DE3611969C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Schwingungs­ erfassungsstruktur gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Eine solche Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur ist aus der US-A-45 07 705 bekannt, bei der ein Siliciumsub­ trat vom N-Typ, eine auf dem Substrat gebildete Diffu­ sionsschicht vom P⁺ -Typ, eine auf der Diffusionsschicht angeordnete Oxidschicht vom P⁺-Typ und ein Ausleger vor­ gesehen sind, z. B. eine mit Bor dotierte Polysilicium­ schicht, die parallel in einem vorbestimmten Abstand zu der Oxidschicht verläuft, wobei ein Ende des Auslegers an der Oxidschicht befestigt ist.

Bei dieser Konstruktion wird ein veränderbarer Kondensa­ tor zwischen einem bewegbaren Bereich des Auslegers und den Diffusionsschichten vom P⁺ -Typ gebildet. Wenn mecha­ nische Schwingungen von außen auf die Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur wirken, beginnt der Ausleger zu schwingen und die Kapazität des verän­ derbaren Kondensators, der zwischen dem Ausleger und der Diffusionsschicht vom P⁺-Typ gebildet ist, ändert sich aufgrund der Abstandsänderung zwischen ihnen. Somit kön­ nen Schwingungen des Auslegers dadurch erfaßt werden, daß die Kapazitätsänderung erfaßt wird. Wenn bei diesem Fall die von außen wirkenden Schwingungen die Resonanz­ frequenz des Auslegers aufweisen, die auch durch dessen Länge bestimmt ist, schwingt der Ausleger am stärksten und eine große Kapazitätsänderung kann erfaßt werden, so daß der Schwingungsanteil, der im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz ist, mit hoher Empfindlichkeit er­ faßt werden kann.

Damit auch Schwingungen mit kleiner Schwingungsamplitude erfaßt werden können, kann die Kapazität des veränderba­ ren Kondensators, dessen eine Elektrode durch den Ausle­ ger gebildet wird, groß im Vergleich mit einer nur die Resonanzfrequenz erfassenden Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur gemacht werden. Dadurch läßt sich die Empfindlichkeit für Schwingungen außerhalb der Resonanzfrequenz und solche mit kleiner Schwingungsamplitude erhöhen. Wirkungsvoll läßt sich die Empfindlichkeit auch dadurch erhöhen, daß der Resonanz­ gütefaktor Q des Auslegers erhöht wird, indem dieser in einem Vakuum angeordnet wird.

Wenn der Ausleger durch von außen wirkende Schwingungen angeregt wird und die Schwingungsamplitude des Auslegers groß wird, neigt der bewegbare Abschnitt oder freie End­ abschnitt des Auslegers, der parallel zu der Oxidschicht des Halbleitersubstrats verläuft, dazu, stark in Schwin­ gung versetzt zu werden. Dabei besteht die Gefahr, daß der freie Endabschnitt des Auslegers an die Oberfläche der Oxidschicht anstößt und dann Schwingungen nicht län­ ger erfaßt werden können. Infolgedessen ist es bei einer solchen Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nicht möglich, einen großen Schwingungsbereich unter Einschluß von großen Schwingungsamplituden zu erfassen. Wenn hier der Abstand zwischen dem Ausleger und der Oxidschicht vergrößert wird, kann das Anstoßen des freien Endab­ schnitts des Auslegers gegen die Oxidschicht vermieden werden, selbst bei großen Schwingungsamplituden, jedoch ist es schwierig, Schwingungen mit geringen Schwingungs­ amplituden zu erfassen, wenn der Abstand zu stark erhöht wird.

