DE10161921A1

DE10161921A1 - Halbleitersensor zum Erfassen einer dynamischen Grösse und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE10161921A1
Application number: DE10161921A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ito; Kazushi Asami; Tsuyoshi Fukada; Hirofumi Higuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2002-06-27
Also published as: JP3536817B2; US20020073779A1; JP2002190608A; US6718824B2

Abstract

Ein Halbleitersensor für eine dynamische Größe, zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, wird auf einem SOI-Substrat ausgebildet, welches eine Aktivierungsschicht und eine Trägerschicht mit einer dazwischen angeordneten Oxidschicht aufweist. Eine Struktur für den Sensor wird in der Aktivierungsschicht ausgebildet. Eine Öffnung wird in der Trägerschicht und der Oxidschicht ausgebildet, um die Struktur freizulegen. In diesem Sensor wird eine Spannungsschicht in der Aktivierungsschicht an einer Seite, welche die Oxidschicht berührt, ausgebildet. Die Spannungsschicht wird entfernt in einem Gebiet, welches der Öffnung zugewandt ist, um ein Wölben der Struktur zu verhindern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter sensor, zum Beispiel einen Beschleunigungssensor oder einen Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher eine in Übereinstimmung mit einer darauf wirkenden physikalischen Größe bewegliche Struktur einsetzt, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Halb leitersensor, welcher eine dynamische Größe wie etwa Beschleunigung oder Druck erfaßt, durch einen Mikro-Mate rialbearbeitungsprozeß bereitzustellen, wobei ein lami niertes Substrat wie etwa ein SOI-(Silicon On Insulator)- Substrat eingesetzt wird. Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitersensors für eine dy namische Größe 100. Der Halbleitersensor für eine dyna mische Größe 100 weist ein laminiertes Substrat 110 auf, welches aus einem ersten Halbleitersubstrat bzw. einer ersten Halbleiterschicht 111 und einem zweiten Halblei tersubstrat bzw. einer zweiten Halbleiterschicht 112, welches bzw. welche das erste Halbleitersubstrat bzw. die erste Halbleiterschicht 111 über eine dazwischen angeord nete Oxidschicht 113 unterstützt, besteht. Ein Strukturab schnitt ist in dem ersten Halbleitersubstrat 111 ausge bildet.

Die Oxidschicht 113 und das zweite Halbleitersubstrat (zweite Halbleiterschicht) sind in einem Gebiet, welches der Struktur 101 entspricht, teilweise entfernt. Dadurch bildet die Struktur 101 eine Diaphragmaform aus. Übrigens kann die Struktur 101 eine einseitige Tragbalkenstruktur (nachfolgend als Kragbalkenstruktur bezeichnet) in Über einstimmung mit einer Sensorstruktur ausbilden.

Der Halbleitersensor für eine dynamische Größe 100 wird durch die nachfolgend beschriebenen Schritte ausge bildet. Zunächst wird das laminierte Substrat 110 vor bereitet. Dann wird ein Kreis oder dergleichen auf dem ersten Halbleitersubstrat (erste Halbleiterschicht) 111 ausgebildet. Danach wird das zweite Halbleitersubstrat (zweite Halbleiterschicht) durch Ätzen teilweise ent fernt, um eine Öffnung 102 auszubilden. Darüberhinaus wird die Oxidschicht an einem der Öffnung 102 entspre chenden Abschnitt entfernt, um die Struktur 101 in dem ersten Substrat (erste Halbleiterschicht) 111 auf der Öffnung 102 auszubilden.

Es ist einfach, die Struktur 101 so herzustellen, daß sie eine sehr feine und enge Lücke aufweist, indem die Oxidschicht 103 bzw. 113 als eine Opferschicht in dem laminierten Substrat 110 eingesetzt wird, welche in dem Verfahren durch Ätzen entfernt wird, um die Minutenstruk tur 101 auszubilden, und die Dicke der Struktur 101 zu regulieren, wenn das laminierte Substrat eingesetzt wird.

Wenn eine dynamische Größe auf den Halbleitersensor für eine dynamische Größe 100 aufgebracht wird, wird die Struktur, welche die Diaphragmastruktur oder die Krag balkenstruktur aufweist, leicht verformt oder verschoben, so daß die dynamische Größe erfaßt werden kann. In der letzten Zeit wird in dem Halbleitersensor für eine dyna mische Größe 100 eine hohe Erfassungsgenauigkeit benö tigt.

