JP2000028694A - マイクロマシニング磁界センサおよびその製造方法 - Google Patents
マイクロマシニング磁界センサおよびその製造方法Info
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来形の磁界センサの欠点である僅かな分解
能、僅かな感度、温度依存性の高いオフセット、あるい
は非常に高コストでしか製造できないことなど解消した
磁界センサを提供すること。 【解決手段】 基板上に弾性的に変位可能に懸架されて
いる導体路装置と、前記導体路装置に接続し該装置と共
に変位可能な第１のコンデンサプレート装置と、基板に
固定的に結合された第２のコンデンサプレート装置とを
有し、該第２のコンデンサプレート装置は、前記第１の
コンデンサプレート装置と共にコンデンサ装置を形成し
ており、さらに、前記導体路装置を通る所定の電流を伝
導し印加される磁界に依存して生じるコンデンサ装置の
キャパシタンス変化を検出するための、磁界検出装置を
有しているように構成する。
能、僅かな感度、温度依存性の高いオフセット、あるい
は非常に高コストでしか製造できないことなど解消した
磁界センサを提供すること。 【解決手段】 基板上に弾性的に変位可能に懸架されて
いる導体路装置と、前記導体路装置に接続し該装置と共
に変位可能な第１のコンデンサプレート装置と、基板に
固定的に結合された第２のコンデンサプレート装置とを
有し、該第２のコンデンサプレート装置は、前記第１の
コンデンサプレート装置と共にコンデンサ装置を形成し
ており、さらに、前記導体路装置を通る所定の電流を伝
導し印加される磁界に依存して生じるコンデンサ装置の
キャパシタンス変化を検出するための、磁界検出装置を
有しているように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシニン
グ磁界センサおよびその製造方法に関する。
グ磁界センサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術では種々のマイクロマシニング
磁界センサが公知である。このセンサは、電荷に作用す
るローレンツ力に基づいて電流と磁界の間の相互作用を
応力に変換している。磁界センサ構造に作用するこの応
力は、変位に結び付く。この変位は種々の方法によって
検出される。
磁界センサが公知である。このセンサは、電荷に作用す
るローレンツ力に基づいて電流と磁界の間の相互作用を
応力に変換している。磁界センサ構造に作用するこの応
力は、変位に結び付く。この変位は種々の方法によって
検出される。
【０００３】ここではまず従来技術の例として３つの揺
動型センサ構造を説明する。
動型センサ構造を説明する。
【０００４】第１の公知の磁界センサ構造は、共振型Ｓ
ｉＯ2ねじれ揺動構造である。これは例えば公知文献
“B.Eyre und K.S.J. Pister,Micromechanical Resonan
t Magnetic Sensor in Standard CMOS, Transducers 9
7,1997 Int. Conf.Solid-stateSensors and Actuators,
Chigago,16-19 Juni 1997”からも公知である。
ｉＯ2ねじれ揺動構造である。これは例えば公知文献
“B.Eyre und K.S.J. Pister,Micromechanical Resonan
t Magnetic Sensor in Standard CMOS, Transducers 9
7,1997 Int. Conf.Solid-stateSensors and Actuators,
Chigago,16-19 Juni 1997”からも公知である。
【０００５】この手段ではアルミニウム電流ループがト
ーション要素を介して懸架されている片持ち式のｓiＯ2
−揺動構造で実現されている。（磁界との相互作用によ
る）電磁的な励磁によって、揺動子の機械的共振周波数
で機械的なねじれ振動が生じる。振幅検出は圧電抵抗型
のホイートストーンブリッジ回路を介して行われる。構
造部（ＳiＯ2−Ａｌ）の高い減衰（ないしは高い減衰
値）によっては真空下で僅かな品質しか得られない。詳
細にはＱ＝１０の範囲の品質である。薄い支持層（例え
ばＳiＯ2）によれば、応力作用のもとで揺動構造の強い
結合が行われる。
ーション要素を介して懸架されている片持ち式のｓiＯ2
−揺動構造で実現されている。（磁界との相互作用によ
る）電磁的な励磁によって、揺動子の機械的共振周波数
で機械的なねじれ振動が生じる。振幅検出は圧電抵抗型
のホイートストーンブリッジ回路を介して行われる。構
造部（ＳiＯ2−Ａｌ）の高い減衰（ないしは高い減衰
値）によっては真空下で僅かな品質しか得られない。詳
細にはＱ＝１０の範囲の品質である。薄い支持層（例え
ばＳiＯ2）によれば、応力作用のもとで揺動構造の強い
結合が行われる。
【０００６】第２の公知の磁界センサ構造は、共振型の
単結晶ねじれ揺動構造である。これは例えば公知文献
“Z.Kadar,A.Bosshe und J. Mollinger,Integrated Rso
nant Magnetic-Field Sensor, Sensors and Actuators
A, 41-42,(1994),pp.66-69”から公知である。
単結晶ねじれ揺動構造である。これは例えば公知文献
“Z.Kadar,A.Bosshe und J. Mollinger,Integrated Rso
nant Magnetic-Field Sensor, Sensors and Actuators
A, 41-42,(1994),pp.66-69”から公知である。
【０００７】この磁界センサの構造は、トーションバー
を介して懸架されている単結晶の揺動構造部からなって
おり、その上にはアルミニウム導体路が被着されてい
る。ここでも機械的なねじれ振動の共振周波数を有する
交流電流が導体路を伝導する。その際揺動振幅（ねじれ
角度）が生じ、これが別個の電極を介して容量的に読み
出される。対抗電極は構造化された伝導層によって形成
され、これは切欠を備えたガラスキャップに被着され
る。共振方法および揺動子の僅かな構造的減衰によっ
て、可能な真空密閉とそれに伴う高い品質に基づいてい
わゆる磁界はｎＴ領域で測定可能である。前記文献から
はさらにセンサの大きな動的範囲が開示されている。容
量的な読取りに対してはフィードバック導体路と同期復
号器（搬送波周波数方式）が用いられる。実験室で実現
したセンサ手段の静的キャパシタンスは０.５ｐＦの範
囲にある。これに相応の製造プロセスは、複雑な（そし
て高価な）プロセスステップのために、安価な大量生産
に対しては全く適していない。この公開例からは、図示
の導体路交差がどのように実現されているかは明らかで
ない。
を介して懸架されている単結晶の揺動構造部からなって
おり、その上にはアルミニウム導体路が被着されてい
る。ここでも機械的なねじれ振動の共振周波数を有する
交流電流が導体路を伝導する。その際揺動振幅（ねじれ
角度）が生じ、これが別個の電極を介して容量的に読み
出される。対抗電極は構造化された伝導層によって形成
され、これは切欠を備えたガラスキャップに被着され
る。共振方法および揺動子の僅かな構造的減衰によっ
て、可能な真空密閉とそれに伴う高い品質に基づいてい
わゆる磁界はｎＴ領域で測定可能である。前記文献から
はさらにセンサの大きな動的範囲が開示されている。容
量的な読取りに対してはフィードバック導体路と同期復
号器（搬送波周波数方式）が用いられる。実験室で実現
したセンサ手段の静的キャパシタンスは０.５ｐＦの範
囲にある。これに相応の製造プロセスは、複雑な（そし
て高価な）プロセスステップのために、安価な大量生産
に対しては全く適していない。この公開例からは、図示
の導体路交差がどのように実現されているかは明らかで
ない。
【０００８】第３の公知の磁界センサ構造は、非共振型
の手段である。この場合揺動半部の上のシリコン揺動構
造が直流電流によって通流され（特に被着された導体路
なしで）、それが磁界によって相互作用されてローレン
ツ力を生成する。このローレンツ力はトーションモーメ
ントに変換され、これが揺動構造部をねじる。このねじ
れから生じた揺動面の容量変化が、深層にある対抗電極
にむけてキャパシタンス測定手段によって読み出され
る。
の手段である。この場合揺動半部の上のシリコン揺動構
造が直流電流によって通流され（特に被着された導体路
なしで）、それが磁界によって相互作用されてローレン
ツ力を生成する。このローレンツ力はトーションモーメ
ントに変換され、これが揺動構造部をねじる。このねじ
れから生じた揺動面の容量変化が、深層にある対抗電極