Auch aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung 60-55 655 ist eine Halbleiter-Schwingungserfassungs­ struktur der gattungsgemäßen Art bekannt. Bei dieser Struktur ist der Ausleger aus einer Polysiliciumschicht gebildet, deren untere und obere Seite jeweils mit einer Nitridschicht überzogen ist. Eine ähnliche Halbleiter- Schwingungserfassungsstruktur ist auch aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung 59-38 621 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß ein großer Bereich mechanischer Schwingungen unterschiedlicher Schwingungsfrequenzen mit hoher Empfindlichkeit erfaßt werden kann, wobei selbst bei großen Schwingungsamplituden des Auslegers ein Anstoßen desselben an der Oberfläche des Halbleitersubstrats vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausleger nach und nach in Richtung zu dem freien En­ de des Auslegers von der Oberfläche des Halbleitersub­ trats fortgekrümmt ist.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung dadurch, daß der Ausleger nach und nach in Richtung zu seinem freien Ende von der Oberfläche des Substrats fortgebogen ist, erreicht, daß der Ausleger auch bei großen Schwingungsamplituden nicht an die Oberfläche des Substrats bzw. eine auf das Substrat aufgebrachte Oxidschicht anstößt. Gleichzeitig kann eine große Empfindlichkeit erreicht werden, da nicht der gesamte Abstand zwischen der Unterfläche des Auslegers und der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats bzw. der Oxidschicht vergrößert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer dieser Weiterbildungen weist der Ausleger wenigstens zwei Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Durch entsprechende Auswahl der Werkstoffe für die den Ausleger bildenden Schichten und deren Dicke lassen sich Ausleger mit der erwünschten Krümmung herstellen.

Wenn der Ausleger aus einer Halbleiterschicht, wie einer mit Nitridfilmschichten beschichteten Polysilicium­ schicht besteht, so lassen sich kleine Herstellungsto­ leranzen bei der Halbleiter-Schwingungserfassungs­ struktur erreichen. Ferner ist diese ausgezeichnet für eine Massenherstellung geeignet.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Krümmung des freien Endabschnitts des Auslegers durch die Dickenabmessung der oberen Ni­ tridfilmschicht bei konstanter Dickenabmessung der mit Bor dotierten Polysiliciumschicht und der unteren Nitrid­ schicht sowie konstanter Länge des Auslegers bestimmbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nä­ her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittdarstellung einer Halbleiter- Schwingungserfassungsstruktur gemäß einer Aus­ führungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 einen äquivalenten, elektrischen Schaltkreis der Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach Fig. 1,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwi­ schen der Länge und Krümmung des Auslegers, bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Frequenz der auf eine Halbleiter- Schwingungserfassungsstruktur gemäß Fig. 1 wirkenden Schwingungen und der von jener er­ haltenen Ausgangsspannung.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Halbleiter-Schwin­ gungserfassungsstruktur nach der Erfindung zeigt, welche auf einem Halbleitersubstrat 1 vom N-Typ aus Silicium herge­ stellt ist. Eine Vielzahl von Halbleiterdiffusionsschichten 3, 5, 7 und 9 vom P⁺-Typ ist auf dem Siliciumsubstrat 1 und eine einzige Halbleiterdiffusionsschicht 10 vom n⁺-Typ ist zwi­ schen den Schichten 3 und 5 vom p⁺-Typ ausgebildet. Eine Oxid­ schicht 11 ist auf der Oberfläche der Halbleiterschicht ausge­ bildet, die aus den p⁺-, n⁺-Diffusionsschichten und dem Sub­ strat vom N-Typ besteht.

Auf den Diffusionsschichten 5 und 10 vom p⁺-Typ bzw. n⁺-Typ ist ein Ausleger 13 oberhalb der Oxidschicht 11 vorgesehen. Ein Ende des Auslegers 13 ist auf der Oxidschicht 11 über den Dif­ fusionsschichten 5 und 10 befestigt, wobei dessen anderes Ende als ein freier Endabschnitt oder bewegbarer Abschnitt aus­ gebildet ist. Der Ausleger 13 ist gekrümmt und der Abstand zwischen der oberen Oberfläche der Oxidschicht 11 und der Un­ terfläche des Auslegers 13 nimmt in Richtung zum äußersten Rand des freien Endabschnittes zu derart, daß der Abstand bei der Wurzel des Auslegers a und der Abstand an dem äußersten freien Ende d ist.

