DE19906046B4

DE19906046B4 - Halbleitersensoren für eine physikalische Größe mit einem Stoppabschnitt

Info

Publication number: DE19906046B4
Application number: DE19906046A
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Kariya Ishio; Minekazu Kariya Sakai; Kenichi Kariya Ao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: DE19906046A1; US6065341A

Abstract

Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist:
ein Substrat (1), das erste und zweite Ankerabschnitte (3a, 3b; 100a, 101a, 150a bis 150d, 153a, 154a) darauf aufweist;
einen beweglichen Abschnitt (2A), der durch die physikalische Größe im allgemeinen in eine Richtung versetzt wird, die parallel zu einer Oberfläche des Substrats (1) verläuft, wobei der bewegliche Abschnitt (2A) einen Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152), einen Masseabschnitt (6) und eine bewegliche Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) beinhaltet und über dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei der Masseabschnitt (6) über den Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) von dem ersten Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) gehalten wird;
eine feste Elektrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b), die an dem Substrat (1) befestigt ist und der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) des Masseabschnitts (6) gegenüberliegt; und
einen Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154), der über den zweiten Ankerabschnitt...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleitersensor mit einem beweglichen Abschnitt einer Trägerstruktur zum Erfassen einer physikalischen Größe, wie zum Beispiel einer Beschleunigung, Giergeschwindigkeit, Schwingung oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Halbleitersensor des Typs mit einer Differentialkapazität erfaßt eine physikalische Größe, wie zum Beispiel eine Beschleunigung, auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode. Ein Verfahren im Stand der Technik zum Herstellen des Sensors weist ein Problem auf, daß es bei einem Trocknungsschritt, welcher ausgeführt wird, nachdem die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode ausgebildet worden sind, wahrscheinlich ist, daß die bewegliche Elektrode an der dieser gegenüberliegenden festen Elektrode aufgrund einer Oberflächenspannung von sich dazwischen befindenden demineralisiertem Wasser befestigt wird und es aus dem gleichen Grund wahrscheinlich ist, daß ein Träger an einem ihm gegenüberliegenden Substrat befestigt wird. Außerdem wird, wenn der Sensor die Beschleunigung erfaßt, wenn eine Beschleunigung in einer Höhe erzeugt wird, die größer als ein bestimmter Wert ist, der durch eine Federkonstante des Trägers bestimmt wird, die bewegliche Elektrode zu der festen Elektrode hingezogen. Die hingezogene bewegliche Elektrode wird durch eine van-der-Waals-Kraft auch dann zu der festen Elektrode hingezogen, nachdem die Beschleunigung verringert worden ist.
Um das Problem zu lösen, schlägt das US-Patent US 5 542 295 einen Sensor vor. Wie es in 1 gezeigt ist, weist der Sensor einen Stoppabschnitt 203 auf, der von einem Trägerabschnitt 201 zu einem Gewichtsabschnitt 202 hin derart hervorsteht, daß ein Spalt zwischen dem Trägerabschnitt 201 und dem Gewichtsabschnitt 202 kleiner als der zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode ist. Demgemäß wird verhindert, daß die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode befestigt wird.
Wie es durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist, verformt sich jedoch der Stoppabschnitt 203 leicht durch eine Verschiebung des Trägerabschnitts 201, so daß der Spalt zwischen dem Trägerabschnitt 201 und dem Gewichtsabschnitt 202 stark erhöht wird. Demgemäß kann sich die bewegliche Elektrode derart weiter als der Spalt zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode bewegen, so daß sie an der festen Elektrode befestigt wird. Diese Problematik tritt vorwiegend bei dem Halbleitersensor für eine physikalische Größe des Typs mit einer Differentialkapazität auf, bei welchem der Spalt zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode sehr klein ist, und insbesondere dann, wenn der Trägerabschnitt 201 nicht nur in einer Substratoberflächenrichtung sondern ebenso in einer Richtung versetzt wird, die senkrecht zu der Substratoberflächenrichtung verläuft, wie bei einem Resonanzzustand.
Andererseits schlägt die JP 6-347474A einen Sensor vor, bei welchem entweder eine bewegliche Elektrode oder eine feste Elektrode einen Vorsprung derart als einen Stopper aufweist, daß sich eine Kontaktfläche zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode verringert, und verhindert wird, daß die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode befestigt wird. Jedoch kann sich, wenn der Vorsprung direkt mit der beweglichen Elektrode oder der festen Elektrode ausgebildet wird, eine Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode leicht ändern, so daß eine Kapazitätsänderung nicht genau erfaßt werden kann. Wenn eine Potentialdifferenz zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode erzeugt wird, kann weiterhin die bewegliche Elektrode durch eine elektrostatische Kraft, die zwischen diesen erzeugt wird, an der festen Elektrode befestigt werden.
Weiterhin schlägt die JP 9-211022A einen Beschleunigungssensor vor, bei welchem ein Substrat einen einem Trägerabschnitt gegenüberliegenden Vorsprung zum Verhindern, daß der Trägerabschnitt an dem Substrat befestigt wird, aufweist. Jedoch gibt es einen Fall, daß nicht der Trägerabschnitt sondern eine bewegliche Elektrode durch eine zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat erzeugte elektrostatische Kraft an dem Substrat befestigt wird. Deshalb ist es unzureichend, daß das Substrat den Vorsprung lediglich an dem unteren Abschnitt des Trägerabschnitts aufweist.