にむけてキャパシタンス測定手段によって読み出され
る。
【０００９】さらに材料の電磁的な効果に基づく磁界セ
ンサも存在する。
ンサも存在する。
【００１０】例えばホール効果の利用である。このホー
ル効果は、外部からの磁界の出現のもとでの電流の流れ
る導体路において現われる。電流の通流される材料に依
存して電子は、その移動方向に対して垂直な方向に変位
される。この変位によって導体路の両サイドの間で電位
差が生じる。この電位差がホール測定効果を表すもので
ある。このホールセンサに対しては以下に述べるような
欠点が挙げられる。
ル効果は、外部からの磁界の出現のもとでの電流の流れ
る導体路において現われる。電流の通流される材料に依
存して電子は、その移動方向に対して垂直な方向に変位
される。この変位によって導体路の両サイドの間で電位
差が生じる。この電位差がホール測定効果を表すもので
ある。このホールセンサに対しては以下に述べるような
欠点が挙げられる。
【００１１】非常に限られた分解能（通常の分解能限界
はｍＴ範囲にある）、制限された動特性、大きなオフセ
ット、測定効果における強い温度依存性。
はｍＴ範囲にある）、制限された動特性、大きなオフセ
ット、測定効果における強い温度依存性。
【００１２】材料の電磁的な効果に基づくさらなるセン
サは、磁気抵抗センサである。これは磁界の出現のもと
で電気抵抗の高まりによって特徴付けられるものである
（例えば公知文献“M.J.Caruso,Applications of Magne
toresistive Sensors in Navigation Systems, 1997 So
ciety of Automotive Engineers, Inc., Publ. #97060
2, pp 15-21）参照”。
サは、磁気抵抗センサである。これは磁界の出現のもと
で電気抵抗の高まりによって特徴付けられるものである
（例えば公知文献“M.J.Caruso,Applications of Magne
toresistive Sensors in Navigation Systems, 1997 So
ciety of Automotive Engineers, Inc., Publ. #97060
2, pp 15-21）参照”。
【００１３】またフラックスゲートセンサ（この場合は
通常センサとエレクトロニクスが１つのチップ上に設け
られ、典型的には９ｍＶ/μＴの高分解能を一部有して
いる）が、例えば公知文献“R.Gottfried-Gttfried.W.B
udde, R Jaehne, H.Kueck, B. Sauer, S. Ulbricht und
U. Wende, A Miniaturized Magnetic-Field SensorSys
tem Consisting of A Planar Fluxgate Sensor and A C
MOS Readout Circuitry, Sensors and Actuators A54
(1996), pp. 443-447”に開示されている。
通常センサとエレクトロニクスが１つのチップ上に設け
られ、典型的には９ｍＶ/μＴの高分解能を一部有して
いる）が、例えば公知文献“R.Gottfried-Gttfried.W.B
udde, R Jaehne, H.Kueck, B. Sauer, S. Ulbricht und
U. Wende, A Miniaturized Magnetic-Field SensorSys
tem Consisting of A Planar Fluxgate Sensor and A C
MOS Readout Circuitry, Sensors and Actuators A54
(1996), pp. 443-447”に開示されている。
【００１４】前述した公知例での欠点として挙げられる
事実は、これらの磁界センサが僅かな分解能かないしは
僅かな感度しか有してなく、温度依存性の高いオフセッ
トを有しあるいは非常に高コストでしか製造できないこ
となどである。
事実は、これらの磁界センサが僅かな分解能かないしは
僅かな感度しか有してなく、温度依存性の高いオフセッ
トを有しあるいは非常に高コストでしか製造できないこ
となどである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
したような公知技術における欠点に鑑みこれを解消すべ
く改善を行うことである。
したような公知技術における欠点に鑑みこれを解消すべ
く改善を行うことである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、基板上に弾性的に変位可能に懸架されている導体路
装置と、前記導体路装置に接続し該装置と共に変位可能
な第１のコンデンサプレート装置と、基板に固定的に結
合された第２のコンデンサプレート装置とを有し、該第
２のコンデンサプレート装置は、前記第１のコンデンサ
プレート装置と共にコンデンサ装置を形成しており、さ
らに、前記導体路装置を通る所定の電流を伝導し印加さ
れる磁界に依存して生じるコンデンサ装置のキャパシタ
ンス変化を検出するための、磁界検出装置を有している
ように構成されて解決される。
り、基板上に弾性的に変位可能に懸架されている導体路
装置と、前記導体路装置に接続し該装置と共に変位可能
な第１のコンデンサプレート装置と、基板に固定的に結
合された第２のコンデンサプレート装置とを有し、該第
２のコンデンサプレート装置は、前記第１のコンデンサ
プレート装置と共にコンデンサ装置を形成しており、さ
らに、前記導体路装置を通る所定の電流を伝導し印加さ
れる磁界に依存して生じるコンデンサ装置のキャパシタ
ンス変化を検出するための、磁界検出装置を有している
ように構成されて解決される。
【００１７】本発明が基礎としている考察は、ローレン
ツ力によって引き起こされるセンサ構造の移動が容量的
に有利には櫛形の電極を介して検出されることである。
この場合、ローレンツ力が利用される限り、（片持ち式
の）電気的導体路に印加される電流と外部から印加され
る磁界によって、片持ち式の構造部の横方向の移動が引
き起こされる。
ツ力によって引き起こされるセンサ構造の移動が容量的
に有利には櫛形の電極を介して検出されることである。
この場合、ローレンツ力が利用される限り、（片持ち式
の）電気的導体路に印加される電流と外部から印加され
る磁界によって、片持ち式の構造部の横方向の移動が引
き起こされる。
【００１８】固定された櫛形電極（固定された櫛形構造
部）と可動式の櫛形電極（可動の櫛形構造部の適用によ
り（これらは有利には公知の表面シリコンマイクロマシ
ニング技術いより製造される）、動きに依存した容量変
化の生成が可能となる。
部）と可動式の櫛形電極（可動の櫛形構造部の適用によ
り（これらは有利には公知の表面シリコンマイクロマシ
ニング技術いより製造される）、動きに依存した容量変
化の生成が可能となる。
【００１９】櫛形の配置構成は、移動方向に対して平行
または垂直（ないしは導体路装置に対して垂直または平
行）に行われてもよい。この櫛形構造部は、統一的な電
位を有しており、これは動きからの電気的なキャパシタ
ンスの読取りを著しく容易にさせる。そのような解決手
段はこれまでには知られていない。というのも公知の全
ての解決手段では、可動電極が、位置に依存した電位を
有していたからである。
または垂直（ないしは導体路装置に対して垂直または平
行）に行われてもよい。この櫛形構造部は、統一的な電
位を有しており、これは動きからの電気的なキャパシタ
ンスの読取りを著しく容易にさせる。そのような解決手
段はこれまでには知られていない。というのも公知の全
ての解決手段では、可動電極が、位置に依存した電位を
有していたからである。
【００２０】付加的な有利には柔軟なバネによって、前
記電位はタップ可能であり、例えば電気的な制御に対し
て利用できる。
記電位はタップ可能であり、例えば電気的な制御に対し
て利用できる。
【００２１】センサ運動の容量的検出の際に容量的な測
定手法によって、固定された櫛形電極と可動性の櫛形電
極の間で、間隔変化が電気的な信号に変換され、ないし
は可動電極と固定電極の間の表面被覆度が容量変化に結
び付けられる。振幅信号の容量的な読出しによって、比
較的僅かな温度特性と僅かな温度ヒステリシスが期待さ
れる。
定手法によって、固定された櫛形電極と可動性の櫛形電
極の間で、間隔変化が電気的な信号に変換され、ないし
は可動電極と固定電極の間の表面被覆度が容量変化に結
び付けられる。振幅信号の容量的な読出しによって、比
較的僅かな温度特性と僅かな温度ヒステリシスが期待さ
れる。
【００２２】静的な及び動的な、特に共振モード用のセ