Der Ausleger 13 umfaßt eine mit Bor dotierte Polysiliciumschicht 17, eine untere Nitridschicht 15, die auf der Unterfläche der Siliciumschicht 17 ausgebildet ist, und eine obere Nitridschicht 19, um das Krümmungsmaß des Auslegers 13 an dessen Oberfläche einzustellen, wobei die zwei Nitridschichten die Poly­ siliciumschicht 17 zwischen sich einschließen.

Die Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur weist auch eine Gate-Elektrode 21, eine Gate-Oxidschicht 23, eine Schutz­ schicht 25 und einen Aluminiumkontakt 27 auf. Bei dieser Schwin­ gungserfassungsstruktur stellen die Gate-Elektrode 21, die Gate- Oxidschicht 23 und die Diffusionsschichten 7 und 9 vom p⁺-Typ einen MOS-Transistor 33 insgesamt dar.

Die derart ausgestaltete Halbleiter-Schwingungserfassungs­ struktur weist drei unterschiedliche Funtkionsabschnitte auf. Ein erster Abschnitt ist ein veränderbarer Kondensatorabschnitt 29, der zwischen der länglichen Diffusionsschicht 3 vom p⁺-Typ und dem freien Endabschnitt der mit Bor dotierten Polysilicium­ schicht 17 gebildet wird, die mit den Nitridfilmschichten des Auslegers 13 beschichtet ist und der Diffusionsschicht 3 gegen­ überliegt; ein zweiter Abschnitt ist ein fester Kondensator­ abschnitt 31, der zwischen der Wurzel des Auslegers 13, die auf der Oxidschicht 11 befestigt ist und der Diffusions­ schicht 5 vom p⁺-Typ gebildet wird, die der Wurzel des Auslegers 13 gegenüberliegt; und ein dritter Abschnitt ist der MOS- Transistorabschnitt 33, der vorhergehend beschrieben wurde.

Der Ausleger 13 der Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Erfindung schwingt in der im wesentlichen zu der Ober­ fläche des Siliciumsubstrats 1 senkrechten Richtung. Wenn näm­ lich der freie Endabschnitt des Auslegers 13 durch irgendwel­ che Schwingungen von außen in Schwingung versetzt wird, ändert sich der Abstand zwischen dem Siliciumsubstrat 1 und dem Ausle­ ger 13, was eine Kapazitätsänderung bei dem veränderbaren Kondensatorabschnitt 29 in Übereinstimmung mit der Abstands­ änderung zwischen beiden bewirkt. In diesem Fall schwingt der Ausleger 13 am stärksten, wenn eine Schwingung mit einer Schwin­ gungsfrequenz, die gleich der Resonanzfrequenz des Auslegers 13 ist, angelegt wird, welche durch die Länge des Auslegers 13 bestimmt ist. Als Ergebnis hiervon können Schwingungen mit der Resonanzfrequenz mit der höchsten Empfindlichkeit mit der Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Erfindung erfaßt werden.

Fig. 2 zeigt einen elektrischen, äquivalenten Schaltkreis der Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Erfindung und den zugeordneten Operationsverstärker und eine Spannungsver­ sorgung.

In Fig. 2 weisen die Bauteile des äquivalenten Schaltkreises die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechend in Fig. 1 auf.

Der veränderbare und der feste Kondensator 29 bzw. 31 sind in Reihe miteinander verbunden und ein Ende des veränderbaren Kondensators 29 ist mit Masse und ein anderes Ende des festen Kondensators 31 ist mit einer Spannungsversorgung V _d verbunden, während der Verbindungspunkt der zwei Kondensatoren mit der Gate-Elektrode 21 des MOS-Transistors 33 verbunden ist. Die Drain des MOS-Transistors 33 ist mit Masse und dessen Source ist sowohl mit einer Konstantstromquelle 37 und einem Opera­ tionsverstärker 39 über eine Ausgangsklemme 35 verbunden. Ob­ gleich die Konstantstromquelle 37 und der Operationsverstär­ ker 39 in Fig. 1 nicht dargestellt sind, können sie einstückig bzw. integral auf dem gleichen Siliciumsubstrat 1 in Fig. 1 ausgebildet werden.