Es ist allerdings schwierig, in dem Halbleitersensor für eine dynamische Größe 100 die hohe Erfassungsgenauig keit zu erhalten. Fig. 7 zeigt eine schematische Quer schnittsansicht eines Halbleitersensors für eine dyna mische Größe 100, welcher eine Kragbalkenstruktur auf weist. Die Struktur 101 wölbt sich in eine der Öffnung 102 entgegengesetzte Richtung.

In dem Beschleunigungssensor wird eine Beschleuni gung, welche auf den Sensor aufgebracht wird, durch Er fassen einer Kapazitätsänderung ermittelt, welche auf einer Änderung eines Abstands zwischen einer beweglichen Elektrode und einer feststehenden Elektrode als der Krag balkenstruktur beruht. Wenn sich die Struktur 101 wölbt, ist es daher schwierig, die bewegliche Elektrode in geeigneter Weise der feststehenden Elektrode gegenüber liegend auszurichten. Folglich ist es schwierig, die Beschleunigung präzise zu erfassen.

Diese Erfindung wurde vor dem oben beschriebenen Hin tergrund gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegen den Erfindung, einen Halbleitersensor zu schaffen, welcher in der Lage ist, eine dynamische Größe präzise zu erfassen. Darüberhinaus ist es eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Herstel lung eines solchen Halbleitersensors bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merk male der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Genauer gesagt, fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung in bezug auf den oben diskutieren Stand der Technik heraus, daß sich die Struktur 101, welche in dem ersten Halbleitersubstrat (erste Halbleiterschicht) 111 ausgebildet ist, aufgrund einer Spannungsschicht 114, welche auf einer der Öffnung 102 zugewandten Oberfläche (rückseitigen Oberfläche) des Substrats 111 (erste Halb leiterschicht) ausgebildet ist, wölbt.

Es wird angenommen, daß sich die Spannungsschicht 114 an einem Oberflächenabschnitt des ersten Substrats (erste Halbleiterschicht) 111, welches an der Oxidschicht 113 haftet, durch Diffusion von Sauerstoff ausbildet, wenn das erste Substrat (erste Halbleiterschicht) 111 mit dem zweiten Substrat (zweite Halbleiterschicht) 112 durch die Oxidschicht verbunden wird. Der in das erste Substrat (erste Halbleiterschicht) eindiffundierte Sauerstoff ver ursacht vermutlich eine Gitterspannung.

Diese Spannungsschicht verursacht eine Erfassungsver schlechterung in dem Drucksensor wie auch in dem Be schleunigungsssensor.

Die Erfinder haben das Wölbungsmaß in der den Krag balken aufweisenden Struktur 101 als ein Beispiel für den Halbleitersensor für eine dynamische Größe nach Entfernen der rückseitigen Oberfläche der Struktur 101 gemessen. Die Sensorstruktur wird in Fig. 7 gezeigt. Die Balken länge L beträgt 5,2 mm, die Dicke S des ersten Substrats (erste Halbleiterschicht) 111 beträgt 15 µm. In dieser Situation wird das Wölbungsmaß δ gemessen, wenn die Ätztiefe in der rückseitigen Oberfläche der Struktur 101 geändert wird. Das Wölbungsmaß δ ist als der Abstand zwischen einer Oberfläche des ersten Substrats (erste Halbleiterschicht) 111 und einem höchsten Punkt der gewölbten Struktur 101 definiert.

Fig. 5 zeigt ein Meßergebnis der Wölbung. Das Wöl bungsmaß wird reduziert, wenn die rückseitige Oberfläche der Struktur 101 um 0,2 µm geätzt wird. Darüberhinaus re duziert sich das Wölbungsmaß, wenn die Ätztiefe erhöht wird. Wenn die Ätztiefe 0,4 µm oder mehr beträgt, wird das Wölbungsmaß auffallend reduziert, wie in Fig. 5 gezeigt.

Nachdem das erste Substrat (erste Halbleiterschicht) 111 mit der Oxidschicht 113 verbunden wurde, wird die Oxidschicht entfernt, und die Sauerstoffkonzentration wird gemessen, während das erste Substrat (erste Halblei terschicht) 111 allmählich von der rückseitigen Ober fläche, welche mit der Oxidschicht 113 verbunden ist, geätzt wird, um sich davon zu überzeugen, daß die Span nungsschicht 114 durch den Sauerstoff in der Oxidschicht 113 ausgebildet wird.

Folglich ist die Sauerstoffkonzentration an der rück seitigen Oberfläche, welche mit der Oxidschicht verbunden ist, am höchsten. Darüberhinaus wird die Sauerstoffkon zentration reduziert, wenn das erste Substrat (erste Halbleiterschicht) 111 geätzt wird. Nebenbei bemerkt ist die Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration von der Ätztiefe ähnlich der Abhängigkeit der Wölbung von der Ätztiefe, wie in Fig. 5 gezeigt. Daher sollte die Sauer stoff enthaltende Spannungsschicht 114 in dem ersten Sub strat (erste Halbleiterschicht) 111 entfernt werden, um die Wölbung hinreichend zu beseitigen.