ンサの適用により、センサ構造部の変位が磁界中の直流
電流または交流電流を用いて可能となり、一方のケース
では静的な変位が生じ、他方の場合は揺動が生じる。差
動式キャパシタンス測定方法と結び付けられた動的な作
動モードでは、横方向加速度が機械的な共振周波数に応
じて無視できる。
ンサの適用により、センサ構造部の変位が磁界中の直流
電流または交流電流を用いて可能となり、一方のケース
では静的な変位が生じ、他方の場合は揺動が生じる。差
動式キャパシタンス測定方法と結び付けられた動的な作
動モードでは、横方向加速度が機械的な共振周波数に応
じて無視できる。
【００２３】さらに揺動品質の向上とそれに伴う感度の
向上のために、動的モードに対する真空密閉の手段があ
る。真空の雰囲気のもとでの共振モードは、静的な測定
手法に比べて、明らかに向上された感度を許容する（共
振増幅による比較的高い品質での高い揺動振幅）。交流
電流の代わりに構造部を通して直流電流を送出すること
も可能である。そのため交流の磁場が検出され得る。
向上のために、動的モードに対する真空密閉の手段があ
る。真空の雰囲気のもとでの共振モードは、静的な測定
手法に比べて、明らかに向上された感度を許容する（共
振増幅による比較的高い品質での高い揺動振幅）。交流
電流の代わりに構造部を通して直流電流を送出すること
も可能である。そのため交流の磁場が検出され得る。
【００２４】請求項１の特徴部分に記載の本発明による
マイクロマシニング磁界センサは公知手段に比べて特に
次のような利点を有する。すなわちそれが高い磁界分解
能を有し（詳細にはμＴ領域）、僅かな構造サイズしか
有さず、標準的な表面マイクロマシニング製造過程にお
いて低コストに製造可能なことである。
マイクロマシニング磁界センサは公知手段に比べて特に
次のような利点を有する。すなわちそれが高い磁界分解
能を有し（詳細にはμＴ領域）、僅かな構造サイズしか
有さず、標準的な表面マイクロマシニング製造過程にお
いて低コストに製造可能なことである。
【００２５】大量生産工程は、櫛形構造部を有する加速
度センサの製造から周知の工程である。表面マイクロマ
シニング技術の適用、特に厚いエピポリ層を伴う大量生
産工程の適用によって、堅固なセンサ構造が可能にな
る。これは横方向の感度を抑えることが達成できる。そ
の上さらに、表面マイクロマシニング技術によって三重
ウエハ構造（これは例えば公知文献“Z.Kadar, A.Bossc
he und J.Mollinger, Integrated Resonant Magnetic-F
ield Sensor, Sensors and Actuators A, 41-42,(199
4)”から公知である）の代わりに二重ウエハ構造（セン
サとキャップ）が可能である。
度センサの製造から周知の工程である。表面マイクロマ
シニング技術の適用、特に厚いエピポリ層を伴う大量生
産工程の適用によって、堅固なセンサ構造が可能にな
る。これは横方向の感度を抑えることが達成できる。そ
の上さらに、表面マイクロマシニング技術によって三重
ウエハ構造（これは例えば公知文献“Z.Kadar, A.Bossc
he und J.Mollinger, Integrated Resonant Magnetic-F
ield Sensor, Sensors and Actuators A, 41-42,(199
4)”から公知である）の代わりに二重ウエハ構造（セン
サとキャップ）が可能である。
【００２６】本発明による磁界センサのさらなる利点
は、センサ構造部の横方向の運動を与えることができ、
高品質と共に感度の向上も併せ持つ共振モードの実施が
できることである。
は、センサ構造部の横方向の運動を与えることができ、
高品質と共に感度の向上も併せ持つ共振モードの実施が
できることである。
【００２７】本発明の別の有利な実施例および改善例は
従属請求項に記載されている。
従属請求項に記載されている。
【００２８】本発明の別の有利な構成例によれば、導体
路装置は、第１の方向に延在する細長の第１のバーを有
しており、該第１のベースバーの端部は、基板上の各バ
ネ装置に、実質的に第２の方向にのみ弾性的に変位可能
に懸架される。これにより、評価の際には第２の方向の
応力のみを考慮するだけでよくなる。
路装置は、第１の方向に延在する細長の第１のバーを有
しており、該第１のベースバーの端部は、基板上の各バ
ネ装置に、実質的に第２の方向にのみ弾性的に変位可能
に懸架される。これにより、評価の際には第２の方向の
応力のみを考慮するだけでよくなる。
【００２９】別の有利な実施例によれば、前記導体路装
置は、細長の第２および第３のバーを有しており、これ
らのバーは、相対抗する方向で第１のバーから実質的に
垂直に分岐して基板上で延在し、有利には導体路装置か
らの分岐点の統一された電位を有している。この第２お
よび第３のバーは有利には、可動の第１のコンデンサプ
レート装置の固定に用いられる。相対向する分岐は、可
動の第１のコンデンサプレート装置のコンデンサプレー
トを実質的に全て同じ電位におくことを可能にする。
置は、細長の第２および第３のバーを有しており、これ
らのバーは、相対抗する方向で第１のバーから実質的に
垂直に分岐して基板上で延在し、有利には導体路装置か
らの分岐点の統一された電位を有している。この第２お
よび第３のバーは有利には、可動の第１のコンデンサプ
レート装置の固定に用いられる。相対向する分岐は、可
動の第１のコンデンサプレート装置のコンデンサプレー
トを実質的に全て同じ電位におくことを可能にする。
【００３０】さらに別の有利な実施例によれば、前記第
１のコンデンサプレート装置は、多数のバーを有してお
り、これらは前記第２、第３のバーから分岐して実質的
に第１のバーに対して並列かまたは垂直に基板上で延在
している。
１のコンデンサプレート装置は、多数のバーを有してお
り、これらは前記第２、第３のバーから分岐して実質的
に第１のバーに対して並列かまたは垂直に基板上で延在
している。
【００３１】別の有利な実施例によれば、前記第２およ
び/または第３のバーの、第１のバーから離れている側
の端部が基板上で懸架されており、この懸架を介してそ
こからの電位がピックアップ可能であり、この場合有利
には統一された電位が与えられる。この電位のピックア
ップは、導体路装置のリード導体における電位を介して
櫛形構造部の電位のコントロールないし制御を可能にす
る。
び/または第３のバーの、第１のバーから離れている側
の端部が基板上で懸架されており、この懸架を介してそ
こからの電位がピックアップ可能であり、この場合有利
には統一された電位が与えられる。この電位のピックア
ップは、導体路装置のリード導体における電位を介して
櫛形構造部の電位のコントロールないし制御を可能にす
る。
【００３２】別の有利な実施例によれば、前記第２のコ
ンデンサプレート装置は、多数のバーを有しており、そ
れらの一方の端部は基板に固定されており、さらにそれ
らは第１のコンデンサプレート装置と共に差動コンデン
サ装置を形成するように配設されている。これにより、
加速度センサ技術から公知の手法または変調型の差動キ
ャパシタンス手法が評価に用いられる。
ンデンサプレート装置は、多数のバーを有しており、そ
れらの一方の端部は基板に固定されており、さらにそれ
らは第１のコンデンサプレート装置と共に差動コンデン
サ装置を形成するように配設されている。これにより、
加速度センサ技術から公知の手法または変調型の差動キ
ャパシタンス手法が評価に用いられる。
【００３３】別の有利な実施例によれば、前記磁界検出
装置は、前記導体路装置を通る直流電流を伝導し印加さ
れる磁界を静的キャパシタンス変化を介して検出するよ
うに、構成される。
装置は、前記導体路装置を通る直流電流を伝導し印加さ
れる磁界を静的キャパシタンス変化を介して検出するよ
うに、構成される。
【００３４】さらに別の有利な実施例によれば、前記磁
界検出装置は、前記導体路装置を通る有利には変位可能
な構成要素の機械的固有周波数を有する交流電流を伝導
し印加される磁界を動的キャパシタンス変化を介して検
出するように、構成される。この手法は比較的高い分解
能（特に共振周波数のもとで）と、静的な障害作用の消
去とを可能にする。
界検出装置は、前記導体路装置を通る有利には変位可能
な構成要素の機械的固有周波数を有する交流電流を伝導
し印加される磁界を動的キャパシタンス変化を介して検
出するように、構成される。この手法は比較的高い分解
能（特に共振周波数のもとで）と、静的な障害作用の消
去とを可能にする。
【００３５】別の有利な実施例によれば、前記導体路装
置の細長の第１のバー上に少なくとも１つの伝導層、例
えばドーピングされたエピタキシャルポリシリコン層ま
たはアルミニウム層が析出される。これは導体路装置の
