DE10003066A1 - Halbleitersensor für eine physikalische Größe und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents
Halbleitersensor für eine physikalische Größe und Verfahren zum Herstellen desselbenInfo
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Abstract
Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe, in dem eine Balkenstruktur mit einer beweglichen Elektrode und eine feste Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, in einem Substrat integral ausgebildet sind, besitzt eine neue elektrische Isolationsstruktur. Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe wie ein Beschleunigungssensor umfaßt ein Siliziumsubstrat (1); eine sich lateral erstreckende Höhlung (2), die in dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist; und einen Basisplattenteil (3), der unter der Höhlung in dem Siliziumsubstrat definiert ist. Ein rechteckiger Rahmenteil (5), eine Balkenstruktur (6) mit einer beweglichen Elektrode (12a-12d, 13a-13d) und eine feste Elektrode (17a-17d, 23a-23d) werden durch die Höhlung und Gräben (4a, 4b) definiert. Die feste Elektrode liegt der beweglichen Elektrode der Balkenstruktur gegenüber. Gräben (20a-20d, 26a-26d), in die elektrisches Isoliermaterial (21a-21d, 27a-27d) eingebettet ist, sind zwischen der beweglichen Elektrode und dem rechteckigen Rahmenteil und zwischen der festen Elektrode und dem rechteckigen Rahmenteil ausgebildet.
Description
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Halbleitersen
soren für physikalische Größen und insbesondere einen Halb
leitersensor für eine physikalische Größe, der eine Balken
struktur mit einer beweglichen Elektrode zum Erfassen bzw.
Ermitteln einer physikalischen Größe wie z. B. einer
Beschleunigung, Gierrate, Schwingung oder dergleichen
umfaßt.
Ein konventioneller Halbleitersensor für eine physika
lische Größe zum Erfassen einer Beschleunigung, Gierrate,
Schwingung oder dergleichen, ist in JP-A-9-211022 beschrie
ben. Gemäß diesem Sensor werden eine Balkenstruktur mit
einer beweglichen Elektrode und eine feste Elektrode, die
der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, integral in einem
Halbleitersubstrat mittels Verarbeiten des Halbleiter
substrates unter Verwendung einer Mikromaschinentechnologie
ausgebildet. Diese Art von Sensor wird im folgenden aus
führlich beschrieben werden.
Fig. 83 ist eine Draufsicht eines Halbleiterbeschleuni
gungssensors. Die Fig. 84-87 zeigen jeweils Querschnitts
ansichten, die entlang der Linien 84-84, 85-85, 86-86 und
87-87 in Fig. 83 genommen wurden.
In den Fig. 83 und 84 ist eine Balkenstruktur 501,
die aus einem einkristallinen Halbleitermaterial besteht,
über einer oberen Oberfläche eines Substrates 500
angeordnet. Die Balkenstruktur 501 wird von vier
Ankerteilen 502a, 502b, 502c und 502d getragen, von denen
jeder von der Seite des Substrates 500 her hervorsteht, und
ist so angeordnet, daß sie einen vorbestimmten Abstand von
der oberen Oberfläche des Substrates 500 beibehält. Die
Balkenstruktur 501 besitzt Balkenteile 503 und 504, einen
Massenteil 505 und kammartige bewegliche Elektroden 506a
bis 506d, 507a bis 507d. Erste feste Elektroden 508a bis
508d, 509a bis 509d, und zweite feste Elektroden 510a bis
510d, 511a bis 511d sind an der oberen Oberfläche des
Substrates 500 fixiert. Jede der festen Elektroden 508a bis
508d, 509a bis 509d, 510a bis 510d und 511a bis 511d wird
von Ankerteilen 512 getragen, von denen jeder von der Seite
des Substrates 500 her hervorsteht, und liegt jeder einen
Seite der beweglichen Elektroden 506a bis 506d, 507a bis
507d der Balkenstruktur 501 gegenüber, die so angeordnet
ist, daß sie den vorbestimmten Abstand von der oberen
Oberfläche des Substrates 500 beibehält. Kondensatoren sind
zwischen den beweglichen Elektroden 506a bis 506d, 507a bis
507d der Balkenstruktur 501 und den festen Elektroden 508a
bis 508d, 509a bis 509d ausgebildet.
Wie in Fig. 84 gezeigt ist, besitzt das Substrat 500
eine Struktur, in der eine Polysiliziumdünnschicht 514, ei
ne unterschichtseitige Isolierdünnschicht 515, eine leit
fähige Dünnschicht 516 und eine oberschichtseitige Isolier
dünnschicht 517 auf einem Siliziumsubstrat 513 schichtweise
angeordnet sind. Wie in Fig. 83 gezeigt ist, werden von der
leitfähigen Dünnschicht 516 vier Leitungsstrukturierungen
518 bis 521 ausgebildet. Die Leitungsstrukturierungen 518
bis 521 sind Leitungen der festen Elektroden 508a bis 508d,
510a bis 510d, 509a bis 509d und 511a bis 511d.
In dieser Struktur kann das Ausmaß an Beschleunigung
mittels Messen der Verlagerungen der Balkenstruktur 501
über die Kapazitätsänderungen der Kondensatoren zwischen
den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden erfaßt
werden, wenn auf die Balkenstruktur in einer Richtung par
allel zu der Oberfläche des Substrates eine Beschleunigung
einwirkt.
Der Beschleunigungssensor wird wie folgt hergestellt.
Hier wird ein Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf
die Fig. 88 bis 97 erklärt werden, welche Querschnittsan
sichten sind, die entlang der Linie 88-88 in Fig. 83 genom
men wurden.
Zuerst, wie in Fig. 88 gezeigt, wird ein einkristalli
nes Siliziumsubstrat 530 bereitgestellt, und eine Struktu
rierung aus Gräben 531 wird in dem Siliziumsubstrat 530
ausgebildet. Danach werden Fremdatome wie Phosphor implan
tiert und in das Siliziumsubstrat 530 hinein diffundiert,
um Elektroden zum Erfassen von elektrostatischer Kapazität
auszubilden. Als nächstes, wie in Fig. 89 gezeigt, wird
eine Siliziumoxiddünnschicht 532 als eine Opferschichtdünn
schicht auf dem Siliziumsubstrat 530 ausgebildet, und eine
Oberfläche der Siliziumoxiddünnschicht 532 wird geebnet
bzw. eben gemacht. Danach wird, wie Fig. 90 gezeigt, eine
Siliziumnitriddünnschicht 534, die während eines Opfer
schichtätzens eine Ätzschutzschicht sein soll, ausgebildet.
Weiterhin werden Öffnungen 535a bis 535c in einer Schicht
struktur aus dem Siliziumnitrid 534 und der Siliziumoxid
dünnschicht 532 ausgebildet, da wo Ankerteile ausgebildet
werden sollen.
Als nächstes, wie in Fig. 91 gezeigt, wird eine Polysi
liziumdünnschicht 536 auf den Öffnungen 535a bis 535c und
der Siliziumnitriddünnschicht 534 ausgebildet. Fremdatome
wie Phosphor werden in die Polysiliziumdünnschicht 536 im
plantiert und hinein diffundiert, die eine leitfähige
Dünnschicht sein soll. Eine Leitungsstrukturierung 536a,
eine untere Elektrode 536b (s. Fig. 87) und Ankerteile 536c
werden unter Verwendung einer Photolithographie
ausgebildet. Wie in Fig. 92 gezeigt ist, wird eine
Siliziumoxiddünnschicht 537 auf der Polysiliziumdünnschicht
536 und der Siliziumnitriddünnschicht 534 ausgebildet. Wie
in Fig. 93 gezeigt ist, wird eine Polysiliziumdünnschicht
538 als eine Kontaktierungsdünnschicht auf einer Oberfläche
der Siliziumoxiddünnschicht 537 ausgebildet, und eine
Oberfläche der Polysiliziumdünnschicht 538 wird zum Zweck
des Kontaktierens mechanisch eben poliert.
Weiterhin wird, wie in Fig. 94 gezeigt, ein weiteres
einkristallines Siliziumsubstrat 539, das von dem Silizium
substrat 530 verschieden ist, bereitgestellt, und die Ober
fläche der Polysiliziumdünnschicht 538 und das Silizium
substrat 539 werden miteinander verbunden. Wie in Fig. 95
gezeigt wird, werden die Siliziumsubstrate 530 und 539 um
gedreht, und die Seite des Siliziumsubstrates 530 wird me
chanisch eben poliert. Wie in Fig. 96 gezeigt, wird eine
Zwischenschichtisolierdünnschicht 540 ausgebildet, und Kon
taktlöcher werden mittels Trockenätzen nach der Photolitho
graphie ausgebildet. Weiterhin wird eine Siliziumnitrid
dünnschicht 541 bei einem Bereich auf der Zwischen
schichtisolierdünnschicht 540 ausgebildet und eine Alumini
umelektrode 542 wird mittels Ablagern und Photolithographie
ausgebildet.
Schließlich, wie in Fig. 97 gezeigt, wird die Silizium
oxiddünnschicht 532 mittels Ätzen unter Verwendung eines
Ätzmittels auf der Grundlage von HF entfernt, um die Bal
kenstruktur mit der beweglichen Elektrode beweglich zu ma
chen. Mit anderen Worten, die Balkenstruktur 501 und die
festen Elektroden (508a, 508b, etc.) werden in dem
Siliziumsubstrat 530 durch Entfernen eines vorbestimmten
Bereiches der Siliziumoxiddünnschicht 532 mittels dem
Opferschichtätzen unter Verwendung des Ätzmittels
ausgebildet.
Auf diese Weise kann der Halbleiterbeschleunigungs
sensor unter Verwendung eines Schichtsubstrates hergestellt
werden.
Jedoch kann in solchen Arten von Halbleitersensoren für
eine physikalische Größe die Sensorstruktur kompliziert
sein, da sie es erfordert, daß die bewegliche Elektrode von
jeder von der festen Elektroden von einem Standpunkt der
Sensorstruktur aus elektrisch isoliert ist, und da sie es
erfordert, daß die Leitungen mit separaten Elektroden
verbunden sind. Weiterhin ist es schwierig, die Kosten zu
erniedrigen, da es einen Schritt des Kontaktierens bzw.
Verbindens der Substrate (das Substrat 530 und das Substrat
539) gibt, wie in Fig. 94 gezeigt.
Diese Erfindung ist angesichts des bisher beschriebenen
Stands der Technik ersonnen worden und ihre erste Aufgabe
ist es, einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe
mit einer neuen elektrischen Isolationsstruktur und ein
Verfahren zum Herstellen desselben bereit zu stellen.
Ihre zweite Aufgabe ist es, einen Halbleitersensor für
eine physikalische Größe bereitzustellen, in dem eine Bal
kenstruktur mit einer beweglichen Elektrode und eine feste
Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenübersteht
bzw. gegenüberliegt, integral in einem Substrat ausgebildet
sind, mit einer neuen elektrischen Isolationsstruktur, und
ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale
der Ansprüche 1, 12, 13, 14 und 17.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Rahmenteil,
eine Balkenstruktur und eine feste Elektrode abgeteilt.
Weiterhin ist wenigstens ein Isolator bereitgestellt, we
nigstens zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen Elek
trode oder zwischen dem Rahmenteil und der festen Elek
trode. Folglich kann sie auf einfache Weise den Rahmenteil
von wenigsten der beweglichen Elektrode oder der festen
Elektrode elektrisch isolieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist ein Verfahren auf:
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche einer Halbleiterschicht, die ein Substrat bil det, her, um einen ersten Graben auszubilden, der sich ver tikal erstreckt, zum elektrisch Isolieren einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode von einem Rahmenteil;
Einbetten eines Isolators in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht her, um einen zwei ten Graben auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen bzw. Trennen und zum Ausbilden des Rahmenteils, einer Balkenstruktur und der festen Elektrode;
Ausbilden einer Schutzdünnschicht auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer unteren Oberfläche bzw. Bodenfläche davon; und
Durchführen eines isotropen Ätzens von der unteren Oberfläche bzw. Bodenfläche des zweiten Grabens her, um eine Höhlung auszubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines Basisplattenteils, der unter der Höhlung angeordnet ist, des Rahmenteils, der an den Seiten der Höhlung und des zweiten Grabens angeordnet ist, der Balkenstruktur und der festen Elektrode.
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche einer Halbleiterschicht, die ein Substrat bil det, her, um einen ersten Graben auszubilden, der sich ver tikal erstreckt, zum elektrisch Isolieren einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode von einem Rahmenteil;
Einbetten eines Isolators in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht her, um einen zwei ten Graben auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen bzw. Trennen und zum Ausbilden des Rahmenteils, einer Balkenstruktur und der festen Elektrode;
Ausbilden einer Schutzdünnschicht auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer unteren Oberfläche bzw. Bodenfläche davon; und
Durchführen eines isotropen Ätzens von der unteren Oberfläche bzw. Bodenfläche des zweiten Grabens her, um eine Höhlung auszubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines Basisplattenteils, der unter der Höhlung angeordnet ist, des Rahmenteils, der an den Seiten der Höhlung und des zweiten Grabens angeordnet ist, der Balkenstruktur und der festen Elektrode.
Folglich kann sie auf einfache Weise den Rahmenteil von
wenigstens der beweglichen Elektrode oder der festen Elek
trode elektrisch isolieren.
Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Aus
gestaltungen der Erfindung.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Ei
genschaften der vorliegenden Erfindung werden sich aus ei
nem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, der
beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen ergeben, die alle
Teile dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen sind die
selben Teile oder die sich entsprechenden Teile mit densel
ben Bezugszeichen gekennzeichnet worden, um redundante Er
klärungen zu vermeiden. In den Zeichnungen sind:
Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Halbleiterbeschleuni
gungssensors einer ersten Ausführungsform gemäß der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiter
beschleunigungssensors der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 3-3 in Fig. 1 genommen wurde;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 4-4 in Fig. 1 genommen wurde;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiter
beschleunigungssensors der ersten Ausführungsform;
die Fig. 6 bis 10 sind Querschnittsansichten, die
entlang einer Linie 6-6 in Fig. 1 genommen wurden, zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens
zum Herstellen der ersten Ausführungsform;
Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine Isolationsstruktur
aus Elektroden der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
die Fig. 12 und 13 sind Diagramme, die Isolations
strukturen aus Elektroden einer modifizierten ersten Aus
führungsform veranschaulichen;
die Fig. 14, 15A und 15B sind Diagramme, die Graben
strukturen der modifizierten ersten Ausführungsform veran
schaulichen;
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
beschleunigungssensors einer zweiten Ausführungsform gemäß
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht einer festen
Elektrode des Halbleiterbeschleunigungssensors der zweiten
Ausführungsform;
die Fig. 18 und 19 sind Querschnittsansichten, die
eine Trägerstruktur der festen Elektrode der zweiten Aus
führungsform veranschaulichen;
die Fig. 20 bis 24 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der zweiten Ausführungsform;
Fig. 25 ist eine Draufsicht eines Beschleunigungssen
sors vom Schaltertyp einer modifizierten zweiten Ausfüh
rungsform;
Fig. 26 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 26-26 in Fig. 25 genommen wurde;
Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht eines Halblei
terbeschleunigungssensors einer dritten Ausführungsform ge
mäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der
Linien 28-28 in Fig. 27 genommen wurde;
Fig. 29 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der
Linien 29-29 in Fig. 27 genommen wurde;
die Fig. 28 und 29 sind Querschnittsansichten, die
entlang der Linien 28-28 und 29-29 in Fig. 27 genommen wur
den;
die Fig. 30 bis 34 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der dritten Ausführungsform;
Fig. 35 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
beschleunigungssensors einer vierten Ausführungsform gemäß
der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 36 bis 40 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der vierten Ausführungsform;
Fig. 41 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
beschleunigungssensors einer fünften Ausführungsform gemäß
der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 42 und 43 sind Querschnittsansichten, die
eine Trägerstruktur der festen Elektrode der fünften Aus
führungsform veranschaulichen;
die Fig. 44 bis 48 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der fünften Ausführungsform;
Fig. 49 ist eine Querschnittsansicht eines Gierraten
sensors einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 50 ist eine Querschnittsansicht eines Gierraten
sensors der sechsten Ausführungsform bevor er verdrahtet
wird;
Fig. 51 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 51-51 in Fig. 49 genommen wurde;
die Fig. 52 bis 58 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der sechsten Ausführungsform;
Fig. 59 ist eine Querschnittsansicht eines Gierraten
sensors einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegen
den Erfindung;
die Fig. 60 bis 66 sind Querschnittsansichten zum Ver
anschaulichen eines jeden Schrittes eines Verfahrens zum
Herstellen der siebten Ausführungsform,
die Fig. 67 bis 82 sind Querschnittsansichten zum
Veranschaulichen von Modifikationen;
Fig. 83 ist eine Draufsicht eines Halbleiterbeschleuni
gungssensors gemäß einem Stand der Technik;
Fig. 84 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 84-84 in Fig. 83 genommen wurde;
Fig. 85 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 85-85 in Fig. 83 genommen wurde;
Fig. 86 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 86-86 in Fig. 83 genommen wurde;
Fig. 87 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer
Linie 87-87 in Fig. 83 genommen wurde; und
die Fig. 88 bis 97 sind Querschnittsansichten, die ent
lang einer Linie 88-88 in Fig. 83 genommen wurden, zum Ver
anschaulichen eines jeden Schrittes eines Herstellungs
verfahrens des Standes der Technik.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erklärt werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Beschleunigungssensor
dieser Ausführungsform. Fig. 1 ist eine Draufsicht auf den
Beschleunigungssensor und Fig. 2 ist eine perspektivische
Ansicht des Beschleunigungssensors. Weiterhin zeigt Fig. 3
eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 3-3 in
Fig. 1 genommen wurde, und Fig. 4 zeigt eine Querschnitts
ansicht, die entlang einer Linie 4-4 in Fig. 1 genommen
wurde.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Beschleu
nigungssensors in einem Zustand, wo die Leitungen entfernt
sind. Das heißt, Fig. 2 ist die perspektivische Ansicht des
Sensors einschließlich der Leitungen, wohingegen Fig. 5 die
perspektivische Ansicht ohne die Leitungen zeigt.
In Fig. 3 ist eine Höhlung 2 im Inneren eines Si
liziumsubstrates 1 als einem Einschichthalbleitersubstrat
ausgebildet. Die Höhlung 2 besitzt einen vorbestimmten In
nendurchmesser t und erstreckt sich lateral (parallel zu
einer Oberfläche des Siliziumsubstrates). Ein unterer Teil
des Substrates 1 unterhalb der Höhlung 2 ist als ein Ba
sisplattenteil 3 definiert. Das heißt, der Basisplattenteil
3 wird durch die Höhlung 2 abgeteilt, und der Basisplatten
teil 3 befindet sich unterhalb der Höhlung 2. Wie in den
Fig. 1 und 3 gezeigt ist, sind Gräben 4a, 4b, 4c und 4d
über der Höhlung 2 in dem Substrat 1 ausgebildet. Die Grä
ben 4a, 4b, 4c und 4d erstrecken sich vertikal (senkrecht
zu der Oberfläche des Siliziumsubstrates) und erreichen die
Höhlung 2. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden ein rechtecki
ger Rahmenteil 5 und eine Balkenstruktur 6 durch Aufteilen
bzw. Abteilen des Substrates 1 mittels der Höhlung 2 und
der Gräben 4a bis 4d ausgebildet. Der rechteckige Rahmen
teil 5 ist an den Seiten der Höhlung 2 und der Gräben 4a
und 4b angeordnet, und ist auf einer Oberfläche des Ba
sisplattenteils 3 ausgebildet. Der rechteckige Rahmenteil 5
besteht aus einer Seitenwand des Substrates 1. Die Balken
struktur 6 ist über der Höhlung 2 angeordnet und erstreckt
sich von dem rechteckigen Rahmenteil 5 her. Die Bal
kenstruktur 6 ist hier so angeordnet, daß sie einen vorbe
stimmten Abstand t von der oberen Oberfläche des Basis
plattenteils 3 beibehält. Weiterhin werden die festen Elek
troden 16a bis 16d, 17a bis 17b, 22a bis 22b und 23a bis
23d dadurch definiert, daß sie durch die Höhlung 2 und die
Gräben 4a und 4b abgeteilt werden. Jede der festen Elektro
den ist oberhalb der Höhlung 2 angeordnet und erstreckt
sich von dem rechteckigen Rahmenteil 5 her.
In Fig. 5 umfaßt die Balkenstruktur 6 Ankerteile 7 und
8, Balkenteile 9 und 10, einen Massenteil 11 und bewegliche
Elektroden 12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c und 13d. Die
Ankerteile 7 und 8 stehen jeweils von zwei Innenwandober
flächen hervor, die einander gegenüberliegen. Der Massen
teil 11 ist mit den Ankerteilen 7 und 8 über die Balken
teile 9 und 10 verbunden und getragen. Mit anderen Worten,
der Massenteil 11 wird von den Ankerteilen 7 und 8 an den
Innenseiten des rechteckigen Rahmenteils 5 schwebend gehal
ten, und ist so angeordnet, daß er von der oberen Oberflä
che des Basisplattenteils 3 einen vorbestimmten Abstand
beibehält.
Isolierende Gräben bzw. Isoliergräben 14a und 14b sind
zwischen den Ankerteilen 7, 8 und den Balkenteilen 9, 10
ausgebildet. Elektrisch isolierende Materialien bzw.
elektrische Isoliermaterialien 15a und 15b, die aus einer
Oxiddünnschicht oder dergleichen bestehen, sind in den
Isoliergräben 14a und 14b angeordnet (eingebettet oder
eingefüllt), um zwischen den Ankerteilen 7, 8 und den
Balkenteilen 9, 10 elektrisch zu isolieren.
Die vier beweglichen Elektroden 12a bis 12d stehen von
einer Seitenoberfläche des Massenteils 11 hervor, und die
vier beweglichen Elektroden 13a bis 13d stehen von einer
anderen Seitenoberfläche des Massenteils 11 hervor. Die be
weglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d bilden ei
nen Kammgestalt, in der jede von diesen sich in einem glei
chen Abstand voneinander parallel zueinander erstreckt. Auf
diese Weise besitzt die Balkenstruktur 6 die beweglichen
Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d, die sich infolge
einer Wirkung einer Beschleunigung als einer physikalischen
Größe verlagern.
