstroms
erzielt werden. Insbesondere kann eine Verringerung eines Übergangsleckstroms
bei hohen Temperaturen erzielt werden.Using the SOI substrate (embedded SOI substrate) in which the embedded films (polysilicon) as the lower electrodes 101 and 102 and the wiring used therefor, the electrodes and the wiring therefor separated by the insulators can be formed. Accordingly, as compared with using the impurity diffusion layer 161 (a pn junction separation), which in 48 is shown, a reduction of a transient leakage current can be achieved. In particular, a reduction in transient leakage at high temperatures can be achieved.
Obgleich
die vorliegende Erfindung bezüglich
den bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern
kann auf verschiedene Weisen ausgebildet werden, ohne den Umfang
der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert
ist.Although
the present invention with respect
the preferred embodiments
has been described, the invention is not limited thereto, but
can be trained in different ways, without the scope
to leave the invention as defined in the appended claims
is.
Zum
Beispiel kann bei den vorhergehenden Beschleunigungssensoren das
Servosteuern durchgeführt
werden. Andererseits ist die vorliegende Erfindung ebenso an einem
solchen Sensor anwendbar, der eine Verschiebung als eine Änderung
einer Kapazität
erfaßt.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung ebenso an einem solchen
Halbleitersensor für eine
physikalische Größe anwendbar,
der eine andere physikalische Größe als eine
Beschleunigung und einen Gierwert, wie zum Beispiel eine Schwingung, erfaßt.To the
Example can be in the previous acceleration sensors the
Servo taxes carried out
become. On the other hand, the present invention is also on a
applicable to such a sensor, which is a shift as a change
a capacity
detected.
Furthermore, the present invention is also on such
Semiconductor sensor for one
physical size applicable,
a different physical size than one
Acceleration and a yaw value, such as a vibration detected.