抵抗のコントロールされた設定性の利点をもたらす。
置の細長の第１のバー上に少なくとも１つの伝導層、例
えばドーピングされたエピタキシャルポリシリコン層ま
たはアルミニウム層が析出される。これは導体路装置の
抵抗のコントロールされた設定性の利点をもたらす。
【００３６】さらに別の有利な実施例によれば、周辺基
板上に電流較正ループが設けられており、該ループを介
して較正された磁界が印加可能である。相応の基準測定
によって、温度の影響または障害的な磁界が消去可能で
ある。
板上に電流較正ループが設けられており、該ループを介
して較正された磁界が印加可能である。相応の基準測定
によって、温度の影響または障害的な磁界が消去可能で
ある。
【００３７】本発明による有利な製造方法は、請求項１
４に記載されている。
４に記載されている。
【００３８】
【発明の実施の形態】次に本発明を図面に基づき以下の
明細書で詳細に説明する。なお図中同じ構成部材ないし
は同じ機能を有する構成部材には同じ符号が付されてい
る。
明細書で詳細に説明する。なお図中同じ構成部材ないし
は同じ機能を有する構成部材には同じ符号が付されてい
る。
【００３９】図１は本発明によるマイクロマシニング磁
界センサの第１実施形態の概略的平面図であり、図２は
相応の概略的斜視図である。
界センサの第１実施形態の概略的平面図であり、図２は
相応の概略的斜視図である。
【００４０】図１ないし図２において示されている符号
１０,２０はリード導体、符号３０,４０はバネ装置、符
号３５,４５は固定部、符号５０は第１の第１のバーの
形態の導体路装置、符号５５ａ,５５ｂは第２ないし第
３のバー、符号５５ｃは第４のバー、符号５６,５７は
可動コンデンサプレート、符号６０,６５,７０,７５は
固定されたコンデンサプレートに対する電気的な接続端
子、符号６１,６６,７１,７６は固定されたコンデンサ
プレート、符号８０はバネ装置、符号９０は電気的接続
端子、符号９５は固定部、符号１００はシリコン基板、
符号１１０は二酸化珪素からなる第１の絶縁層、符号１
２０は、埋め込まれたポリシリコンからなる第１の導体
層、符号１３０はエピタキシャルポリシリコンからなる
第２の導体層を示し、符号Ｘ，Ｙ，Ｚは方向を示し、符
号Δｙは変位を表し、符号Ａ，Ａ′は図３に関する図面
での断面方向を示している。
１０,２０はリード導体、符号３０,４０はバネ装置、符
号３５,４５は固定部、符号５０は第１の第１のバーの
形態の導体路装置、符号５５ａ,５５ｂは第２ないし第
３のバー、符号５５ｃは第４のバー、符号５６,５７は
可動コンデンサプレート、符号６０,６５,７０,７５は
固定されたコンデンサプレートに対する電気的な接続端
子、符号６１,６６,７１,７６は固定されたコンデンサ
プレート、符号８０はバネ装置、符号９０は電気的接続
端子、符号９５は固定部、符号１００はシリコン基板、
符号１１０は二酸化珪素からなる第１の絶縁層、符号１
２０は、埋め込まれたポリシリコンからなる第１の導体
層、符号１３０はエピタキシャルポリシリコンからなる
第２の導体層を示し、符号Ｘ，Ｙ，Ｚは方向を示し、符
号Δｙは変位を表し、符号Ａ，Ａ′は図３に関する図面
での断面方向を示している。
【００４１】図１および図２による実施例は、対称性を
備え機能的に孔あけされた揺動構造部を有しており、こ
れの構造部は２つの端部でバネ装置３０，４０を介して
可動に懸架されている。
備え機能的に孔あけされた揺動構造部を有しており、こ
れの構造部は２つの端部でバネ装置３０，４０を介して
可動に懸架されている。
【００４２】この孔あけされた構造部は、導体路形状の
第１のバー５０（導体路装置）からなり、これはバネ装
置３０,４０と、当該第１のバー５０中央から分岐して
いる第２および第３のバー５５ａ,５５ｂとの間に存在
している。第２および第３のバー５５ａ，５５ｂはそこ
から分岐している櫛形で可動の第１コンデンサプレート
櫛形構造部５６,５７を有している。
第１のバー５０（導体路装置）からなり、これはバネ装
置３０,４０と、当該第１のバー５０中央から分岐して
いる第２および第３のバー５５ａ,５５ｂとの間に存在
している。第２および第３のバー５５ａ，５５ｂはそこ
から分岐している櫛形で可動の第１コンデンサプレート
櫛形構造部５６,５７を有している。
【００４３】揺動構造部は、バネ装置３０,４０を介し
て機械的に第１の導体層１２０と第１の絶縁層１１０
（例えば熱的酸化物など）を介してＳｉ基板１００に接
続されている。この場合は第１の導体層１２０に施され
ているリード導体１０,２０に対し電気的な接続が生じ
る。バネ装置３０,４０（これらはここでは曲折した形
状で示されているがその他の幾何学的形状を有すること
も可能である）は次のように構成される。すなわちそれ
らがｙ軸方向で比較的柔軟な懸架状態を示すように構成
される。別の側では揺動構造部がｘ軸方向ないしｚ軸方
向でバネ素子の剛性的構造によって変位しにくくされて
いる。
て機械的に第１の導体層１２０と第１の絶縁層１１０
（例えば熱的酸化物など）を介してＳｉ基板１００に接
続されている。この場合は第１の導体層１２０に施され
ているリード導体１０,２０に対し電気的な接続が生じ
る。バネ装置３０,４０（これらはここでは曲折した形
状で示されているがその他の幾何学的形状を有すること
も可能である）は次のように構成される。すなわちそれ
らがｙ軸方向で比較的柔軟な懸架状態を示すように構成
される。別の側では揺動構造部がｘ軸方向ないしｚ軸方
向でバネ素子の剛性的構造によって変位しにくくされて
いる。
【００４４】可動な導体路装置５０も、それに結び付け
られるコンデンサプレート櫛形構造部５６,５７も、ゆ
がみやねじれに十分対抗できるように剛性的に設計され
る。
られるコンデンサプレート櫛形構造部５６,５７も、ゆ
がみやねじれに十分対抗できるように剛性的に設計され
る。
【００４５】第２のコンデンサプレート櫛形構造部は、
第１の導体層１２０と第１の絶縁層１１０を介して機械
的に固定され電気的に絶縁されて基板と接続される。こ
の第２のコンデンサプレート櫛形構造部は多数のバー６
１,６６,７１,７６を有しており、これらのバーは第１
のコンデンサプレート櫛形構造部５６,５７と共に差動
コンデンサ装置を形成するように配設されている。この
構成は加速度センサからもよく知られているものなの
で、ここでの詳細な説明は省く。電気的な接続は、第１
の導体層１２０に施されている電気的接続端子６０,６
５,７０,７５に対して生じる。
第１の導体層１２０と第１の絶縁層１１０を介して機械
的に固定され電気的に絶縁されて基板と接続される。こ
の第２のコンデンサプレート櫛形構造部は多数のバー６
１,６６,７１,７６を有しており、これらのバーは第１
のコンデンサプレート櫛形構造部５６,５７と共に差動
コンデンサ装置を形成するように配設されている。この
構成は加速度センサからもよく知られているものなの
で、ここでの詳細な説明は省く。電気的な接続は、第１
の導体層１２０に施されている電気的接続端子６０,６
５,７０,７５に対して生じる。
【００４６】図１においてのみ示されているバネ装置８
０は（これは見やすくする理由から図２では示されてい
ない）、可動の揺動構造部に係合し、端子９０を介した
電位のピックアップを可能にする。この場合このバネ装
置８０のバネ定数は、前記バネ装置３０,４０のものよ
りも著しく少ない。これは比較的大きな曲率半径および
/または比較的狭い幅によって達成できる。
０は（これは見やすくする理由から図２では示されてい
ない）、可動の揺動構造部に係合し、端子９０を介した
電位のピックアップを可能にする。この場合このバネ装
置８０のバネ定数は、前記バネ装置３０,４０のものよ
りも著しく少ない。これは比較的大きな曲率半径および
/または比較的狭い幅によって達成できる。
【００４７】以下の明細書では図１および図２に示され
ている実施形態の作用を詳細に説明する。
ている実施形態の作用を詳細に説明する。
【００４８】電流はリード導体１０を介して揺動構造部
に供給される。電流ｉは、導体層１２０の導体路を介し
て、不動のエピタキシャルポリシリコン固定部３５に流
れる。これを介して電流ｉはバネ装置３０に達し、さら
に揺動構造部内へ、すなわち導体路装置５０を通り、最
終的に対向側のバネ装置４０、固定部４５、およびそこ
からは導体層１２０の導体路を介して他方のリード導体
２０に流れる。
に供給される。電流ｉは、導体層１２０の導体路を介し
て、不動のエピタキシャルポリシリコン固定部３５に流
れる。これを介して電流ｉはバネ装置３０に達し、さら
に揺動構造部内へ、すなわち導体路装置５０を通り、最
終的に対向側のバネ装置４０、固定部４５、およびそこ
からは導体層１２０の導体路を介して他方のリード導体