In Fig. 5 sind die ersten festen Elektroden 16a, 16b,
16c und 16d und die zweiten festen Elektroden 17a, 17b, 17c
und 17d jeweils an einer von zwei Innenwandoberflächen des
rechteckigen Rahmenteils 5, die sich einander
gegenüberliegenden, fixiert. Die ersten festen Elektroden
16a bis 16d sind so angeordnet, daß sie einen vorbestimmten
Abstand t von der oberen Oberfläche des Basisplattenteils 3
beibehalten, und stehen bzw. liegen einer Seite der
beweglichen Elektroden 12a bis 12d gegenüber. Gleichermaßen
sind die zweiten festen Elektroden 17a bis 17d so
angeordnet, daß sie einen vorbestimmten Abstand t von der
oberen Oberfläche des Basisplattenteils 3 beibehalten, und
stehen bzw. liegen einer anderen Seite die beweglichen
Elektroden 12a bis 12d gegenüber. Isoliergräben 18a bis 18d
(s. Fig. 3) sind hier zwischen den ersten festen Elektroden
16a bis 16d und dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet,
und elektrische Isoliermaterialien 19a bis 19d wie eine
Oxiddünnschicht (s. Fig. 3) sind in den Isoliergräben 18a
bis 18d eingebettet (eingefüllt), um die ersten festen
Elektroden 16a bis 16d von dem rechteckigen Rahmenteil 5 zu
isolieren. Gleichermaßen sind Isoliergräben 20a bis 20d (s.
Fig. 4) zwischen den zweiten festen Elektroden 17a bis 17d
und dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet, und
elektrische Isoliermaterialien 21a bis 21d wie eine
Oxiddünnschicht (s. Fig. 4) sind in den Isoliergräben 20a
bis 20d eingebettet, um die zweite festen Elektroden 17a
bis 17d von dem rechteckigen Rahmenteil 5 zu isolieren.
Gleichermaßen, in Fig. 5, sind erste feste Elektroden
22a, 22b, 22c und 22d und zweite feste Elektroden 23a, 23b,
23c und 23d jeweils an der anderen der zwei
Innenwandoberflächen des rechteckigen Rahmenteils 5, die
sich einander gegenüberliegen, fixiert. Die ersten festen
Elektroden 22a bis 22d sind so angeordnet, daß sie einen
vorbestimmten Abstand t von der oberen Oberfläche des
Basisplattenteils 3 beibehalten, und liegen einer Seite der
beweglichen Elektroden 13a bis 13d gegenüber. Gleichermaßen
sind die zweiten festen Elektroden 23a bis 23d so
angeordnet, daß sie einen vorbestimmten Abstand t von der
oberen Oberfläche des Basisplattenteils 3 beibehalten, und
liegen einer anderen Seite der beweglichen Elektroden 13a
bis 13d gegenüber. Die Isoliergräben 24a bis 24d (s. Fig.
3) sind hier zwischen den ersten festen Elektroden 22a bis
22d und dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet, und
elektrische Isoliermaterialien 25a bis 25d wie z. B. eine
Oxiddünnschicht (s. Fig. 3) sind in den Isoliergräben 24a
bis 24d eingebettet, um die ersten festen Elektroden 22a
bis 22d von dem rechteckigen Rahmenteil 5 zu isolieren.
Gleichermaßen sind die Isoliergräben 26a bis 26d (s. Fig.
4) zwischen den zweiten festen Elektroden 23a bis 23d und
dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet, und elektrische
Isoliermaterialien 27a bis 27d wie z. B. eine
Oxiddünnschicht (s. Fig. 4) sind in den Isoliergräben 26a
bis 26d eingebettet, um die zweiten festen Elektroden 23a
bis 23d von dem rechteckigen Rahmenteil 5 zu isolieren.
Auf diese Weise, gemäß dieser Ausführungsform, werden
die beweglichen Elektroden und die festen Elektroden von
dem rechteckigen Rahmenteil 5 über die elektrischen Iso
liermaterialien 15a, 15b, 19a bis 19d, 21a bis 21d, 25a bis
25d und 27a bis 27d wie die Oxiddünnschicht, die in den
Isoliergräben eingebettet bzw. vergraben ist, getragen und
sind von der Seite der Basisplatte 3 elektrisch isoliert.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das elektrische
Potential der ersten festen Elektroden 16a bis 16d durch
eine Leitung 28 hindurch extern herausgenommen, und das
elektrische Potential der zweiten festen Elektroden 17a bis
17d wird durch eine Leitung 29 hindurch extern
herausgenommen. Gleichermaßen wird das elektrische
Potential der ersten festen Elektroden 22a bis 22d durch
eine Leitung 30 hindurch extern herausgenommen, und das
elektrische Potential der zweiten festen Elektroden 23a bis
23d wird durch eine Leitung 31 hindurch extern
herausgenommen. Im einzelnen wird, wie in Fig. 3 gezeigt,
das elektrische Potential von den ersten festen Elektroden
16a bis 16d und 22a bis 22d über die Leitungen 28, 30, die
auf der Oxiddünnschicht 32, 33 ausgebildet sind, durch
Kontaktteile 34 und 35 hindurch extern herausgenommen, die
von dem rechteckigen Rahmenteil 5 elektrisch isoliert sind.
Weiterhin, wie in Fig. 4 gezeigt, wird das elektrische
Potential von den zweiten festen Elektroden 17a bis 17d und
23a bis 23d über die Leitungen 29, 31, die auf der
Oxiddünnschicht 32, 33 ausgebildet sind, durch Kontaktteile
36 und 37 hindurch extern herausgenommen, die von dem
rechteckigen Rahmenteil 5 elektrisch isoliert sind.
Weiterhin, wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Potential
der beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d mit
tels der Leitungen 28, 39 (im einzelnen durch den in den
Balkenteilen 9, 10 bereitgestellten Kontaktteil hindurch)
durch den Massenteil 11 und die Balkenteile 9, 10 hindurch
extern herausgenommen.
Andererseits wird eine Schutzdünnschicht auf einer Sei
tenwand des in dem Substrat 1 ausgebildeten Grabens ausge
bildet. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Zustand, wo die
Schutzdünnschicht jeweils auf den Seitenwänden des Massen
teils 11 und der festen Elektroden 16b, 17a, 22b und 23a
ausgebildet ist. Das heißt, wie in den Fig. 3 und 4 ge
zeigt, eine Schutzdünnschicht 40 ist auf der Seitenwand des
Massenteils 11 ausgebildet, und Schutzdünnschichten 41 und
42 sind auf den Seitenwänden der festen Elektroden 16a bis
16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d ausgebildet.
Weiterhin sind Oxiddünnschichten 32 und 33 auf der Oberflä
che des Substrates 1 ausgebildet (in den Fig. 3 und 4:
auf den Oberfläche des rechteckigen Rahmenteils 5, des Mas
senteils 11 und der festen Teile 16a bis 16d, 17a bis 17d,
22a bis 22d und 23a bis 23d).
Wie oben beschrieben wurde, gemäß dem Halbleiterbe
schleunigungssensor dieser Ausführungsform, wie in den
Fig. 3 und 5 gezeigt, wird der Basisplattenteil 3 durch
die Höhlung 2 abgeteilt; wird der rechteckige Rahmenteil 5
durch die Höhlung 2 und die 4a und 4b abgeteilt; wird die
Balkenstruktur 6 mit den bewegliche Elektroden 12a bis 12d
und 13a bis 13d durch die Höhlung 2 und die Gräben 4a bis
4d abgeteilt; und werden die festen Elektroden 16a bis 16d,
17a bis 17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d durch die Höhlung
2 und den Gräben 4a und 4b abgeteilt. Weiterhin sind die
Gräben 14a, 14b, 18a bis 18d, 20a bis 20d, 24a bis 24d und
26a bis 26d zwischen den beweglichen Elektroden 12a bis
12d, 13a bis 13d und dem rechteckigen Rahmenteil 5 und
zwischen den festen Elektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d,
22a bis 22d, 23a bis 23d und dem rechteckigen Rahmenteil 5
ausgebildet. Die elektrischen Isoliermaterialien 15a, 15b,
19a bis 19d, 21a bis 21d, 25a bis 25d und 27a bis 27d sind
in den Gräben 14a, 14b, 18a bis 18d, 20a bis 20d, 24a bis
24d und 26a bis 26d eingebettet.
Folglich werden der Basisplattenteil 3, der rechteckige
Rahmenteil 5, die Balkenstruktur 6 und die festen Elektro
den 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d
durch die Höhlung 2 und die Gräben 4a bis 4d, die in dem
Siliziumsubstrat 1 ausgebildet sind, abgeteilt, bzw. ge
trennt; und die Elektroden werden durch die elektrischen
Isoliermaterialien 15a, 15b, 19a bis 19d, 21a bis 21d, 25a
bis 25d und 27a bis 27d, die in den Gräben 14a, 14b, 18a
bis 18d, 20a bis 20d, 24a bis 24d und 26a bis 26d eingebet
tet bzw. vergraben sind, die zwischen den beweglichen Elek
troden 12a bis 12d, 13a bis 13d und dem rechteckigen Rah
menteil 5 und zwischen den festen Elektroden 16a bis 16d,
17a bis 17d, 22a bis 22d, 23a bis 23d und dem rechteckigen
Rahmenteil 5 ausgebildet sind, elektrisch isoliert.
Wie oben beschrieben wurde, kann eine Querschnitts
struktur des Sensors vereinfacht werden, da das Einschicht
halbleitersubstrat, im Detail, das einkristalline Silizium
substrat 1, für den Halbleiterbeschleunigungssensor verwen
det wird, in dem die Balkenstruktur mit den beweglichen
Elektroden und die festen Elektroden, die den beweglichen
Elektroden gegenüberliegen, in dem einen Siliziumsubstrat
integral ausgebildet sind.
Als nächstes werden die Arbeitsweisen des auf diese
Weise konstruierten Beschleunigungssensors unter Bezugnahme
auf Fig. 5 erklärt werden.
Ein erster Kondensator ist zwischen den beweglichen
Elektroden 12a bis 12d und den ersten festen Elektroden 16a
bis 16d definiert, und ein zweiter Kondensator ist zwischen
den beweglichen Elektroden 12a bis 12d und den zweiten
festen Elektroden 17a bis 17d definiert. Gleichermaßen ist
ein erster Kondensator zwischen den beweglichen Elektroden
13a bis 13d und den ersten festen Elektroden 22a bis 22d
definiert, und ein zweiter Kondensator ist zwischen den be
weglichen Elektroden 13a bis 13d und den zweiten festen
Elektroden 23a bis 23d definiert.
Hier sind die beweglichen Elektroden 12a bis 12d (13a
bis 13d) bei einem Mittelteil zwischen den festen Elektro
den 16a bis 16d (22a bis 22d) und den 17a bis 17d (23a bis
23d) zu beiden Seiten angeordnet. Die elektrostatischen Ka
pazitäten C1 und C2 zwischen den beweglichen Elektroden und
den festen Elektroden sind einander gleich. Weiterhin wird
eine Spannung V1 zwischen der beweglichen Elektrode 12a bis
12d (13a bis 13d) und den festen Elektroden 16a bis 16d
(22a bis 22d) angelegt; und eine Spannung V2 wird zwischen
der beweglichen Elektrode 12a bis 12d (13a bis 13d) und den
festen Elektroden 17a bis 17d (23a bis 23d) angelegt.
Wenn keine Beschleunigung einwirkt, ist die Spannung V1
gleich der Spannung V2, und die beweglichen Elektroden 12a
bis 12d (13a bis 13d) werden von den festen Elektroden 16a
bis 16d (22a bis 22d) und von den festen Elektroden 17a bis
17d (23a bis 23d) mit derselben elektrostatischen Kraft
voneinander angezogen.
Wenn eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zu
der Oberfläche des Substrates 1 wirkt, werden die beweg
lichen Elektroden 12a bis 12d (13a bis 13d) so verlagert,
daß der Abstand zwischen den beweglichen Elektroden und den
festen Elektroden geändert wird. Als eine Folge wird die
elektrostatische Kapazität C1 von der elektrostatischen Ka
pazität C2 verschieden.
In diesem Fall, wenn die beweglichen Elektroden 12a bis
12d (13a bis 13d) in Richtung der Seite der festen Elektro
den 16a bis 16d (22a bis 22d) verlagert werden, werden die
Spannungen V1 und V2 extern so gesteuert, daß die elektro
statischen Kapazitäten C1 und C2 einander gleich werden. In
diesem Fall wird die Spannung V1 erniedrigt, und die Span
nung V2 wird erhöht. Somit werden die beweglichen Elektro
den 12a bis 12d (13a bis 13d) in Richtung der Seite der fe
sten Elektroden 17a bis 17d (23a bis 23d) angezogen.
Wenn die elektrostatischen Kapazitäten C1 und C2 einan
der gleich werden, kehren die beweglichen Elektroden 12a
bis 12d (13a bis 13d) als eine Folge zu dem Mittelteil zu
rück und die Beschleunigung und die elektrostatische Kraft
gleichen einander aus. Daher kann das Ausmaß der Beschleu
nigung aus den Spannungen V1 und V2 erfaßt bzw. ermittelt
werden.
Auf diese Weise, in dem ersten und zweiten Kondensator,
werden die Spannungen der festen Elektroden, die den ersten
und den zweiten Kondensator bilden, so gesteuert, daß die
beweglichen Elektroden gegenüber Verlagerungen infolge
einer Wirkung der Beschleunigung im wesentlichen unbewegt
bleiben. Die Beschleunigung wird aus den Änderungen der
Spannungen erfaßt bzw. ermittelt. Mit anderen Worten, der
Halbleiterbeschleunigungssensor ist eine Art Sensor vom
Kapazitätsänderungserfassungstyp.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Be
schleunigungssensors unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis
10, die Querschnittsansichten sind, die entlang der Linie
4-4 in Fig. 1 genommen wurden, erklärt werden. Es sollte
beachtet werden, daß, da eine Isolierstruktur (Träger
struktur) von jeder von den festen Elektroden dieselbe ist
wie jene der Balkenstruktur in dieser Erklärung,
Erklärungen für die anderen Teile weggelassen werden.
Als erstes wird, wie in Fig. 6 gezeigt, ein einkri
stallines Siliziumsubstrat 1 als ein Einschichthalbleiter
substrat bereit gestellt. Ein anisotropes Ätzen wird von
einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 her so
durchgeführt, daß sich vertikal erstreckende erste Gräben
20a und 26a strukturiert und ausgebildet werden. Die ersten
Gräben 20a und 26a isolieren elektrisch die beweglichen
Elektroden und die festen Elektroden von dem rechteckigen
Rahmenteil. Eine Siliziumoxiddünnschicht wird auf dem Sili
ziumsubstrat 1 ausgebildet. Isoliermaterialien (Oxiddünn
schichten) 21a und 27a werden in die Gräben 20a und 26a
eingebettet. Danach wird die Oberfläche des Substrates mit
einer Oxiddünnschicht 32 bedeckt.
Weiterhin, wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein Leitungsma
terial ausgebildet und strukturiert, um eine Leitungs
strukturierung auszubilden. Als nächstes wird eine Oxid
dünnschicht 33 ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung
50 zu bedecken.
Wie in Fig. 8 gezeigt, werden Kontaktlöcher 36 und 37
durch teilweise Entfernen der auf dem Substrat 1 ausgebil
deten Oxiddünnschichten 32, 33 und des Leitungsmaterials 50
ausgebildet. Des weiteren werden Leitungsmaterialien 29 und
31 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum Aus
bilden einer Struktur auf dem Substrat unter Verwendung ei
ner Photolithographie ausgebildet. Die Oxiddünnschichten 32
und 33 werden durch die Maske 51 hindurch geätzt. Als näch
stes wir ein anisotropes Ätzen (Grabenätzen) von der oberen
Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 her durch die Maske 51
hindurch ausgeführt, um so sich vertikal erstreckende Grä
ben (zweite Gräben) 4a und 4b zum Ausbilden des rechtecki
gen Rahmenteils, der Balkenstruktur und der festen Elektro
den auszubilden. In Fig. 9 werden Bereiche, die der Massen
teil 11 und die festen Elektroden 17a und 23a sein sollen,
ausgebildet. Weiterhin werden Schutzdünnschichten 40 und 42
zum Schützen der Seitenwand vor einem isotropen Ätzen auf
der Innenwandoberfläche der Gräben 4a und 4b ausgebildet.
Danach werden Teile der Schutzdünnschichten, die an den un
teren Oberflächen bzw. Bodenflächen der Gräben angebracht
sind, entfernt. Somit werden die Schutzdünnschichten 40 und
42 auf den Seitenwänden der Gräben 4a und 4b mit Ausnahme
der unteren Oberflächen bzw. Bodenflächen der Gräben 4a und
4b ausgebildet.
Hier ist es erforderlich, ein Material für die Schutz
dünnschichten 40 und 42 auszuwählen, das für den Herstel
lungsprozeß geeignet ist. Im einzelnen können die Schutz
dünnschichten 40 und 42 gebildet werden durch: Ausbilden
eines Polymers oder dergleichen während des Grabenätzens;
Ausbilden einer Oxiddünnschicht; Ablagern einer Oxiddünn
schicht mittels CVD (chemische Abscheidung aus der
Gasphase) oder dergleichen; Ausbilden einer dünnen
Oxiddünnschicht mittels eines O2-Plasmas oder dergleichen;
oder Ausbilden einer Oxiddünnschicht mittels Chemie.
Weiterhin wird ein Leitungsmaterial geeignet ausgewählt auf
der Grundlage eines Verfahrens zum Ausbilden der
Schutzdünnschichten, das angewendet werden soll, und die
Maske wird ebenfalls geeignet ausgewählt. Das heißt, wenn
es keinen thermischen Schritt gibt, können die
Leitungsmaterialien 29 und 31 aus einer metallischen
Leitung wie Aluminium oder Polysilizium oder dergleichen
bestehen; und es gibt sogar kein Problem, falls ein
Photolack übrigbleibt, in Bezug auf die Maske zum Ausbilden
der Struktur. Andererseits, wenn es einen thermischen
Schritt gibt, können die Leitungsmaterialien 29 und 31 aus
einem Metall mit hohem Schmelzpunkt wie Wolfram oder seiner
Legierung oder Polysilizium bestehen. In Bezug auf die
Maske zum Ausbilden der Struktur, wird der Photolack oder
dergleichen entfernt, und die Struktur wird unter Ver
wendung einer Oxiddünnschichtmaske ausgebildet.
Auf diese Weise kann die Oxiddünnschicht als die
Schutzdünnschicht verwendet werden, und insbesondere kann
eine thermische Oxiddünnschicht als die Oxiddünnschicht
verwendet werden. Hier, wenn die Oxiddünnschicht mittels
eines Sauerstoffplasmaprozesses ausgebildet wird, kann er,
verglichen mit der thermischen Oxidation, die Seitenwand
schutzdünnschicht auf einfache Weise ausbilden. Weiterhin,
da es keinen thermischen Prozeß gibt, kann die Schutzdünn
schicht nach dem Verdrahtungs- bzw. Beschaltungsschritt,
der das Ausbilden von Aluminium umfaßt, ausgebildet werden.
Hier kann eine Dünnschicht, die während des Ätzens zum Aus
bilden der Gräben (während des Ätzens ausgebildete Seiten
wandschutzdünnschicht) erzeugt wurde, verwendet werden.
Als nächstes wird, wie in Fig. 10 gezeigt, ein isotro
pes Ätzen an dem Siliziumsubstrat 1 von der unteren Ober
fläche der Gräben 4a und 4b her durchgeführt, so daß eine
sich lateral erstreckende Höhlung 2 ausgebildet wird. Als
eine Folge werden der Basisplattenteil 3, der unterhalb der
Höhlung 2 angeordnet ist, der rechteckige Rahmenteil 5, der
bei der Seite der Höhlung 2 und der Gräben 4a und 4b ange
ordnet ist, die Balkenstruktur 6 mit den beweglichen Elek
trode, die durch die Beschleunigung bewegt werden können,
und die festen Elektroden 17a und 23a, die den beweglichen
Teilen der Balkenstruktur 6 gegenüberliegen, voneinander
abgeteilt bzw. getrennt. In Fig. 10 wird nur das Silizium
unter dem Massenteil 11 und den festen Elektroden 17a und
23a durch das Ätzen entfernt. Insbesondere wird der Massen
teil 11 vollständig von dem Basisplattenteil 3 getrennt,
und ein Luftspalt mit einem vorbestimmten Innendurchmesser
t wird unter der Balkenstruktur 6 ausgebildet.
Hier, in diesem isotropen Ätzen, ist es erforderlich,
das Material der Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42
aus einem Material auszuwählen, das während des isotropen
Ätzens nicht geätzt wird. Weiterhin, wenn ein Plasmaätzpro
zeß unter Verwendung eines Gases wie SF6 oder CF4 in dem
isotropen Ätzen verwendet wird, kann der Durchsatz des Aus
bildens der Struktur nach dem Ätzen im Vergleich zu einem
Naßätzschritt verbessert werden.
Schließlich kann der in Fig. 4 gezeigte Beschleuni
gungssensor durch entfernen der Ätzmaske 51 fertiggestellt
werden.
Durch Anwenden der oben beschriebenen Schritte kann die
bewegliche Struktur mittels dem einkristallinen Silizium
ausgebildet werden, ohne einen Schritt des Verbindens von
Substraten anzuwenden oder ohne bondierte Wafer zu verwen
den. Daher kann sie die Sensoren mit geringen Kosten und
hoher Zuverlässigkeit ausbilden. Im einzelnen, in dem Be
schleunigungssensor, in dem die Balkenstruktur mit den be
wegliche Elektroden und die festen Elektroden, die den be
weglichen Elektroden gegenüberliegen, in dem einen Silizi
umsubstrat integral ausgebildet sind, kann sie das Ein
schichthalbleitersubstrat (einkristallines Silizium
substrat) als einen Start-Wafer beim Herstellen verwenden,
und sie kann in großem Ausmaß die Herstellungskosten des
Sensors verringern, da sie den Bondierungsschritt bzw.
Schritt des Verbindens der Substrate nicht anwenden muß.
Ein Verfahren zum Ausbilden der Gräben 4a und 4b und
der Höhlung 2 ist hier ebenfalls in den amerikanischen
Patenten US-A-5198390 und US-A-5719073 offenbart.
Jedoch besitzt das Herstellungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform die folgenden Effekte, im Vergleich zu dem
Fall, wo das in den US-A-5198390 oder US-A-5719073 offen
barte Verfahren angewendet oder modifiziert wird. Gemäß dem
in US-A-5198390 offenbartem Verfahren werden eine beweg
liche Struktur und Elektroden mittels eines einkristallinen
Siliziumsubstrates mittels eines sogenannten SCREAM-Pro
zesses ausgebildet, der einen Photolithographieschritt,
mehrere Trockenätzschritte und einen Dünnschichtausbil
dungsschritt umfaßt. In dem Fall, wo der SCREAM-Prozeß an
gewendet wird, kann die bewegliche Struktur ausgebildet
werden, es ist jedoch sehr schwierig, einen beweglichen
Teil und einen festen Teil zu isolieren und abzusondern
bzw. zu trennen, und es ist fast unmöglich, einen Sensor
für eine physikalische Größe wie einen Beschleunigungs
sensor oder einen Gierratensensor herzustellen. Anderer
seits, gemäß dieser Ausführungsform, kann ein Sensor für
eine physikalische Größe wie ein Beschleunigungssensor oder
ein Gierratensensor durch Anwenden eines isolierenden
Isolationsschrittes hergestellt werden, was in dem Stream-
Prozeß nicht realisiert werden kann.