Bei der derart ausgebildeten Halbleiter-Schwingungserfassungs­ struktur nach der Erfindung liegt an dem Verbindungspunkt der zwei Kondensatoren 29 und 31, die in Reihe geschaltet sind, d. h. der Gate-Elektrode 21 des MOS-Transistors 33 eine unter­ teilte Spannung der Spannungsversorgung V an. Wenn eine mecha­ nische Schwingung von außerhalb an die Halbleiter-Schwingungs­ erfassungsstruktur angelegt wird, wird der Ausleger 13 durch die mechanische Schwingung in Schwingung versetzt. Da die Kapazität des veränderbaren Kondensators 29, der zwischen dem freien Ende des Auslegers 13 und dem Substrat 1 gebil­ det ist, durch die Schwingung verändert wird, wird auch die unterteilte Spannung, die an der Elektrode 21 des MOS-Tran­ sistors 33 anliegt, in Übereinstimmung mit der Kapazitäts­ änderung des veränderbaren Kondensators 29 verändert. Als Ergebnis hiervon wird die derart veränderte Spannung durch den MOS-Transistor 33 verstärkt und an den Eingang des Ope­ rationsverstärkers 39 über die Ausgangsklemmen 35 angelegt.

Infolgedessen stimmt die Änderung der Ausgangsspannung des MOS-Transistors 33 mit der an den Ausleger 13 von außen ange­ legten Schwingung überein. In diesem Fall schwingt, wenn die an dem Ausleger 13 angelegte Schwingungsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des Auslegers 13 ist, der Ausleger am stärk­ sten und dies wiederum bewirkt, daß sich die Kapazität des veränderbaren Kondensators 29 am stärksten ändert. Als Er­ gebnis hiervon wird die Ausgangsspannung des MOS-Transistors 33 am stärksten verändert, so daß eine große Ausgangsspannung erhalten wird.

Andererseits stößt, selbst wenn eine Schwingung mit einem relativ großen Schwingungspegel an den Ausleger 13 angelegt wird und das freie Ende des Auslegers 13 dadurch sehr stark in Schwingungen versetzt wird, das äußerste Ende des freien Endabschnittes oder der bewegbare Abschnitt des Auslegers 13 niemals an die Oberfläche der Oxidschicht 11 des Silicium­ substrats 1 an, da das freie Ende des Auslegers 13 in die sich von dem Siliciumsubstrat 1 fortweisende Richtung ge­ krümmt ist.

Die Krümmung des Auslegers 13 kann willkürlich dadurch geän­ dert werden, daß die Dicke der Nitridschicht 19 zum Einstel­ len der Krümmung verändert wird.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwi­ schen der Krümmung des Auslegers und der Länge des Auslegers 13, wobei die Dicke T _SN ein Parameter zum Einstellen der Krümmung ist. Die graphische Darstellung zeigt bei einer Dic­ ke der unteren Nitridschicht 15 von 49 nm und einer Dicke der mit Bor dotierten Polysiliciumschicht 17 des Auslegers 13 von 1,0 µm die Änderungen der Beziehung zwischen der Län­ ge und der Krümmung des Auslegers 13, wobei die Dicke der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung veränderbar ist und beispielsweise 54 nm, 63 nm und 77 nm betragen kann. Der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Krümmung umso stärker wird, je größer die Dicke der Nitridschicht 19 wird.