Demgemäß weist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein aus einem Halbleitersubstrat bestehender Halbleitersensor eine Struktur auf, welche in einer ersten Halbleiter schicht ausgebildet ist, wobei diese auf einer zweiten Halbleiterschicht mit einer dazwischen angeordneten Oxid schicht ausgebildet ist. Die Oxidschicht unterhalb der Struktur wird entfernt. Daneben wird ein Teil der Struk tur an einem Abschnitt entfernt, welcher an der Oxid schicht haftet, bevor die Oxidschicht entfernt wird. Der entfernte Teil der Struktur enthält Sauerstoff bei hoher Konzentration verglichen mit der Menge der ersten Schicht.

Vorzugsweise beträgt die Dicke des entfernten Teils der Struktur 0,2 µm oder mehr, um die Empfindlichkeit des Sensors zu verbessern.

In besonders bevorzugter Weise beträgt die Dicke des entfernten Teils der Struktur 0,4 µm oder mehr.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen er sichtlich.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors nach einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A bis 2H sind Querschnittsansichten, welche die Herstellungsschritte des Beschleunigungssensor nach der ersten Ausführungsform zeigen;

Fig. 3Ä ist eine Draufsicht eines Winkelgeschwindig keitssensors nach einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 3B ist eine schematische Querschnittsansicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, wobei der Schnitt entlang einer Linie IIIB-IIIB in Fig. 3A gelegt wurde;

Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Drucksensors nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung einer Bezie hung zwischen dem Wölbungsmaß der Sensorstruktur und der Ätztiefe der Struktur;

Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe nach dem Stand der Technik; und

Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe nach dem Stand der Technik mit einer Darstellung der Verfor mung.

Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung werden nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit den gleichen oder ähnlichen Be zugszeichen versehen sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors 10 als ein Beispiel eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe. Der Be schleunigungsssensor 10 ist aus einem laminierten Sub strat 1 gebildet, in welchem eine Aktivierungsschicht 1a als eine erste Halbleiterschicht mit einer Trägerschicht 1c als einer zweiten Halbleiterschicht mit einer dazwischen angeordneten Oxidschicht 1b verbunden ist. Die Aktivierungsschicht 1a und die Trägerschicht 1c bestehen aus Si (Silizium), und das laminierte Substrat ist ein SOI-Substrat.

In dem derartigen SOI-Substrat ist eine Spannungs schicht 1d zwischen der Aktivierungsschicht 1a und der Oxidschicht 1b ausgebildet. Die Spannungsschicht 1d besteht aus einem Teil der Aktivierungsschicht, welcher Sauerstoff enthält. Es wird angenommen, daß die Span nungsschicht 1d durch Diffusion von Sauerstoff in der Oxidschicht 1b in die Aktivierungsschicht 1a ausgebildet wird, wenn das SOI-Substrat 1 vorbereitet wird, und daß eine Verschiebung in Kristallgittern durch die Sauer stoffdiffusion hervorgerufen wird.

Die Trägerschicht 1c und die Oxidschicht 1b sind teilweise entfernt, um eine Öffnung 2 auszubilden, um eine rückseitige Oberfläche (Oberfläche an der Öffnung) der Aktivierungsschicht 1a freizulegen. Darüberhinaus ist die Spannungsschicht 1d in einem Abschnitt entfernt, welcher an der Öffnung 2 freiliegt.

Genauer gesagt ist die Spannungsschicht 1d, welche der Öffnung gegenüberliegt, um eine Dicke t von 0,2 µm oder mehr entfernt. Das Maß "t" ist ein Abstand zwischen einer Grenzfläche zwischen Spannungsschicht 1d und Oxid schicht 1b und der Aktivierungsschicht 1a. Eine Struktur 3 ist in the Aktivierungsschicht 1a in einem mit der Öff nung 2 übereinstimmenden Abschnitt ausgebildet.

Das Wölbungsmaß der Struktur 3 wird, wie in Fig. 5 gezeigt, durch Entfernen der Aktivierungsschicht 1a an der rückseitigen Oberfläche derselben (Spannungsschicht 1d) um eine Dicke t von 0,2 µm oder mehr reduziert. Vorzugsweise wird die Aktivierungsschicht 1a um eine Dicke t von 0,4 µm oder mehr entfernt, um die Wölbung der Aktivierungsschicht sicher zu reduzieren.