Weiterhin isolieren und trennen die Isoliergräben die
ser Ausführungsform die festen Elektroden von dem rechtec
kigen Rahmenteil durch Verwendung der in dem unteren Teil
ausgebildeten Höhlung 2, wobei eine Tiefe von jedem von den
Isoliergräben genügt, solange wie der Isoliergraben die
Höhlung 2 erreicht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das elektrische Isolier
material in die Höhlung 2 hinein hervorstehen zu lassen, da
die Isolierung ohne Ausfall erreicht wird.
In der oben erwähnten Erklärung, wie in Fig. 11 ge
zeigt, ist der zwischen der festen Elektrode 60 und dem
rechteckigen Rahmenteil 5 bereitgestellte Isoliergraben 61
(Isolierdünnschicht) parallel zu einer vertikalen Oberflä
che des rechteckigen Rahmenteils 5 ausgebildet und ist li
near ausgebildet, jedoch kann der Isoliergraben auch so
ausgebildet sein, daß ein Mittelteil eines Teiles, der von
dem rechteckigen Rahmenteil 5 hervorsteht, stattdessen in
Richtung eines Spitzen- bzw. Endteils der festen Elektrode
60 wie in einer Draufsicht auf den Isoliergraben hervor
steht, wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt. Im einzelnen,
wie in Fig. 12 gezeigt, kann der Isoliergraben 62 in Rich
tung einer Seite der festen Elektrode 60 hervorstehen, so
daß er eine Dreiecksgestalt (spitz zulaufende Gestalt) oder
eine rechteckige Gestalt besitzt.
Indem man die Seitenwand des rechteckigen Rahmenteils 5
in Richtung der Seite der festen Elektrode 60 hervorstehen
läßt, wird ein Teil (Teil mit langsamer Ätzgeschwindigkeit)
64, in dem ein Vorrücken des isotropen Ätzens relativ lang
sam ist, bei einem unteren Teil eines Fußteils der festen
Elektrode 60 ausgebildet. Jedoch gibt es kein Problem, wenn
das Ätzen beendet wird, bevor der Teil 64 mit langsamer
Ätzgeschwindigkeit vollständig entfernt ist, da der Teil 64
mit langsamer Ätzgeschwindigkeit durch die Isoliergräben 62
und 63 isoliert bzw. abgesondert wird. Folglich kann eine
Zeit des isotropen Ätzens zum Abteilen der festen Elektrode
60 von dem rechteckigen Rahmenteil 5 verkürzt werden. Mit
anderen Worten, wenn das Ätzen mit einer zeitlichen Festle
gung beendet wird, bei dem ein zurückbleibender Teil bzw.
Abschnitt 64' immer noch vorhanden ist, wie in Fig. 11
gezeigt, kann die feste Elektrode 60 mit dem rechteckigen
Rahmenteil 5 kurzgeschlossen werden. Andererseits, wenn die
in Fig. 12 oder 13 gezeigte Struktur angewendet wird, kann
die feste Elektrode 60 nicht mit dem rechteckigen
Rahmenteil 5 kurzgeschlossen werden, sogar falls das Ätzen
mit einer zeitlichen Festlegung beendet wird, bei dem ein
zurückbleibender Teil (Teil mit langsamer
Ätzgeschwindigkeit) 64 immer noch vorhanden ist.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Ätzen, obwohl die
Ätzgeschwindigkeit des Mittelteils des unteren Teils
(Fußteils), bei dem er von dem rechteckigen Rahmenteil 5
hervorsteht, relativ langsam ist, wenn das isotrope Ätzen
durchgeführt wird, in einem relativ kurzen Zeitraum durch
Anwenden der in Fig. 12 oder 13 gezeigten Struktur beendet
werden (die feste Elektrode 60 kann von dem rechteckigen
Rahmenteil 5 isoliert werden, sogar falls das Ätzen mit ei
ner zeitlichen Festlegung beendet wird, bei der der zurück
bleibende 64 immer noch vorhanden ist).
Weiterhin, in Bezug auf das Material, das in dem Graben
zum Durchführen der isolierenden Absonderung bzw. isolie
renden Isolation vergraben bzw. eingebettet werden soll,
wird die Siliziumoxiddünnschicht in den in Fig. 6 in dem
Siliziumsubstrat 1 ausgebildeten Gräben 20a und 26a einge
bettet. Jedoch kann eine zusammengesetzte Vielschichtdünn
schicht angewendet werden solange wie die isolierenden Iso
lation in dem Substrat 1 sichergestellt ist. Das heißt, das
Einschichtisoliermaterial (Siliziumoxiddünnschicht) wurde
als das in dem Graben einzubettende Material beschrieben,
jedoch kann stattdessen ein Material (z. B. Polysilizium)
67, bedeckt von dem Isoliermaterial (z. B. der
Siliziumoxiddünnschicht) 66, wie in Fig. 14 gezeigt,
verwendet werden. In diesem Fall kann eine in dem Graben 65
erzeugte mechanische Spannung durch Verwendung des
Polysiliziums mit niedriger mechanischer Spannung
verringert werden, verglichen mit dem Fall, bei dem nur
eine Oxiddünnschicht darin eingebettet ist. Um diese
Struktur herzustellen, nach dem Ausbilden eines Grabens,
wie in Fig. 15A gezeigt, wird eine Siliziumoxiddünnschicht
66 auf einer Innenwandoberfläche des Grabens 65 ausgebildet
und ein Polysilizium wird darin wie in Fig. 15B gezeigt
eingebettet.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Isoliermaterial
oder das mit dem Isoliermaterial bedeckte leitfähige Mate
rial als das in dem Graben einzubettende Material verwendet
werden. Weiterhin, wenn das Material mit niedriger mechani
scher Spannung (z. B., Polysilizium), das mit der Silizium
oxiddünnschicht bedeckt ist, eingebettet wird, kann die in
dem Graben erzeugte mechanische Spannung verglichen mit dem
Fall verringert werden, wo nur die Oxiddünnschicht in dem
Graben eingebettet (eingefüllt) ist, aufgrund des Materials
mit niedriger mechanischer Spannung (Polysilizium).
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung erklärt werden. Die Unterschiede zwi
schen bzw. zu der ersten Ausführungsform werden hier
hauptsächlich beschrieben werden.
Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beschleu
nigungssensors dieser Ausführungsform. Fig. 16 entspricht
dem Querschnitt, der entlang der Linie 6-6 in Fig. 1 genom
men wird, und entspricht ebenfalls dem Querschnitt der fe
sten Elektrode, der entlang einer Linie 16-16 in Fig. 17
genommen wird.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten
Ausführungsform in einer Struktur zum Tragen der festen
Elektrode (und Balkenstruktur) und zum Durchführen der Iso
lierung.
Stützen 71 und 72 aus elektrisch isolierendem Material
bzw. elektrischem Isoliermaterial (z. B. Oxiddünnschicht)
sind vertikal auf dem Basisplattenteil 3 bereitgestellt.
Die Stützen 71 und 72 tragen (stützen) wenigstens eine fe
ste Elektrode 70 oder die Balkenstruktur 5, wobei sie elek
trisch isoliert sind. Im einzelnen wird die feste Elektrode
70 durch die Höhlung 2 und die Gräben 4a und 4b abgeteilt,
ist oberhalb der Höhlung 2 angeordnet, erstreckt sich von
dem rechteckigen Rahmenteil 5 und liegt dem beweglichen
Teil der Balkenstruktur 6 gegenüber. Weiterhin sind die
Stützen 71 und 72, die aus dem elektrisch isolierenden Ma
terial bzw. elektrischem Isoliermaterial (z. B.
Oxiddünnschicht) bestehen, in den Gräben 80a und 80b
eingebettet, die die feste Elektrode 70 durchdringen, und
erstrecken sich in Richtung des Basisplattenteils 3.
Im einzelnen, wie in Fig. 18 gezeigt, sind eine beweg
liche Elektrode 75 und feste Elektroden 76, 77 so angeord
net, daß ihre unteren Oberflächen in einem vorbestimmten
Abstand t von dem Basisplattenteil 3 gehalten werden. Hier
tritt eine Spannungsdifferenz zwischen der beweglichen
Elektrode 75 und den festen Elektroden 76, 77 infolge einer
Arbeitsweise des Sensors auf. In diesem Fall wirkt eine
elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode
75 und den festen Elektroden 76 und 77 infolge der Span
nungsdifferenz, und dann wird die bewegliche Elektrode 75
in Richtung der festen Elektroden 76 und 77 angezogen. An
dererseits, gemäß dieser Ausführungsform, wirkt keine elek
trostatische Kraft auf wenigstens die festen Elektroden 76
und 77, dadurch, daß die Struktur verwendet wird, in der
die festen Elektroden 76 und 77 von einer Stütze 78 getra
gen werden, die aus einem Isoliermaterial besteht, wie in
Fig. 19 gezeigt, da die festen Elektroden 76 und 77 an dem
Basisplattenteil 3 fixiert sind. Daher ist eine Ausgabe des
Sensors stabil.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen dieses
Beschleunigungssensors unter Bezugnahme auf die Fig. 20
bis 24 erklärt werden.
Als erstes wird, wie in Fig. 20 gezeigt, ein einkri
stallines Siliziumsubstrat 1 als ein Einschichthalbleiter
substrat bereitgestellt. Gräben 20d und 26d mit geringer
Tiefe und tiefe Gräben 80a und 80b werden in dem Silizium
substrat 1 mittels Durchführen von anisotropem Ätzen von
einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 her ausge
bildet. Mit anderen Worten, erste Gräben 20d und 26d, die
sich vertikal erstrecken, zum elektrisch Isolieren der
beweglichen Elektroden und der festen Elektroden von dem
rechteckigen Rahmenteil werden ausgebildet; und zweite Grä
ben 80a und 80b, die sich vertikal tiefer als die ersten
Gräben erstrecken, zum Tragen von wenigstens der festen
Elektroden oder der Balkenstruktur auf dem Basisplattenteil
werden ausgebildet. Eine Siliziumoxiddünnschicht wird auf
dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, und Isoliermaterialien
(z. B. Oxiddünnschicht) 21d, 27d, 71 und 72 werden in den
Gräben 20d, 26d, 80a und 80b eingebettet. Somit werden die
Stützen 71 und 72, die aus dem Isoliermaterial bestehen,
ausgebildet. Weiterhin wird die Oberfläche des Substrates
mit einer Oxiddünnschicht 32 bedeckt.
Als nächstes, wie in Fig. 21 gezeigt, wird ein Lei
tungsmaterial ausgebildet und strukturiert, um eine Lei
tungsstrukturierung 50 auszubilden. Eine Oxiddünnschicht 33
wird ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung 50 zu be
decken.
Wie in Fig. 22 gezeigt ist, werden Kontaktlöcher 36 und
37 durch teilweise Entfernen der Oxiddünnschichten 32 und
33, die auf dem Substrat 1 ausgebildet sind, und des Lei
tungsmaterials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Leitungs
materialien 29 und 31 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 23 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum Aus
bilden einer Struktur mittels Verwendung einer Photolitho
graphie auf dem Substrat 1 ausgebildet. Die Oxiddünnschich
ten 32 und 33 werden durch die Maske 15 hindurch geätzt.
Als nächstes wird anisotropes Ätzen (Grabenätzen) von der
oberen Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 her durch die
Maske 51 hindurch durchgeführt, um so sich vertikal er
streckende dritte Gräben 4a und 4b zum Ausbilden des recht
eckigen Rahmenteils, der Balkenstruktur und der festen
Elektroden auszubilden. Weiterhin werden Schutzdünnschich
ten 40 und 42 zum Schützen der Seitenwand vor einem isotro
pen Ätzen auf der Innenwandoberfläche der Gräben 4a und 4b
ausgebildet. Danach werden Teile der Schutzdünnschichten,
die an den unteren Oberflächen bzw. Bodenflächen der Gräben
angebracht sind, entfernt. Somit werden die Schutzdünn
schichten 40 und 42 auf den Seitenwänden der Gräben 4a und
4b mit Ausnahme der unteren Oberflächen der Gräben 4a und
4b ausgebildet.
Hier ist es erforderlich, ein Material für die Schutz
dünnschichten 40 und 42 auszuwählen, das für den Herstel
lungsprozeß geeignet ist. Im einzelnen können die Schutz
dünnschichten 40 und 42 ausgebildet werden durch: Ausbilden
eines Polymers oder dergleichen während des Grabenätzens;
Ausbilden einer Oxiddünnschicht; Ablagern einer Oxiddünn
schicht mittels CVD oder dergleichen; Ausbilden einer dün
nen Oxiddünnschicht mittels eines O2-Plasmas oder derglei
chen; oder Ausbilden einer Oxiddünnschicht auf chemische
Weise. Wenn es keinen thermischen Schritt gibt, können die
Leitungsmaterialien 29 und 31 aus einer metallischen Lei
tung wie Aluminium oder Polysilizium oder dergleichen be
stehen. Andererseits, wenn es einen thermischen Schritt
gibt, können die Leitungsmaterialien 29 und 31 aus einem
Metall mit hohem Schmelzpunkt wie Wolfram oder seiner Le
gierung oder Polysilizium bestehen.
Als nächstes, wie in Fig. 24 gezeigt, wird isotropes
Ätzen an dem Siliziumsubstrat 1 von den unteren Oberflächen
bzw. Bodenflächen der dritten Gräben 4a und 4b her durchge
führt, so daß die unteren Enden der Stützen 71 und 72, die
aus dem Isoliermaterial bestehen, in den zweiten Gräben 80a
und 80b nicht freigelegt werden. Als eine Folge werden die
Höhlung, die sich lateral erstreckt, der Basisplattenteil
3, der unterhalb der Höhlung 2 angeordnet ist, der
rechteckige Rahmenteil 5, der bei der Seite der Höhlung 2
und der dritten Gräben 4a und 4b angeordnet ist, die
Balkenstruktur 6 mit den beweglichen Elektroden, die durch
die Beschleunigung bewegt werden können, und die festen
Elektroden 70, die den beweglichen Teilen der
Balkenstruktur 6 gegenüberliegen, voneinander abgeteilt
bzw. getrennt.
Hier, in diesem isotropen Ätzen, ist es erforderlich,
das Material der Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42
aus einem Material auszuwählen, das während des isotropen
Ätzens nicht geätzt wird. Weiterhin, wenn ein Plasmaätzpro
zeß unter Verwendung eines Gases wie SF6 oder CF4 in dem
isotropen Ätzen angewendet wird, kann der Durchsatz des
Ausbildens der Struktur nach dem Ätzen im Vergleich zu ei
nem Naßätzschritt verbessert werden.
Schließlich kann der in Fig. 16 gezeigte Beschleuni
gungssensor durch das Entfernen der Ätzmaske 51 fertigge
stellt werden.
Wie oben beschrieben wurde, werden wenigstens die fe
sten Elektroden 70 oder die Balkenstruktur 6 von den Stüt
zen 71 und 72 getragen, die aus dem elektrisch isolierenden
Material bzw. elektrischen Isoliermaterial bestehen und
vertikal auf dem Basisplattenteil 3 bereitgestellt sind.
Daher, sogar wenn der Querschnittsbereich der unteren Ober
fläche von wenigstens den festen Elektroden 70 oder der
Balkenstruktur 6 klein ist, können wenigstens die festen
Elektroden 70 oder die Balkenstruktur 6 durch die Stützen
71, 72, die aus dem elektrischen Isoliermaterial bestehen,
getragen werden. Mit anderen Worten, wenn der
Querschnittsbereich der unteren Oberfläche von wenigstens
den festen Elektroden 70 oder der Balkenstruktur 6 nicht
groß ist, ist es schwierig, wenigstens die festen
Elektroden 70 oder die Balkenstruktur 6 an dem
Basisplattenteil zu fixieren. Jedoch können, durch Anwenden
dieser Struktur dieser Ausführungsform, wenigstens die
festen Elektroden 70 oder die Balkenstruktur 6 sogar in
einem engen bzw. schmalen Bereich angeordnet werden, und
dieses Element kann von dem Basisplattenteil 3 vollständig
isoliert werden. Dies ist besonders effektiv, wenn
Modifikationen minimal sein müssen (z. B. Beschleuni
gungssensor).
Hier, in der oben erwähnten Erklärung, werden die fe
sten Elektroden 70 von den Stützen 71 und 72 getragen, die
vertikal auf dem Basisplattenteil 3 bereitgestellt sind,
mit elektrischer Isolierung wie beschrieben. Jedoch kann
eine ähnliche Struktur auf die Ankerteile 7 und 8 (siehe
Fig. 1) der Balkenstruktur 6 angewendet werden.
Weiterhin können die in den Fig. 12 und 13 gezeigten
Strukturen (der Mittelteil des Isoliergrabens als eine
planare bzw. ebene Struktur streckt sich in Richtung des
End- bzw. Spitzenteils hervor) oder die in den Fig. 14
und 15 gezeigten Strukturen (das in die Gräben
einzubettende bzw. zu vergrabende Material besteht aus
einem mit Isoliermaterial bedeckten Material niedriger
mechanischer Spannung) auf diese Ausführungsform angewendet
werden.
Als nächstes eine Modifikation der zweiten Ausführungs
form, in der die vorliegende Erfindung auf einen ungerich
teten Beschleunigungssensor (Seismoskop) angewendet ist.
Fig. 25 zeigt eine Draufsicht auf den ungerichteten Be
schleunigungssensor, und Fig. 26 ist eine Querschnittsan
sicht, die entlang einer Linie 26-26 in Fig. 25 genommen
wurde. In dieser Modifikation erstreckt sich das isolie
rende Material bzw. Isoliermaterial 27d in Fig. 17 so nach
unten, daß der untere Teil in dem Basisplattenteil 3 einge
bettet bzw. vergraben ist. Das heißt, ein eingebettetes Ma
terial für die Elektrodenisolation wird als die Stütze ver
wendet. Dies entspricht den Elementen, die durch die Be
zugszeichen 122 und 132 gekennzeichnet werden.
Der ungerichtete Beschleunigungssensor ist eine Art Be
schleunigungssensor vom Schaltertyp und ist mit einem Ba
sisplattenteil 100, einem Rahmenteil 101, einem Rahmenteil
114, einer beweglichen Massenelektrode 102, drei Balkentei
len 103, 104 und 105, vier festen Elektroden 118, 119, 120
und 121, und vier sensitivitätsjustierenden festen Elektro
den 110, 111, 112 und 113 ausgestattet.
Der Basisplattenteil 100 ist bei dem unteren Teil der
in dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildeten Höhlung 2
definiert. Eine Balkenstruktur (Ankerteil 7, die drei
Balkenteile 103 bis 105 und die bewegliche Massenelektrode
102) ist über der Höhlung 2 angeordnet. Die Balkenstruktur
wird von einer Stütze 122 aus Isoliermaterial und einem
Rahmenteil 114 getragen. Der Rahmenteil 114 ist im
wesentlichen bei einem Mittelteil des Basisplattenteils 100
vertikal bereitgestellt. Eine zylindrische Stütze 122, die
aus isolierendem Material bzw. Isoliermaterial besteht, ist
bei der peripheren Oberfläche des Rahmenteils 114
bereitgestellt. Ein unteres Ende der Stütze 122 ist in dem
Basisplattenteil 100 eingebettet.
Eine bewegliche Elektrode 102 ist bei einem umgebenden
Teil der zylindrischen Stütze 122 angeordnet und wird über
die drei Balkenteile 103 bis 105 mittels des Ankerteils 7
getragen. Die drei Balkenteile 103 bis 105 sind elastisch
deformierbar im wesentlichen parallel zu einer Oberfläche
des Basisplattenteils 100. Im einzelnen besitzt jeder der
Balkenteile 103 bis 105 eine Querschnittsgestalt, deren
Höhe/Breite-Verhältnis (Länge in Längsrichtung gegen
laterale Länge) groß ist, und ist in einem Kreisbogen als
eine planare bzw. ebene Gestalt ausgebildet, um so im
wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des
Basisplattenteils 100 elastisch deformierbar zu sein. Die
bewegliche Massenelektrode 102 besitzt eine zylindrische
Gestalt und wird parallel zu dem Basisplattenteil 100
getragen, wobei ein vorbestimmter Abstand von dem
Basisplattenteil 100 beibehalten wird, und wird durch eine
Beschleunigung verlagert. Weiterhin besitzt die bewegliche
Massenelektrode 102 eine leitfähige erfassende Oberfläche
115 bei einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand, die
sich vertikal erstreckt (eine periphere zylindrische Ober
fläche).
Der Rahmenteil 101 wird durch einen in dem Substrat 1
ausgebildeten zylindrischen Graben 116 abgeteilt. Eine
Stütze 132, die aus Isoliermaterial besteht, ist bei einer
äußeren umgebenden Oberfläche des Grabens 116 bereit
gestellt. Ein unteres Ende der Stütze 132 ist in dem
Basisplattenteil 100 eingebettet. Die vier sensitivitäts
justierenden festen Elektroden 110 bis 113 werden durch den
Rahmenteil 101 definiert. Die bewegliche Massenelektrode
102 ist bei einer Innenseite der sensitivitätsjustierenden
festen Elektroden 110 bis 113 angeordnet, wobei ein
vorbestimmter Abstand beibehalten wird. Weiterhin sind die
festen Elektroden (hervorstehende Teile) 118 bis 121
oberhalb der Höhlung 2 angeordnet und stehen von dem
Rahmenteil 101 (Stütze 132) hervor, das heißt, eine zylin
drische Innenoberfläche, die der erfassenden Oberfläche
bzw. Detektionsoberfläche 115 der beweglichen Massenelek
trode 102 gegenüberliegt. Die festen Elektroden 118 bis 121
sind zwischen den sensitivitätsjustierenden festen Elektro
den 110 bis 113 angeordnet. Weiterhin ist jede der sensiti
vitätsjustierenden festen Elektroden 110 bis 113 voneinan
der mittels einer Dünnschicht 117 (oder Lücke) getrennt.
Das Potential der beweglichen Massenelektrode 102 wird
durch die Balkenteile 103 bis 105 und den Ankerteil 7 hin
durch zu einer Elektrode 123 herausgenommen; die Potentiale
der festen Elektroden 118 bis 121 werden zu Elektroden 124,
125, 126 und 127 herausgenommen; und die Potentiale der
sensitivitätsjustierenden festen Elektroden 110 bis 113
werden zu Elektroden 128, 129, 130 und 131 herausgenommen.