Aus der DE 195 09 160 A1 ist ein Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorhergehenden Probleme geschaffen worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe zu schaffen, der eine Struktur aufweist, die auch dann imstande ist zu verhindern, daß eine bewegliche Elektrode an einer festen Elektrode und an einem Substrat befestigt bzw. angebracht wird bzw. an diesem haftet, wenn der bewegliche Abschnitt in verschiedene Richtungen verformt wird.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1, 12, 16 und 17 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Teildraufsicht eines Halbleitersensors im Stand der Technik;
2 eine Draufsicht zum Erklären eines Resonanzzustands des in 1 gezeigten Sensors;
3 eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Draufsicht des in 3 gezeigten Beschleunigungssensors;
5 eine entlang einer Linie V-V in 4 genommene Querschnittsansicht;
6 eine entlang einer Linie VI-VI in 4 genommene Querschnittsansicht;
7 eine Draufsicht eines Musters einer unteren Elektrode des Beschleunigungssensors;
8 eine Draufsicht zum Erklären von Positionen, an denen Stopper bzw. Anschläge ausgebildet sind;
9 bis 15 Querschnittsansichten zum Erklären eines Verfahrens zum Herstellen des Beschleunigungssensors auf eine schrittartige Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 eine perspektivische Teilquerschnittsansicht des Beschleunigungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
17 eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Es wird auf die 3 bis 5 verwiesen. Ein Halbleiterbeschleunigungssensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Trägerstruktur (einen beweglichen Abschnitt) 2A und einen festen Abschnitt 2B auf, die auf einem Siliziumsubstrat 1 vorgesehen sind. Die Trägerstruktur 2A und der feste Abschnitt 2B sind durch Isolieren einer einkristallinen Siliziumschicht durch Vertiefungen ausgebildet. Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, wird die Trägerstruktur 2A durch zwei Ankerabschnitte 3A, 3B gehalten, die von dem Substrat 1 hervorstehen, und ist derart über dem Substrat 1 angeordnet, daß bezüglich des festen Abschnitts 2B ein bestimmter Spalt hergestellt wird. Die Ankerabschnitte 3A, 3B sind aus einem Polysiliziumdünnfilm ausgebildet.
Die Ankerabschnitte 3a, 3b halten direkt und jeweils Trägerabschnitte 4, 5 der Trägerstruktur 2A. Jeder Trägerabschnitt 4, 5 weist eine im allgemeinen rechteckige Form (polygonale Form) auf, wobei sich eine Längsrichtung in eine Richtung A1 in 3 ausdehnt und wobei sich ein innerer Trägerhohlraum innerhalb der rechteckigen Form öffnet. Demgemäß weist jeder Trägerabschnitt 4, 5 zwei bogenartige Träger auf, die zulassen, daß sich die Trägerstruktur 2A bewegt.
Stoppabschnitte 100, 101 sind in dem inneren Trägerhohlraum der Trägerabschnitte 4, 5 vorgesehen, um eine Bewegung der Trägerabschnitte 4, 5 in einer Richtung A2 in 4 einzuschränken. Genauer gesagt sind, wie es in 5 gezeigt ist, die Stoppabschnitte 100, 101 von der Trägerstruktur 2A isoliert und durch Ankerabschnitte 100a, 101a, die Teil des festen Abschnitts 2B sind, an dem Substrat 1 befestigt. Die Stoppabschnitte 100, 101 sind über die Ankerabschnitte 3a, 3b elektrisch mit der Trägerstruktur 2A verbunden, um das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A aufzuweisen. Weiterhin weisen die Stoppabschnitte 100, 101 Vorsprünge 100b, 101b auf, die teilweise von diesen hervorstehen, um die Trägerabschnitte 4, 5 mit kleinen Kontaktflächen zu kontaktieren. Die Vorsprünge 100b, 101b dienen im wesentlichen als Stopper. Die Vorsprünge 100b, 101b erzeugen bezüglich der Trägerabschnitte 4, 5 einen bestimmten Spalt (zum Beispiel 2 μm), so daß sich die Trägerstruktur 2A nicht um mehr als den bestimmten Spalt bewegen kann.
Ein rechteckiger Gewichtsabschnitt (Massenabschnitt) 6 ist zwischen den Trägerabschnitten 4, 5 vorgesehen. Der Gewichtsabschnitt 6 kann Durchgangslöcher (nicht gezeigt) aufweisen, die erleichtern, daß während eines Ätzschritts eine Ätzlösung in den Spalt zwischen dem Gewichtsabschnitt 6 und dem Substrat 1 eingebracht wird. Zwei polartige bewegliche Elektroden 7a, 7b stehen von einer Seitenwand (auf der linken Seite in 4) des Gewichtsabschnitts 6 im gleichen Abstand parallel zueinander hervor. Auf eine ähnliche Weise stehen zwei bewegliche Elektroden 8a, 8b von der anderen Seitenwand (auf der rechten Seite in 4) des Gewichtsabschnitts 6 in gleichem Abstand parallel zueinander hervor. Jede bewegliche Elektrode 7a, 7b, 8a, 8b weist eine Länge in einem Bereich von 200 μm bis 400 μm auf. Die Trägerabschnitte 4, 5, der Gewichtsabschnitt 6 und die beweglichen Elektroden 7a, 7b, 8a und 8b sind durch teilweises oder vollständiges Entfernen einer Opferoxidschicht, was nachstehend beschrieben wird, durch Ätzen beweglich ausgebildet. Diese Teile bilden den beweglichen Abschnitt.
