-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper, der unter Verwendung einer Halbleiterbearbeitungstechnik gebildet wird.
-
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
-
Die Druckschrift
US 5 665 253 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungs- oder Drucksensors, wobei auf einem Halbleitersubstrat mit einer dielektrischen Schicht aus einer metallischen Schicht ein Anschlussbereich ausgebildet wird. Darüber wird eine Opferschicht unter Aussparung des Anschlussbereiches aufgebracht, die anschließend geglättet werden kann. Darüber wird mit einer zwischenliegenden dünnen Goldschicht eine Elektrodenschicht ausgebildet, die bei späterem Entfernen der Opferschicht zu einer frei schwebenden Elektrode mit Verankerung im Anschlussbereich wird.
-
Die Druckschrift
US 6 146 917 A betrifft eine Mikrostruktur zur Beschleunigungsmessung. Hierbei ist ein frei schwebender Bereich vorgesehen, der von einem Verankerungsbereich getragen wird. Dieser frei schwebende Bereich wird durch Entfernen einer Opferschicht gebildet. Ein Anschlussbereich für den Verankerungsbereich ist vertieft in einem Halbleitersubstrat ausgebildet. Dieser Anschlussbereich entsteht durch Dotierung.
-
Die Druckschrift
WO 00/26 963 A1 betrifft allgemein eine Halbleiteranordnung, bei der eine Aussparung in einem Substrat ausgebildet wird. Anschließend wird einem Metallschicht aufgebracht, welche auch die Aussparung füllt. Durch Wegätzen einer Opferschicht wird die Metallschicht selektiv außerhalb der Aussparung entfernt, sodass ein metallischer Anschlussbereich nur innerhalb der Aussparung verbleibt.
-
Die Druckschrift
EP 1 024 508 A2 betrifft eine elektrostatisch durchstimmbare Kapazität mit einer beweglichen Elektrode und einer nicht beweglichen Elektrode. Die nicht bewegliche Elektrode ist dabei bündig mit der Oberfläche eines Substrats in einer Vertiefung ausgebildet.
-
Die Druckschrift
US 5 789 264 A betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verstellelements für Spiegel.
-
13 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Dünnschicht-Konstruktionskörpers, der unter Verwendung eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gebildet ist. Wie in 13 gezeigt, ist dieser Dünnschicht-Konstruktionskörper 101, der mit einem abstützenden Teil 103 und mit einem von dem abstützenden Teil 103 abgestützten schwebenden Teil 105 versehen ist, unter Verwendung eines leitfähigen Materials über einem Substrat 107 ausgebildet. Der schwebende Teil 105 ist mit einer vorbestimmten Beabstandung von dem Substrat 107 angeordnet und ragt von einem oberen Bereich des abstützenden Teils 103 nach außen.
-
Das Substrat 107 ist mit einem Substrathauptkörper 111, einer auf dem Substrathauptkörper 111 ausgebildeten ersten Isolierschicht 113, einer auf der Isolierschicht 113 selektiv ausgebildeten Verdrahtung 115 sowie mit einer zweiten Isolierschicht 117 versehen, die eine Oberfläche der Verdrahtung 115 sowie die Isolierschicht 113 selektiv bedeckt.
-
Die Oberfläche der Isolierschicht 113 ist eben, und die Verdrahtung 115 ist auf dieser Oberfläche in von dieser wegragender Weise ausgebildet. Der abstützende Teil 103 wird auf der Verdrahtung 115 derart ausgebildet, dass er einen Bereich der Verdrahtung 115 bedeckt. Eine Öffnung 117a wird in dem entsprechenden Bereich der Isolierschicht 117 gebildet, auf dem der abstützende Teil 103 gebildet werden soll, so dass der abstützende Teil 103 durch die Öffnung 117a hindurch mit der Verdrahtung 115 verbunden wird. Die Schichtdicke der Isolierschicht 117 ist derart dünn gewählt, dass eine Stufendifferenz, die auf der Oberfläche des Substrats 107 durch den Einfluß des Umfangsrands der Isolierschicht 117 hervorgerufen wird, im Wesentlichen vernachlässigbar wird.
-
Bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper wird zuerst eine Opferschicht 121 auf dem Substrat 107 mit einer Konfiguration gebildet, wie sie in 14 gezeigt ist. Als nächstes wird ein Bereich der Opferschicht 121, in dem der abstützende Teil 103 gebildet werden soll, teilweise entfernt, so dass ein Verankerungsöffnungsteil 121a gebildet wird, wie dies in 15 gezeigt ist.
-
Anschließend wird eine Dünnschichtlage 123 unter Verwendung eines leitfähigen Materials auf die Oberfläche der Opferschicht 121 sowie die durch den Verankerungsöffnungsteil 121a freiliegende Oberfläche des Substrats 107 aufgebracht, wie dies in 16 gezeigt ist.