Im einzelnen, in Fig. 26, sind die festen Elektroden
118 bis 121 von dem Rahmenteil 101 durch die aus Isolierma
terial bestehende Stütze 132 elektrisch isoliert. Eine Iso
lierdünnschicht 133 ist auf einer oberen Oberfläche eines
Siliziumteils (Rahmenteils) 114 in der Stütze 122 ausgebil
det, und die Elektrode 123 ist von dem Siliziumteil 114
elektrisch isoliert, so daß nur das Potential der bewegli
chen Elektrode 102 von der Elektrode 123 herausgenommen
wird. Gleichermaßen ist eine Isolierdünnschicht 134 auf
oberen Oberflächen der festen Elektroden 118 bis 121
ausgebildet, so daß die Potentiale der festen Elektroden
118 bis 121 durch die Elektroden 124 bis 127 herausgenommen
werden.
Weiterhin erfaßt ein nicht gezeigter Erfassungsschalt
kreis bzw. Detektionsschaltkreis, daß die erfassende Ober
fläche 115 der beweglichen Massenelektrode 102 mit den fe
sten Elektroden (hervorstehenden Teilen) 118 bis 121 als
eine Folge von Verlagerung der beweglichen Massenelektrode
102 durch externe Beschleunigung in Kontakt steht.
Die Oberflächen der drei Balkenteile 103 bis 105, der
beweglichen Massenelektrode 102, der festen Elektroden 118
bis 121 und der sensitivitätsjustierenden festen Elektroden
110 bis 113 können hier wie folgt modifiziert werden. Das
heißt, Fremdatome können in diese Oberflächen eingeführt
werden mittels Ionenimplantation, Phosphorablagerung oder
dergleichen, oder eine andere, aus einem leitfähigen Mate
rial bestehende Dünnschicht kann auf den Oberflächen ausge
bildet werden mittels Ablagerung, Galvanisieren oder der
gleichen, um den spezifischen elektrischen Widerstand die
ser Struktur verringern.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des ungerichteten
Beschleunigungssensors erklärt werden.
Wenn keine Beschleunigung auf den Sensor einwirkt, be
hält die bewegliche Massenelektrode 102 immer noch einen
vorbestimmten Abstand von den festen Elektroden 118 bis 121
bei. Eine vorbestimmte Spannung V0 ist zwischen den festen
Elektroden 118 bis 121 und der beweglichen Elektrode 102
angelegt; und eine vorbestimmte Spannung VR ist zwischen
den festen Elektroden 110 bis 113 und der beweglichen Elek
trode 102 angelegt.
Wenn hier die Beschleunigung in einem rechteckigen
Zwei-Achsen-Koordinatensystem (X-Y-Koordinaten) wirkt, das
in der Oberfläche des Substrates 1 definiert ist,
kontaktiert die erfassende Oberfläche 115 der beweglichen
Massenelektrode eine von den festen Elektroden
(hervorstehende Teile) 118 bis 121 als eine Folge der
Verlagerung der beweglichen Massenelektrode 102. Die
Beschleunigung (Schwingung) wird mittels Erfassen dieser
Kontaktierung erfaßt bzw. detektiert.
Im einzelnen, zum Beispiel, wenn die bewegliche Massen
elektrode 102 in Richtung der X-Richtung in einer ebenen
Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrates 1 als einer
Folge der Wirkung der Beschleunigung auf den Sensor verla
gert wird, verringert sich ein Abstand zwischen der beweg
lichen Massenelektrode 102 und der festen Elektrode 119.
Wenn die Beschleunigung größer als ein bestimmtes Ausmaß
ist, steht die erfassende Oberfläche bzw. Detektionsober
fläche 115 mit der festen Elektrode 119 auf der X-Achse in
Kontakt. Hier, da eine Spannungsdifferenz zwischen der be
weglichen Massenelektrode 102 und der festen Elektrode 119
eingestellt bzw. eingerichtet ist, fließt elektrischer
Strom hindurch. Der Detektionsschaltkreis bzw. Erfassungs
schaltkreis kann das Kontaktieren mittels Erfassen des
Stromflusses erfassen. Gleichermaßen, wenn die bewegliche
Massenelektrode 102 in Richtung der Y-Richtung in der
ebenen Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrates 1
als eine Folge einer Wirkung der Beschleunigung auf den
Sensor verlagert wird, verringert sich ein Abstand zwischen
der beweglichen Massenelektrode 102 und der festen
Elektrode 118. Wenn die Beschleunigung größer als ein
bestimmtes Ausmaß ist, kontaktiert die erfassende
Oberfläche 115 die feste Elektrode 118 auf der Y-Achse.
Hier, da eine Spannungsdifferenz zwischen der beweglichen
Massenelektrode 102 und der fe 93220 00070 552 001000280000000200012000285919310900040 0002010003066 00004 93101sten Elektrode 118
eingerichtet ist, fließt elektrischer Strom hindurch. Der
Erfassungsschaltkreis kann dieses Kontaktieren mittels
Erfassen des Stromflusses erfassen.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform erklärt
werden. Im folgenden werden die Unterschiede zwischen bzw.
zu der ersten Ausführungsform hauptsächlich erklärt werden.
Fig. 27 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Be
schleunigungssensor dieser Ausführungsform. Die Fig. 28
und 29 zeigen jeweils Querschnittsansichten, die entlang
der Linien 28-28 und 29-29 in Fig. 27 genommen wurden.
In Fig. 29 besteht ein SOI-Substrat (Silicon-On-
Insulator-Substrat) 200 aus einem Trägersubstrat 201 und
einer Halbleiterschicht (SOI-Schicht) 203 mit einer, als
eine vergrabene Isolierdünnschicht auf dem Trägersubstrat
201 ausgebildeten, dazwischen angeordneten vergrabenen
Oxiddünnschicht 202. Das Trägersubstrat 201 und die
Halbleiterschicht 203 bestehen aus einkristallinem
Silizium.
Eine Höhlung 2, die sich lateral erstreckt, ist in der
Halbleiterschicht 203 des SOI-Substrates 200 ausgebildet,
und Gräben 4a bis 4d, die sich vertikal erstrecken, sind in
der Halbleiterschicht 203 ausgebildet. Ein Basisplattenteil
3 wird durch die Höhlung 2 abgeteilt und ist unter der Höh
lung 2 angeordnet. Der Basisplattenteil 3 besteht aus dem
Trägersubstrat 201 und der vergrabenen Oxiddünnschicht 202.
Ein rechteckiger Rahmenteil 5 wird durch die Höhlung 2 und
die Gräben 4a und 4b abgeteilt und ist bei bzw. an den
Seiten der Gräben 4a und 4b angeordnet. Eine Balkenstruktur
6 mit einer beweglichen Elektrode, die sich in
Übereinstimmung mit einer Beschleunigung bewegen kann, wird
durch die Höhlung 2 und die Gräben 4a bis 4d abgeteilt und
ist über der Höhlung 2 angeordnet und erstreckt sich von
dem rechteckigen Rahmenteil 5 her. Im einzelnen, wie in
Fig. 27 gezeigt, wird ein Massenteil 11 der Balkenstruktur
6 von zwei Ankerteilen 7 und 8 getragen, die aus der
Halbleiterschicht 203 bestehen und von dem rechteckigen
Rahmenteil 5 hervorstehen, über die Balkenteile 9 und 10.
Wie in Fig. 29 gezeigt ist, ist der Massenteil 11 über
einer oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht 202
angeordnet, wobei ein vorbestimmter Abstand zu der oberen
Oberfläche der vergrabenen bzw. eingebetteten Oxiddünn
schicht 202 beibehalten wird.
Wie in Fig. 27 gezeigt ist, sind die Ankerteile 7 und
8, wobei sie elektrisch isoliert sind, mit den Balkenteilen
9 und 10 über Isoliermaterialien 15a und 15b, die aus einer
Oxiddünnschicht oder dergleichen bestehen, verbunden. Vier
bewegliche Elektroden 12a bis 12d stehen von einer
Seitenoberflächen des Massenteils 11 hervor; und vier be
weglich Elektroden 13a bis 13d stehen von einer anderen
Seitenoberfläche des Massenteils 11 hervor. Die beweglichen
Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d bilden eine Kammge
stalt, in der jede von diesen sich parallel mit jeder ande
ren mit einem gleichen Abstand erstreckt.
Die festen Elektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis
22d und 23a bis 23d werden durch die Höhlung 2 und die Grä
ben 4a und 4b abgeteilt; und jede von diesen ist über der
Höhlung 2 angeordnet, erstreckt sich von dem rechteckigen
Rahmenteil 5 her und liegt bzw. steht jeweils den
beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d
gegenüber.
Im einzelnen sind die ersten festen Elektroden 16a bis
16d und zweiten festen Elektroden 17a bis 17d an dem recht
eckigen Rahmenteil 5 fixiert. Die ersten festen Elektroden
16a bis 16d sind jeweils über Isoliermaterialien 19a bis
19d, die aus einer Oxiddünnschicht oder dergleichen beste
hen, mit dem rechteckigen Rahmenteil 5 verbunden und werden
durch die Isoliermaterialien 19a bis 19d von dem rechtecki
gen Rahmenteil 5 elektrisch isoliert. Die ersten festen
Elektroden 16a bis 16d liegen einer der Seitenoberflächen
der beweglichen Elektroden 12a bis 12d gegenüber, die ober
halb der oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht
202 angeordnet sind, wobei der vorbestimmte Abstand dazwi
schen beibehalten wird. Gleichermaßen sind die zweiten fe
sten Elektroden 17a bis 17d jeweils über Isoliermaterialien
21a bis 21d, die aus einer Oxiddünnschicht oder dergleichen
bestehen, mit dem rechteckigen Rahmenteil 5 verbunden, und
werden durch die Isoliermaterialien 21a bis 21d von dem
rechteckigen Rahmenteil 5 elektrisch isoliert. Die zweiten
festen Elektroden 17a bis 17d liegen einer anderen der Sei
tenoberflächen der beweglichen Elektroden 12a bis 12d ge
genüber, die über der oberen Oberfläche der eingebetteten
Oxiddünnschicht 202 angeordnet sind, wobei der vorbestimmte
Abstand dazwischen beibehalten wird.
Gleichermaßen sind erste feste Elektroden 22a bis 22d
und zweite feste Elektroden 23a bis 23d an dem rechteckigen
Rahmenteil 5 fixiert. Die ersten festen Elektroden 22a bis
22d sind jeweils über Isoliermaterialien 25a bis 25d, die
aus einer Oxiddünnschicht oder dergleichen bestehen, mit
dem rechteckigen Rahmenteil 5 verbunden und werden durch
die Isoliermaterialien 25a bis 25d von dem rechteckigen
Rahmenteil 5 elektrisch isoliert. Die ersten festen Elek
troden 22a bis 22d liegen einer der Seitenoberflächen der
beweglichen Elektroden 13a bis 13d gegenüber, die oberhalb
der oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht 202
angeordnet sind, wobei der vorbestimmte Abstand dazwischen
beibehalten wird. Gleichermaßen sind die zweiten festen
Elektroden 23a bis 23d jeweils über Isoliermaterialien 27a
bis 27d, die aus einer Oxiddünnschicht oder dergleichen be
stehen, mit dem rechteckigen Rahmenteil 5 verbunden, und
werden durch die Isoliermaterialien 27a bis 27d von dem
rechteckigen Rahmenteil 5 elektrisch isoliert. Die zweiten
festen Elektroden 23a bis 23d liegen einer anderen der Sei
tenoberflächen der beweglichen Elektroden 13a bis 13d ge
genüber, die über der oberen Oberfläche der eingebetteten
Oxiddünnschicht 202 angeordnet sind, wobei der vorbestimmte
Abstand dazwischen beibehalten wird.
Das Potential der ersten festen Elektroden 16a bis 16d
wird durch eine auf den Oxiddünnschichten 32 und 33 (siehe
Fig. 28) ausgebildeten Leitung 28 hindurch extern herausge
nommen, die von dem rechteckigen Rahmenteil 5 elektrisch
isoliert ist. Gleichermaßen wird das Potential der zweiten
festen Elektroden 17a bis 17d durch eine Leitung 29 hin
durch extern herausgenommen; das Potential der ersten fe
sten Elektroden 22a bis 22d wird durch eine Leitung 30 hin
durch extern herausgenommen; und das Potential der zweiten
festen Elektroden 23a bis 23d wird durch eine Leitung 31
hindurch extern herausgenommen. Die Potentiale der bewegli
chen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d werden von den
Leitungen 38 und 39 durch den Massenteil 11 und die Balken
teile 9 und 10 hindurch extern herausgenommen.
Als nächstes wird eine Querschnittsstruktur des Be
schleunigungssensors unter Bezugnahme auf die Fig. 28 und
29 erklärt werden. Da jede der Trägerstrukturen und der
Isolierstrukturen zwischen jeder der festen Elektroden und
der Balkenstruktur einander gleich sind, werden im
folgenden nur die in den Fig. 28 und 29 gezeigten Teile
hauptsächlich beschrieben und eine Erklärung in Bezug auf
die anderen Teile wird weggelassen.
Die festen Elektroden 16b, 22b, 17a und 23a werden von
dem rechteckigen Rahmenteil 5 über Isoliermaterialien 19b,
25b, 21a und 27a getragen, in denen eine Oxiddünnschicht in
den Gräben 18a, 24b, 20a und 26a eingebettet bzw. vergraben
ist, und werden von dem rechteckigen Rahmenteil 5 durch die
Isoliermaterialien 19b, 25b, 21a und 27a elektrisch iso
liert. Schutzdünnschichten 40, 41 und 42 sind auf den Sei
tenwänden der Balkenstruktur (Massenteil 11 etc.) und der
festen Elektroden 16a, 22b, 17a und 23a ausgebildet; und
Isolierdünnschichten 32 und 33 sind auf den oberen Oberflä
chen der Balkenstruktur (Massenteil 11 etc.) und der festen
Elektroden 16a, 22b, 17a und 23a ausgebildet. Die Poten
tiale der festen Elektroden 16b, 22b, 17a und 23a werden
durch die Leitungen 28 bis 31 durch Kontaktlöcher 34 bis 37
hindurch extern herausgenommen.
In der oben beschriebenen Struktur ist ein erster Kon
densator zwischen den beweglichen Elektroden 12a bis 12d
und den ersten festen Elektroden 16a bis 16d definiert, und
ein zweiter Kondensator ist zwischen den beweglichen Elek
troden 12a bis 12d und den zweiten festen Elektroden 17a
bis 17b definiert. Gleichermaßen ist ein erster Kondensator
zwischen den beweglichen Elektroden 13a bis 13d und den er
sten festen Elektroden 22a bis 22d definiert, und ein zwei
ter Kondensator ist zwischen den beweglichen Elektroden 13a
bis 13d und den zweiten festen Elektroden 23a bis 23d
definiert.
Wie oben beschrieben wurde, sind die Gräben 18b, 24b,
22a und 26a zwischen den festen Elektroden 16b, 22b, 17a,
23a und dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet, und die
Isoliermaterialien 19b und 25b sind darin eingebettet. Eine
ähnliche Struktur ist zwischen der beweglichen Elektrode
(im einzelnen Ankerteile 7 und 8) und dem rechteckigen Rah
menteil 5 angewendet.
Wie oben beschrieben wurde, werden der Basisplattenteil
3, der rechteckige Rahmenteil 5, die Balkenstruktur und die
festen Elektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und
23a bis 23d durch die Höhlung 2 und die Gräben 4a bis 4d,
die in der Halbleiterschicht 203 des SOI-Substrates ausge
bildet sind, voneinander abgeteilt. Die Elektroden werden
durch die elektrischen Isoliermaterialien 19b, 25b, 21a,
27a und so weiter, die in den Gräben 18b, 24b, 20a, 26a und
so weiter vergraben bzw. eingebettet sind, die zwischen den
beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d und dem
rechteckigen Rahmenteil 5 und zwischen den festen Elektro
den und dem rechteckigen Rahmenteil 5 ausgebildet sind,
elektrisch isoliert.
Auf diese Weise kann, da das SOI-Substrat in einem
Halbleitersensor für eine physikalische Größe verwendet
wird, in dem die Balkenstruktur mit den beweglichen
Elektroden und die festen Elektroden, die den beweglichen
Elektroden gegenüberliegen, in einem Substrat integral
ausgebildet sind, die Querschnittsstruktur des Sensors
vereinfacht werden.
Hier ist die Art und Weise der Erfassung bzw. der
Detektion der Beschleunigung im wesentlichen dieselbe wie
jene in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren unter Be
zugnahme auf die Fig. 30 bis 34 erklärt werden, von denen
jede eine Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie
29-29 in Fig. 27 genommen wurde.
Als erstes, wie in Fig. 30 gezeigt, wird ein SOI-
Substrat 200, das aus einem Trägersubstrat 201, einer
vergrabenen bzw. eingebetteten Oxiddünnschicht 202 und
einer Halbleiterschicht 203 besteht, bereitgestellt. Ein
anisotropes Ätzen wird von einer oberen Oberfläche der
Halbleiterschicht 203 her durchgeführt, um die ersten
Gräben 20a und 26a auszubilden, die sich vertikal
erstrecken und dazu dienen, die beweglichen Elektroden und
die festen Elektroden von dem rechteckigen Rahmenteil
elektrisch zu isolieren. Danach wird eine Siliziumoxiddünn
schicht auf der Halbleiterschicht 203 ausgebildet. Die Grä
ben 20a und 26a werden mit den Isoliermaterialien 21a und
27a gefüllt, und die Oberfläche der Halbleiterschicht 203
wird mit einer Oxiddünnschicht 32 bedeckt.
Weiterhin, wie in Fig. 31 gezeigt, wird ein Leitungsma
terial ausgebildet und strukturiert, um eine Leitungsstruk
turierung auszubilden. Als nächstes wird eine Oxiddünn
schicht 32 ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung 50 zu
bedecken.
Danach, wie in Fig. 32 gezeigt, werden Kontaktlöcher 36
und 37 mittels teilweise Entfernen der Oxiddünnschichten 32
und 33, die auf dem Substrat 1 ausgebildet sind, und des
Leitungsmaterials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Lei
tungsmaterialien 29 und 31 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 33 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum Aus
bilden einer Struktur unter Verwendung einer Photolitogra
phie auf dem SOI-Substrat 200 ausgebildet. Die Oxiddünn
schichten 32 und 33 werden durch die Maske 51 hindurch
trocken geätzt. Als nächstes wird ein anisotropes Ätzen
(Grabenätzen) von der oberen Oberfläche der Halbleiter
schicht 203 her durch die Maske 51 hindurch durchgeführt,
um so sich vertikal erstreckende Gräben (zweite Gräben) 4a
und 4b zum Ausbilden des rechteckigen Rahmenteils, der Bal
kenstruktur und der festen Elektroden auszubilden. Hier be
sitzen die Gräben 4a und 4b eine Tiefe, um nicht die ver
grabene Oxiddünnschicht 202 zu erreichen (das anisotrope
Ätzen wird beendet, bevor die eingebettete Oxiddünnschicht
202 erreicht wird).
Weiterhin werden Schutzdünnschichten 40 und 42 vor
einem isotropen Ätzen zum Schützen der Seitenwand auf den
Innenwandoberflächen der Gräben 4a und 4b ausgebildet. Da
nach werden die Teile der Schutzdünnschichten, die an den
unteren Oberflächen bzw. Bodenflächen der Gräben angebracht
sind, entfernt. Somit werden die Schutzdünnschichten 40 und
42 auf den Seitenwänden der Gräben 4a und 4b mit Ausnahme
der Bodenflächen der Gräben 4a und 4b ausgebildet.
Hier ist es erforderlich, ein Material für die Schutz
dünnschichten 40 und 42 auszuwählen, das für den Herstel
lungsprozeß geeignet ist. Im einzelnen können die Schutz
dünnschichten 40 und 42 ausgebildet werden durch: Ausbilden
eines Polymers oder dergleichen während des Grabenätzens;
Ausbilden einer Oxiddünnschicht; Ablagern einer Oxiddünn
schicht mittels CVD oder dergleichen; Ausbilden einer dün
nen Oxiddünnschicht mittels eines O2-Plasmas oder derglei
chen; oder Ausbilden einer Oxiddünnschicht mittels Chemi
kalien bzw. Chemie. Wenn es keinen thermischen Schritt
gibt, können die Leitungsmaterialien 29 und 31 aus einer
metallischen Leitung wie Aluminium oder Polysilizium oder
dergleichen bestehen. Andererseits, wenn es einen thermi
schen Schritt gibt, können die Leitungsmaterialien 29 und
31 aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt wie Wolfram oder
seiner Legierung oder Polysilizium bestehen.
Als nächstes, wie in Fig. 34 gezeigt, wird isotropes
Ätzen an der Halbleiterschicht 203 von den unteren Oberflä
chen bzw. Bodenflächen der zweiten Gräben 4a und 4b her
unter Verwendung der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 als
einer Ätzschutzschicht durchgeführt. Als eine Folge werden
eine Höhlung, die sich lateral erstreckt, der
Basisplattenteil 3, der unterhalb der Höhlung 2 angeordnet
ist, der rechteckige Rahmenteil 5, der bei der Seite der
Höhlung 2 und der zweiten Gräben 4a und 4b angeordnet ist,
die Balkenstruktur 6 mit den beweglichen Elektroden, die
durch die Beschleunigung bewegt werden können, und die
festen Elektroden 17a und 23a, die den beweglichen Teilen
der Balkenstruktur 6 gegenüberliegen, von einander
abgeteilt. In Fig. 34 wird nur das Silizium unterhalb des
Massenteils 11 und unterhalb der festen Elektroden 17a und
23a geätzt. Insbesondere werden der Massenteil 11 und der
Basisplattenteil (die vergrabene Oxiddünnschicht 202 und
das Trägersubstrat 201) vollständig abgesondert bzw.
getrennt, um dazwischen einen vorbestimmten Abstand zu
haben.
In diesem Fall, da die Ätzgeschwindigkeit des anisotro
pen Ätzens der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 hinreichend
niedrig ist, wird die Oxiddünnschicht 202 kaum geätzt, so
gar falls die vergrabene Oxiddünnschicht 202 als eine Folge
davon, daß die Oxiddünnschicht 203 geätzt wird, exponiert
bzw. freigelegt wird. Folglich kann sie die Abstände zwi
schen dem Massenteil 11 und der Oxiddünnschicht 202 und
zwischen den festen Elektroden 17a und 23a und der Oxid
dünnschicht 202 konstant halten. Weiterhin muß in diesen
isotropen Ätzen die Kombination so ausgewählt werden, daß
die Schutzdünnschichten 40 und 42 nicht geätzt werden. Wenn
ein Plasmaätzprozeß unter Verwendung eines Gases wie SF6
oder CF4 in dem isotropen Ätzen angewendet wird, kann ein
Durchsatz des Ausbildens der Struktur nach dem Ätzen ver
glichen mit einem Naßätzschritt verbessert werden.