Weiterhin sind erste feste Elektroden 9a, 9b und zweite feste Elektroden 11a, 11b an der oberen Oberfläche des Substrats 1 auf der Seite der beweglichen Elektroden 7a, 7b bezüglich des Gewichtsabschnitts 6 befestigt. Die ersten festen Elektroden 9a, 9b werden über Ankerabschnitte 10a, 10b gehalten, die von dem Substrat 1 hervorstehen, und liegen den beweglichen Elektroden 7a bzw. 7b auf der gleichen Seite gegenüber. Die zweiten festen Elektroden 11a, 11b werden über Ankerabschnitte 12a, 12b gehalten, die von dem Substrat 1 hervorstehen, und liegen den beweglichen Elektroden 7a bzw. 7b auf einer zu den ersten festen Elektroden 9a, 9b entgegengesetzten Seite gegenüber. Die ersten und zweiten festen Elektroden 9a, 9b, 11a, 11b sind in einem im allgemeinen gleichen Abstand zu den beweglichen Elektroden 7a, 7b angeordnet. Der Abstand zwischen einer festen Elektrode und einer entsprechenden beweglichen Elektrode ist größer als der zwischen den Trägerabschitten 4, 5 und den Stoppabschnitten 100, 101 und befindet sich zum Beispiel in einem Bereich von 2,5 μm bis 3,0 μm.
Auf eine ähnliche weise sind die ersten Elektroden 13a, 13b und die zweiten festen Elektroden 15a, 15b auf der Seite der beweglichen Elektroden 8a, 8b bezüglich des Ge wichtsabschnitts 6 an der oberen Oberfläche des Substrats 1 befestigt. Die ersten festen Elektroden 13a, 13b werden durch Ankerabschnitte 14a, 14b gehalten und liegen den beweglichen Elektroden 8a bzw. 8b auf der gleichen Seite gegenüber. Weiterhin werden die zweiten festen Elektroden 15a, 15b durch Ankerabschnitte 16a, 16b gehalten und liegen den beweglichen Elektroden 8a bzw. 8b auf der zu den ersten festen Elektroden 13a, 13b entgegengesetzten Seite gegenüber. In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt jede Anzahl der beweglichen Elektroden, der ersten festen Elektroden und der zweiten festen Elektroden, die jeweils auf der gleichen Seite des Gewichtsabschnitts 6 angeordnet sind, zwei; jedoch können in der Praxis 30 bis 100 bewegliche Elektroden und entsprechende feste Elektroden angeordnet sein. Wenn die Anzahl der beweglichen Elektroden und der festen Elektroden erhöht wird, wird eine Kapazität erhöht, so daß diese genau erfaßt werden kann.
Im übrigen sind Elektrodenausgangsabschnitte (nicht gezeigt) auf dem Substrat 1 angeordnet, so daß ein elektrisches Potential, das einer Kapazitätsänderung zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden entspricht, aus den Elektrodenausgangsabschnitten ausgegeben werden kann. Die Elektrodenausgangsabschnitte werden ebenso durch Ankerabschnitte gehalten, die von dem Substrat 1 hervorstehen.
Wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, beinhaltet das Substrat 1 einen Polysiliziumdünnfilm 48 zum Verbinden eines Siliziumoxidfilms 47, eines Siliziumnitridfilms 46, eines leitenden Dünnfilms 45 und eines Siliziumnitridfilms 43, welche in dieser Reihenfolge auf ein Siliziumsubstrat 49 geschichtet sind. Der leitende Dünnfilm 45 ist ein Polysiliziumdünnfilm, der mit Störstellen, wie zum Beispiel Phosphor, dotiert ist und eine Struktur aufweist, die in den Siliziumnitridfilmen 43, 46 eingebettet ist.
Wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, bildet der leitende Dünnfilm 45 die Ankerabschnitte 3a, 3b, 10a, 10b, 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 100a, 101a aus. Der leitende Dünnfilm 45 bildet weiterhin Verdrahtungssegmente aus, die elektrisch mit den ersten festen Elektroden 9a, 9b und einem entsprechenden der Elektrodenausgangsabschnitte, den ersten festen Elektroden 13a, 13b und einem entsprechenden der Elektrodenausgangsabschnitte, den zweiten festen Elektroden 11a, 11b und einem entsprechenden der Elektrodenausgangsabschnitte bzw. den zweiten festen Elektroden 15a, 15b und einem entsprechenden der Elektrodenausgangsabschnitte verbunden sind. Der leitende Dünnfilm 45 bildet weiterhin eine untere Elektrode (eine feste Elektrode zum Kompensieren einer elektrostatischen Kraft) 26 aus. In 7 ist das Muster der unteren Elektrode 26 durch schräge Linien gezeigt. Wie es in der Figur gezeigt ist, ist die untere Elektrode 26 derart vorgesehen, daß sie der Trägerstruktur 2A gegenüberliegt, die über dem Substrat 1 vorgesehen ist.
Wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, sind aus Aluminiumoxid bestehende Elektroden 51 (Verbindungsanschlußflächen) über den Ankerabschnitten 3a, 3b angeordnet. Weiterhin sind in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mehrere Stopper 50, die teilweise von dem Siliziumnitridfilm 43 hervorstehen, an dem unteren Abschnitt der Trägerstruktur 2A angeordnet. In 8 sind die Positionen, an denen die Stopper 50 ausgebildet sind, durch dreieckige Markierungen gezeigt. Wie es in der Figur gezeigt ist, liegen die Stopper 50 sowohl den Trägerabschnitten 4, 5, dem Gewichtsabschnitt 6 als auch den beweglichen Elektroden 7a, 7b, 8a, 8b der Trägerstruktur 2A an dem unteren Abschnitt von dieser gegenüber.
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau sind erste und zweite Kondensatoren zwischen den beweglichen Elektroden 7a, 7b und den ersten festen Elektroden 9a, 9b bzw. zwischen den beweglichen Elektroden 7a, 7b und den zweiten festen Elektroden 11a, 11b ausgebildet. Auf eine ähnliche Weise sind erste und zweite Kondensatoren zwischen den beweglichen Elektroden 8a, 8b und den ersten festen Elektroden 13a, 13b bzw. zwischen den beweglichen Elektroden 8a, 8b und den zweiten festen Elektroden 15a, 15b ausgebildet. Die auf die Trägerstruktur 2A ausgeübte Beschleunigung wird auf der Grundlage von Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren erfaßt. Genauer gesagt sind zwei elektrostatische Differentialkapazitäten zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden vorgesehen und wird ein Regelvorgang derart ausgeführt, daß die zwei Kapazitäten gleich zueinander werden.
Bei dem derart aufgebauten und betriebenen Beschleunigungssensor kontaktiert die Trägerstruktur 2A lediglich die Stopper 50, die eine kleine Fläche aufweisen, da die Stopper 50 auch dann sowohl den Trägerabschnitten 4, 5, dem Gewichtsabschnitt 6 als auch den beweglichen Elektroden 7a, 7b, 8a, 8b an dem unteren Abschnitt von dieser gegenüberliegen, wenn sich die Trägerstruktur 2A aufgrund ihres Eigengewichts nach unten bewegt. Deshalb wird in einem Trocknungsschritt, welcher ausgeführt wird, nachdem eine Opferschicht geätzt worden ist, die Trägerstruktur 2A nicht an der Seite des Siliziumsubstrats 49 befestigt.
Weiterhin weist die untere Elektrode 26 das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A auf, da die untere Elektrode 26 durch die Ankerabschnitte 3A, 3B mit den Trägerabschnitten 4, 5 und dem Gewichtsabschnitt 6 verbunden ist. Deshalb wird keine elektrostatische Kraft zwischen der Trägerstruktur 2A und dem Substrat 1 erzeugt, so daß die Trägerstruktur 2A nicht durch die elektrostatische Kraft zwischen diesen an dem Substrat 1 befestigt wird.
Weiterhin sind die Stoppabschnitte 100, 101, die die Vorsprünge 100b, 101b aufweisen, innerhalb der Trägerabschnitte 4, 5 vorgesehen, die die bogenartigen Träger aufweisen, und ist der Spalt zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden größer als der zwischen den Vorsprüngen 100b, 101b und den Trägerabschnitten 4, 5. Deshalb kontaktieren die beweglichen Elektroden auch dann nicht die ersten und zweiten festen Elektroden, wenn die Trägerstruktur 2A in der Richtung A2 versetzt wird. Folglich kann verhindert werden, daß die beweglichen Elektroden an den ersten und zweiten festen Elektroden befestigt werden. Da die Stoppabschnitte 100, 101 auch dann von der Trägerstruktur 2A isoliert sind, wenn die Trägerabschnitte 4, 5 in Resonanz geraten, werden die Stoppabschnitte 100, 101 nicht versetzt und bewegt sich die Trägerstruktur 2A nicht mehr als der Spalt zwischen den beweglichen Elektroden und den ersten und zweiten festen Elektroden. Demgemäß kann auch während der Resonanz verhindert werden, daß die beweglichen Elektroden an den festen Elektroden befestigt werden.
Die Stoppabschnitte 100, 101 werden über die Ankerabschnitte 100a, 101a auf das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A gesetzt. Deshalb wird keine elektrostatische Kraft zwischen der Trägerstruktur 2A und den Stoppabschnitten 100, 101 erzeugt. Demgemäß wird die Trägerstruktur 2A nicht durch die elektrostatische Kraft zwischen diesen an den Stoppabschnitten 100, 101 befestigt. Das heißt, es wird verhindert, daß die Trägerstruktur 2A an dem festen Abschnitt 2B befestigt wird. Weiterhin ist die Flexibilität zum Ausbilden der Trägerabschnitte 4, 5 hoch, da die Stoppabschnitte 100, 101 getrennt von den Trägerabschnitten 4, 5 ausgebildet werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Beschleunigungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 bis 15 erklärt, welche Herstellungsschritte auf eine schrittartige Weise in einem Querschnitt zeigen, der entlang einer Linie VI-VI in 4 genommen ist.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 9 gezeigten Schritts.