Wenn nämlich der Ausleger 13 mit dem bekannten chemischen Dampfniederschlagsverfahren ausgebildet wird, bleibt eine eigene Spannung in jeder Schicht zurück, die den Ausleger 13 bilden, und die Nitridschichten 15 und 19 bewirken eine Zugspannung auf die mit Bor dotierte Polysiliciumschicht 17.

Ferner werden andere Spannungen zwischen der Nitridschicht 15 und der mit Bor dotierten Polysiliciumschicht 17 und zwi­ schen der Polysiliciumschicht 17 und der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung aufgrund des Unterschiedes des Wärme­ ausdehnungskoeffizienten zwischen den Nitridschichten 15 und 19 und der mit Bor dotierten Polysiliciumschicht 17 erzeugt, wenn der Ausleger 13 von der Formungstemperatur wieder zu der Umgebungstemperatur zurückkehrt. Wenn infolgedessen die Dicke der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung des Auslegers 13 dicker als diejenige der Nitridschicht 15 aus­ gebildet wird, wird eine nach oben gerichtete, d. h. in die sich von dem Siliciumsubstrat 1 in Fig. 1 entfernende Richtung an dem Ausleger 13 hervorgerufen, mit dem Ergebnis, daß sich der Ausleger 13 in Fig. 1 nach oben krümmt.

Wenn die Krümmung des Auslegers 13 übermäßig groß gemacht wird, ergibt dies eine Beeinträchtigung der Erfassungsempfind­ lichkeit, während, wenn die Krümmung zu klein gemacht wird, das äußerste Ende des Auslegers 13 häufig an das Silicium­ substrat 1 anstößt. Demgemäß ist es für die Krümmung des Aus­ legers 13 erforderlich, diese auf einen notwendigen minima­ len Wert oder auf einen optimalen Wert einzustellen.

Als ein Beispiel soll angenommen werden, daß der Abstand a an dem Wurzelabschnitt des Auslegers 13 bei einer Länge von 450 µm einen Wert von 1 µm aufweist und die Resonanzfrequenz bei ungefähr 7 kHz gewählt ist. Es ist erforderlich, die Krümmung des Auslegers 13 so zu steuern bzw. einzustellen, daß der Abstand d zwischen dem äußersten Ende des freien Endabschnittes des Auslegers 13 und der Oxidschicht 11 unge­ fähr 30 µm betragen kann.

Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der an die Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Erfindung angelegten Schwingungsfrequenz und der an der Aus­ gangsklemme 35 hervorgerufenen Ausgangsspannung. Die graphi­ sche Darstellung zeigt die Kurve für den Fall, wenn unter Vakuum von 50 Pa Schwingungen innerhalb eines Frequenzbe­ reiches von 1 kHz bis 20 kHz und die Beschleunigung von 5 G an die Erfassungsstruktur angelegt werden, wobei die Spannung von der Spannungsversorgung V des Schaltkreises 12 Volt be­ trägt.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei einer Schwingungsfrequenz von 7 kHz die maximale Ausgangsspannung erhalten werden kann. Ferner wird eine Ausgangsspannung von ungefähr 6 mV pro 1 G an der Ausgangsklemme 35 abgegeben, so daß ein großer Schwin­ gungsbereich von weniger als 1 G bis zu 40 G erfaßt werden kann.

Ferner wird die Krümmung des Auslegers 13 durch eine Kombi­ nation der Nitridschicht 15, der mit Bor dotierten Poly­ siliciumschicht 17 und der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung bestimmt. In der Praxis jedoch werden, um den Ausleger zu bilden, die untere Nitridschicht 15 und die mit Bor dotierte Polysiliciumschicht 17 zuerst ausgebildet und dann muß die Dicke der Schicht 15 äußerst genau gemessen werden. Nachdem die Dicke der oberen Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung berechnet worden ist, wird die obere Nitridschicht 19 auf der Polysiliciumschicht 17 ausgebildet.