Schließlich kann der in Fig. 29 gezeigte Beschleuni
gungssensor durch Entfernen der Ätzmaske 51 fertiggestellt
werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann sie ein SOI-Substrat
als einen Start-Wafer beim Herstellen in einem physikali
schen Halbleitersensor verwenden, in dem die Balkenstruktur
6 mit den beweglichen Elektroden und die festen Elektroden,
die den beweglichen Elektroden gegenüberliegen, in einem
Substrat integral ausgebildet sind, und sie kann in großem
Ausmaß die Herstellungskosten des Sensors verringern, da
sie den Schritt des Verbindens der Substrate nicht anwenden
muß. Weiterhin, da die Herstellung mit dem SOI-Substrat 200
beginnt, kann sie auf einfache Weise die Elektroden wie die
festen Elektroden und die beweglichen Elektroden mit bzw.
gegen den Basisplattenteil (die vergrabene bzw. eingebette
te Oxiddünnschicht 202 und das Trägersubstrat 201) isolie
ren und absondern bzw. trennen. Folglich kann die Flexibi
lität beim Entwurf bzw. Design des Sensors erweitert wer
den. Weiterhin, da die vergrabene Oxiddünnschicht 202 als
die Ätzschutzschicht verwendet wird, kann der Abstand
(Luftspalt) zwischen den beweglichen Elektroden und dem Ba
sisplattenteil auf einfache Weise gesteuert werden, da das
Ätzen nach dem Freilegen bzw. Exponieren der eingebetteten
Oxiddünnschicht 202 nicht nach unten vorrückt.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform erklärt
werden. Im folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede
zwischen bzw. zu der dritten Ausführungsform erklärt
werden.
Fig. 35 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors
dieser Ausführungsform und entspricht einer Querschnittsan
sicht, die entlang einer Linie 35-35 in Fig. 27 genommen
wurde.
In dieser Ausführungsform wird wenigstens die Balken
struktur oder die feste Elektrode durch eine Stütze 210 ge
tragen, die vertikal auf dem Basisplattenteil 3 bereitge
stellt ist.
Wie in Fig. 35 gezeigt ist, in dem Ankerteil 7 (8) in
Fig. 27, erstreckt sich die Stütze 210 von einer oberen
Oberfläche der vergrabenen bzw. eingebetteten Oxiddünn
schicht 202 (Trägersubstrat 201), und die Stütze 210 ist
mit dem Ankerteil 7 (8) verbunden. Die Stütze 210 ist ein
Teil der Halbleiterschicht 203 und besteht aus einkri
stallinem Silizium. Das heißt, Höhlungen 2a und 2b sind in
der Halbleiterschicht 203 des SOI-Substrates 200 ausgebil
det, und die Stütze 210 ist zwischen den zwei Höhlungen 2a
und 2b ausgebildet. Die Stütze 210 wird durch die vergra
bene Oxiddünnschicht 202 von dem Trägersubstrat 201 elek
trisch isoliert.
Auf diese Weise, gemäß dieser Struktur, die das SOI-
Substrat verwendet, kann der Basisplattenteil 3 durch Zu
rückbleiben der Stütze 210, die aus dem Silizium bei dem
Basisplattenteil besteht, vollständig isoliert und abgeson
dert werden, aufgrund eines Vorhandenseins der vergrabenen
Oxiddünnschicht 202.
Diese Struktur ist auf die festen Elektroden ebenso wie
die Trägerstruktur und die Isolierstruktur der Balken
struktur (bewegliche Elektrode) angewendet. Das heißt, die
festen Elektroden (17a, 23a etc.) werden durch die Höhlung
2 und die Gräben 4a und 4b abgeteilt; sind oberhalb der
Höhlung 2 angeordnet; erstrecken sich von dem Basisplatten
teil 3 her; und liegen bzw. stehen der beweglichen
Elektrode der Balkenstruktur gegenüber. Jedoch kann die aus
Silizium bestehende Stütze 210 unterhalb der festen
Elektrode zurückbleiben.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren unter Be
zugnahme auf die Fig. 36 bis 40 erklärt werden.
Als erstes, wie in Fig. 30 gezeigt, wird ein SOI-
Substrat 200, das aus einem Trägersubstrat 201, einer ver
grabenen Oxiddünnschicht 202 und einer Halbleiterschicht
203 besteht, bereitgestellt. Ein anisotropes Ätzen wird von
einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht 203 her
durchgeführt, um die Gräben 20a und 26a auszubilden. Danach
wird eine Siliziumoxiddünnschicht auf der Halbleiterschicht
203 ausgebildet. Die Gräben 20a und 26a werden mit den
Isoliermaterialien 21a und 27a gefüllt, und die Oberfläche
der Halbleiterschicht 203 wird mit einer Oxiddünnschicht 32
bedeckt.
Weiterhin, wie in Fig. 37 gezeigt, wird ein Leitungsma
terial ausgebildet und strukturiert, um eine Leitungsstruk
turierung auszubilden. Als nächstes wird eine Oxiddünn
schicht 33 ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung 50 zu
bedecken.
Danach, wie in Fig. 38 gezeigt, werden Kontaktlöcher 36
und 37 mittels teilweise Entfernen der Oxiddünnschichten 32
und 33, die auf dem Substrat 1 ausgebildet sind, und des
Leitungsmaterials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Lei
tungsmaterialien 29 und 31 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 39 gezeigt, wird eine Maske 51 zum Ausbil
den einer Struktur auf dem SOI-Substrat 200 mittels Verwen
dung einer Photolithographie ausgebildet. Die Oxiddünn
schichten 32 und 33 werden durch die Maske 51 hindurch
trocken geätzt. Als nächstes wird ein anisotropes Ätzen
(Grabenätzen) von der oberen Oberfläche der Halbleiter
schicht 203 durch die Maske 51 hindurch durchgeführt, um so
die sich vertikal erstreckenden Gräben 4a und 4b zum Aus
bilden des rechteckigen Rahmenteils, der Balkenstruktur und
der festen Elektroden auszubilden. Hier besitzen die Gräben
4a und 4b eine Tiefe, derart, daß sie nicht die vergrabene
Oxiddünnschicht 202 erreichen. Weiterhin werden Schutzdünn
schichten 40 und 42 zum Schützen der Seitenwand vor einem
isotropen Ätzen auf der Innenwandoberfläche der Gräben 4a
und 4b ausgebildet. Danach werden Teile der Schutzdünn
schichten, die an den unteren Oberflächen bzw. Bodenflächen
der Gräben angebracht sind, entfernt.
Nach dem Ätzen der Halbleiterschicht 203 auf diese
Weise durch das anisotrope Ätzen wird, wie in Fig. 40 ge
zeigt, isotropes Ätzen an der Halbleiterschicht 203 von den
unteren Oberflächen der Gräben 4a und 4b her mittels Ver
wendung der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 als einer Ätz
schutzschicht durchgeführt. Als eine Folge erstreckt sich
eine Höhlung lateral, wobei das Silizium teilweise zurück
bleibt. Als eine Folge ist die Balkenstruktur 6, die über
der eingebetteten Oxiddünnschicht 202 angeordnet ist, so
angeordnet, daß ein vorbestimmter Abstand dazwischen beibe
halten wird.
Schließlich kann der in Fig. 35 gezeigte Beschleuni
gungssensor mittels Entfernen der Ätzmaske 51 fertigge
stellt werden.
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform erklärt
werden. Im folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede
zwischen bzw. zu der vierten Ausführungsform erklärt
werden.
Fig. 41 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors
dieser Ausführungsform und entspricht einer Querschnittsan
sicht, die entlang einer Linie 41-41 in Fig. 27 genommen
wurde.
Stützen 220 und 221, die aus einem elektrisch isolie
renden Material bzw. einem elektrischen Isoliermaterial
(z. B. Oxiddünnschicht) bestehen, sind vertikal auf dem Ba
sisplattenteil 3 bereitgestellt. Die Stützen 220 und 221
tragen (stützen) wenigstens die feste Elektrode oder die
Balkenstruktur, wobei sie elektrisch isoliert sind. Im ein
zelnen sind die Stützen 220 und 221 (z. B. Oxiddünnschicht)
in wenigstens der festen Elektrode oder der Balkenstruktur
eingebettet, wobei die unteren Enden der Stützen 220 und
221 die vergrabene Oxiddünnschicht 202 erreichen, und Sili
zium ist zwischen den Stützen 220 und 221 angeordnet.
Im einzelnen werden die in Fig. 41 gezeigten festen
Elektroden 17d und 23d durch die Höhlung 2 und die Gräben
4a und 4b abgeteilt, sind oberhalb der Höhlung 2 angeord
net, erstrecken sich von dem rechteckigen Rahmenteil 5 her
und liegen dem beweglichen Teil der Balkenstruktur 6
gegenüber. Weiterhin sind Gräben 230a und 230b, in denen
die Isoliermaterialien 220 und 221 eingebettet sind,
ausgebildet. Die festen Elektroden 17d und 23d werden,
wobei sie elektrisch isoliert sind, von den Stützen 220 und
221, die aus dem elektrischen Isoliermaterial bestehen und
von dem Basisplattenteil 3 her vertikal bereitgestellt
sind, getragen.
Wie in Fig. 42 gezeigt ist, sind die bewegliche Elek
trode 222 und die festen Elektroden 223 und 224 so angeord
net, daß ihre unteren Oberflächen einen vorbestimmten Ab
stand t von der eingebetteten Oxiddünnschicht 202 beibehal
ten. Hier tritt eine Spannungsdifferenz zwischen der beweg
lichen Elektrode 222 und den festen Elektroden 223 und 224
infolge einer Arbeitsweise des Sensors auf. In diesem Fall
wirkt zwischen der beweglichen Elektrode 222 und den festen
Elektroden 223 und 224 infolge der Spannungsdifferenz eine
elektrostatische Kraft, und dann wird in dem Fall der in
Fig. 42 gezeigten Struktur die bewegliche Elektrode 222 in
Richtung der festen Elektroden 223 und 224 angezogen. Ande
rerseits, gemäß dieser Ausführungsform, wirkt die elektro
statische Kraft nicht auf wenigstens die festen Elektroden
223 und 224 mittels Anwenden der in Fig. 43 gezeigten
Struktur, da die festen Elektroden 223 und 224 an der ein
gebetteten bzw. vergrabenen Oxiddünnschicht 202
(Trägersubstrat 201) fixiert sind. Daher ist eine Ausgabe
des Sensors stabil.
Weiterhin, sogar wenn ein Querschnittsbereich der unte
ren Oberfläche von wenigstens der festen Elektroden oder
der Balkenstruktur klein ist, können wenigstens die festen
Elektroden oder die Balkenstruktur durch die Stützen 220
und 221, die aus dem elektrischen Isoliermaterial bestehen,
durch Ausbilden der Stützen 220 und 221, die aus dem Iso
liermaterial bestehen, getragen werden. Mit anderen Worten,
wenn der Querschnittsbereich der unteren Oberfläche von we
nigstens den festen Elektroden oder der Balkenstruktur
nicht groß ist, ist es schwierig, wenigstens die festen
Elektroden oder die Balkenstruktur an dem Basisplattenteil
zu fixieren. Jedoch, indem man diese Maßnahme anwendet,
können wenigstens die festen Elektroden oder die Balken
struktur sogar in einem schmalen bzw. engen Bereich ange
ordnet werden, und dieses Element kann vollständig von dem
Basisplattenteil isoliert werden. Sie ist besonders effek
tiv, wenn Modifikationen minimal sein müssen (z. B. Be
schleunigungssensor).
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren dieses Be
schleunigungssensors unter Bezugnahme auf die Fig. 44
bis 48 erklärt werden.
Als erstes, wie in Fig. 44 gezeigt, wird ein SOI-
Substrat bereitgestellt. Gräben 20d und 26d mit geringer
Tiefe und tiefe Gräben 230a und 230b werden in der Halblei
terschicht 203 mittels Durchführen von anisotropem Ätzen
von einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht 203 des
SOI-Substrates 200 her durchgeführt. Mit anderen Worten,
erste Gräben 20d und 26d, die sich vertikal erstrecken, zum
elektrisch Isolieren der beweglichen Elektroden und der
festen Elektroden von dem rechteckigen Rahmenteil werden
ausgebildet; und zweite Gräben 230a und 230b, die sich
vertikal tiefer als die ersten Gräben erstrecken, zum
Tragen von wenigstens der festen Elektroden oder der Bal
kenstruktur auf dem Basisplattenteil werden ausgebildet.
Eine Siliziumoxiddünnschicht wird auf der Halbleiterschicht
203 ausgebildet, und Isoliermaterialien 21d, 27d, 220 und
221 werden in den Gräben 20d und 26d mit geringer Tiefe und
tiefen Gräben 230a und 230b eingebettet. Weiterhin wird die
Oberfläche des Substrates mit einer Oxiddünnschicht 32
bedeckt.
Als nächstes, wie in Fig. 45 gezeigt, wird ein Lei
tungsmaterial ausgebildet und strukturiert, um eine Lei
tungsstrukturierung 50 auszubilden. Eine Oxiddünnschicht 33
wird ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung 50 zu be
decken.
Wie in Fig. 46 gezeigt, werden Kontaktlöcher 36 und 37
durch teilweise Entfernen der auf dem Substrat 1
ausgebildeten Oxiddünnschichten 32 und 33 und des Leitungs
materials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Leitungs
materialien 29 und 31 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 47 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum
Ausbilden einer Struktur unter Verwendung einer
Photolithographie auf dem SOI-Substrat ausgebildet. Die
Oxiddünnschichten 32 und 33 werden durch die Maske 51
hindurch geätzt. Als nächstes wird anisotropes Ätzen
(Grabenätzen) von der oberen Oberfläche der Halbleiter
schicht 230 her durch die Maske 51 hindurch durchgeführt,
um so die sich vertikal erstreckenden dritten Gräben 4a und
4b zum Ausbilden des rechteckigen Rahmenteils, der Balken
struktur und der festen Elektroden auszubilden. Weiterhin
werden Schutzdünnschichten 40 und 42 (eine thermische Oxid
dünnschicht, eine Oxiddünnschicht mittels eines Sauerstoff
plasmaprozesses, eine durch Ätzen erzeugte Dünnschicht) zum
Schützen der Seitenwand vor einem isotropen Ätzen auf der
Innenwandoberfläche der Gräben 4a und 4b ausgebildet. Da
nach werden die Teile der Schutzdünnschichten entfernt, die
an den unteren Oberflächen der Gräben angebracht sind. Auf
diese Weise werden die Schutzdünnschichten 40 und 42 auf
den Seitenwänden der Gräben 4a und 4b mit Ausnahme der un
teren Oberflächen bzw. Bodenflächen der Gräben 4a und 4b
ausgebildet.
Als nächstes, wie in Fig. 48 gezeigt, wird isotropes
Ätzen an der Halbleiterschicht 230 von den unteren Oberflä
chen der dritten Gräben 4a und 4b her mittels Verwendung
der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 als einer Ätzschutz
schicht durchgeführt. Als eine Folge werden eine Höhlung,
die sich lateral erstreckt, der Basisplattenteil 3, der un
ter der Höhlung 2 angeordnet ist, der rechteckige Rahmen
teil 5, der an der Seite der Höhlung 2 und der dritten Grä
ben 4a und 4b angeordnet ist, die Balkenstruktur 6 mit den
beweglichen Elektroden, die durch die Beschleunigung bewegt
werden können, und die festen Elektroden 17d und 23d, die
den beweglichen Teilen der Balkenstruktur 6 gegenüberlie
gen, voneinander abgeteilt bzw. getrennt.
Schließlich kann der in Fig. 41 gezeigte Beschleuni
gungssensor durch Entfernen der Ätzmaske 51 fertiggestellt
werden.
Wie oben beschrieben wurde, in dem Fall von Fig. 35,
wenn eine Breite eines Teils, der fixiert werden soll
(Ankerteile 7 und 8 in Fig. 35), schmal ist, kann das Sili
zium zwischen der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 und dem
zu fixierenden Teil (Ankerteile 7 und 8 in Fig. 35) durch
das isotrope Ätzen vollständig entfernt werden. Diese Aus
führungsform kann dies jedoch verhindern. Weiterhin kann in
dem Ätzschritt ein lateral vorrückendes Ätzen durch den
Graben (Isoliermaterial), der die vergrabene Oxiddünn
schicht 202 erreicht, verhindert werden. Daher kann der
Sensor mit Stabilität hergestellt werden, und ohne von der
Instabilität des Prozesses beeinflußt zu werden.
Hier können die in den Fig. 12 und 13 gezeigten
Strukturen (der Mittelteil des Isoliergrabens als planare
bzw. ebene Struktur steht in Richtung des Spitzenteils
hervor) oder die in den Fig. 14 und 15 gezeigten
Strukturen (das in den Gräben einzubettende Material
besteht aus mit Isoliermaterial bedecktem Material
niedriger mechanischer Spannung) auf diese dritte, vierte
und fünfte Ausführungsform unter Verwendung des SOI-
Substrates angewendet werden.
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung erklärt werden. Hier werden hauptsäch
lich die Unterschiede zwischen bzw. zu der dritten
Ausführungsform beschrieben werden.
Fig. 49 zeigt eine Draufsicht auf einen Gierratensen
sor; Fig. 50 zeigt eine Draufsicht des Gierratensensors oh
ne Leitungen; und Fig. 51 zeigt eine Querschnittsansicht,
die entlang einer Linie 51-51 in Fig. 49 genommen wurde.
Als eine Gesamtheit umfaßt dieser Sensor eine primäre
Schwingungsmasse 240 und eine Balkenstruktur 241 als eine
sekundäre Schwingungsmasse, die innerhalb der primären
Schwingungsmasse 240 angeordnet ist. Im einzelnen ist der
Sensor ausgestattet mit einem in Fig. 51 gezeigten Ba
sisplattenteil für die primäre Schwingungsmasse (primärer
Basisplattenteil) 242, einem in Fig. 50 gezeigten Rahmen
teil für die primäre Schwingungsmasse (primärer Rahmenteil)
243, der primären Masse 240, den festen Erregungselektroden
für die primäre Schwingungsmasse (primäre feste Erregungs
elektroden) 244a bis 244f und 245a bis 245f, einem in Fig.
51 gezeigten Basisplattenteil für die sekundäre Schwin
gungsmasse (sekundärer Basisplattenteil) 246, einem in Fig.
50 gezeigten Rahmenteil für die sekundäre Schwingungsmasse
(sekundärer Rahmenteil) 247, der Balkenstruktur 241 und fe
sten Erregungselektroden für die sekundäre Schwingungsmasse
(sekundäre feste Erregungselektroden) 16a bis 16d, 17a bis
17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d.
Der in Fig. 51 gezeigte primäre Basisplattenteil 42
wird durch eine in dem Trägersubstrat 201 des SOI-Substra
tes 200 ausgebildete Höhlung für die primäre Schwingungs
masse (primäre Höhlung) 248, die sich lateral erstreckt,
abgeteilt und ist unterhalb der primären Höhlung 248 ange
ordnet. Der primäre Rahmenteil 243 wird durch die in Fig.
51 gezeigte primäre Höhlung 248, die in einer Halbleiter
schicht 203 ausgebildeten Gräben für die primäre Schwin
gungsmasse (primäre Gräben) 249a und 249b, die sich lateral
erstrecken, und ein zu einer vergrabenen Oxiddünnschicht
202 ausgebildetes Durchgangsloch 250 abgeteilt und ist bei
bzw. an den Seiten der primären Höhlung 248, der primären
Gräben 249a und 249b und des Durchgangsloches 250 angeord
net. Die primäre Schwingungsmasse 240 wird ebenfalls durch
die in Fig. 51 gezeigte primäre Höhlung 248, die primären
Gräben 249a bis 249d und das Durchgangsloch 250 abgeteilt
und erstreckt sich von dem primären Rahmenteil 243 her, wie
in Fig. 50 gezeigt, und besitzt die beweglichen Elektroden
für die primäre Schwingungsmasse (primäre bewegliche
Elektroden) 251a bis 251d und 252a bis 252d. Die primären
festen Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a bis 245f
werden durch eine sich lateral erstreckende Höhlung 253,
die in der in Fig. 51 gezeigten Halbleiterschicht 203
ausgebildet ist, und die sich vertikal erstreckenden Gräben
249a und 249b, die in der Halbleiterschicht 203 ausgebildet
sind, abgeteilt bzw. getrennt; erstrecken sich von dem
primären Rahmenteil 243 her; und liegen den primären
beweglichen Elektroden 251a bis 251d und 252a bis 252d
gegenüber.
Der in Fig. 51 gezeigte sekundäre Basisplattenteil 246
wird durch eine sich lateral erstreckende Höhlung für die
sekundäre Schwingungsmasse (sekundäre Höhlung) 254, die in
der Halbleiterschicht 203 der primären Schwingungsmasse 240
ausgebildet ist, abgeteilt und ist unterhalb der sekundären
Höhlung 254 angeordnet. Der sekundäre Rahmenteil 247 wird
durch die in Fig. 51 gezeigte sekundäre Höhlung 254 und
sich lateral erstreckende Gräben für die sekundäre Schwin
gungsmasse (sekundäre Gräben) 255a und 255b, die in einer
Halbleiterschicht 203 der primären Schwingungsmasse 240
ausgebildet sind, abgeteilt und ist an den Seiten der se
kundären Höhlung 254 und der sekundären Gräben 255a und
255b angeordnet. Weiterhin, wie in Fig. 50 gezeigt, ist der
sekundäre Rahmenteil 247 ein Trägerelement der primären be
weglichen Elektroden 251a bis 251d und 252a bis 252d.
Die Balkenstruktur 241 als die sekundäre Schwingungs
masse 241 wird durch die in Fig. 51 gezeigte sekundäre Höh
lung 254 und die sekundären Gräben 255a bis 255d abgeteilt,
ist oberhalb der sekundären Höhlung 254 in der primären
Schwingungsmasse 240 angeordnet, erstreckt sich wie in Fig.
50 gezeigt von dem sekundären Rahmenteil 247 her und
besitzt die beweglichen Elektroden für die sekundäre
Schwingungsmasse (sekundäre bewegliche Elektroden) 12a bis
12d und 13a bis 13d, die durch eine physikalische Größe
bewegt werden können. Die sekundären festen Erregungs
elektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und 23a
bis 23d werden durch die sekundäre Höhlung 254 und die in
Fig. 51 gezeigten sekundären Gräben 255a und 255b
abgeteilt; sind oberhalb der sekundären Höhlung 254 in der
primären Schwingungsmasse 240 angeordnet; erstrecken sich
von dem sekundären Rahmenteil 247 her; und liegen den
sekundären beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis
13d gegenüber.
Weiterhin sind Gräben 257 (siehe Fig. 51), in denen ein
elektrisches Isoliermaterial 256 eingebettet ist, zwischen
den primären beweglichen Elektroden 251a bis 251d und 252a
bis 252d und dem sekundären Rahmenteil 247 und zwischen den
primären festen Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a
bis 245f und dem primären Rahmenteil 243 ausgebildet. Glei
chermaßen sind Gräben 257 (siehe Fig. 51), in denen ein
elektrisch isolierendes Material 256 eingebettet ist, zwi
schen den sekundären beweglichen Elektroden 12a bis 12d und
13a bis 13d und dem sekundären Rahmenteil 247 und zwischen
den sekundären festen Erregungselektroden 16a bis 16d, 17a
bis 17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d und dem sekundären
Rahmenteil 247 ausgebildet.