２０に流れる。
【００４９】この印加電流ｉと外部磁界Ｂの同時の存在
のもとで、ローレンツ力が導体路装置５０に作用する。
のもとで、ローレンツ力が導体路装置５０に作用する。
【００５０】結果として生じるローレンツ力Ｆは、外部
磁界Ｂと、導体路装置５０（導体路長１）を通って印加
された電流ｉに基づいて以下のベクトル関係式から得ら
れる。
磁界Ｂと、導体路装置５０（導体路長１）を通って印加
された電流ｉに基づいて以下のベクトル関係式から得ら
れる。
【００５１】Ｆ ＝１・ｉ×Ｂ （１） この場合ローレンズ力Ｆは、印加された電流ｉに対して
も磁界Ｂに対しても垂直な関係にある。ベクトル成分表
示によれば以下の通りである。
も磁界Ｂに対しても垂直な関係にある。ベクトル成分表
示によれば以下の通りである。
【００５２】 Ｆx＝１・（ｉyＢz−ｉzＢy） （２） Ｆy＝１・（ｉzＢx−ｉxＢz） （３） Ｆz＝１・（ｉxＢy−ｉyＢx） （４） 導体路装置５０のｘ軸方向の電流成分ｉxのみが生じる
ので（他のものはゼロかまたは相互に相殺される）、以
下のように簡単に表すことができる。
ので（他のものはゼロかまたは相互に相殺される）、以
下のように簡単に表すことができる。
【００５３】 Ｆx＝０ （２′） Ｆy＝１・（−ｉxＢz） （３′） Ｆz＝１・（ｉxＢy） （４′） 有効な応力は、磁界も電流も印加された場合にのみ生
じ、しかもｘ軸方向（電流方向）に対して垂直にのみ生
じる。磁界なしでは揺動構造部に有効に作用する応力
（重力ないしは多少の加速力を除いて）もない。
じ、しかもｘ軸方向（電流方向）に対して垂直にのみ生
じる。磁界なしでは揺動構造部に有効に作用する応力
（重力ないしは多少の加速力を除いて）もない。
【００５４】揺動構造部に対する応力は、“共に結び付
けられる”バネ装置３０,４０,８０の戻り力に反作用す
る。
けられる”バネ装置３０,４０,８０の戻り力に反作用す
る。
【００５５】従ってばねの戻り力とｙ軸方向に作用する
ローレンツ力（Ｆy＝１・(−ｉxＢz)に依存して変位量
Δｙが生じる。変位量Δｚは測定信号に関与しないかあ
るいは当該実施例のｚ軸方向でのばねの剛性構造によっ
て無視できる。従って変位量Δｙは、可動のコンデンサ
プレート櫛形構造部５６,５７と、固定されたコンデン
サプレート櫛形構造部６１，６６，７１，７６を介して
電気的に検出可能である。この変位量Δｙが減少してい
る場合には、可動のコンデンサ櫛形構造部の櫛形部分
と、固定のコンデンサ櫛形構造部の櫛形部分の間の間隔
が一方の側でΔｙだけ減少するならば、別の側の間隔は
Δｙだけ拡大する。このような間隔の変化と共に、その
ように形成されたコンデンサ装置においては容量の変化
が現われる。この変化は例えば差動キャパシタンス測定
手法などによって求めることが可能である。多数の櫛形
部分の並列接続によって総体的に測定の容易な大きなキ
ャパシタンスが達成される。
ローレンツ力（Ｆy＝１・(−ｉxＢz)に依存して変位量
Δｙが生じる。変位量Δｚは測定信号に関与しないかあ
るいは当該実施例のｚ軸方向でのばねの剛性構造によっ
て無視できる。従って変位量Δｙは、可動のコンデンサ
プレート櫛形構造部５６,５７と、固定されたコンデン
サプレート櫛形構造部６１，６６，７１，７６を介して
電気的に検出可能である。この変位量Δｙが減少してい
る場合には、可動のコンデンサ櫛形構造部の櫛形部分
と、固定のコンデンサ櫛形構造部の櫛形部分の間の間隔
が一方の側でΔｙだけ減少するならば、別の側の間隔は
Δｙだけ拡大する。このような間隔の変化と共に、その
ように形成されたコンデンサ装置においては容量の変化
が現われる。この変化は例えば差動キャパシタンス測定
手法などによって求めることが可能である。多数の櫛形
部分の並列接続によって総体的に測定の容易な大きなキ
ャパシタンスが達成される。
【００５６】導体路装置５０の同じ箇所における可動櫛
形構造部方向への揺動構造部の分岐によって、可動櫛形
構造部はどこでも同じ電位を有するようになる。このこ
とは電子的な評価を著しく容易にする。
形構造部方向への揺動構造部の分岐によって、可動櫛形
構造部はどこでも同じ電位を有するようになる。このこ
とは電子的な評価を著しく容易にする。
【００５７】電子的な励起と評価は静的にまたは動的に
行うことが可能である。
行うことが可能である。
【００５８】静的な作動モードでは、直流電流が揺動構
造部を通って供給される。外部磁界の出現のもとで生じ
るローレンツ力は、バネ装置３０,４０による（これら
を介して揺動構造部は可動に懸架されている）応力に反
作用している。バネ装置３０,４０による応力バランス
の調整のもとで、片持ち式の揺動構造部における磁界に
依存した静的な横方向変位量Δｙが生じる。これは例え
ば差動キャパシタンス測定手法によって電気的に検出可
能である。
造部を通って供給される。外部磁界の出現のもとで生じ
るローレンツ力は、バネ装置３０,４０による（これら
を介して揺動構造部は可動に懸架されている）応力に反
作用している。バネ装置３０,４０による応力バランス
の調整のもとで、片持ち式の揺動構造部における磁界に
依存した静的な横方向変位量Δｙが生じる。これは例え
ば差動キャパシタンス測定手法によって電気的に検出可
能である。
【００５９】動的な差動モードでは合目的に交流電流が
導体路装置５０を通って供給される。これは機械的なば
ね−質量系の共振周波数によって振動する（“振幅共振
周波数”）。アンダークリティカルな励振周波数も可能
である（これは密閉された気圧に僅かに反応し、機械的
な共振周波数への電気的な励振周波数の正確な整合に反
応する）。その他にも交流電流の周波数は揺動の電気的
な帰還結合によって共振振幅に正確に制御でき、さらに
維持することが可能である。
導体路装置５０を通って供給される。これは機械的なば
ね−質量系の共振周波数によって振動する（“振幅共振
周波数”）。アンダークリティカルな励振周波数も可能
である（これは密閉された気圧に僅かに反応し、機械的
な共振周波数への電気的な励振周波数の正確な整合に反
応する）。その他にも交流電流の周波数は揺動の電気的
な帰還結合によって共振振幅に正確に制御でき、さらに
維持することが可能である。
【００６０】外部磁界が印加された場合には、振動力も
導体路装置５０に作用する。電気機械的な揺動系の立上
がり期間の経過後では、機械的揺動振幅が生じる。これ
は減衰度（ないしは品質、これはまず第１に内部圧力に
依存する空気摩擦によって定められる）と、印加電流の
もとで測定された磁界成分Ｂzに依存する。機械的な揺
動も、櫛形構造部を介して容量的に測定される（例えば
搬送周波数測定手法により）。
導体路装置５０に作用する。電気機械的な揺動系の立上
がり期間の経過後では、機械的揺動振幅が生じる。これ
は減衰度（ないしは品質、これはまず第１に内部圧力に
依存する空気摩擦によって定められる）と、印加電流の
もとで測定された磁界成分Ｂzに依存する。機械的な揺
動も、櫛形構造部を介して容量的に測定される（例えば
搬送周波数測定手法により）。
【００６１】重力加速度に基づく静的な変位は、剛性的
な構造部と（共振周波数の適切な選択のもとでの）動的
な測定方法によって一次近似において測定信号には関与
しなくなる。
な構造部と（共振周波数の適切な選択のもとでの）動的
な測定方法によって一次近似において測定信号には関与
しなくなる。
【００６２】この共振方法は、共振周波数のもとでの振
幅上昇の有効利用によって、静的な方法よりもはるかに
高い分解能ないし感度を可能にする。あるいは同じよう
に印加される外部磁界のもとで、揺動構造部のより大き
な最大変位を生じさせる。
幅上昇の有効利用によって、静的な方法よりもはるかに
高い分解能ないし感度を可能にする。あるいは同じよう
に印加される外部磁界のもとで、揺動構造部のより大き
な最大変位を生じさせる。
【００６３】電荷増幅の利用のもとでは可動櫛形構造部
の所定の電位が電気的な容量測定を著しく容易にする。
有利には柔軟なバネ装置８０を介して相応の電位ピック
アップも実現できる。この電位ピックアップは（電気的
に非対称の場合；導体路の抵抗など）、櫛形構造部の電
位の制御を入力電圧を介して可能にする（２つのリード
導体１０,２０における電位）。
の所定の電位が電気的な容量測定を著しく容易にする。
有利には柔軟なバネ装置８０を介して相応の電位ピック
アップも実現できる。この電位ピックアップは（電気的
に非対称の場合；導体路の抵抗など）、櫛形構造部の電
位の制御を入力電圧を介して可能にする（２つのリード
導体１０,２０における電位）。
【００６４】図３は、図１の本発明によるマイクロマシ
ニング磁界センサの第１実施例によるカプセル化された
センサ構造部のラインＡ−Ａ′に沿った断面図を概略的
な示している。