Um die Arbeitsweise bzw. den Betrieb bei den Auslegern der Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Erfindung gleich oder gleichförmig zu machen, ist es notwendig, die Krümmung des Auslegers 13 mit einer Genauigkeit in der Grö­ ßenordnung von ungefähr ±5 µm zu überwachen, wobei die Län­ ge des Auslegers 13 450 µm beträgt. Hierfür ist es erfor­ derlich, die Dicke jeder Nitridschicht 19 auf eine Streuung von weniger als 2 bis 3 Prozent zu begrenzen.

Zum Ausbilden der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krüm­ mung des Auslegers 13 ist bereits ein Verfahren vorgeschla­ gen worden, bei dem entweder die Anzahl der Wafer-Schichten, die zur gleichen Zeit aufwachsen sollen, bei der Herstellung der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung verringert wird, oder Nitridschichten 19 mit geringerer Streuung ge­ bildet werden, indem die Aufwachsbedingungen der Schichten strikt gesteuert oder überwacht werden.

Es wird jedoch bevorzugt, ein anderes Ätzverfahren zu ver­ wenden, bei dem die Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krüm­ mung des Auslegers zuerst mit einer Dicke von ungefähr 5 nm erzeugt und daraufhin die Dicke der Schicht genau ge­ messen wird, wobei das Ätzen der Schicht in erwärmter Phos­ phorsäure ausgeführt wird, bis sie bei genauer Steuerung der Ätzgeschwindigkeit eine vorbestimmte Dicke erreicht. Dieses Ätzverfahren ist fehlerfreier und die sich ergebende Dic­ ke der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung kann auf einen vorbestimmten Dickenwert genau gesteuert werden.

Demgemäß ermöglicht die Verwendung des vorbeschriebenen Ätz­ verfahrens Dickeschwankungen bei den Wafern der Nitrid­ schicht 19 klein zu halten. Als Ergebnis hiervon kann, selbst dann, wenn irgendwelche Streuungen bei vielen der Halbleiterprodukte vorliegen, die Nitridschicht 19 zum Ein­ stellen der Krümmung bei Verwendung des kostengünstigen, chemischen Dampfablagerungsverfahren mit dem anschließenden Verfahren bzw. Vorgang ausgebildet werden.

Ferner muß bei dem Fall, bei dem die Nitridschichten 15 und 19 eine Druckkraft auf die mit Bor dotierte Polysili­ ciumschicht 17 aufgrund unterschiedlicher Herstellungsver­ fahren zum Ausbilden des Auslegers 13 ausüben, die Dicke der Nitridschicht 19 zum Einstellen der Krümmung dünner als diejenige der Nitridschicht 15 ausgebildet werden.

Wie vorhergehend beschrieben, kann bei der Halbleiter-Schwin­ gungserfassungsstruktur nach der Erfindung der freie End­ abschnitt des Auslegers niemals an das Halbleitersubstrat selbst bei relativ großen angewandten Schwingungen anstoßen, da die Werkstoffe und die Dicke der Schichten, die den Aus­ leger bilden, in geeigneter Weise ausgewählt und gebildet bzw. hergestellt werden, so daß eine in sich von der Ober­ fläche des Halbleitersubstrats an dem freien Endabschnitt des Auslegers fortgerichtete Krümmung auftritt.

Die Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur nach der Er­ findung kann insbesondere Schwingungen innerhalb eines wei­ ten Bereiches von Schwingungsfrequenzen und Pegeln mit ho­ her Empfindlichkeit erfassen.

Da die Krümmung des Auslegers willkürlich bzw. beliebig dadurch gebildet werden kann, daß die Werkstoffe der den Ausleger bildenden Schichten und deren Dicke ausgewählt werden, können Ausleger mit einer geeigneten Krümmung und nahezu gleichförmiger Schwingungscharakteristik mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden. Dies ermög­ licht eine Massenherstellung in großem Umfang von Halb­ leiter-Schwingungserfassungsstrukturen, so daß Halbleiter- Schwingungsstrukturen bei geringen Kosten hergestellt werden können.