Weiterhin ist eine Schutzdünnschicht 258 an den Seiten
wänden der in Fig. 51 gezeigten Gräben 249a bis 249d und
255a bis 255d ausgebildet. Ein Durchgangsloch 259 ist in
der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 ausgebildet. Die in
Fig. 51 gezeigte primäre Schwingungsmasse 240 besitzt An
kerteile 260a und 260b und Balkenteile 261a und 261b.
Die Struktur wird im folgenden ausführlicher erklärt
werden. In Fig. 51 besteht das SOI-Substrat 200 aus der
vergrabenen Oxiddünnschicht 202 und der Halbleiterschicht
203. Das Trägersubstrat 201 und die Halbleiterschicht 203
bestehen aus einkristallinem Silizium. Wie in Fig. 50 ge
zeigt ist, werden die aus dem einkristallinen Silizium
(einkristalliner Halbleiter) bestehende primäre Schwin
gungsmasse 240 und die Balkenstruktur 241 als die sekundäre
Schwingungsmasse ausgebildet, indem sie abgeteilt bzw. ge
trennt werden. Die primäre Schwingungsmasse 240 ist beweg
lich (besitzt Flexibilität) im wesentlichen nur in der
(1 0 0)-Richtung in Fig. 50, und die Balkenstruktur 241 als
die sekundäre Schwingungsmasse ist beweglich (besitzt Fle
xibilität) im wesentlichen nur in der (0 1 0)-Richtung.
Die Balkenstruktur 241 umfaßt einen Massenteil 11, die
sekundären beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis
13d und Balkenteile 9 und 10. Der Massenteil 11 wird von
Ankerteilen 7 und 8 getragen, die von dem sekundären Rah
menteil 247 hervorstehen, der die Balkenstruktur 241 trägt,
über die Balkenteile 9 und 10; und ist über einer oberen
Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 angeordnet,
so daß ein vorbestimmter Abstand dazwischen beibehalten
wird, wie in Fig. 51 gezeigt.
Der Graben 257, in dem das Isoliermaterial wie z. B.
eine Oxiddünnschicht darin eingebettet ist, ist zwischen
den Ankerteilen 7 und 8 und den Balkenteilen 9 und 10
angeordnet. Die sekundären beweglichen Elektroden 12a bis
12d und 13a bis 13d sind von dem sekundären Rahmenteil 247
elektrisch isoliert. Vier sekundäre bewegliche Elektroden
12a bis 12d stehen von einer Seitenoberfläche des
Massenteils 11 hervor, und vier sekundäre bewegliche
Elektroden 13a bis 13d stehen von einer anderen
Seitenoberfläche des Massenteils 11 hervor. Die sekundären
beweglichen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d bilden
eine Kammgestalt, in der jede von diesen sich parallel
zueinander mit einem gleichen Abstand erstreckt.
Die sekundären festen Erregungselektroden bestehen aus
den ersten festen Elektroden 16a bis 16d und 22a bis 22d
und zweiten festen Elektroden 17a bis 17d und 23a bis 23d.
Die ersten festen Elektroden 16a bis 16d und die zwei
ten festen Elektroden 17a bis 17d sind an dem sekundären
Rahmenteil 247 fixiert, der die Balkenstruktur 241 trägt.
Die ersten festen Elektroden 16a bis 16d sind mit der Seite
des sekundären Rahmenteils 247 über den Graben 257 (Graben,
in dem das Isoliermaterial wie z. B. eine Oxiddünnschicht
darin eingebettet ist) verbunden und sind von dem
sekundären Rahmenteil 247 elektrisch isoliert. Weiterhin
liegen bzw. stehen die ersten festen Elektroden 16a bis 16d
einer Seite der sekundären beweglichen Elektroden 12a bis
12d gegenüber, die über der oberen Oberfläche der
vergrabenen Oxiddünnschicht 202 angeordnet sind, wobei der
vorbestimmte Abstand dazwischen beibehalten wird.
Gleichermaßen sind die zweiten festen Elektroden 17a bis
17d mit der Seite des sekundären Rahmenteils 247 über den
Graben 257 (Graben, in dem das Isoliermaterial wie z. B.
eine Oxiddünnschicht darin eingebettet ist) verbunden und
sind von dem sekundären Rahmenteil 247 elektrisch isoliert.
Weiterhin liegen die zweiten festen Elektroden 17a bis 17d
einer anderen Seite der sekundären beweglichen Elektroden
12a bis 12d gegenüber, die oberhalb der oberen Oberfläche
der eingebetteten Oxiddünnschicht 202 angeordnet sind,
wobei der vorbestimmte Abstand dazwischen beibehalten wird.
Gleichermaßen sind die ersten festen Elektroden 22a bis
22d und die zweiten festen Elektroden 23a bis 23d an dem
sekundären Rahmenteil 247 fixiert. Die ersten festen Elek
troden 22a bis 22d sind mit der Seite des sekundären Rah
menteils 247 über den Graben 257 (Graben, in dem das Iso
liermaterial wie z. B. eine Oxiddünnschicht darin einge
bettet ist) verbunden, und sind von dem sekundären Rahmen
teil 247 elektrisch isoliert. Weiterhin liegen die ersten
festen Elektroden 22a bis 22d einer Seite der sekundären
beweglichen Elektroden 13a bis 13d gegenüber, die oberhalb
der oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht 202
angeordnet sind, wobei der vorbestimmte Abstand dazwischen
beibehalten wird. Gleichermaßen sind die zweiten festen
Elektroden 23a bis 23d mit der Seite des sekundären
Rahmenteils 247 über den Graben 257 (Graben, in dem das
Isoliermaterial wie z. B. eine Oxiddünnschicht darin einge
bettet ist) verbunden, und sind von dem sekundären Rahmen
teil 247 elektrisch isoliert. Weiterhin liegen die zweiten
festen Elektroden 23a bis 23d einer anderen Seite der
sekundären beweglichen Elektroden 13a bis 13d gegenüber,
die über der oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünn
schicht 202 angeordnet sind, wobei der vorbestimmte Abstand
dazwischen beibehalten wird.
Die primäre Schwingungsmasse 240 ist bei der Innenseite
des primären Rahmenteils 243 angeordnet und wird von den
zwei Ankerteilen 260a und 260b getragen, die von dem primä
ren Rahmenteil 243 hervorstehen, der die primäre Schwin
gungsmasse 240 trägt, über die Balkenteile 261a und 261b.
Die vier primären beweglichen Elektroden 251a bis 251d
stehen von einer Seitenoberfläche (linke Seitenoberfläche
in Fig. 50) des sekundären Rahmenteils 247 über den Graben
257 hervor; und die vier primären beweglichen Elektroden
252a bis 252d stehen von einer anderen Seitenoberfläche
(rechte Seitenoberfläche in Fig. 50) des sekundären Rahmen
teils 247 über den Graben 257 hervor. Die primären bewegli
chen Elektroden 251a bis 251d und 252a bis 252d bilden eine
Kammgestalt, in der jede von diesen sich parallel zueinan
der mit einem gleichen Abstand erstreckt.
Die primären festen Erregungselektroden 244a bis 244f
und 245a bis 254f sind an dem primären Rahmenteil 243 fi
xiert. Die primären festen Erregungselektroden 244a bis
244f sind jeweils mit dem primären Rahmenteil 243 über den
Graben 257 verbunden, und sind von dem primären Rahmenteil
243 elektrisch isoliert. Die primären festen Erregungselek
troden 244a bis 244f liegen Seitenoberflächen der primären
beweglichen Elektroden 251a bis 251d gegenüber, die über
der oberen Oberfläche der vergrabenen Oxiddünnschicht 202
angeordnet sind, wobei der vorbestimmte Abstand dazwischen
beibehalten wird. Gleichermaßen sind die primären festen
Erregungselektroden 245a bis 245f jeweils mit dem primären
Rahmenteil 243 über den Graben 257 verbunden, und sind von
dem primären Rahmenteil 243 elektrisch isoliert. Die primä
ren festen Erregungselektroden 245a bis 245f liegen Seiten
oberflächen der primären beweglichen Elektroden 252a bis
252d gegenüber, die oberhalb der oberen Oberfläche der ein
gebetteten Oxiddünnschicht 202 angeordnet sind, wobei der
vorbestimmte Abstand dazwischen beibehalten wird.
In der Balkenstruktur 241, wie in Fig. 49 gezeigt, wer
den die Potentiale der ersten festen Elektroden 16a bis 16d
und 22a bis 22d und der zweiten festen Elektroden 17a bis
17d und 23a bis 23d von den Leitungen 262, 263, 264 und
265, die auf den Oxiddünnschichten 32 und 33 (siehe Fig.
51) ausgebildet sind, durch die oberen Teile der Balken
teile 261a und 261b (siehe Fig. 50), der primären Anker
teile 260a und 260b (siehe Fig. 50) und des primären Rah
menteils 243 hindurch, wobei diese von dem sekundären Rah
menteil 247 elektrisch isoliert sind, extern herausgenom
men.
Weiterhin werden die Potentiale der sekundären bewegli
chen Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d von der Leitung
266, die auf der Oxiddünnschicht ausgebildet ist, durch den
Massenteil 11 und die Balkenteile 7 und 8, die primären An
kerteile 260a und 260b und den primären Rahmenteil 243 hin
durch, wobei diese von dem sekundären Rahmenteil 247 ebenso
wie den ersten und zweiten festen Elektroden elektrisch
isoliert sind, extern herausgenommen.
In der primären Schwingungsmasse werden die Potentiale
der primären festen Erregungselektroden 244a bis 244f und
245a bis 245f von den Leitungen 267, 268, 269 und 270, die
wie in Fig. 49 gezeigt auf der Oxiddünnschicht ausgebildet
sind, extern herausgenommen. Weiterhin werden die Poten
tiale der in Fig. 49 gezeigten primären beweglichen Elek
troden 251a bis 251d und 252a bis 252d von den Leitungen
271, 272 und 273, die auf der Oxiddünnschicht ausgebildet
sind, durch den sekundären Rahmenteil 247 und die Balken
teile 261a und 261b hindurch extern herausgenommen.
Als nächstes wird eine Querschnittsstruktur des Gierra
tensensors mit Bezug auf Fig. 51 erklärt werden.
Der bewegliche Teil und der feste Teil der Gierraten
sensorstruktur besteht hauptsächlich aus einkristallinem
Silizium. Der Gierratensensor besteht aus zwei Schwingungs
massen, die die primäre Schwingungsmasse 240 und die Bal
kenstruktur (sekundäre Schwingungsmasse) umfassen, wobei
jede von diesen eine orthogonale Flexibilität besitzt. Im
einzelnen besteht der Gierratensensor aus der primären
Schwingungsmasse 240, die so ausgebildet ist, daß sie einen
vorbestimmten Abstand zwischen dem primären Basisplatten
teil 242 und der Balkenstruktur 241, die in der primären
Schwingungsmasse 240 ausgebildet ist, beibehält.
Im einzelnen ist die sich lateral erstreckende primäre
Höhlung 248 in einem oberen Teil des Trägersubstrates 201
des SOI-Substrates 200 ausgebildet. Das Durchgangsloch 250
ist in einer Kreisgestalt zu der vergrabenen Oxiddünn
schicht 202 ausgebildet, deren Rückoberfläche zu der primä
ren Höhlung 248 hin freiliegt. Weiterhin ist die Höhlung
253 in einer Kreisgestalt in der Halbleiterschicht 203 des
SOI-Substrates 200 ausgebildet und ist mit dem Durchgangs
loch 250 verbunden. Die Gräben 249a bis 249d, die die Höh
lung 248 erreichen, sind in der Halbleiterschicht 203 aus
gebildet. In dieser Struktur ist die primäre Schwingungs
masse 240 in das SOI-Substrat 200 eingebaut. In dieser pri
mären Schwingungsmasse 240 ist die Höhlung 254 in der Halb
leiterschicht 203 ausgebildet, und die in der Halbleiter
schicht 203 ausgebildeten Gräben 255a bis 255d erreichen
ebenfalls die Höhlung 254. Daher ist die sekundäre Schwin
gungsmasse 251 in die primäre Schwingungsmasse 240 einge
baut.
Der Massenteil 11 und die sekundären beweglichen Elek
troden 12a bis 12d und 13a bis 13d der Balkenstruktur 241
sind so angeordnet, daß sie einen vorbestimmten Abstand von
der vergrabenen bzw. eingebetteten Oxiddünnschicht 202 bei
behalten. In der primären Schwingungsmasse 240 wird der se
kundäre Rahmenteil 247 der Balkenstruktur auf der vergrabe
nen Oxiddünnschicht 202 getragen, und die sekundären festen
Erregungselektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d
und 23a bis 23d sind so angeordnet, daß sie von der vergra
benen Oxiddünnschicht 202 einen vorbestimmten Abstand bei
behalten. Die primären festen Erregungselektroden 244a bis
244f und 245a bis 245f sind zu bzw. an dem primären Rahmen
teil 243 ausgebildet. Die primären festen Erregungselektro
den 244a bis 244f sind an dem primären Rahmenteil 243 über
das Isoliermaterial 256, in dem die Oxiddünnschicht in dem
Graben 257 eingebettet ist, fixiert und werden durch das
Isoliermaterial 256 von dem primären Rahmenteil 243 elek
trisch isoliert. Seitenwandschutzdünnschichten 258 sind je
weils an den Seitenwänden des Massenteils 11, des sekundä
ren Rahmenteils 247 und der primären festen Erregungselek
troden 244a bis 244f und 245a bis 245f ausgebildet. Oxid
dünnschichten 32 und 33 sind auf dem Massenteil 11, dem se
kundären Rahmenteil 247 und den primären festen Erregungs
elektroden 244a bis 244f und 245a bis 245f ausgebildet.
Als nächstes werden die Arbeitsweisen des Gierratensen
sors erklärt werden.
Als erstes wird die in Fig. 50 gezeigte primäre Schwin
gungsmasse 240 in der (1 0 0)-Richtung in Schwingung ver
setzt (erregt), durch Anlegen einer zyklischen Spannung wie
z. B. einer Sinuswellenspannung oder Rechteck-Wechselspan
nung zwischen den primären festen Erregungselektroden 244a
bis 244f, 245a bis 245f und den primären beweglichen
Elektroden 251a bis 251d, 252a bis 252d.
In diesem Fall werden die Phase der zwischen den primä
ren festen Erregungselektroden 244a bis 244f und den primä
ren beweglichen Elektroden 251a bis 251d erzeugten elektro
statischen Kraft und die Phase der zwischen den primären
festen Erregungselektroden 245a bis 245f und den primären
beweglichen Elektroden 252a bis 252d erzeugten elektrosta
tischen Kraft um pi (π) Radiant verschoben. Daher kann die
primäre Schwingungsmasse 240 effektiv in Schwingung ver
setzt werden. Hier, wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um
die (0 0 1)-Richtung herum wirkt, wie in Fig. 50 gezeigt,
wirkt eine Corrioliskraft auf die gesamte primäre Schwin
gungsmasse entlang der (0 1 0)-Richtung. Da die primäre
Schwingungsmasse 240 im wesentlichen keine Flexibilität in
Richtung der (0 1 0)-Richtung besitzt, wirkt eine Corrio
liskraft von 2 mVΩ auf die Balkenstruktur 241, die Flexi
bilität besitzt, in Richtung der (0 1 0)-Richtung.
Ein erster Kondensator ist zwischen den sekundären be
weglichen Elektroden 12a bis 12d und den ersten festen
Elektroden 16a bis 16d definiert, und ein zweiter Kondensa
tor ist zwischen den sekundären beweglichen Elektroden 12a
bis 12d und den zweiten festen Elektroden 17a bis 17d defi
niert. Gleichermaßen ist ein erster Kondensator zwischen
den sekundären beweglichen Elektroden 13a bis 13d und den
ersten festen Elektroden 22a bis 22d definiert, und ein
zweiter Kondensator ist zwischen den sekundären beweglichen
Elektroden 13a bis 13d und den zweiten festen Elektroden
23a bis 23d definiert.
Wenn die Corrioliskraft auf die Balkenstruktur 241 ein
wirkt, wird jede der Kapazitäten des ersten und zweiten
Kondensators periodisch geändert. Die auf den Sensor ein
wirkende Winkelgeschwindigkeit Ω kann mittels Erfassen der
periodischen Änderung der Kapazitäten mittels Verwendung
einer synchronen Erfassung in Bezug auf die periodische Än
derung der Verlagerung der primären Schwingungsmasse 240
erfaßt werden.
Wie oben beschrieben wurde, gemäß dieser Sensorstruk
tur, werden der primäre Basisplattenteil 242, der primäre
Rahmenteil 243, die primäre Schwingungsmasse 240 und die
primären festen Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a
bis 245f voneinander abgeteilt durch die primäre Höhlung
248, die in dem Trägersubstrat 201 des SOI-Substrates aus
gebildet ist, das Durchgangsloch 250, das in der vergrabe
nen Oxiddünnschicht 202 ausgebildet ist, die Höhlung 253,
die in der Halbleiterschicht 203 ausgebildet ist, und die
primären Gräben 249a bis 249d. Der sekundäre Basisplatten
teil 246, der sekundäre Rahmenteil 247, die Balkenstruktur
251 und die sekundären festen Erregungselektroden 16a bis
16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und 23a bis 23d werden von
einander abgeteilt durch die sekundäre Höhlung 254, die in
der Halbleiterschicht 203 in der primären Schwingungsmasse
ausgebildet ist, und die sekundären Gräben 255a bis 255d.
Weiterhin wird jede der Elektroden durch das Isoliermateri
al 256 abgesondert bzw. isoliert, das in den Gräben einge
bettet ist, die zwischen den beweglichen Elektroden und dem
Rahmenteil und zwischen den festen Elektroden und dem Rah
menteil ausgebildet sind.
Auf diese Weise kann, da das SOI-Substrat in einem
Halbleitersensor für eine physikalische Größe verwendet
wird, insbesondere in einem Gierratensensor vom Erregungs
typ, in dem die Balkenstruktur mit den beweglichen Elektro
den und die festen Elektroden, die den beweglichen Elektro
den gegenüberliegen, in dem SOI-Substrat integral ausgebil
det sind, die Querschnittsstruktur des Sensors vereinfacht
werden.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren unter Be
zugnahme auf die Fig. 52 bis 58 erklärt werden, von de
nen jede eine Querschnittsansicht ist, die der Quer
schnittsansicht in Fig. 51 entspricht.
Als erstes, wie in Fig. 30 gezeigt, wird ein SOI-
Substrat 200, das aus einem Trägersubstrat 201, einer ver
grabenen bzw. eingebetteten Oxiddünnschicht 202 und einer
Halbleiterschicht 203 besteht, bereitgestellt. Ein Graben
257 wird in der Halbleiterschicht 203 strukturiert. Weiter
hin wird eine Siliziumoxiddünnschicht auf der Halbleiter
schicht 203 ausgebildet, der Graben 257 wird gefüllt, und
eine obere Oberfläche der Halbleiterschicht 203 wird mit
einer Oxiddünnschicht 32 bedeckt. Auf diese Weise wird ein
anisotropes Ätzen von der oberen Oberfläche der Halbleiter
schicht 203 des SOI-Substrates 200 her durchgeführt, um den
ersten Graben 257 auszubilden, der sich vertikal erstreckt
und dazu dient, die beweglichen Elektroden und die festen
Elektroden von dem Rahmenteil elektrisch zu isolieren. Der
Graben 257 wird mit dem isolierenden Material bzw. Isolier
material 256 gefüllt. Mit anderen Worten, der Graben zum
Isolieren der in Fig. 50 gezeigten sekundären beweglichen
Elektroden 12a bis 12d und 13a bis 13d von dem sekundären
Rahmenteil 247 wird ausgebildet; die Gräben zum Isolieren
der primären beweglichen Elektroden 251a bis 251d und 252a
bis 252d von dem sekundären Rahmenteil 247 werden ausgebil
det; die Gräben zum Isolieren der sekundären festen Erre
gungselektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d und
23a bis 23d von dem sekundären Rahmenteil 247 werden ausge
bildet; und die Gräben zum Isolieren der primären festen
Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a bis 245f von dem
primären Rahmenteil 243 werden ausgebildet. Danach werden
diese Gräben mit dem Isoliermaterial 256 gefüllt.
Weiterhin, wie in Fig. 53 gezeigt, wird ein Leitungsma
terial ausgebildet und strukturiert, um eine Leitungsstruk
turierung auszubilden. Als nächstes wird eine Oxiddünn
schicht 33 ausgebildet, um die Leitungsstrukturierung 50 zu
bedecken.
Danach, wie in Fig. 54 gezeigt, werden Kontaktlöcher
mittels teilweise Entfernen der auf der Halbleiterschicht
203 ausgebildeten Oxiddünnschicht 33 und des Leitungsmate
rials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Leitungsmaterialien
267 und 269 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 55 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum Aus
bilden einer Struktur mittels Verwendung einer Photolito
graphie auf dem SOI-Substrat 200 ausgebildet. Als nächstes
wird anisotropes Ätzen von der oberen Oberfläche der Halb
leiterschicht 203 her durch die Maske 51 hindurch
durchgeführt, um so sich vertikal erstreckende zweite
Gräben 249a bis 249d und 255a bis 255d auszubilden, die den
primären Basisplattenteil 242, den primären Rahmenteil 243,
die primäre Schwingungsmasse 240, die primären festen
Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a bis 245f, den
sekundären Basisplattenteil 246, den sekundären Rahmenteil
247, die Balkenstruktur 241 und die sekundären festen
Erregungselektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d, 22a bis 22d
und 23a bis 23d definieren und bilden. Hier besitzen die
Gräben eine Tiefe, derart, daß sie die vergrabene
Oxiddünnschicht 202 nicht erreichen.
Weiterhin wird vor einem isotropen Ätzen eine
Schutzdünnschicht 258 zum Schützen der Seitenwand auf der
Innenwandoberfläche der Gräben 249a bis 249d und 255a bis
255d ausgebildet. Danach werden die Teile der
Schutzdünnschichten, die an den unteren Oberflächen bzw.
Bodenflächen der Gräben angebracht sind, entfernt. Somit
wird die Schutzdünnschicht 258 auf den Seitenwänden der
Gräben 249a bis 249d und 255a bis 255d mit Ausnahme der
unteren Oberflächen der Gräben 249a bis 249d und 255a bis
255d ausgebildet.