In der Struktur 3 sind Gräben 4 ausgebildet, wobei die Gräben 4 in die Aktivierungsschicht 1a von einer Hauptoberfläche (einer der Öffnung 2 gegenüberliegende Oberfläche) zu der Öffnung 2 eindringen. Bewegliche Elek troden (nicht dargestellt) und feststehende Elektroden (nicht dargestellt) sind als eine Kragbalkenstruktur aus gebildet, wobei ein Ende derselben durch die Ak tivierungsschicht 1a oder einen in der Aktivierungs schicht ausgebildeten beweglichen Abschnitt unterstützt wird, und das andere Ende derselben nicht unterstützt ist. Das heißt, die bewegliche Elektrode oder die fest stehende Elektrode in der Kragbalkenstruktur weist eine vorspringende Form wie etwa Zinken eines Kamms auf. Im übrigen wird eine Schaltung (nicht dargestellt) auf der Aktivierungsschicht 1a ausgebildet, und auf der Schaltung sind Elektrodenanschlußflecken 5 aus Aluminium ausgebildet.

Wenn eine Beschleunigung auf den Sensor 10 aufge bracht wird, ändert sich der Abstand zwischen einer Er fassungsseite der feststehenden Elektrode und einer Er fassungsseite der beweglichen Elektrode. Die feststehende Elektrode und die beweglichen Elektrode bilden miteinander einen Kondensator, und so ändert sich die elektrostatische Kapazität des Kondensators in Überein stimmung mit einer Auslenkung der beweglichen Elektrode, wenn die Beschleunigung auf die bewegliche Elektrode ein wirkt. Die auf den Sensor einwirkende Beschleunigung wird durch Erfassen der Änderung der elektrostatischen Ka pazität ermittelt.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Sensors 10 unter Bezugsnahme auf Fig. 2A bis 2H beschrieben.

Zunächst wird das SOI-Substrat 1 wie in Fig. 2A gezeigt bereitgestellt. Das SOI-Substrat 1 weist die Trägerschicht 1c als einen Einkristall-Siliziumwafer, die Aktivierungsschicht 1a als eine dünne Einkristall- Siliziumschicht, und die Oxidschicht 1b als eine Opfer schicht auf. Das heißt, die Aktivierungsschicht 1a wird auf der Trägerschicht 1c laminiert, wobei die Oxidschicht 1b dazwischen angeordnet wird.

Im übrigen weist die Trägerschicht 1c zum Beispiel eine (1 0 0)-Ebenenorientierung an einer ihrer Ober flächen, eine Dicke von 300 µm oder mehr, und eine nie drige Störstellenkonzentration auf. Die Aktivierungs schicht 1a weist zum Beispiel eine (1 0 0)-Ebenenorien tierung an einer ihrer Oberflächen und eine Dicke von näherungsweise 15 µm auf. Darüberhinaus enthält die Ak tivierungsschicht 1a Phosphor (P) als Fremdatom bei hoher Konzentration (näherungsweise 1 × 10¹⁹ cm^-3 oder mehr), damit deren spezifischer Widerstand herabgesetzt und ein Ohmscher Kontakt mit den Elektrodenanschlußflecken 5 hergestellt wird.

Wie in Fig. 2B gezeigt, werden die Elektrodenan schlußflecken 5 auf der Aktivierungsschicht 1a ausge bildet. In diesem Schritt wird eine Aluminiumschicht auf der gesamten Oberfläche der Aktivierungsschicht mit einer Dicke von zum Beispiel 1 µm durch Ablagerung (Aufdampfen) ausgebildet. Dann wird die Aluminiumschicht unter Verwen dung von Photolithographie und Ätztechniken bemustert, um die Elektrodenanschlußflecken 5 auszubilden. Zum Herstel len des Ohmschen Kontakts mit der Aktivierungsschicht 1a können wohlbekannte Wärmebehandlungsmethoden (Sintern) angewendet werden, wenn sich die Gelegenheit ergibt.

Wie in Fig. 2C gezeigt, wird die Trägerschicht 1c an einer rückseitigen Oberfläche derselben (einer Ober fläche, auf welcher die Oxidschicht 1b abgelagert wird, entgegengesetzt) geschliffen und poliert, um die Dicke derselben auf näherungsweise 300 µm zu reduzieren. Dann wird an der bearbeiteten rückseitigen Oberfläche der Trägerschicht eine Hochglanzpolitur durchgeführt.