-
Als nächstes wird die Dünnschichtlage 123 selektiv entfernt und strukturiert, so dass verbleibende Bereiche der Dünnschichtlage 123 einen Dünnschicht-Konstruktionskörper 101 bilden. In diesem Fall bildet ein Bereich, der in den Verankerungsöffnungsteil 121a des verbleibenden Bereichs eingepaßt ist, den abstützenden Teil 103, und ein anderer Bereich, der sich auf der Opferschicht 121 befindet, bildet den schwebenden Teil 105. Danach wird die Opferschicht 121 entfernt, so dass man eine Konstruktion erhält, wie sie in 13 gezeigt ist.
-
Bei einem solchen herkömmlichen Herstellungsverfahren wird in einem Zustand, wie er in 14 gezeigt ist, aufgrund der Verdrahtung 115 des Substrats 107 ein vorspringender Teil 122a auf der Oberfläche 122 der Opferschicht 121 gebildet. Wenn eine derartige Opferschicht 121 mit dem vorspringenden Teil 122a für die Bildung des Dünnschicht-Konstruktionskörpers 101 verwendet wird, treten folgende Probleme auf.
-
Der vorspringende Teil 121a weist einen geneigten Bereich H auf, der sich über dem äußeren Rand der Verdrahtung 115 befindet und der sich dem Substrat 107 in Richtung auf die Außenseite der Verdrahtung 115 annähert. Hinsichtlich der Dicke des abstützenden Teils 103 besteht eine Einschränkung dahingehend, dass dann, wenn diese zu dick gewählt ist, eine Reduzierung des Platzbedarfs nicht zur Verfügung steht und dann, wenn sie zu dünn ist, es zu einem Ausfall in der elektrischen Verbindung zwischen dem Dünnschicht-Konstruktionskörper 101 und der Verdrahtung 115 kommen könnte.
-
Hinsichtlich der Breite der Verdrahtung 115 muß diese ferner in Abhängigkeit von ihren Designpositionen und Verwendungszwecken dünner sein, um Platz zu sparen. Aus diesem Grund wird in dem Fall, in dem die Breite der Verdrahtung 115 dünner ausgebildet wird, der abstützende Teil 103 auf der Verdrahtung 115 mit einer Dicke ausgebildet, die mit der Breite der Verdrahtung 115 nahezu identisch ist, wie dies in 13 gezeigt ist.
-
In entsprechender Weise wird auch der Verankerungsöffnungsteil 121a auf der Verdrahtung 115 mit einer Öffnungsbreite ausgebildet, die nahezu gleich der Breite der Verdrahtung 115 ist. Wie in 15 gezeigt ist, verbleibt somit zumindest ein Teil des geneigten Bereichs H an dem Umfangsbereich 121b des Verankerungsöffnungsteils 121a der Opferschicht 121.
-
Die Oberflächenformgebung dieses Umfangsbereichs 121b schlägt sich in der Formgebung des Dünnschicht-Konstruktionskörpers 101 nieder, so dass ein Halsbereich 131 in einem dem Umfangsbereich 121 des Dünnschicht-Konstruktionskörpers 101 entsprechenden Bereich, genauer gesagt, einem Kopplungsbereich zwischen dem abstützenden Teil 103 und dem schwebenden Teil 105 gebildet wird, wie dies in 13 gezeigt ist.
-
Aus diesem Grund könnte der Dünnschicht-Konstruktionskörper 101 durch einen Stoß oder dergleichen an dem Halsbereich 131 beschädigt werden, so dass sich eine Beeinträchtigung der Festigkeit und Zuverlässigkeit des Dünnschicht-Konstruktionskörpers 101 ergeben könnte.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung der vorstehend genannten Probleme entwickelt worden, und ihre Aufgabe besteht in der Angabe eines Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper, mit dem sich ein Dünnschicht-Konstruktionskörper unter Verwendung einer Opferschicht ohne jeglichen Vorsprung auf seiner Oberfläche bilden lässt, so dass sich dadurch ein Dünnschicht-Konstruktionskörper mit hoher Festigkeit und Zuverlässigkeit herstellen lässt.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
-
Gemäß einem Aspekt eines Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß der vorliegenden Erfindung weist bei dem Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper, der folgendes aufweist: einen leitfähigen Abstützteil, der auf einer auf einer Oberfläche eines Substrats ausgebildeten Verdrahtung ausgebildet wird; sowie einen leitfähigen schwebenden Teil, der von dem Abstützteil abgestützt wird und mit einem vorbestimmten Abstand von dem Substrat angeordnet wird; das Herstellungsverfahren unter anderem folgende Schritte auf:
- – Bilden einer Vertiefung mit einer Tiefe, die nicht geringer ist als die Schichtdicke der Verdrahtung, auf der Oberfläche des Substrats in einem Bereich, der zumindest einem unter dem Abstützteil platzierten Bereich der Verdrahtung entspricht;
- – Bilden der Verdrahtung auf der Oberfläche des Substrats, in der die Vertiefung ausgebildet worden ist; Bilden einer Opferschicht, die die Oberfläche der Verdrahtung und die Oberfläche des Substrats überdeckt;
- – Bilden eines Verankerungsöffnungsteils durch selektives Entfernen eines Bereichs der Opferschicht, auf dem der Abstützteil gebildet werden soll;
- – Aufbringen einer Dünnschichtlage auf die Opferschicht und das durch den Verankerungsöffnungsteil hindurch freiliegende Substrat unter Verwendung eines leitfähigen Materials;
- – selektives Entfernen und Strukturieren der Dünnschichtlage, so dass verbleibende Bereiche der Dünnschichtlage den Dünnschicht-Konstruktionskörper bilden können; und
- – Entfernen der Opferschicht.