Hier ist es erforderlich, ein Material für die Schutz
dünnschicht 258 auszuwählen, das für den Herstellungsprozeß
geeignet ist. Im einzelnen kann die Schutzdünnschicht 258
ausgebildet werden durch: Ausbilden eines Polymers oder
dergleichen während des Grabenätzens; Ausbilden einer Oxid
dünnschicht; Ablagern einer Oxiddünnschicht mittels CVD
oder dergleichen; Ausbilden einer dünnen Oxiddünnschicht
mittels eines O2-Plasmas oder dergleichen; oder Ausbilden
einer Oxiddünnschicht mittels Chemie bzw. Chemikalien. Wenn
es keinen thermischen Schritt gibt, können die Leitungsma
terialien 267 und 269 aus einer metallischen Leitung wie
z. B. Aluminium oder Polysilizium oder dergleichen bestehen.
Andererseits, wenn es einen thermischen Schritt gibt,
können die Leitungsmaterialien 267 und 269 aus einem Metall
mit hohem Schmelzpunkt wie z. B. Wolfram oder seiner
Legierung oder Polysilizium bestehen.
Als nächstes, wie in Fig. 56 gezeigt, wird das ani
sotrope Ätzen kontinuierlich durch die Maske 51 hindurch
durchgeführt, um so einen dritten Graben 280 auszubilden,
der sich vertikal von der unteren Oberfläche bzw.
Bodenfläche der zweiten Gräben 249a bis 249d erstreckt, in
der Halbleiterschicht 203. Im Fall des Ausbildens des
dritten Grabens 280 rückt das Ätzen vor, bis der Graben die
vergrabenen Oxiddünnschicht 202 erreicht.
Hier ist es erforderlich, eine Ätzbedingung auszuwäh
len, derart, daß die Seitenwandschutzdünnschicht 258, die
in dem vorigen Schritt ausgebildet wurde, im wesentlichen
nicht geätzt wird, oder so, daß eine Ätzmenge der Seiten
wandschutzdünnschicht 258 klein genug ist, um auf die spä
teren Schritte keinen Einfluß zu haben.
Danach, wie in Fig. 57 gezeigt, wird das Ätzen für die
vergrabene Oxiddünnschicht 202 kontinuierlich durch die
Maske 51 hindurch durchgeführt, um so die Durchgangslöcher
250 und 259 auszubilden, die sich in der vergrabenen Oxid
dünnschicht 202 bei der unteren Oberfläche bzw. Bodenfläche
des dritten Grabens 280 vertikal erstrecken. Das heißt, die
Durchgangslöcher 250 und 259 werden so ausgebildet, daß sie
das Trägersubstrat 201 erreichen.
Als nächstes wird das isotrope Ätzen an der Halbleiter
schicht 203 und dem Trägersubstrat 201 durch den dritten
Graben 280 und die Durchgangslöcher 250 und 259 hindurch
durchgeführt, um so die sich lateral erstreckenden Höhlun
gen 253, 254 und 248 auszubilden, wie in Fig. 58 gezeigt.
Somit kann es den primären Basisplattenteil 242, den primä
ren Rahmenteil 243, die primäre Schwingungsmasse 240, die
primären festen Erregungselektroden 244a bis 244f und 245a
bis 2445f, den sekundären Basisplattenteil 246, den sekun
dären Rahmenteil 247, die Balkenstruktur 241 und die sekun
dären festen Erregungselektroden 16a bis 16d, 17a bis 17d,
22a bis 22d und 23a bis 23d definieren und bilden.
In diesem Fall, da die Ätzgeschwindigkeit des anisotro
pen Ätzens an der vergrabenen Oxiddünnschicht 202 hinrei
chend niedrig ist, wird die Oxiddünnschicht 202 kaum ge
ätzt, sogar falls die vergrabene Oxiddünnschicht 202 als
eine Folge davon, daß die Oxiddünnschicht 203 geätzt wird,
exponiert bzw. freigelegt wird. Weiterhin, in diesem
isotropen Ätzen, ist es erforderlich, die Kombination so
auszuwählen, daß die Schutzdünnschichten 40 und 42 nicht
geätzt werden. Wenn ein Plasmaätzprozeß unter Verwendung
eines Gases wie z. B. SF6 oder CF4 in dem isotropen Ätzen
angewendet wird, kann ein Durchsatz des Ausbildens der
Struktur nach dem Ätzen im Vergleich zu einem Naßätzschritt
verbessert werden.
Schließlich kann der in Fig. 51 gezeigte Beschleuni
gungssensors durch Entfernen der Ätzmaske 51 fertiggestellt
werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann sie die primäre
Schwingungsmasse 240, die die ortogonale Flexibilität be
sitzt, und die Balkenstruktur 241 in einem SOI-Substrat 200
ausbilden bzw. einbauen.
Wie oben beschrieben wurde, kann sie ein SOI-Substrat
als einen Start-Wafer beim Herstellen eines physikalischen
Halbleitersensors verwenden, insbesondere in einem Gierra
tensensor vom Erregungstyp, in dem die Balkenstruktur 241
mit den beweglichen Elektroden und die festen Elektroden,
die den beweglichen Elektroden gegenüberliegen, in einen
Substrat integral ausgebildet sind, und sie kann in großem
Ausmaß die Herstellungskosten des Sensors verringern, da
sie den Schritt des Verbindens der Substrate nicht anwenden
muß.
Als nächstes wird eine siebte Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung erklärt werden. Hier werden hauptsäch
lich die Unterschiede zwischen bzw. zu der sechsten
Ausführungsform beschrieben werden.
Fig. 59 zeigt eine Querschnittsansicht eines
Gierratensensors dieser Ausführungsform. Diese Struktur be
sitzt im wesentlichen dieselbe Struktur wie jene von Fig.
51 aus der sechsten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß
der Rahmenteil 247 der Balkenstruktur mit der eingebetteten
bzw. vergrabenen Oxiddünnschicht 202 über Stützen 291 und
292, die aus einer Oxiddünnschicht bestehen, verbunden ist
und getragen wird.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren dieses
Gierratensensors unter Bezugnahme auf die Fig. 60 bis 66
erklärt werden.
Als erstes, wie in Fig. 60 gezeigt, werden Gräben 257,
293 und 294 in einer Halbleiterschicht 203 eines SOI-
Substrates 200 strukturiert und ausgebildet. Hier erreichen
die Gräben 293 und 294 eine vergrabene Oxiddünnschicht 202.
Eine Siliziumoxiddünnschicht wird auf der Halbleiterschicht
203 ausgebildet; die Gräben 257, 293 und 294 werden ge
füllt; und die Halbleiterschicht 203 wird mit einer Oxid
dünnschicht 32 bedeckt. Wie in Fig. 61 gezeigt ist, wird
ein Leitungsmaterial ausgebildet und strukturiert, um eine
Leitungsstrukturierung zu bilden. Als nächstes wird eine
Oxiddünnschicht 33 ausgebildet, um die Leitungsstrukturie
rung 50 zu bedecken. Wie in Fig. 62 gezeigt ist, werden
Kontaktlöcher durch teilweise Entfernen der auf der Halb
leiterschicht 203 ausgebildeten Oxiddünnschicht 33 und des
Leitungsmaterials 50 ausgebildet. Weiterhin werden Lei
tungsmaterialien 267 und 269 ausgebildet und strukturiert.
Wie in Fig. 63 gezeigt ist, wird eine Maske 51 zum Aus
bilden einer Struktur mittels Verwendung einer Photolito
graphie auf dem SOI-Substrat 200 ausgebildet. Als nächstes
wird anisotropes Ätzen (Grabenätzen) von der oberen Ober
fläche der Halbleiterschicht 203 her durch die Maske 51
hindurch durchgeführt, um so sich vertikal erstreckende
zweite Gräben 249a bis 249d und 255a bis 255d auszubilden.
Hier besitzen die Gräben eine Tiefe, derart, daß sie die
vergrabene bzw. eingebettete Oxiddünnschicht 202 nicht
erreichen. Weiterhin wird eine Schutzdünnschicht 258 zum
Schützen der Seitenwand vor einem isotropen Ätzen auf der
Innenwandoberfläche der Gräben 249a bis 249d und 255a bis
255d ausgebildet. Danach werden die Teile der
Schutzdünnschichten, die an den unteren Oberflächen bzw.
Bodenflächen der Gräben angebracht sind, entfernt.
Als nächstes, wie in Fig. 64 gezeigt, wird anisotropes
Ätzen kontinuierlich durch die Maske 51 hindurch durchge
führt, um so Gräben 280 auszubilden, die sich von der unte
ren Oberfläche der Gräben 249a bis 249d her in der Halb
leiterschicht 203 vertikal erstrecken. Danach, wie in Fig.
65 gezeigt, wird das Ätzen für die vergrabene Oxiddünn
schicht 202 kontinuierlich durch die Maske 51 hindurch
durchgeführt, um so die Durchgangslöcher 250 und 259 auszu
bilden, die das Trägersubstrat 201 erreichen.
Als nächstes, wie in Fig. 66 gezeigt, wird isotropes
Ätzen an der Halbleiterschicht 203 und dem Trägersubstrat
201 durchgeführt, um so die sich lateral erstreckenden Höh
lungen 253, 254 und 248 auszubilden.
Schließlich kann der in Fig. 59 gezeigte Gierratensen
sor mittels Entfernen der Ätzmaske 51 fertiggestellt wer
den.
In dem Fall von Fig. 51, wenn eine Breite des Rahmen
teils zum Tragen der Balkenstruktur schmal ist, kann wäh
rend des isotropen Ätzens das Silizium zwischen der vergra
benen Oxiddünnschicht 202 und dem Rahmenteil 247 zum Tragen
der Balkenstruktur vollständig entfernt werden. Diese Aus
führungsform kann dies jedoch durch Anwenden der oben be
schriebenen Trägerstruktur verhindern.
Hier können die in den Fig. 12 und 13 gezeigten
Strukturen (der Mittelteil des Isoliergrabens als planare
bzw. ebene Struktur steht in Richtung des Spitzenteils
hervor) oder die in den Fig. 14 und 15 gezeigten Strukturen
(das in den Gräben einzubettende Material besteht aus einem
mit Isoliermaterial bedeckten Material mit niedriger
mechanischer Spannung) auf diese Ausführungsform (die erste
und die zweite Schwingungsmasse werden mittels Verwendung
des SOI-Substrates ausgebildet) angewendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können wie
folgt modifiziert werden.
- 1. [1] Die Seitenwandschutzdünnschicht des Grabens (z. B. die Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 in Fig. 4) kann vor Beenden des letzten Schrittes entfernt werden. Indem man diesen modifizierten Schritt anwendet, kann sie eine Langzeitzuverlässigkeit des Sensors erreichen, ohne Schichtkorrosion der Seitenwandschutzdünnschicht, die mit der Zeit auftreten könnte.
- 2. [2] Wenigstens ein Teil der Dünnschichten auf der Bal kenstruktur außer dem Leitungsmaterial (z. B. die Zwischen schichtisolierdünnschichten 32 und 33 in Fig. 4) kann vor Beenden des letzten Schrittes entfernt werden. Indem man diesen modifizierten Schritt anwendet, kann eine Deforma tion der Balkenstruktur verhindert werden, die aufgrund ei ner zurückbleibenden mechanischen Spannung der Dünnschicht auftreten könnte, wenn die Dünnschicht auf der Balkenstruk tur zurückbleibt (insbesondere in dem Fall, wenn eine Dicke der Balkenstruktur dünn ist). In diesem Fall ist es vor teilhaft, wenn die Dünnschicht unter dem Leitungsmaterial zurückbleibt.
Die oben beschriebenen Modifikationen [1] und [2]
werden des weiteren erklärt.
Im allgemeinen werden Fahrzeuge so entworfen bzw. kon
struiert, daß eine Garantie von 19 Jahren und 210 000 km
gewährleistet ist. In Bezug auf die Modifikation [1], wenn
diese Art von Sensoren auf die Fahrzeugsensoren angewendet
wird, sind die in Fig. 4 gezeigten Seitenwandschutzdünn
schichten 40 und 42 vorteilhaft, um eine Langzeitzuver
lässigkeit sicherzustellen. Folglich ist es vorteilhaft,
die Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 wie in Fig. 67
gezeigt während oder nach dem in Fig. 10 gezeigten Ätz
schritt endgültig zu entfernen.
Im folgenden werden zwei Fälle erklärt, in denen ein
Schritt des Entfernens positiv hinzugefügt und der Schritt
des Entfernens nicht hinzugefügt ist. In dem Fall, wo der
Schritt des Entfernens positiv hinzugefügt ist, können die
Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 mittels Durchführen
einer Veraschung in einem O2-Plasma entfernt werden, wenn
die Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 aus einer orga
nischen Dünnschicht wie z. B. einem Polymer bestehen; oder
sie können mittels Durchführen eines Ätzens wie z. B. einem
Plasmatrockenätzen, das eines Selektivität gegen Silizium
besitzt, oder einem HF-Gasätzen, wenn die Seitenwandschutz
dünnschichten 40 und 42 aus einer oxidationsbasierten Dünn
schicht bestehen, entfernt werden. Andererseits, in dem
Fall, wo der Schritt des Entfernens nicht positiv hinzuge
fügt ist, können die Seitenwandschutzdünnschichten 40 und
42 wie folgt entfernt werden. In dem Fall des isotropen Ät
zens zum Ausbilden der Höhlung 2, kann die Höhlung 2 mit
Ätzen der Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 geätzt
werden. Folglich wird die Dicke der Seitenwandschutzdünn
schichten 40 und 42 so entworfen bzw. vorgesehen, daß die
Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42 innerhalb einer
Ätzzeit zum Ätzen der Höhlung 2 vollständig entfernt werden
können. Somit können die Seitenwandschutzdünnschichten 40
und 42 ohne Anwenden des Schritts des Entfernens entfernt
werden. Insbesondere ist es effektiv, wenn die Seitenwand
schutzdünnschichten hinreichend dünn ausgebildet sind
(einige Nanometer).
In Bezug auf die Modifikation [2], wenn die Zwischen
schichtisolierdünnschichten 32 und 33 nach dem Entfernen
der in Fig. 10 gezeigten Ätzmaske 51 auf der Balkenstruktur
6 zurückbleiben, könnte die Balkenstruktur 6 durch eine in
nere mechanische Spannung der Zwischenschichtisolierdünn
schichten 32 und 33 deformiert werden. In solch einem Fall
kann die Deformation durch teilweise Entfernen der Zwi
schenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 auf der Balken
struktur 6 wie in Fig. 68 gezeigt, verhindert werden. Die
Zwischenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 können
mittels einem Plasmatrockenätzen etc. unter einer Bedingung
bzw. einem Zustand entfernt werden, derart, daß das
Silizium, das die Balkenstruktur 6 bildet, gegenüber dem
Elektrodenmaterial (z. B. Aluminium) selektiv geätzt werden
kann. Hier, wenn eine Fremdatomdiffusionsschicht oder der
gleichen auf der gesamten Oberfläche der Balkenstruktur 6
in dem Schritt ausgebildet wird, wo die Balkenstruktur 6
ausgebildet wird, könnte die Balkenstruktur 6 deformiert
werden, falls die Zwischenschichtisolierdünnschichten 32
und 33 entfernt werden. Folglich, in solch einem Fall, ist
es vorteilhaft, die Dicke der Zwischenschichtisolierdünn
schichten 32 und 33 so zu entwerfen bzw. vorzusehen, daß
die Deformation ohne Entfernen der Zwischenschichtisolier
dünnschichten 32 und 33 verhindert wird.
Auf diese Weise ist es vorteilhaft, einen Bereich der
Oxiddünnschicht oder Nitriddünnschicht auf der Balkenstruk
tur 6 so klein wie möglich zu verringern. Wie oben be
schrieben wurde, wenn die Dünnschicht auf der Balkenstruk
tur (insbesondere einem Teil, dessen Rückoberfläche durch
das Ätzen freigelegt bzw. exponiert wird) 6 zurückbleibt,
könnte die Balkenstruktur 6 infolge der inneren zurückblei
benden mechanischen Spannung der Dünnschicht deformiert
werden, wenn die Dicke der Balkenstruktur nicht hinreichend
dick ist. Folglich, wenn die Dicke der Balkenstruktur 6
dünn ist (dies hängt jedoch von einem Ausmaß eines sekundä
ren Querschnittsmomentes ab), ist es praktischerweise vor
teilhaft, falls die Dünnschicht der Balkenstruktur 6, bei
welcher diese nicht die Leitung betrifft, soviel wie mög
lich teilweise entfernt ist.
Gleichermaßen, in Bezug auf die Modifikation [1], können
die in Fig. 24 gezeigten Seitenwandschutzdünnschichten 40
und 42 wie in Fig. 69 gezeigt entfernt werden. In Bezug auf
die Modifikation [2] können die Zwischenschichtisolierdünn
schichten 32 und 33 auf der Balkenstruktur 6 wie in Fig. 70
gezeigt teilweise entfernt werden, wenn die Zwischen
schichtisolierdünnschichten 32 und 33 nach dem Entfernen
der in Fig. 24 gezeigten Ätzmaske 51 zurückbleiben.
Gleichermaßen können die in Fig. 34 gezeigten Seiten
wandschutzdünnschichten 40 und 42 wie in Fig. 71 gezeigt
entfernt werden; und/oder die Zwischenschichtisolierdünn
schichten 32 und 33 auf der Balkenstruktur 6 können wie in
Fig. 72 teilweise entfernt werden, wenn die Zwischen
schichtisolierdünnschichten 32 und 33 nach dem Entfernen
der in Fig. 34 gezeigten Ätzmaske 51 zurückbleiben. Die in
Fig. 40 gezeigten Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42
können wie in Fig. 73 gezeigt entfernt werden; und/oder die
Zwischenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 auf der Bal
kenstruktur 6 können wie in Fig. 74 gezeigt teilweise ent
fernt werden, wenn die Zwischenschichtisolierdünnschichten
32 und 33 nach dem Entfernen der in Fig. 40 gezeigten Ätz
maske 51 zurückbleiben. Wenn die in Fig. 43 gezeigten Sei
tenwandschutzdünnschichten wie in Fig. 75 gezeigt entfernt
werden, kann die Sensorausgabe stabil sein. Wenigstens ein
Teil der Dünnschicht auf der Balkenstruktur kann entfernt
werden. Die in Fig. 43 gezeigten Seitenwandschutzdünn
schichten 40 und 42 können wie in Fig. 75 gezeigt entfernt
werden; und/oder die Zwischenschichtisolierdünnschichten 32
und 33 auf der Balkenstruktur 6 können wie in Fig. 76 ge
zeigt teilweise entfernt werden, wenn die Zwischen
schichtisolierdünnschichten 32 und 33 nach dem Entfernen
der in Fig. 43 gezeigten Ätzmaske 51 zurückbleiben. Die in
Fig. 48 gezeigten Seitenwandschutzdünnschichten 40 und 42
können wie in Fig. 77 gezeigt entfernt werden; und/oder die
Zwischenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 auf der Bal
kenstruktur 6 können wie in Fig. 78 gezeigt teilweise ent
fernt werden, wenn die Zwischenschichtisolierdünnschichten
32 und 33 nach dem Entfernen der in Fig. 48 gezeigten Ätz
maske 51 zurückbleiben. Die in Fig. 58 gezeigten Seiten
wandschutzdünnschichten 40 und 42 können wie in Fig. 79 ge
zeigt entfernt werden; und/oder die Zwischenschichtisolier
dünnschichten 32 und 33 auf der Balkenstruktur 6 können wie
in Fig. 80 gezeigt teilweise entfernt werden, wenn die Zwi
schenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 nach dem Entfer
nen der in Fig. 58 gezeigten Ätzmaske 51 zurückbleiben. Die
in Fig. 66 gezeigten Seitenwandschutzdünnschichten 40 und
42 können wie in Fig. 81 gezeigt entfernt werden; und/oder
die Zwischenschichtisolierdünnschichten 32 und 33 auf der
Balkenstruktur 6 können wie in Fig. 82 gezeigt teilweise
entfernt werden, wenn die Zwischenschichtisolierdünnschich
ten 32 und 33 nach dem Entfernen der in Fig. 66 gezeigten
Ätzmaske 51 zurückbleiben.
Weiterhin, in den in einer von den Fig. 68, 70, 74,
76, 78, 80 und 82 gezeigten Strukturen, werden die Seiten
wandschutzdünnschichten entfernt, ebenso wie wenigstens ein
Teil der Dünnschichten auf der Balkenstruktur entfernt wer
den, sie kann jedoch die Dünnschichten auf der Balkenstruk
tur entfernen, wobei die Seitenwandschutzdünnschichten zu
rückbleiben.
Weiterhin ist es nicht notwendig, die Isoliermateriali
en, die in den Gräben eingebettet werden, an beiden Teilen
bzw. Abschnitten vorzusehen, nämlich zwischen dem Rahmen
teil und der beweglichen Elektrode und zwischen dem Rahmen
teil und der festen Elektrode, um das Rahmenteil von wenig
stens der beweglichen Elektrode oder der festen Elektrode
elektrisch zu isolieren. Das bedeutet, daß die Isoliermate
rialien 15a, 15b, 19a bis 19d, 21a bis 21d, 25a bis 25d,
27a bis 27d und 256, die in den Gräben 14a, 14b, 18a bis
18d, 20a bis 20d, 24a bis 26a und 257 eingebettet werden,
wenigstens zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen
Elektrode oder zwischen dem Rahmenteil und der festen Elek
trode, zum elektrisch Isolieren des Rahmenteils von wenig
stens der beweglichen Elektrode oder der festen Elektrode
bereitgestellt werden können.
Claims (24)
1. Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit:
einem Substrat (1, 200), das eine Halbleiterschicht (1, 203) umfaßt, wobei die Halbleiterschicht darin eine Höhlung (2, 254) besitzt, die sich lateral erstreckt; einem Rahmenteil (5, 101, 114, 247), der an der Halb leiterschicht bereitgestellt ist;
einer Balkenstruktur (6, 241), die über der Höhlung angeordnet ist, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die eine bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d, 102) besitzt, die durch eine Wirkung der physikalischen Größe bewegt werden kann;
einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121), die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und
wenigstens einem Isolator (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256), der wenigstens zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen Elektrode oder zwischen dem Rahmenteil und der festen Elektrode bereitgestellt ist, zum elektrisch Isolieren des Rahmenteils von wenigstens der beweglichen Elektrode oder der festen Elektrode.
einem Substrat (1, 200), das eine Halbleiterschicht (1, 203) umfaßt, wobei die Halbleiterschicht darin eine Höhlung (2, 254) besitzt, die sich lateral erstreckt; einem Rahmenteil (5, 101, 114, 247), der an der Halb leiterschicht bereitgestellt ist;
einer Balkenstruktur (6, 241), die über der Höhlung angeordnet ist, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die eine bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d, 102) besitzt, die durch eine Wirkung der physikalischen Größe bewegt werden kann;
einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121), die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und
wenigstens einem Isolator (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256), der wenigstens zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen Elektrode oder zwischen dem Rahmenteil und der festen Elektrode bereitgestellt ist, zum elektrisch Isolieren des Rahmenteils von wenigstens der beweglichen Elektrode oder der festen Elektrode.
2. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 1, worin der Isolator (15a, 15b, 19a-19d,
21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) sowohl zwischen dem
Rahmenteil und der beweglichen Elektrode als auch
zwischen dem Rahmenteil und der festen Elektrode
bereitgestellt ist, zum elektrisch Isolieren des
Rahmenteils von sowohl der beweglichen Elektrode als
auch der festen Elektrode.
3. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 1 oder 2, worin:
das Substrat (1, 200) einen Graben (4a-4d, 259) umfaßt, der sich vertikal erstreckt und der in der Halbleiter schicht (1, 203) ausgebildet ist;
der Rahmenteil (5, 101, 114, 247) durch die Höhlung (2, 254) und den Graben abgeteilt wird und an den Seiten von sowohl der Höhlung als auch des Grabens angeordnet ist;
die Balkenstruktur (6, 241) durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird; und
die feste Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121) durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird.
das Substrat (1, 200) einen Graben (4a-4d, 259) umfaßt, der sich vertikal erstreckt und der in der Halbleiter schicht (1, 203) ausgebildet ist;
der Rahmenteil (5, 101, 114, 247) durch die Höhlung (2, 254) und den Graben abgeteilt wird und an den Seiten von sowohl der Höhlung als auch des Grabens angeordnet ist;
die Balkenstruktur (6, 241) durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird; und
die feste Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121) durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird.
4. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
irgendeinem der Ansprüche 1-3, worin das Substrat ein
SOI-Substrat (200) mit einem Trägersubstrat (201) und
der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen ange
ordneten vergrabenen Isolierdünnschicht (202) ist.
5. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin:
das Substrat (1, 200) einen Basisplattenteil (3, 100, 246) umfaßt, der unter der Höhlung (2, 254) bereitge stellt ist und der durch die Höhlung abgeteilt wird, und
der Halbleitersensor für eine physikalische Größe des weiteren eine Stütze (71, 72, 2120, 220, 221) aufweist, die vertikal auf dem Basisplattenteil bereitgestellt ist, zum Tragen von wenigstens der Balkenstruktur (6, 241) oder der festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121).
das Substrat (1, 200) einen Basisplattenteil (3, 100, 246) umfaßt, der unter der Höhlung (2, 254) bereitge stellt ist und der durch die Höhlung abgeteilt wird, und
der Halbleitersensor für eine physikalische Größe des weiteren eine Stütze (71, 72, 2120, 220, 221) aufweist, die vertikal auf dem Basisplattenteil bereitgestellt ist, zum Tragen von wenigstens der Balkenstruktur (6, 241) oder der festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121).
6. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 5, worin die Stütze (71, 72, 2120, 220, 221)
aus Isoliermaterial besteht.
7. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 1, worin:
das Substrat ein SOI-Substrat (200) mit einem Träger substrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünn schicht (202) ist, wobei das Trägersubstrat darin eine primäre Höhlung (248) besitzt, die sich lateral erstreckt, die Halbleiterschicht einen Graben (253) umfaßt, der sich vertikal erstreckt, und die Halb leiterschicht und die primäre Höhlung einen primären Graben (249a, 249b) umfassen, der sich vertikal erstreckt,
und worin der Halbleitersensor für eine physikalische Größe des weiteren aufweist:
einen primären Rahmenteil (243), der an der Halbleiter schicht bereitgestellt ist, dadurch, daß er durch die primäre Höhlung und den primären Graben abgeteilt wird, und der an den Seiten von sowohl der primären Höhlung als auch des primären Grabens angeordnet ist;
eine primäre Schwingungsmasse (240), die über der Höhlung angeordnet ist, dadurch, daß sie durch die primäre Höhlung und den primären Graben abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die eine primäre bewegliche Elektrode (251a-251d, 252a-252d) besitzt; und
eine primäre feste Erregungselektrode (244a-244f, 245a-245f), die durch die Höhlung (253) und den Graben (254), die in der Halbleiterschicht (203) ausgebildet sind, abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die der primären beweglichen Elek trode gegenüberliegt.
das Substrat ein SOI-Substrat (200) mit einem Träger substrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünn schicht (202) ist, wobei das Trägersubstrat darin eine primäre Höhlung (248) besitzt, die sich lateral erstreckt, die Halbleiterschicht einen Graben (253) umfaßt, der sich vertikal erstreckt, und die Halb leiterschicht und die primäre Höhlung einen primären Graben (249a, 249b) umfassen, der sich vertikal erstreckt,
und worin der Halbleitersensor für eine physikalische Größe des weiteren aufweist:
einen primären Rahmenteil (243), der an der Halbleiter schicht bereitgestellt ist, dadurch, daß er durch die primäre Höhlung und den primären Graben abgeteilt wird, und der an den Seiten von sowohl der primären Höhlung als auch des primären Grabens angeordnet ist;
eine primäre Schwingungsmasse (240), die über der Höhlung angeordnet ist, dadurch, daß sie durch die primäre Höhlung und den primären Graben abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die eine primäre bewegliche Elektrode (251a-251d, 252a-252d) besitzt; und
eine primäre feste Erregungselektrode (244a-244f, 245a-245f), die durch die Höhlung (253) und den Graben (254), die in der Halbleiterschicht (203) ausgebildet sind, abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die der primären beweglichen Elek trode gegenüberliegt.
8. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Isolator
(15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) in
einem Isoliergraben (14a, 14b, 18a-18d, 20a-20d,
24a-24d, 26a-26d, 257) bereitgestellt ist, der wenig
stens zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen
Elektrode oder zwischen dem Rahmenteil und der festen
Elektrode bereitgestellt ist.
9. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 8, worin der Isolator (15a, 15b, 19a-19d,
21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) aus einem Isoliermate
rial oder einem mit Isoliermaterial bedeckten Material
besteht.
10. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, worin der Isolator
(15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) die
Höhlung (2, 254) erreicht.
11. Halbleitersensor für eine physikalische Größe gemäß
Anspruch 10, worin der Isolator (15a, 15b, 19a-19d,
21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) in die Höhlung (2, 254)
hinein hervorsteht.
12. Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit:
einem Halbleitersubstrat (1), das aus einer einzelnen Schicht besteht, das darin eine Höhlung (2) besitzt, die sich lateral erstreckt, das einen Graben (4a-4d) besitzt, der sich vertikal erstreckt und der die Höhlung erreicht, und das einen Basisplattenteil (3) besitzt, der durch die Höhlung abgeteilt wird und der unter der Höhlung angeordnet ist;
einem Rahmenteil (5), der an den Seiten von sowohl der Höhlung als auch des Grabens angeordnet ist, dadurch, daß er durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird;
einer Balkenstruktur (6), die über der Höhlung angeord net ist, dadurch, daß sie durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die eine bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d) besitzt, die durch eine Wirkung der physikali schen Größe bewegt werden kann;
einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d), die über der Höhlung angeordnet ist, dadurch, daß sie durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und
einem Isolator (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d), der in Isoliergräben eingebettet ist, die zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen Elektrode und zwischen dem Rahmenteil und der festen Elektrode bereitgestellt sind.
einem Halbleitersubstrat (1), das aus einer einzelnen Schicht besteht, das darin eine Höhlung (2) besitzt, die sich lateral erstreckt, das einen Graben (4a-4d) besitzt, der sich vertikal erstreckt und der die Höhlung erreicht, und das einen Basisplattenteil (3) besitzt, der durch die Höhlung abgeteilt wird und der unter der Höhlung angeordnet ist;
einem Rahmenteil (5), der an den Seiten von sowohl der Höhlung als auch des Grabens angeordnet ist, dadurch, daß er durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird;
einer Balkenstruktur (6), die über der Höhlung angeord net ist, dadurch, daß sie durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die eine bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d) besitzt, die durch eine Wirkung der physikali schen Größe bewegt werden kann;
einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d), die über der Höhlung angeordnet ist, dadurch, daß sie durch die Höhlung und den Graben abgeteilt wird, die mit dem Rahmenteil verbunden ist und die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und
einem Isolator (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d), der in Isoliergräben eingebettet ist, die zwischen dem Rahmenteil und der beweglichen Elektrode und zwischen dem Rahmenteil und der festen Elektrode bereitgestellt sind.
13. Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit:
einem SOI-Substrat (200) mit einem Trägersubstrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünnschicht (202), wobei das Trägersubstrat eine primäre Höhlung (248) besitzt, die sich lateral erstreckt, die vergrabene Isolierdünnschicht ein Durchgangsloch (250) besitzt, die Halbleiterschicht einen Graben (255a, 255b) und einen sekundären Graben (259) besitzt, die sich verti kal erstrecken, die Halbleiterschicht eine Höhlung (253) und eine sekundäre Höhlung (254) besitzt, die sich lateral erstrecken, und die Halbleiterschicht und die primäre Höhlung einen primären Graben (249a, 249b) besitzen, der sich vertikal erstreckt;
einem primären Rahmenteil (243), der durch die primäre Höhlung und das Durchgangsloch abgeteilt wird und der an den Seiten der primären Höhlung, des primären Grabens und des Durchgangsloches angeordnet ist;
einer primären Schwingungsmasse (240), die durch die primäre Höhlung, den primären Graben und das Durch gangsloch abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmen teil verbunden ist und die eine primäre bewegliche Elektrode (251a-251d, 252a-252d) besitzt;
einer primären festen Erregungselektrode (244a-244f, 245a-245f), die durch die Höhlung (253) und den Graben (255a, 255b), die in der Halbleiterschicht (203) ausge bildet sind, abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die der primären beweg lichen Elektrode gegenüberliegt;
einem sekundären Rahmenteil (247), der durch die sekun däre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird und der an den Seiten von sowohl der sekundären Höhlung als auch des sekundären Grabens angeordnet ist, zum Tragen der primären beweglichen Elektrode der primären Schwingungsmasse;
einer Balkenstruktur (6), die durch die sekundäre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird, die über der sekundären Höhlung angeordnet ist, die mit dem sekundären Rahmenteil verbunden ist und die eine sekun däre bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d) besitzt, die durch eine Wirkung der physikalischen Größe bewegt werden kann;
einer sekundären festen Erregungselektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d), die durch die sekundäre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird, die über der sekundären Höhlung angeordnet ist, die mit dem sekundären Rahmenteil verbunden ist und die der sekun dären beweglichen Elektrode gegenüberliegt;
einem ersten Isolator (256), der in Isoliergräben (257) eingebettet ist, die zwischen der primären beweglichen Elektrode und dem sekundären Rahmenteil und zwischen der primären festen Erregungselektrode und dem primären Rahmenteil bereitgestellt sind; und
einem zweiten Isolator (256), der in Isoliergräben (257) eingebettet ist, die zwischen der sekundären beweglichen Elektrode und dem sekundären Rahmenteil und zwischen der sekundären festen Erregungselektrode und dem sekundären Rahmenteil bereitgestellt sind.
einem SOI-Substrat (200) mit einem Trägersubstrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünnschicht (202), wobei das Trägersubstrat eine primäre Höhlung (248) besitzt, die sich lateral erstreckt, die vergrabene Isolierdünnschicht ein Durchgangsloch (250) besitzt, die Halbleiterschicht einen Graben (255a, 255b) und einen sekundären Graben (259) besitzt, die sich verti kal erstrecken, die Halbleiterschicht eine Höhlung (253) und eine sekundäre Höhlung (254) besitzt, die sich lateral erstrecken, und die Halbleiterschicht und die primäre Höhlung einen primären Graben (249a, 249b) besitzen, der sich vertikal erstreckt;
einem primären Rahmenteil (243), der durch die primäre Höhlung und das Durchgangsloch abgeteilt wird und der an den Seiten der primären Höhlung, des primären Grabens und des Durchgangsloches angeordnet ist;
einer primären Schwingungsmasse (240), die durch die primäre Höhlung, den primären Graben und das Durch gangsloch abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmen teil verbunden ist und die eine primäre bewegliche Elektrode (251a-251d, 252a-252d) besitzt;
einer primären festen Erregungselektrode (244a-244f, 245a-245f), die durch die Höhlung (253) und den Graben (255a, 255b), die in der Halbleiterschicht (203) ausge bildet sind, abgeteilt wird, die mit dem primären Rahmenteil verbunden ist und die der primären beweg lichen Elektrode gegenüberliegt;
einem sekundären Rahmenteil (247), der durch die sekun däre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird und der an den Seiten von sowohl der sekundären Höhlung als auch des sekundären Grabens angeordnet ist, zum Tragen der primären beweglichen Elektrode der primären Schwingungsmasse;
einer Balkenstruktur (6), die durch die sekundäre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird, die über der sekundären Höhlung angeordnet ist, die mit dem sekundären Rahmenteil verbunden ist und die eine sekun däre bewegliche Elektrode (12a-12d, 13a-13d) besitzt, die durch eine Wirkung der physikalischen Größe bewegt werden kann;
einer sekundären festen Erregungselektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d), die durch die sekundäre Höhlung und den sekundären Graben abgeteilt wird, die über der sekundären Höhlung angeordnet ist, die mit dem sekundären Rahmenteil verbunden ist und die der sekun dären beweglichen Elektrode gegenüberliegt;
einem ersten Isolator (256), der in Isoliergräben (257) eingebettet ist, die zwischen der primären beweglichen Elektrode und dem sekundären Rahmenteil und zwischen der primären festen Erregungselektrode und dem primären Rahmenteil bereitgestellt sind; und
einem zweiten Isolator (256), der in Isoliergräben (257) eingebettet ist, die zwischen der sekundären beweglichen Elektrode und dem sekundären Rahmenteil und zwischen der sekundären festen Erregungselektrode und dem sekundären Rahmenteil bereitgestellt sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensors für
eine physikalische Größe, das die folgenden Schritte
aufweist:
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche einer Halbleiterschicht (1, 203) her, die ein Substrat (1, 200) bildet, um einen ersten Graben (14a, 14b, 18a-18d, 20a-20d, 24a-24d, 26a-26d, 257) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum elek trisch Isolieren einer beweglichen Elektrode (12a-12d, 13a-13d, 102) und einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121) von einem Rahmen teil (5, 101, 114, 247);
Einbetten eines Isolators (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht (1, 203) her, um einen zweiten Graben (4a-4d, 259) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden des Rahmenteils, einer Balkenstruktur (6, 241) und der festen Elektrode;
Ausbilden einer Schutzdünnschicht (40, 41, 42, 258) auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer Bodenfläche davon; und
Durchführen eines isotropen Ätzens von der Bodenfläche des zweiten Grabens her, um eine Höhlung (2, 254) aus zubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines Basisplattenteils (3, 100, 246), der unter der Höhlung angeordnet ist, des Rahmenteils, der an den Seiten der Höhlung und des zweiten Grabens angeordnet ist, der Balkenstruktur und der festen Elektrode.
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche einer Halbleiterschicht (1, 203) her, die ein Substrat (1, 200) bildet, um einen ersten Graben (14a, 14b, 18a-18d, 20a-20d, 24a-24d, 26a-26d, 257) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum elek trisch Isolieren einer beweglichen Elektrode (12a-12d, 13a-13d, 102) und einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121) von einem Rahmen teil (5, 101, 114, 247);
Einbetten eines Isolators (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht (1, 203) her, um einen zweiten Graben (4a-4d, 259) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden des Rahmenteils, einer Balkenstruktur (6, 241) und der festen Elektrode;
Ausbilden einer Schutzdünnschicht (40, 41, 42, 258) auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer Bodenfläche davon; und
Durchführen eines isotropen Ätzens von der Bodenfläche des zweiten Grabens her, um eine Höhlung (2, 254) aus zubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines Basisplattenteils (3, 100, 246), der unter der Höhlung angeordnet ist, des Rahmenteils, der an den Seiten der Höhlung und des zweiten Grabens angeordnet ist, der Balkenstruktur und der festen Elektrode.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, worin
der Schritt des Durchführens des anisotropen Ätzens, um den ersten Graben auszubilden, des weiteren einen dritten Graben (80a, 80b, 230a, 230b, 293, 294) aus bildet, der sich vertikal erstreckt und der tiefer als der erste Graben (14a, 14b, 18a-18d, 20a-20d, 24a-24d, 26a-26d, 257) ist;
der Schritt des Einbettens des Isolators (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) des weiteren den Isolator in den dritten Graben einbettet; und
der Schritt des Durchführens des isotropen Ätzens beendet wird, bevor ein unteres Ende des in den dritten Graben eingebetteten Isolators freigelegt wird.
der Schritt des Durchführens des anisotropen Ätzens, um den ersten Graben auszubilden, des weiteren einen dritten Graben (80a, 80b, 230a, 230b, 293, 294) aus bildet, der sich vertikal erstreckt und der tiefer als der erste Graben (14a, 14b, 18a-18d, 20a-20d, 24a-24d, 26a-26d, 257) ist;
der Schritt des Einbettens des Isolators (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d, 25a-25d, 27a-27d, 256) des weiteren den Isolator in den dritten Graben einbettet; und
der Schritt des Durchführens des isotropen Ätzens beendet wird, bevor ein unteres Ende des in den dritten Graben eingebetteten Isolators freigelegt wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, worin
das Substrat ein SOI-Substrat (200) mit einem Träger substrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünn schicht (202) ist; und
der Schritt des Durchführens des isotropen Ätzens beendet wird, wenn die vergrabene Isolierdünnschicht freigelegt wird.
das Substrat ein SOI-Substrat (200) mit einem Träger substrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolierdünn schicht (202) ist; und
der Schritt des Durchführens des isotropen Ätzens beendet wird, wenn die vergrabene Isolierdünnschicht freigelegt wird.
17. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensors für
eine physikalische Größe, das die folgenden Schritte
aufweist:
Bereitstellen eines SOI-Substrates (200) mit einem Trägersubstrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolier dünnschicht (202);
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht her, um einen ersten Graben (257) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum elektrisch Isolieren einer beweglichen Elektrode (12a-12d, 13a-13d) und einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d) von einem Rahmenteil (247);
Einbetten eines Isolators (256) in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht (203) her, um einen zweiten Graben (249a, 249b) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines primären Basisplattenteils (242), eines primären Rahmenteils (243), einer primären festen Erregungselek trode (244a-244f, 245a-245f), eines sekundären Basisplattenteils (246), eines sekundären Rahmenteils (247), einer Balkenstruktur (241) und einer sekundären festen Erregungselektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d);
Ausbilden einer Schutzdünnschicht (258) auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer Bodenfläche davon;
Ausbilden eines dritten Grabens (280), der sich verti kal erstreckt, von dem zweiten Graben her, und eines Durchgangsloches (250) in der vergrabenen Isolierdünn schicht, so daß es sich vertikal erstreckt, von dem dritten Graben her; und
Durchführen eines isotropen Ätzens an der Halbleiter schicht und dem Trägersubstrat von dem dritten Graben und dem Durchgangsloch her, um eine Höhlung (2, 254) auszubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden des primären Basisplattenteils, des primären Rahmenteils, der primären festen Erregungs elektrode, des sekundären Basisplattenteils, des sekun dären Rahmenteils, der Balkenstruktur und der sekundä ren festen Erregungselektrode.
Bereitstellen eines SOI-Substrates (200) mit einem Trägersubstrat (201) und der Halbleiterschicht (203) mit einer dazwischen angeordneten vergrabenen Isolier dünnschicht (202);
Durchführen eines anisotropen Ätzens von einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht her, um einen ersten Graben (257) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum elektrisch Isolieren einer beweglichen Elektrode (12a-12d, 13a-13d) und einer festen Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d) von einem Rahmenteil (247);
Einbetten eines Isolators (256) in den ersten Graben;
Durchführen eines weiteren anisotropen Ätzens von der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht (203) her, um einen zweiten Graben (249a, 249b) auszubilden, der sich vertikal erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden eines primären Basisplattenteils (242), eines primären Rahmenteils (243), einer primären festen Erregungselek trode (244a-244f, 245a-245f), eines sekundären Basisplattenteils (246), eines sekundären Rahmenteils (247), einer Balkenstruktur (241) und einer sekundären festen Erregungselektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d);
Ausbilden einer Schutzdünnschicht (258) auf einer Seitenwand des zweiten Grabens mit Ausnahme einer Bodenfläche davon;
Ausbilden eines dritten Grabens (280), der sich verti kal erstreckt, von dem zweiten Graben her, und eines Durchgangsloches (250) in der vergrabenen Isolierdünn schicht, so daß es sich vertikal erstreckt, von dem dritten Graben her; und
Durchführen eines isotropen Ätzens an der Halbleiter schicht und dem Trägersubstrat von dem dritten Graben und dem Durchgangsloch her, um eine Höhlung (2, 254) auszubilden, die sich lateral erstreckt, zum Abteilen und Ausbilden des primären Basisplattenteils, des primären Rahmenteils, der primären festen Erregungs elektrode, des sekundären Basisplattenteils, des sekun dären Rahmenteils, der Balkenstruktur und der sekundä ren festen Erregungselektrode.
18. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17,
worin der Isolator (15a, 15b, 19a-19d, 21a-21d,
25a-25d, 27a-27d, 256) aus einem Isoliermaterial oder
einem mit Isoliermaterial bedeckten Material mit nied
riger mechanischer Spannung besteht.
19. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18,
worin die Schutzdünnschicht (40, 41, 42, 258) aus einer
Oxiddünnschicht besteht.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin die Oxiddünnschicht
(40, 41, 42, 258) aus einer Oxiddünnschicht, die
mittels eines Sauerstoffplasmaprozesses hergestellt
wird, oder einer thermischen Oxiddünnschicht besteht.
21. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin die Schutzdünn
schicht (40, 41, 42, 258) aus einer Dünnschicht
besteht, die während des Ätzens zum Ausbilden des
Grabens ausgebildet wird.
22. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16,
worin der durch das anisotrope Ätzen ausgebildete erste
Graben eine Gestalt besitzt, derart, daß ein Mittelteil
eines Teils, der von dem Rahmenteil (5, 101, 114, 247)
hervorsteht, in Richtung eines Spitzenteils der festen
Elektrode (16a-16d, 17a-17d, 22a-22d, 23a-23d, 118-121)
in einer Draufsicht auf den ersten Graben hervorsteht.
23. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 22,
das des weiteren den Schritt aufweist:
Entfernen der Schutzdünnschicht auf der Seitenwand.
Entfernen der Schutzdünnschicht auf der Seitenwand.
24. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 22,
das des weiteren die Schritte aufweist:
Ausbilden eines Leitungsmaterials auf der Balken struktur; und
Entfernen von Dünnschichten auf der Balkenstruktur außer einem Teil unter dem Leitungsmaterial.
Ausbilden eines Leitungsmaterials auf der Balken struktur; und
Entfernen von Dünnschichten auf der Balkenstruktur außer einem Teil unter dem Leitungsmaterial.
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