Als erstes wird ein einkristallines Siliziumsubstrat 40 als ein erstes Halbleitersubstrat vorbereitet. Das Siliziumsubstrat 40 ist mit Störstellenionen eines n-Typs dotiert, so daß eine Schicht 40a eines n+-Typs zum Kontaktieren in einem Oberflächenbereich des Siliziumsubstrats 40 ausgebildet wird. Danach wird durch eine thermische Oxidation, ein CVD-Verfahren oder dergleichen ein Siliziumoxidfilm 41 als eine Opferschicht auf der Schicht 40a des n+-Typs abgeschieden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung des in 10 gezeigten Schritts.
Der Siliziumoxidfilm 41 wird unter Verwendung eines Resistfilms 80, welcher, um als eine Ätzmaske zu dienen, durch ein Photolithographieverfahren darauf ausgebildet wird, teilweise geätzt. Demgemäß werden Vertiefungen 42 zum Ausbilden der Stopper 50 vorgesehen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 11 gezeigten Schritts.
Der Siliziumnitridfilm 43 wird dann auf dem Siliziumoxidfilm 41 abgeschieden, um als ein Ätzstopper zu dienen, wenn die Opferschicht geätzt wird. Danach werden Öffnungsabschnitte 44a, 44b, 44c, 44d in dem geschichteten Siliziumoxidfilm 41 und dem Siliziumnitridfilm 43 an Positionen, an denen die Ankerabschnitte auszubilden sind, durch Trockenätzen oder dergleichen durch einen Photolithographieschritt ausgebildet. Die Öffnungsabschnitte 44a bis 44d dienen zum Verbinden der Trägerstruktur 2A und des Substrats (der unteren Elektrode) und der festen Elektroden (der Elektrodenausgangsabschnitte) und der Verdrahtungssegmente. Dann wird der Polysiliziumdünnfilm 45 als der leitende Dünnfilm nicht nur auf dem Siliziumnitridfilm 43 sondern ebenso in den Öffnungsabschnitten 44a bis 44d abgeschieden. Danach werden Störstellen, wie zum Beispiel Phosphor, durch Diffusion oder dergleichen in den Polysiliziumdünnfilm 45 dotiert. Der mit Störstellen dotierte Polysiliziumdünnfilm 45 wird durch einen Photolithographieschritt derart gemustert, daß er ein Verdrahtungssegmentmuster 45a, eine untere Elektrode 45b und Ankerabschnitte 45c aufweist. weiterhin wird der Siliziumnitridfilm 46 auf den Polysiliziumdünnfilm 45 und auf dem freigelegten Siliziumnitridfilm 43 abgeschieden und wird der Siliziumoxidfilm 47 durch CVD-Verfahren oder dergleichen auf dem Siliziumnitridfilm 46 abgeschieden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 12 gezeigten Schritts.
Dann wird der Polysiliziumdünnfilm 48 zum Verbinden auf dem Siliziumoxidfilm 47 abgeschieden und wird die Oberfläche des Polysiliziumdünnfilms 48 poliert, um abgeflacht zu werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 13 gezeigten Schritts.
Ein anderes einkristallines Siliziumsubstrat (Halteplatte) 49 wird vorbereitet und wird mit der polierten Oberfläche des Polysiliziumdünnfilms 48 verbunden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 14 gezeigten Schritts.
Als nächstes wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats 40 auf einer Seite, die dem Siliziumsubstrat 49 gegenüber liegt, poliert, so daß das Siliziumsubstrat 40 derart dünn gemacht wird, daß es eine erwünschte Dicke (zum Beispiel 2 μm bis 20 μm) aufweist. Danach werden Störstellen des n-Typs in das Siliziumsubstrat 40 dotiert, so daß eine Schicht 40b des n+-Typs zum Kontaktieren in dem Oberflächenbereich des Siliziumsubstrats 40 ausgebildet wird.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines in 15 gezeigten Schritts.
Nachdem die Elektroden (Anschlußflächen) 51 auf dem bestimmten Bereich des Siliziumsubstrats 40 ausgebildet worden sind, wird das Siliziumsubstrat 40 durch einen Photolithographieschritt derart geätzt, daß mehrere Vertiefungen, die eine konstante Breite aufweisen, in dem Substrat 40 ausgebildet werden, um die Trägerabschnitte 4, 5, den Gewichtsabschnitt 6, die beweglichen Elektroden und die ersten und zweiten festen Elektroden auszubilden.
In diesem Schritt werden Störstellen, wie zum Beispiel Phosphor, derart in das Siliziumsubstrat 40 diffundiert, daß das Siliziumsubstrat 40 als eine Elektrode zum Erfassen der elektrostatischen Kapazität dienen kann.