Wie in Fig. 2D gezeigt, wird, zum Beispiel mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens, eine Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von 0,5 µm auf der gesamten Oberfläche der hochglanzpolierten rückseitigen Oberfläche der Trägerschicht ausgebildet. Dann wird die Siliziumnitrid schicht durch Photolithographie und Ätzen bemustert, um ein Maskenmuster 11 zum Ausbilden der Öffnung 2 auszubilden.

Danach werden, wie in Fig. 2E gezeigt, Gräben 4 in der Aktivierungsschicht 1a ausgebildet. Im einzelnen wird ein anisotropes Ätzen unter Verwendung einer Trockenätz vorrichtung mit einer Resistschicht (nicht dargestellt), welche dem Trockenätzgas widersteht, ausgeführt, wodurch sich die Gräben 4 in die Aktivierungsschicht 1a er strecken, um die Siliziumoxidschicht 1b zu erreichen.

In diesem Zustand wird, wie in Fig. 2F gezeigt, ein erster Ätzschritt ausgeführt. Die Trägerschicht 1c wird in einem Abschnitt, welcher nicht von der Maske 11 be deckt ist, von der rückseitigen Oberfläche derselben (die der Oxidschicht 1b gegenüberliegende Seite) unter Verwen dung einer KOH-Lösung selektiv entfernt. Somit wird eine rückseitige Oberfläche der Oxidschicht 1b (der Ak tivierungsschicht 1a gegenüberliegende Oberfläche) freigelegt, und ein Teil der Öffnung 2 wird ausgebildet. Dann wird die Maske 11 entfernt.

Im übrigen wird eine Oberfläche des SOI-Substrats 1 (eine Seite der Aktivierungsschicht 1a) mit einer Resist schicht bedeckt, bevor der erste Ätzschritt durchgeführt wird, auch wenn das Resistmaterial in Fig. 2F nicht dar gestellt ist. Das Resist wird danach entfernt, zum Beispiel nachdem der erste Ätzschritt beendet ist.

Danach wird ein zweiter Ätzschritt (Freigebeschritt) ausgeführt, wie in Fig. 2 G gezeigt. Die Oxidschicht 1b wird in einem Abschnitt, welcher nach dem Entfernen der Trägerschicht 1c freiliegt, durch Ätzen mit zum Beispiel einem CHF₃-Gas, welches Wasserstoff als ein Ätzgas auf weist, entfernt. Somit wird die Öffnung 2 ausgebildet, wodurch die feststehenden Elektroden und beweglichen Elektroden freigegeben werden. In diesem Zustand ver bleibt die Spannungsschicht 1d auf einer rückseitigen Oberfläche der Struktur 3, welche der Öffnung 2 zugewandt ist.

Ein dritter Ätzschritt wird, wie in Fig. 2H darge stellt, durchgeführt, um die Spannungsschicht 1d zu ent fernen. Die Spannungsschicht 1d wird von einer der Öff nung 2 zugewandten Seite geätzt. Der zweite und dritte Ätzschritt unterscheiden sich in den Betriebsbedingungen. Anders gesagt, eine Ätzbedingung im dritten Ätzschritt unterscheidet sich von der des zweiten Ätzschritts. Zum Beispiel wird ein CF₄-Gas als ein Ätzgas mit O₂-Gas ein gesetzt, und der Partialdruck des O₂-Gases wird so reguliert, daß die Ätzselektivität von Silizium zu höher wird. Daher wird die rückseitige Oberfläche der Ak tivierungsschicht 1a (die Spannungsschicht 1d) durch an haltendes Ätzen der Oxidschicht 1b unter Verwendung des CHF₃-Gases in dem zweiten Ätzschritt nicht geätzt, son dern gezielt unter Verwendung eines anderen Ätzgases, wie oben beschrieben.

In diesem Fall wird eine vorbestimmte Dicke der Ak tivierungsschicht 1a durch Einstellen der Ätzzeit auf der Grundlage der Ätzrate der Spannungsschicht 1d entfernt, wenn das oben beschriebene Ätzgas eingesetzt wird. Die Ätzrate wird vorher bestimmt. Somit wird die Struktur 3 auf der Öffnung 2 geschaffen.

Im nächsten Schritt wird das SOI-Substrat 1 in Sen sorchips zerschnitten bzw. zersägt (dicing), wodurch der Beschleunigungssensor 10 fertiggestellt wird.