ニング磁界センサの第１実施例によるカプセル化された
センサ構造部のラインＡ−Ａ′に沿った断面図を概略的
な示している。
【００６５】図３では付加的にさらに符号１３５が基台
部を示し、符号１４０が二酸化珪素からなる第２の絶縁
層を示し、符号１５０がろうガラスを示し、符号１６０
がシリコンウエハ形状のキャップを示し、符号１７０は
ボンディングパッドのためのアルミニウムからなる第３
の導体層を示し、符号１７５が、ボンディングパッド基
台部を示し、符号１８０はボンディングパッド開口部を
示している。
部を示し、符号１４０が二酸化珪素からなる第２の絶縁
層を示し、符号１５０がろうガラスを示し、符号１６０
がシリコンウエハ形状のキャップを示し、符号１７０は
ボンディングパッドのためのアルミニウムからなる第３
の導体層を示し、符号１７５が、ボンディングパッド基
台部を示し、符号１８０はボンディングパッド開口部を
示している。
【００６６】以下では図３に基づいて本発明によるマイ
クロマシニング磁界センサの製造方法を詳細に説明す
る。
クロマシニング磁界センサの製造方法を詳細に説明す
る。
【００６７】準備された基板１００上ではまず二酸化珪
素からなる第１の絶縁層の析出ないし生長、構造化が行
われる。
素からなる第１の絶縁層の析出ないし生長、構造化が行
われる。
【００６８】次にその上に、導体路装置５０とコンデン
サ装置に対する電気的接続端子の形成のために、ＬＰＣ
ＶＤポリシリコンからなる第１の導体層１２０が析出さ
れ構造化される。
サ装置に対する電気的接続端子の形成のために、ＬＰＣ
ＶＤポリシリコンからなる第１の導体層１２０が析出さ
れ構造化される。
【００６９】そして前述のように形成された構造部の上
で、二酸化珪素からなる第２の絶縁層１４０の析出と構
造化が行われる。
で、二酸化珪素からなる第２の絶縁層１４０の析出と構
造化が行われる。
【００７０】導体路装置５０とコンデンサ装置の形成の
ために、ここにおいて前述のように形成された構造部の
上に、エピタキシャルポリシリコンからなる第２の導体
層１３０の析出と構造化が行われる。この第２の導体層
１３０からは、キャップウエハ１６０に対する基台部１
３５とボンディングパッド基台部１７５が形成される。
ために、ここにおいて前述のように形成された構造部の
上に、エピタキシャルポリシリコンからなる第２の導体
層１３０の析出と構造化が行われる。この第２の導体層
１３０からは、キャップウエハ１６０に対する基台部１
３５とボンディングパッド基台部１７５が形成される。
【００７１】変位可能な構成要素３０，４０，５０，５
５ａ,５５ｂ,５６，５７の酸化物のアンダーエッチング
によって、これらが自由に可動となるようにされる。
５ａ,５５ｂ,５６，５７の酸化物のアンダーエッチング
によって、これらが自由に可動となるようにされる。
【００７２】最後に、これらの変位可能な構成要素のキ
ャッピングが行われる。このキャッピング過程に対して
ここでは１つの具体例としてろうガラスによる結合技法
が示されている。それによりセンサはカプセル化さると
同時に真空に密閉される（これを介してシステムの品質
ないし減衰度が設定可能である）。もちろんその他の技
法、例えば陽極ボンディング技法などをこのキャッピン
グ化に適用することも可能である。
ャッピングが行われる。このキャッピング過程に対して
ここでは１つの具体例としてろうガラスによる結合技法
が示されている。それによりセンサはカプセル化さると
同時に真空に密閉される（これを介してシステムの品質
ないし減衰度が設定可能である）。もちろんその他の技
法、例えば陽極ボンディング技法などをこのキャッピン
グ化に適用することも可能である。
【００７３】図４には本発明によるマイクロマシニング
磁界センサの第２の実施形態の斜視図が概略的に示され
ている。
磁界センサの第２の実施形態の斜視図が概略的に示され
ている。
【００７４】この図４ではさらに符号２００で、機能ブ
ロックとしての前述したマイクロマシニング磁界センサ
構造部が示され、符号２１０で、較正電流ループが示さ
れ、符号２２０で、ボンディングパッドと較正電流ｉE
が示されている。
ロックとしての前述したマイクロマシニング磁界センサ
構造部が示され、符号２１０で、較正電流ループが示さ
れ、符号２２０で、ボンディングパッドと較正電流ｉE
が示されている。
【００７５】前述の説明では、共振動作が可能なもので
はなく、外部磁界検出のためのマイクロマシニング磁界
センサ構造部２００を述べてきた。
はなく、外部磁界検出のためのマイクロマシニング磁界
センサ構造部２００を述べてきた。
【００７６】共振の場合では特に、検出された電圧信号
Ｕ（これは櫛形電極間の検出キャパシタンスＣの関数で
ある）が、外部磁界のみでなく揺動系の品質ないし減衰
度にも依存する。
Ｕ（これは櫛形電極間の検出キャパシタンスＣの関数で
ある）が、外部磁界のみでなく揺動系の品質ないし減衰
度にも依存する。
【００７７】検出キャパシタンスＣは、共振周波数ｆ
refでの共振モードの際の時間関数でもある。この場
合、ｔ＝１/ｆref、電流の通流する導体路に対して垂直
な関係の磁界をＢ90゜および品質をＱ（これは特に揺動
部を取り巻く気圧の関数である）とすると以下の関係式
が成り立つ。
refでの共振モードの際の時間関数でもある。この場
合、ｔ＝１/ｆref、電流の通流する導体路に対して垂直
な関係の磁界をＢ90゜および品質をＱ（これは特に揺動
部を取り巻く気圧の関数である）とすると以下の関係式
が成り立つ。
【００７８】 Ｃ＝ｆ（ｔ、Ｂ90゜、Ｑ） （５） 特に気圧は真空密閉の際のプロセス変動に基づいて正確
には設定できず、また周辺変温度にも依存して変化する
ものなので、有利には較正基準が用いられ、これに基づ
いて測定値が較正される。
には設定できず、また周辺変温度にも依存して変化する
ものなので、有利には較正基準が用いられ、これに基づ
いて測定値が較正される。
【００７９】図４による本発明の実施形態ではそれに対
して較正電流ループ２１０が用いられている。このルー
プは磁界センサ構造部２００を取り囲むように配設され
ている。この較正電流ループ２１０のプロセス技術施行
と交差は、有利には標準技法に従って種々の平面（例え
ば埋め込まれたポリシリコン面、エピタキシャルポリシ
リコン面、アルミニウム面など）で行われる。
して較正電流ループ２１０が用いられている。このルー
プは磁界センサ構造部２００を取り囲むように配設され
ている。この較正電流ループ２１０のプロセス技術施行
と交差は、有利には標準技法に従って種々の平面（例え
ば埋め込まれたポリシリコン面、エピタキシャルポリシ
リコン面、アルミニウム面など）で行われる。
【００８０】この較正電流ループ２１０は２つのボンデ
ィングパッド２２０を介して、一定の較正電流ｉEが印
加される。この較正電流通流によって、この較正電流ル
ープ２１０は、一定の較正磁界をその中心ないしはルー
プの内面全体に生じさせる。アクティブなセンサ構造部
２００は、この較正電流ループ２１０の内部にあるの
で、印加された測定電流ｉのもとで相応の測定効果が得
られる。
ィングパッド２２０を介して、一定の較正電流ｉEが印
加される。この較正電流通流によって、この較正電流ル
ープ２１０は、一定の較正磁界をその中心ないしはルー
プの内面全体に生じさせる。アクティブなセンサ構造部
２００は、この較正電流ループ２１０の内部にあるの
で、印加された測定電流ｉのもとで相応の測定効果が得
られる。
【００８１】一定の較正電流ＩEは比較的容易に温度安
定性を生じさせることができるので、それにより、品質
Ｑないしは周辺温度に依存しない磁界を生成することが
可能である。
定性を生じさせることができるので、それにより、品質
Ｑないしは周辺温度に依存しない磁界を生成することが
可能である。
【００８２】所定の間隔での較正電流ｉEの投入または
転極によって磁界センサのスイッチオンの際の出力信号
の変化を較正することができる。例えば、所定の較正磁
界のもとで所定の測定振幅を持たせるために、導体路装
置を通る励起交流電流をその振幅に関して追従制御する
ことも可能である。
転極によって磁界センサのスイッチオンの際の出力信号
の変化を較正することができる。例えば、所定の較正磁
界のもとで所定の測定振幅を持たせるために、導体路装
置を通る励起交流電流をその振幅に関して追従制御する
ことも可能である。
【００８３】一回の較正によって、空洞内圧が優勢なも
とでの（これは前述したようにプロセス変動に基づいて
いる）出力信号を目標値にもたらすことが可能である。
さらに周期的な投入によって、空洞内圧に対する温度の
影響を電子的に消去することもできる。
とでの（これは前述したようにプロセス変動に基づいて
いる）出力信号を目標値にもたらすことが可能である。