Nachfolgend wird die Opferschicht 41 unter Verwendung einer Ätzlösung auf HF-Basis geätzt, um entfernt zu werden. Demgemäß wird die Trägerstruktur 2A, die aus den Trägerabschnitten 4, 5, dem Gewichtsabschnitt 6 und den beweglichen Elektroden 7a, 7b, 8a, 8b besteht, derart gelöst, daß sie beweglich ist. Die Abschnitte, an denen die Vertiefungen 43 ausgebildet sind, sehen die Stopper 50 vor, die teilweise von dem Siliziumnitridfilm 43 hervorstehen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Sublimationsmittel, wie zum Beispiel Paradichlorobenzen verwendet, um zu verhindern, daß der bewegliche Abschnitt während des Trocknungsschritts nach dem Ätzen an dem Substrat befestigt wird. Auf diese Weise wird der Beschleunigungssensor, bei welchem die Verdrahtungsele mente und die untere Elektrode durch Isolation ausgebildet werden, unter Verwendung eines vergrabenen SOI-Substrats hergestellt. Im übrigen zeigt 16 eine perspektivische Teilansicht, die den Beschleunigungssensor zeigt, der durch das zuvor beschriebene Verfahren hergestellt wird.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Siliziumoxidfilm als die Opferschicht 41 verwendet und wird der Polysiliziumdünnfilm als der leitende Dünnfilm 45 verwendet. Deshalb kann, wenn die Ätzlösung auf HF-Basis bei dem Opferschichtätzschritt verwendet wird, das Opferschichtätzen einfach ausgeführt werden, ohne genau eine Konzentration und eine Temperatur der Ätzlösung, eine Ätzzeit zum Stoppen des Ätzens und dergleichen zu steuern. Dies ist so, da der Polysiliziumdünnfilm nicht durch HF aufgelöst wird.
Die in 6 gezeigten Stopper 50 werden unter Verwendung der in 10 gezeigten Vertiefungen 42 durch den Opferschichtätzschritt ausgebildet. Deshalb wird, obgleich Tropfen von Spülwasser (einer Ersatzlösung), wie zum Beispiel demineralisiertes Wasser, während eines Ersatzschritts für die Ätzlösung leicht zwischen der Trägerstruktur 2A und dem Substrat 1 verbleiben, jede Kontaktfläche der Tropfen verringert, so daß eine Oberflächenspannung durch die Tropfen verringert wird. Demgemäß wird auch dann verhindert, daß der bewegliche Abschnitt an dem Substrat befestigt wird, wenn die Tropfen verdampfen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird ein Beschleunigungssensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 17 erklärt. Die gleichen Teile und Komponenten wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind mit den gleichen Bezugszeichen be zeichnet und lediglich Teile, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterschiedlich sind, werden beschrieben.
Die Trägerstruktur 2A wird durch vier Ankerabschnitte 150a bis 150d gehalten, die von dem Substrat 1 hervorstehen, und ist über der oberen Oberfläche des Substrats 1 mit einem bestimmten Spalt zwischen diesen angeordnet. Die Ankerabschnitte 150a bis 150d sind aus einem Polysiliziumdünnfilm ausgebildet. Ein Trägerabschnitt 151 ist zwischen den Ankerabschnitten 150a, 150b vorgesehen und ein Trägerabschnitt 152 ist zwischen den Ankerabschnitten 150c, 150d vorgesehen. Der Gewichtsabschnitt 6 ist zwischen den Trägerabschnitten 151, 152 vorgesehen. Jeder Trägerabschnitt 151, 152 besteht aus einem Träger.
Ein Stoppabschnitt 153 ist auf einer Seite angeordnet, die dem Gewichtsabschnitt 6 bezüglich des Trägerabschnitts 151 gegenüberliegt, und ein Stoppabschnitt 154 ist auf einer Seite angeordnet, die dem Gewichtsabschnitt 6 bezüglich des Trägerabschnitts 152 gegenüberliegt. Die Stoppabschnitte 153, 154 weisen Vorsprünge 153b bzw. 154b, die den Trägerabschnitten 151, 152 gegenüberliegen, zum Einschränken der Bewegung der Trägerstruktur 2A in einer Richtung B1 in 17 auf. Die Stoppabschnitte 153, 154 sind von der Trägerstruktur 2A und dem festen Abschnitt 2B isoliert und über Ankerabschnitte 153a, 154a an dem Substrat 1 befestigt. Die Stoppabschnitte 153, 154 sind über die Ankerabschnitte 150a bis 150d elektrisch mit der Trägerstruktur 2A verbunden, so daß die Stoppabschnitte 153, 154 das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A aufweisen, um keine Potentialdifferenz zu verursachen, welche eine elektrostatische Kraft zwischen diesen erzeugt. Als Ergebnis wird verhindert, daß die Trägerstruktur 2A durch die elektrostatische Kraft an den Stoppabschnitten 153, 154 befestigt wird.
Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, sind die Stoppabschnitte 153, 154 mit den Vorsprüngen 153b, 154b ausgebildet, die teilweise hervorstehen, um eine Kontaktfläche mit den Trägerabschnitten 151, 152 zu verringern. Deshalb dienen die Vorsprünge 153b, 154b im wesentlichen als Stopper. Die Vorsprünge 153b, 154b sind ausgebildet, um einen bestimmten Spalt (zum Beispiel 2 μm) mit den Enden der Trägerabschnitte 151 bzw. 152 zu definieren. Deshalb kann sich die Trägerstruktur 2A nicht weiter als der bestimmte Spalt bewegen. Der Spalt zwischen den beweglichen Elektroden und den entsprechenden ersten oder zweiten festen Elektroden ist größer als der zwischen den Vorsprüngen 153b, 154b und den Trägerabschnitten 151, 152. Demgemäß werden die beweglichen Elektroden nicht an den festen Elektroden befestigt, wenn die Trägerstruktur 2A versetzt wird. Als Ergebnis kann der in 17 gezeigte Beschleunigungssensor die gleichen Wirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorsehen.
Im übrigen ist es möglich, daß die Stoppabschnitte 153, 154 von dem festen Abschnitt 2B isoliert werden. Zu diesem Zeitpunkt können die Stoppabschnitte 153, 154 durch Anschlußflächen, die an bestimmten Abschnitten des festen Abschnitts 2B vorgesehen sind, derart hergestellt werden, daß sie das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A aufweisen. Jedoch ergibt sich in dem Fall, in dem sich das elektrische Potential ändert, das an die Trägerstruktur 2A oder den festen Abschnitt 2B angelegt ist, eine Potentialdifferenz zwischen den Stoppabschnitten 153, 154 und der Trägerstruktur 2A. Dieses Problem kann durch direktes und elektrisches Verbinden der Trägerstruktur 2A und der Stoppabschnitte 153, 154 gelöst werden.
Wenn die Stoppabschnitte 153, 154 mit dem festen Abschnitt 2B integriert sind, können die Stoppabschnitte 153, 154 über eine Diffusionsschicht oder dergleichen ebenso derart hergestellt werden, daß sie das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A aufweisen. In diesem Fall wird eine Potentialdifferenz aufgrund eines Diffusionswiderstands und dergleichen erzeugt. Deshalb ist es schwierig, daß die Stoppabschnitte 153, 154 in Übereinstimmung mit einem Abstand von den Anschlußflächen derart festgelegt werden, daß sie das gleiche elektrische Potential aufweisen. Im Gegensatz dazu können gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da die Stoppabschnitte 153, 154 von dem festen Abschnitt 2B isoliert sind, die Stoppabschnitte 153, 154 genau auf das gleiche elektrische Potential wie das der Trägerstruktur 2A festgelegt werden.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann, obgleich jeweilige zwei Vorsprünge 100b, 101b, 153b, 154b auf einer bezüglich der Trägerabschnitte 4, 5, 151, 152 gegenüberliegenden Seite des Gewichtsabschnitts 6 vorgesehen sind, die Anzahl der Vorsprünge 100b, 101b, 153b, 154b mehr als zwei sein. Die Vorsprünge können in den Längsrichtungen der Trägerabschnitte 4, 5, 151, 152 angeordnet sein. Obgleich die Stoppabschnitte 100, 101, 153, 154 durch den Polysiliziumdünnfilm elektrisch mit der Trägerstruktur 2A verbunden sind, können die Stoppabschnitte weiterhin durch eine thermische Diffusionsschicht oder dergleichen mit der Trägerstruktur 2A verbunden sein.

Claims

Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist: ein Substrat (1), das erste und zweite Ankerabschnitte (3a, 3b; 100a, 101a, 150a bis 150d, 153a, 154a) darauf aufweist; einen beweglichen Abschnitt (2A), der durch die physikalische Größe im allgemeinen in eine Richtung versetzt wird, die parallel zu einer Oberfläche des Substrats (1) verläuft, wobei der bewegliche Abschnitt (2A) einen Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152), einen Masseabschnitt (6) und eine bewegliche Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) beinhaltet und über dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei der Masseabschnitt (6) über den Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) von dem ersten Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) gehalten wird; eine feste Elektrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b), die an dem Substrat (1) befestigt ist und der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) des Masseabschnitts (6) gegenüberliegt; und einen Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154), der über den zweiten Ankerabschnitt (100a, 101a; 153a, 154a) an dem Substrat (1) befestigt ist und über die ersten und zweiten Ankerabschnitte (3a, 3b, 100a, 101a; 150a bis 150d, 153a, 154a) elektrisch mit dem Trägerabschnitt (4, 5; 151a, 152a) verbunden ist, zum Einschränken einer Versetzung des Masseabschnitts (6), dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Elektrodenmuster (26) aufweist, das aus Polysilizium oder einer thermischen Diffusionsschicht besteht und die ersten und zweiten Ankerabschnitte (3a, 3b, 100a, 101a; 150a bis 150d, 153a, 154a) elektrisch verbindet.
Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) auf einer Seite vorgesehen ist, die dem Masseabschnitt (6) bezüglich des Trägerabschnitts (4, 5; 151, 152) gegenüberliegt.
Halbleitersensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerabschnitt (4, 5) ein polygonal geformter Träger ist, der in sich einen inneren Trägerhohlraum beinhaltet; und der Stoppabschnitt (100, 101) in dem inneren Trägerhohlraum angeordnet ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) von dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) getrennt ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) einen zu dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) hin hervorstehenden Vorsprung (100b, 101b; 153b, 154b) zum Einschränken der Versetzung des Masseabschnitts (6) aufweist.
Halbleitersensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Elektrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b) und die bewegliche Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) einen ersten Spalt zwischen sich definieren, und der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) und der Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) einen zweiten Spalt zwischen sich definieren, wobei der zweite Spalt kleiner als der erste Spalt ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) einen Vorsprung (100b, 101b; 153b, 154b) aufweist, der zu dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) hin hervorsteht und den zweiten Spalt mit dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) definiert.
Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) mehrere Vorsprünge (50) aufweist, die dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152), der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) oder dem Masseabschnitt (6) gegenüberliegen.
Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Elektrodenmuster (26) aufweist, das dem Masseabschnitt (6) gegenüberliegt und über den ersten Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) elektrisch mit dem beweglichen Abschnitt (2A) verbunden ist, um ein elektrisches Potential aufzuweisen, das gleich dem des beweglichen Abschnitts (2A) ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) sowohl dem Masseabschnitt (6), der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) als auch dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) gegenüberliegt.
Halbleitersensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) mehrere Vorsprünge (50) aufweist, die dem Masseabschnitt (26), der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) oder dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) gegenüberliegen.
Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist: ein Substrat (1), das einen Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) darauf aufweist; einen beweglichen Abschnitt (2A), der einen Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152), einen Masseabschnitt (6) und eine bewegliche Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) beinhaltet und über dem Substrat (1) aufgehängt ist, um durch die physikalische Größe versetzt zu werden, wobei der Masseabschnitt (6) über den Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) von dem Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) gehalten wird; eine feste Elektrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b), die an dem Substrat (1) befestigt ist und der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) gegenüberliegt, wobei das Substrat (1) ein Elektrodenmuster (26) aufweist, das dem beweglichen Abschnitt (2A) mit einem sich dazwischen befindenden Spalt gegenüberliegt und über den Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) elektrisch mit dem beweglichen Abschnitt (2A) verbunden ist, um ein elektrisches Potential aufzuweisen, das gleich dem des beweglichen Abschnitts (2A) ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) sowohl dem Masseabschnitt (6), der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) als auch dem Trägerabschnitt (4, 5, 151, 152) gegenüberliegt.
Halbleitersensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) mehrere Vorsprünge (50) aufweist, die dem Masseabschnitt (6), der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) und dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) gegenüberliegen.
Halbleitersensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) eine Form aufweist, die im allgemeinen die gleiche wie die des beweglichen Abschnitts (2A) ist.
Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist: ein Substrat (1), das einen Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) darauf und mehrere Substratvorsprünge (50) aufweist, wobei ein Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) und die mehreren Substratvorsprünge (50) über den Ankerabschnitt elektrisch mit einem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) verbunden sind, um eine Versetzung eines beweglichen Abschnitts (2A) in Richtungen einzuschränken, die im allgemeinen parallel zu einer Oberfläche des Substrats (1) oder im allgemeinen senkrecht zu der Oberfläche verlaufen.
Halbleitersensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist: ein Substrat (1), das einen Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d), der von ihm hervorsteht, und ein Elektrodenmuster (26) aufweist; einen beweglichen Abschnitt (2A), der durch die physikalische Größe versetzt wird, wobei der bewegliche Abschnitt (2A) einen Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152), einen Masseabschnitt (6) und eine bewegliche Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) beinhaltet und über dem Substrat (1) angeordnet ist, um dem Elektrodenmuster (26) mit einem sich dazwischen befindenden ersten Spalt gegenüberzuliegen, wobei der Masseabschnitt (6) über den Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) von dem Ankerabschnitt (3a, 3b, 150a bis 150d) gehalten wird; eine feste Elektrode (9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b), die an dem Substrat (1) befestigt ist und der beweglichen Elektrode (7a, 7b, 8a, 8b) mit einem sich dazwischen befindenden zweiten Spalt gegenüberliegt; und einen Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154), der an dem Substrat (1) befestigt ist und mit einem sich dazwischen befindenden dritten Spalt auf einer Seite, die dem Masseabschnitt (6) gegenüberliegt dem Trägerabschnitt (4, 5, 151, 152) gegenüberliegt, wobei der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) und das Elektrodenmuster (26) über den Ankerabschnitt (3a, 3b; 150a bis 150d) elektrisch mit dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) verbunden sind, um eine Versetzung des beweglichen Abschnitts (2A) in Richtungen einzuschränken, die im allgemeinen parallel zu einer Oberfläche des Substrats (1) oder im allgemeinen senkrecht zu der Oberfläche verlaufen.
Halbleitersensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Spalt kleiner als der zweite Spalt ist.
Halbleitersensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoppabschnitt (100, 101; 153, 154) einen Stoppvorsprung aufweist, der dem Trägerabschnitt (4, 5; 151, 152) mit dem sich dazwischen befindenden dritten Spalt gegenüberliegt.
Halbleitersensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster (26) mehrere Vorsprünge (50) aufweist, die dem beweglichen Abschnitt (2A) mit dem sich dazwischen befindenden ersten Spalt gegenüberliegen.