Wie oben beschrieben, kann die Wölbung der Struktur 3, welche die auslegerartigen feststehenden Elektroden und beweglichen Elektroden aufweist, durch Entfernen der Spannungsschicht 1d, welche auf der der Öffnung 2 zuge wandten rückseitigen Oberfläche der Aktivierungsschicht 1a vorliegt, reduziert werden. Somit steht jede der fest stehenden Elektroden jeder der beweglichen Elektroden verläßlich gegenüber, so daß der Sensor eine Änderung des Abstands zwischen der feststehenden Elektrode und der beweglichen Elektrode empfindlich wahrnehmen kann, wenn die Beschleunigung auf die beweglichen Elektroden aufge bracht wird, wodurch die Empfindlichkeit des Sensors 10 verbessert wird.

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor als der Halbleitersensor für eine dynamische Größe betrachtet. Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B wird der Winkel geschwindigkeitssensor in einem SOI-Substrat 1 ausge bildet, welches eine Aktivierungsschicht 1a (erste Halb leiterschicht) und eine Trägerschicht 1c (zweite Halb leiterschicht) mit einer dazwischen angeordneten Oxid schicht 1b aufweist. Darüberhinaus wird ein Teil (Spannungsschicht) 1d der Aktivierungsschicht 1a in einem Abschnitt entfernt, welcher an einer Öffnung 2 freiliegt.

Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ist die Spannungsschicht 1d an der Öffnung 2 entfernt. Eine ent fernte Dicke t der Spannungsschicht 1d beträgt 0,2 µm oder mehr, vorzugsweise 0,4 µm oder mehr.

Gräben 4 sind in der Aktivierungsschicht 1a auf der Öffnung 2 durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet, wodurch eine Struktur 3 (Trägerstruktur) in der Ak tivierungsschicht 3 ausgebildet ist, welche Oszillatoren (bewegliche Abschnitte) 21 und feststehende Abschnitte 22 aufweist, welche von der Trägerschicht 1c durch die Oxid schicht 1b an der Kante der Öffnung 2 unterstützt werden.

Jeder Oszillator 21 besteht aus einem inneren Oszil lator 21a von rechteckiger Gestalt, einem äußeren Oszil lator 21b von H-förmiger Gestalt, welcher bezüglich des inneren Oszillators 21a außerhalb angeordnet ist, und ge falteten Antriebsbalken 21c, um den inneren Oszillator 21a mit dem äußeren Oszillator 21b zu verbinden.

Der Oszillator 21 ist mit einem Anker 22a durch einen Meß- bzw. Erfassungsbalken 23 verbunden, welcher von der Trägerschicht 1c über die Oxidschicht 1b an der Kante der Öffnung 2 unterstützt wird. Der Antriebsbalken 21c weist eine Federfunktion auf, um den inneren Oszillator 21a in einer Richtung entlang einer Achse x in Fig. 3A schwingen zu lassen. Der Meßbalken 23 weist eine Federfunktion auf, um den Oszillator 21 in einer Richtung entlang einer Achse y, welche senkrecht zu der x-Achse steht, schwingen zu lassen.

Eine Mehrzahl von Elektroden 21d ist in der Form von Zinken eines Kamms an jedem äußeren Oszillator 21b an beiden Seiten entlang der x-Achse so angeordnet, daß sie von den beiden Seiten des äußeren Oszillator 21b vor springen. Andererseits ist eine Mehrzahl von Elektroden 22b ebenfalls in Zinkenform an jedem der feststehenden Abschnitte 22 so angeordnet, daß jede derselben jeder der zinkenförmigen Elektroden 21d gegenübersteht. Ein Paar jeder Elektrode 21d und jeder Elektrode 22b bildet einen Erfassungselektrodenabschnitt, sodaß das Paar miteinander einen Kondensator bildet.

Als nächstes wird die Erfassung einer Gierrate mit dem oben beschriebenen Winkelgeschwindigkeitssensor beschrieben. Zunächst werden die inneren Oszillatoren 21c durch eine geeignete Erregungseinrichtung (nicht darge stellt) zum Schwingen in Richtung der x-Achse angeregt. In dieser Situation wirkt, wenn eine Winkelgeschwindig keit Ω um die z-Achse, die senkrecht zu den Achsen x und y steht, aufgebracht wird, eine Corioliskraft auf die Oszillatoren 21a, so daß der Oszillator 21 in Richtung der y-Achse zu schwingen angeregt wird (Meß- bzw. Erfas sungsoszillation).

Der Abstand zwischen den Elektroden 21d und 22b ändert sich durch die Meßoszillation. Diese Änderung des Abstands bewirkt eine Änderung der Kapazität des oben beschriebenen Kondensators, so daß die Winkelgeschwindig keit durch Transformieren der Kapazitätsänderung in eine Spannung oder dergleichen erfaßt wird.