さらに周期的な投入によって、空洞内圧に対する温度の
影響を電子的に消去することもできる。
【００８４】さらに例えば地磁気などのなんらかの磁場
の遮蔽のもとでの較正も考えられる。
の遮蔽のもとでの較正も考えられる。
【００８５】図５には、本発明によるマイクロマシニン
グ磁界センサの第３の実施形態の斜視図が概略的に示さ
れている。
グ磁界センサの第３の実施形態の斜視図が概略的に示さ
れている。
【００８６】この第３の実施形態は、前述の測定原理を
二次元的（軸線）に展開したものである。前述した第１
および第２実施例では横方向の動き（これは磁界と可動
の導体路を通って印加される電流に引き起こされる）が
センサ構造部の変位量Δｙの結果を介して容量的に検出
されるのに対して、この第３の実施形態では、センサ構
造部の変位量Δｚが検出される。
二次元的（軸線）に展開したものである。前述した第１
および第２実施例では横方向の動き（これは磁界と可動
の導体路を通って印加される電流に引き起こされる）が
センサ構造部の変位量Δｙの結果を介して容量的に検出
されるのに対して、この第３の実施形態では、センサ構
造部の変位量Δｚが検出される。
【００８７】それに対してはバネ装置が次のように構成
されている。すなわち付加的にさらに１つの柔軟なばね
がｚ軸方向に設けられるように構成されている。それに
より、基本的にｚ軸方向の変位量と、印加される磁界の
第２の軸線が容量的に検出可能となる。
されている。すなわち付加的にさらに１つの柔軟なばね
がｚ軸方向に設けられるように構成されている。それに
より、基本的にｚ軸方向の変位量と、印加される磁界の
第２の軸線が容量的に検出可能となる。
【００８８】図５では、第１ないし第２の実施形態によ
る、横方向の櫛形電極並びに陽極的にボンディングされ
た基板ウエハ１００に対するばね懸架部を有する磁界セ
ンサ構造部が符号２００で示されている。さらに符号２
３０は金属層を示し、符号２４０は埋め込まれたポリシ
リコン層を示し、符号２５０は酸化物層を示し、符号２
６０はエピタキシャルポリシリコン層を示し、符号２７
０は埋め込まれたマスキング層を示し、符号２８０はさ
らなるエピタキシャルポリシリコン層を示し、符号１６
０は既に前述したようにキャップを示している。
る、横方向の櫛形電極並びに陽極的にボンディングされ
た基板ウエハ１００に対するばね懸架部を有する磁界セ
ンサ構造部が符号２００で示されている。さらに符号２
３０は金属層を示し、符号２４０は埋め込まれたポリシ
リコン層を示し、符号２５０は酸化物層を示し、符号２
６０はエピタキシャルポリシリコン層を示し、符号２７
０は埋め込まれたマスキング層を示し、符号２８０はさ
らなるエピタキシャルポリシリコン層を示し、符号１６
０は既に前述したようにキャップを示している。
【００８９】符号２４０で示されている埋め込まれたポ
リシリコン層はここではｚ軸方向の磁界検出のための第
１の電極として用いられている。この場合Ｃ１は、埋め
込まれたポリシリコン層２４０と可動の導体路装置５０
（ないしは横方向電極ないしは別個に設けられた他の可
動電極と統一された電位を有する面）の間のキャパシタ
ンスである。
リシリコン層はここではｚ軸方向の磁界検出のための第
１の電極として用いられている。この場合Ｃ１は、埋め
込まれたポリシリコン層２４０と可動の導体路装置５０
（ないしは横方向電極ないしは別個に設けられた他の可
動電極と統一された電位を有する面）の間のキャパシタ
ンスである。
【００９０】ガラスウエハキャップ１６０に接する構造
化された金属層２３０は、ｚ軸方向の磁界検出のための
第２の電極として用いられる。この場合Ｃ２は、構造化
された金属層２３０と可動の導体路装置５０（ないしは
横方向電極ないしは別個に設けられた他の可動電極と統
一された電位を有する面）の間のキャパシタンスであ
る。
化された金属層２３０は、ｚ軸方向の磁界検出のための
第２の電極として用いられる。この場合Ｃ２は、構造化
された金属層２３０と可動の導体路装置５０（ないしは
横方向電極ないしは別個に設けられた他の可動電極と統
一された電位を有する面）の間のキャパシタンスであ
る。
【００９１】図を見やすくする理由からここでは、埋め
込まれたポリシリコン層２４０と、構造化された金属層
２３０に対する接続端子は示していない。
込まれたポリシリコン層２４０と、構造化された金属層
２３０に対する接続端子は示していない。
【００９２】可動の磁界センサ構造部と、埋め込まれた
ポリシリコン層２４０ないしは構造化された金属層２３
０との間の間隔を有利には同じ大きさに選択するなら
ば、ここでも測定技術的に差動コンデンサ方式が適用可
能である。なぜならｚ軸方向の変位が一方のキャパシタ
ンスＣ１を縮小し、他方のキャパシタンスは拡大するか
らである。
ポリシリコン層２４０ないしは構造化された金属層２３
０との間の間隔を有利には同じ大きさに選択するなら
ば、ここでも測定技術的に差動コンデンサ方式が適用可
能である。なぜならｚ軸方向の変位が一方のキャパシタ
ンスＣ１を縮小し、他方のキャパシタンスは拡大するか
らである。
【００９３】センサウエハ１００の製造は例えば通常の
手法によって行われる。キャップウエハ１６０の製造
は、金属層２３０のスパッタリングまたは蒸着とそれに
続く構造化を介して実行されてもよい。この構造化は次
のように行われてもよい。すなわち陽極的なボンディン
グ領域においては除去し、電極およびコンタクト領域に
おいては残すように行われてもよい。それに続いて２つ
のウエハ１００と１６０の間の陽極的ボンディングが行
われる。
手法によって行われる。キャップウエハ１６０の製造
は、金属層２３０のスパッタリングまたは蒸着とそれに
続く構造化を介して実行されてもよい。この構造化は次
のように行われてもよい。すなわち陽極的なボンディン
グ領域においては除去し、電極およびコンタクト領域に
おいては残すように行われてもよい。それに続いて２つ
のウエハ１００と１６０の間の陽極的ボンディングが行
われる。
【００９４】前述した方法はあくまでも一例としてのも
のである。従ってそれ以外の方法や手法、例えば前述し
た電極の製造に対し、絶縁された電極の被着を用いたシ
リコンキャップの構造化なども考えられる。
のである。従ってそれ以外の方法や手法、例えば前述し
た電極の製造に対し、絶縁された電極の被着を用いたシ
リコンキャップの構造化なども考えられる。
【００９５】例えば、ｚ軸方向で変位可能な同じ２つの
センサ構造部を、ウエハ面において相互に９０度回転さ
せて配置するならば、それらのうちの少なくとも１つの
センサ構造部は付加的に横方向の変位量を検出でき、そ
れによって３つの空間軸線ｘ,ｙ,ｚの全てにおいて磁界
が検出できるようになる。
センサ構造部を、ウエハ面において相互に９０度回転さ
せて配置するならば、それらのうちの少なくとも１つの
センサ構造部は付加的に横方向の変位量を検出でき、そ
れによって３つの空間軸線ｘ,ｙ,ｚの全てにおいて磁界
が検出できるようになる。
【００９６】前述した本発明による有利な実施例は、本
発明に関する限定を意味するものではなく、それどころ
か本発明では多種多様な変更が可能である。
発明に関する限定を意味するものではなく、それどころ
か本発明では多種多様な変更が可能である。
【００９７】特にコンデンサ装置の幾何学的構造は、図
示の実施形態に限定されるものではなく、十分な変更が
可能である。
示の実施形態に限定されるものではなく、十分な変更が
可能である。
【００９８】さらに本発明によるマイクロマシニング磁
界センサを用いれば、静的な磁界のみでなく、振動性の
磁界、つまり動的な磁界も測定可能である。
界センサを用いれば、静的な磁界のみでなく、振動性の
磁界、つまり動的な磁界も測定可能である。
【００９９】前記センサは、磁界測定のためだけではな
く、磁気的測定効果の用いられる、但し磁界の大きさが
直接再現されるのではない適用分野（例えば回転数測
定、角度測定、リミットスイッチなど）にも利用可能で
ある。
く、磁気的測定効果の用いられる、但し磁界の大きさが
直接再現されるのではない適用分野（例えば回転数測
定、角度測定、リミットスイッチなど）にも利用可能で
ある。
【０１００】さらに、細長の第１のバー５０の上に導電
層、例えばドーピングされたポリシリコンまたはアルミ
ニウム層を析出しその抵抗を制御して低減させることも
可能である。
層、例えばドーピングされたポリシリコンまたはアルミ
ニウム層を析出しその抵抗を制御して低減させることも
可能である。
【０１０１】最後に前述した全ての材料も例として選択
されたものであり、その他の適した材料に置き換えるこ
とももちろん可能であることを述べておく。
されたものであり、その他の適した材料に置き換えるこ
とももちろん可能であることを述べておく。