Claims (15)

1. Halbleiter-Schwingungserfassungsstruktur mit einem Halbleitersubstrat aus einem ersten Leitfähigkeitstyp, einer Vielzahl von in das Substrat diffundierten Halb­ leiterbereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der zu dem des Substrats entgegengesetzt ist, und einem Ausle­ ger, der einen über eine isolierte Schicht an dem Sub­ strat befestigten Wurzelabschnitt und einen bewegbaren Auslegerabschnitt aufweist, der von dem Wurzelabschnitt hervorsteht, wobei ein fester Kondensator aufgrund der isolierenden Schicht durch den Wurzelabschnitt des Aus­ legers und das Halbleitersubstrat und ein veränderbarer Kondensator von dem bewegbaren Auslegerabschnitt und dem Halbleitersubstrat gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (13) nach und nach in Richtung zu dem freien Ende des Auslegers (13) von der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) fortgekrümmt ist.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (13) wenigstens zwei Schichten mit unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (13) eine Halbleiterschicht (17), die von einer mit Bor dotierten Polysiliciumschicht gebildet ist, und zwei Nitridfilmschichten (15, 19) aufweist, von denen jeweils eine je eine der Oberflächen der Polysiliciumschicht (17) überdeckt.

4. Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsrichtung des freien Endabschnitts des Aus­ legers (13) durch die Beziehung zwischen den Dickenab­ messungen der mit Bor dotierten Polysiliciumschicht (17) und den Nitridfilmschichten (15, 19) bestimmbar ist.

5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des freien Endabschnitts des Auslegers (13) durch die Dickenabmessung der oberen Nitridfilmschicht (19) bei konstanter Dickenabmessung der mit Bor dotier­ ten Siliciumschicht (17) und der unteren Nitridschicht (15) sowie konstanter Länge (L) des Auslegers (13) be­ stimmbar ist.

6. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger beim Anwenden von Schwingungen, die im we­ sentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Auslegers (13) sind, beim stärksten Schwingen nahe zu der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats (1), welches mit ei­ ner Oxidschicht (11) beschichtet ist, auslenkbar ist, ohne diese zu berühren.

7. Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des freien Endabschnitts des Auslegers (13) gemäß einer bestimmten Funktion mit Zunahme der Dicken­ abmessung der oberen Nitridfilmschicht (19) zunimmt.

8. Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen der Unter­ fläche des Auslegers (13) bei dessen Wurzel und der obe­ ren Oberfläche einer auf das Halbleitersubstrat (1) auf­ gebrachten Oxidschicht (11) 1 µm, der Abstand (b) zwischen der Unterfläche des Auslegers (13) an seinem äußersten Ende und der Oberfläche der Oxidschicht (11) 30 µm und die Länge (L) des freien Endabschnitts des Auslegers (13) 450 µm betragen, wodurch Schwingungen im Bereich von 1 G-40 G erfaßbar sind.

9. Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Auslegers (13) ungefähr 7 kHz beträgt und bei dieser die maximale Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme einer in dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildeten MOS-Transistoreinrichtung (33) erhaltbar ist.

10. Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Operationsverstärkerschaltkreis (39 ) integral auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist.

11. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) vom ersten Leitfähigkeitstyp aus einem Halbleitermate­ rial vom N-Typ und die Halbleiterbereiche (3, 5, 7, 9) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus einem Halbleitermaterial vom P-Typ gebildet sind.

12. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schichten des Auslegers (13) eine niedergeschlagene Schicht ist.

13. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (13) als ein gerader Balken bei einer von der Benutzungstemperatur unterschiedlichen Tempera­ tur hergestellt worden ist.

14. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Schwingungserfas­ sungsstruktur mittels einer chemischen Vakuum-Bedampfungstechnik hergestellt ist.

15. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger eine obere (15) und eine untere (19) von dieser beabstandete Nitridschicht aufweist, wobei die Dickenabmessung der oberen Nitridschicht (15) größer als diejenige der unteren (19) ist.