Ein Verfahren zur Herstellung des Winkelgeschwindig keitssensor ist dem der ersten Ausführungsform ähnlich, das heißt, der Winkelgeschwindigkeitssensor wird durch die in Fig. 2A bis 2H gezeigten Schritte fertiggestellt. Insbesondere wird die Spannungsschicht 1d durch oben beschriebene erste bis dritte Ätzschritte entfernt.

Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor ist es erforder lich, die Zahl der Erfassungselektroden 21d und 22b in der Struktur 3 zu erhöhen oder die Erfassungselektroden 21d und 22b zu verlängern, um ihre Empfindlichkeit zu verbessern. Die auslegerartigen Erfassungselektroden 21d und 22b wölben sich um so leichter, je länger die Erfas sungselektroden 21d und 22b werden.

Allerdings wird die Wölbung der Erfassungselektroden 21d und 22b durch Entfernen der der Öffnung 2 zugewandten Spannungsschicht 1d reduziert, so daß die Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors verbessert werden kann.

In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Er findung wird ein Drucksensor als der Halbleitersensor für eine dynamische Größe betrachtet. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein SOI-Substrat 1 eingesetzt, um einen Drucksensor 30 auszubilden. Ein Teil einer Trägerschicht 1c, einer Oxidschicht 1b, und einer Aktivierungsschicht 1a (Spannungsschicht 1d) ist entfernt, um eine Öffnung 2 auszubilden. Eine Struktur 3 ist auf der Öffnung 2 angeordnet.

Die Struktur 3 in dieser Ausführungsform ist ein Dia phragma. Dehnungsmeßelemente 31 sind auf einer Oberfläche der Aktivierungsschicht 1a in einem Abschnitt oberhalb eines Kantenabschnitts der Öffnung 2 ausgebildet, wie in Fig. 4 gezeigt. Ähnlich wie in der ersten und zweiten Ausführungsform ist die Spannungsschicht 1d an einer der Öffnung 2 zugewandten rückseitigen Oberfläche der Ak tivierungsschicht 1a entfernt.

In dem so aufgebauten Drucksensor 30 werden zunächst die Dehnungsmeßelemente 31 und ein Schaltungsabschnitt auf der Oberfläche der Aktivierungsschicht 1a ausgebil det. Dann können die selben Schritte wie in Fig. 2C bis 2H gezeigt eingesetzt werden, um den Drucksensor 30 fer tigzustellen.

Der Drucksensor 30 enthält das Diaphragma, welches von der Aktivierungsschicht an einem vollständigen Rand derselben unterstützt wird. Daher wölbt sich das Dia phragma nicht leicht, verglichen mit den Erfassungselek troden in dem Beschleunigungssensor oder dem Winkel geschwindigkeitssensor, die oben beschrieben wurden. Al lerdings ist die Größe des Drucksensors eher gering, so daß eine leichte Verformung erfaßt werden kann. Deshalb kann es sein, daß der Drucksensor, der kleine Dimensionen aufweist, aufgrund eines Restspannungsausgleichs in der Spannungsschicht 1d Druck nicht präzise erfaßt, oder weil die Empfindlichkeit des Drucksensors durch eine von einer Temperaturänderung um den Sensor herum hervorgerufenen Änderung der Restspannung in der Spannungsschicht 1d ver mindert wird, wenn die Spannungsschicht in dem Diaphragma vorliegt.

Daher wird durch Einsetzen des Diaphragmas mit ent fernter Spannungsschicht die Empfindlichkeit des Druck sensors 30 verbessert.

Im übrigen wird die Spannungsschicht definiert als ein Teil des Siliziumsubstrats bzw. der Siliziumschicht oder des Materials, aus welchem ein Halbleitersubstrat bzw. eine Halbleiterschicht aufgebaut ist, welcher eine hohe Konzentration von Sauerstoff im Vergleich mit der Masse des Siliziumsubstrats bzw. der Siliziumschicht oder des Materials, aus welchem ein Halbleitersubstrat bzw. eine Halbleiterschicht aufgebaut ist, aufweist. In ande ren Worten weist, wie oben beschrieben, die Spannungs schicht zum Beispiel den Sauerstoff auf, welcher von der Oxidschicht in dem SOI-Substrat diffundiert ist.

Zusammengefaßt wird ein Halbleitersensor für eine dy namische Größe, zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, auf einem SOI-Substrat ausgebildet, welches eine Aktivie rungsschicht und eine Trägerschicht mit einer dazwischen angeordneten Oxidschicht aufweist. Eine Struktur für den Sensor wird in der Aktivierungsschicht ausgebildet. Eine Öffnung wird in der Trägerschicht und der Oxidschicht ausgebildet, um die Struktur freizulegen. In diesem Sen sor wird eine Spannungsschicht in der Aktivierungsschicht an einer Seite, welche die Oxidschicht berührt, ausge bildet. Die Spannungsschicht wird entfernt in einem Ge biet, welches der Öffnung zugewandt ist, um ein Wölben der Struktur zu verhindern.