【図１】本発明によるマイクロマシニング磁界センサの
第１実施例の概略的平面図である。
第１実施例の概略的平面図である。
【図２】本発明によるマイクロマシニング磁界センサの
第１実施例の概略的斜視図である。
第１実施例の概略的斜視図である。
【図３】図１のラインＡ−Ａ′に沿った、本発明による
マイクロマシニング磁界センサの第１実施形態を備えカ
プセル化されたセンサ構造の概略的断面図である。
マイクロマシニング磁界センサの第１実施形態を備えカ
プセル化されたセンサ構造の概略的断面図である。
【図４】本発明によるマイクロマシニング磁界センサの
第２実施形態の概略的斜視図である。
第２実施形態の概略的斜視図である。
【図５】本発明によるマイクロマシニング磁界センサの
第３実施形態の概略的斜視図である。
第３実施形態の概略的斜視図である。
１０ リード導体 ２０ リード導体 ３０ バネ装置 ４０ バネ装置 ５０ 第１のバー ５５ａ 第２のバー ５５ｂ 第３のバー ５６,５７ 第１のコンデンサプレート装置(可動コンデ
ンサプレート櫛形構造部） ６６,７１ 第２のコンデンサプレート装置(固定のコン
デンサプレート櫛形構造部) ８０ バネ装置 １００ 基板
ンサプレート櫛形構造部） ６６,７１ 第２のコンデンサプレート装置(固定のコン
デンサプレート櫛形構造部) ８０ バネ装置 １００ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルフ シェリン ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン デュ ーレンベルクシュトラーセ ２ (72)発明者 ハーラルト エメリッヒ ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ドレ スドナー プラッツ ５／３．10 (72)発明者 イェルク カイエンブルク ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン イム フェルゲンベヒレ ６
Claims (16)
- 【請求項１】 マイクロマシニング磁界センサにおい
て、 基板（１００）上に弾性的に変位可能に懸架されている
導体路装置（５０）と、 前記導体路装置（５０）に接続し該装置と共に変位可能
な第１のコンデンサプレート装置（５６，５７）と、 基板（１００）に固定的に結合された第２のコンデンサ
プレート装置（６１，６６，７１，７６）とを有し、該
第２のコンデンサプレート装置は、前記第１のコンデン
サプレート装置（５６，５７）と共にコンデンサ装置を
形成しており、 さらに、前記導体路装置（５０）を通る所定の電流
（ｉ）を伝導し印加される磁界に依存して生じるコンデ
ンサ装置のキャパシタンス変化を検出するための、磁界
検出装置を有していることを特徴とする、マイクロマシ
ニング磁界センサ。 - 【請求項２】 前記導体路装置（５０）は、第１の方向
（Ｘ）に延在する細長の第１のバー（５０）を有してお
り、該第１のベースバーの端部は、基板（１００）上の
各バネ装置（３０；４０）に、実質的に第２の方向
（Ｙ）にのみ弾性的に変位可能に懸架されている、請求
項１記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項３】 前記導体路装置（５０）は、細長の第２
および第３のバー（５５ａ,５５ｂ）を有しており、こ
れらのバーは、相対抗する方向（Ｙ,−Ｙ）で第１のバ
ー（５０）から実質的に垂直に分岐して基板（１００）
上で延在し、有利には導体路装置（５０）からの分岐点
の統一された電位を有している、請求項２記載のマイク
ロマシニング磁界センサ。 - 【請求項４】 前記第１のコンデンサプレート装置（５
６,５７）は、多数のバー（５６,５７）を有しており、
これらは前記第２、第３のバー（５５ａ,５５ｂ）から
分岐して実質的に第１のバー（５５）に対して並列かま
たは垂直に基板（１００）上で延在している、請求項２
記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項５】 前記第２および/または第３のバー（５
５ａ,５５ｂ）の、第１のバー（５０）から離れている
側の端部が基板（１００）上で懸架されており、この懸
架を介してそこからの電位がピックアップ可能であり、
この場合有利には統一された電位が与えられる、請求項
３記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項６】前記第２のコンデンサプレート装置（６
１,６６,７１,７６）は、多数のバー（６１,６６,７１,
７６）を有しており、それらの一方の端部は基板（１０
０）に固定されており、さらにそれらは第１のコンデン
サプレート装置（５６,５７）と共に差動コンデンサ装
置を形成するように配設されている、請求項１〜５いず
れか１項記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項７】 前記磁界検出装置は、前記導体路装置
（５０）を通る直流電流を伝導し印加される磁界を静的
キャパシタンス変化を介して検出するように、構成され
ている、請求項１〜６いずれか１項記載のマイクロマシ
ニング磁界センサ。 - 【請求項８】 前記磁界検出装置は、前記導体路装置
（５０）を通る有利には変位可能な構成要素の機械的固
有周波数を有する交流電流を伝導し印加される磁界を動
的キャパシタンス変化を介して検出するように、構成さ
れている、請求項１〜６いずれか１項記載のマイクロマ
シニング磁界センサ。 - 【請求項９】 前記導体路装置（５０）の細長の第１の
バー上に少なくとも１つの伝導層、例えばドーピングさ
れたエピタキシャルポリシリコン層またはアルミニウム
層が析出されている、請求項２〜８いずれか１項記載の
マイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項１０】 周辺基板上に電流較正ループ（２１
０）が設けられており、該ループ（２１０）を介して較
正された磁界が印加可能である、請求項１〜９いずれか
１項記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項１１】 第３のコンデンサプレート装置（２３
０,２４０）が設けられており、該第３のコンデンサプ
レート装置（２３０,２４０）は、第１のコンデンサプ
レート装置（５６,５７）と共にさらなるコンデンサ装
置（Ｃ１,Ｃ２）を形成し、前記磁界検出装置は、印加
される磁界に依存して生じる、前記さらなるコンデンサ
装置（Ｃ１,Ｃ２）のキャパシタンス変化を検出するよ
うに構成されている、請求項１〜１０いずれか１項記載
のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項１２】 前記第３のコンデンサプレート装置
（２３０,２４０）は、基板（１００）内に存在する第
４の導体層（２４０）と、キャップ（１６０）に設けら
れている第５の導体層（２３０）とを有している、請求
項１１記載のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項１３】 前記第５の導体層（２３０）は、基板
（１００）とキャップ（１６０）の間の接続領域におい
て離間されるように構造化されている、請求項１２記載
のマイクロマシニング磁界センサ。 - 【請求項１４】 請求項１〜１３いずれか１項記載のマ
イクロマシニング磁界センサを製造するための方法にお
いて、 基板（１００）を形成するステップと、 該基板（１００）上に第１の絶縁層（１１０）を設けて
構造化するステップと、 前記構造部に、導体路装置（５０）とコンデンサ装置に
対する電気的な接続端子形成のために、導体層（１２
０）を設けて構造化するステップと、 前記構造部に、第２の絶縁層（１４０）を設けて構造化
するステップと、 前記構造部に、導体路装置（５０）とコンデンサ装置の
形成のために、第２の導体層（１３０）を設けて構造化
するステップと、 変位可能な構成要素（３０，４０，５０，５５ａ,５５
ｂ,５６,５７）のアンダーエッチングを行うステップと
を有していることを特徴とする方法。 - 【請求項１５】 前記変位可能な構成要素（３０，４
０，５０，５５ａ,５５ｂ,５６,５７）のキャッピング
を行うステップを有している、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記キャップ（１６０）に第５の導体
層を被着させて構造化するステップを有している、請求
項１５記載の方法。
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