Nachdem die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß Änderungen in Form und Einzelheiten davon vollständig umfaßt werden, ohne den Schutzbereich der Er findung, wie er durch die anliegenden Ansprüche definiert wird, zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe (10; 20; 30), welches die Schritte aufweist:
Bereitstellen eines laminierten Halbleitersub strats (1), in welchem eine erste Halbleiterschicht (1a) auf einer zweiter Halbleiterschicht (1c) mit einer dazwischen angeordneten Oxidschicht (1b) auf geschichtet wird;
Ausbilden einer Struktur in the ersten Halblei terschicht (3; 21, 21d, 22, 22a, 22b; 31);
Ausbilden einer Öffnung (2) in der zweiten Halbleiterschicht und der Oxidschicht durch Entfer nen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht und der Oxidschicht, welche unterhalb der Struktur ange ordnet ist; und
Entfernen eines Teils (1d) der ersten Halblei terschicht, wobei der Teil der Öffnung zugewandt ist und Sauerstoff enthält, welcher eine Spannung in der Struktur hervorruft.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Teil der ersten Halbleiterschicht enthaltene Sauerstoff eine Wölbung der Struktur her vorruft.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Teil der ersten Halbleiterschicht enthaltene Sauerstoff beim Ausbilden des Halbleiter substrats von der Oxidschicht eindiffundiert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine entfernte Dicke des Teils der ersten Halb leiterschicht 0,2 µm oder mehr beträgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine entfernte Dicke das Teils der ersten Halb leiterschicht 0,4 µm oder mehr beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Ätzbedingung des Teils der ersten Halbleiterschicht von der der Oxidschicht unter scheidet.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der ersten Halbleiterschicht durch Trockenätzen entfernt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitersensor für eine dynamische Größe ein Winkelgeschwindigkeitssensor (20) ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe, welches die Schritte auf weist:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1), welches eine erste Halbleiterschicht (1a), eine zweite Halbleiterschicht (1c) und eine zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht angeordnete Oxidschicht (1b) enthält;
Ausbilden einer Struktur (3; 21, 21d, 22, 22a, 22b; 31) in the ersten Halbleiterschicht;
Ausbilden einer Öffnung (2) in der zweiten Halbleiterschicht und der Oxidschicht durch Entfer nen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht und der Oxidschicht, welche unterhalb der Struktur ange ordnet ist; und
Entfernen eines Teil (1d) der ersten Halblei terschicht, wobei der Teil der Öffnung zugewandt ist und Sauerstoff enthält.

10. Halbleitersensor für eine dynamische Größe (10, 20, 30), welcher aufweist:
ein Halbleitersubstrat (1) mit einer ersten Halbleiterschicht (1a), einer zweiten Halbleiter schicht (1c) und einer zwischen der ersten und zwei ten Halbleiterschicht angeordneten Oxidschicht (1b), wobei die erste Halbleiterschicht eine rückseitige Oberfläche dicht an der Oxidschicht aufweist;
eine Sauerstoff enthaltende Schicht (1d), wel che zwischen der Oxidschicht und der ersten Halblei terschicht angeordnet ist; und
eine in der ersten Halbleiterschicht oberhalb einer Öffnung (2), welche in der zweiten Halbleiter schicht ausgebildet ist, ausgebildete Struktur (3), wobei die Struktur eine darauf einwirkende dynami sche Größe erfaßt, wobei
die Sauerstoff enthaltende Schicht die rücksei tige Oberfläche der ersten Halbleiterschicht be rührt, während die Sauerstoff enthaltende Schicht in einem Gebiet, in dem die Öffnung angeordnet ist, entfernt ist, so daß ein Teil der rückseitigen Ober fläche der ersten Halbleiterschicht der Öffnung aus gesetzt ist.

11. Halbleitersensor für eine dynamische Größe gemäß An spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine entfern te Dicke der Sauerstoff enthaltenden Schicht 0,2 µm oder mehr beträgt.

12. Halbleitersensor für eine dynamische Größe gemäß An spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine entfern te Dicke der Sauerstoff enthaltenden Schicht 0,4 µm oder mehr beträgt.

13. Halbleitersensor für eine dynamische Größe gemäß An spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur einen Oszillator (21) aufweist, um eine darauf wir kende Winkelgeschwindigkeit zu erfassen.