-
Gemäß diesem Aspekt wird zumindest ein Bereich der Verdrahtung, auf dem der Abstützteil gebildet werden soll, in die Vertiefung eingebettet, die eine Tiefe aufweist, die nicht geringer ist als die Schichtdicke der auf der Oberfläche des Substrats vorgesehenen Verdrahtung; auf diese Weise lässt sich die Bildung eines vorstehenden Teils auf der Oberfläche des Substrats in dem Bereich verhindern, in dem der Abstützteil vorgesehen werden soll.
-
Somit läßt sich eine Opferschicht mit einer Oberfläche ohne jegliches vorstehendes Teil in einem Bereich, auf dem der Abstützteil gebildet werden soll, ohne die Notwendigkeit einer Ausführung eines komplexen Vorgangs auf der Opferschicht, wie zum Beispiel eines Einebnungsprozesses, bilden.
-
Ferner lässt sich durch die Anwendung dieser Opferschicht zum Bilden eines Dünnschicht-Konstruktionskörpers die Entstehung eines Halsbereichs an dem Kopplungsbereich zwischen dem Abstützteil und dem schwebenden Teil des Dünnschicht-Konstruktionskörpers verhindern, was bei der herkömmlichen Technik zu einem Problem geführt hat; somit lassen sich die Festigkeit und die Zuverlässigkeit des Dünnschicht-Konstruktionskörpers verbessern.
-
Gemäß diesem Aspekt des Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei dem Schritt der Aufbringung der Dünnschichtlage die Dünnschichtlage mit einer Schichtdicke aufgebracht, die größer ist als die Schichtdicke der Opferschicht.
-
Da gemäß diesem Aspekt die Schichtdicke der Dünnschichtlage größer gewählt ist als die Schichtdicke der Opferschicht, wird das Innere des Verankerungsöffnungsteils vollständig mit der Dünnschichtlage gefüllt. Mit dieser Anordnung lässt sich verhindern, dass der Rand einer Öffnung des Verankerungsöffnungsteils der Opferschicht eine Reduzierung in der Dicke des dem Rand entsprechenden Bereichs des Dünnschicht-Konstruktionskörpers hervorruft und dies zu einer Beeinträchtigung der Festigkeit führt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt des Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Tiefe der Vertiefung bzw. Nut derart gewählt, dass diese gleich der Schichtdicke der Verdrahtung ist.
-
Da gemäß diesem Aspekt die Tiefe der Vertiefung gleich der Schichtdicke der Verdrahtung gewählt wird, lässt sich die Oberfläche des Substrats ohne die Notwendigkeit einer besonderen Ausführung eines Einebnungsvorgangs auf dem Bereich, auf dem der Abstützteil vorgesehen werden soll, einebnen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt des Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß der vorliegenden Erfindung bildet der Dünnschicht-Konstruktionskörper mindestens einen Bereich eines Sensorteils, der in einen Beschleunigungssensor eingebaut wird und eine Funktion zum Erfassen von Beschleunigungen aufweist.
-
Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, die Lebensdauer des Sensorteils im Fall eines Stoßes zu verbessern, der zum Beispiel beim Fallenlassen des Beschleunigungssensors hervorgerufen wird, und somit lassen sich die Festigkeit und die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors verbessern.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt des Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Bereich eines Umfangsrands des Abstützteils über einem äußeren Rand der Verdrahtung plaziert, und der schwebende Teil ragt von diesem einen Bereich des Abstützteils nach außen und erstreckt sich in einer Richtung von dem äußeren Rand der Verdrahtung weg.
-
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Begleitzeichnungen noch deutlicher.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine Konfiguration eines Hauptteils eines Halbleiter-Beschleunigungssensors, bei dem ein Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommt;
-
2 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A in 1;
-
3 bis 6 Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungsvorgängen der in 2 gezeigten Konstruktion;
-
7 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A in 1 zur Erläuterung eines Falls, in dem ein Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei dem in 1 gezeigten Beschleunigungssensor zur Anwendung kommt;
-
8 bis 12 Ansichten zur Erläuterung von Herstellungsvorgängen einer Konstruktion, wie sie in 7 gezeigt ist;
-
13 eine Querschnittsdarstellung einer Konstruktion eines Dünnschicht-Konstruktionskörpers, der durch ein herkömmliches Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gebildet ist; und
-
14 bis 16 Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungsvorgängen des in 13 gezeigten Dünnschicht-Konstruktionskörpers.
-
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
-
1. Nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel
-
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist ein Halbleiter-Beschleunigungssensor, bei dem ein Herstellungsverfahren für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß einem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel zur Anwendung kommt, ein als Sensorsubstrat dienendes Substrat 1 sowie einen Sensorteil 3 auf, der auf dem Substrat 1 gebildet ist und eine Funktion zum Feststellen von Beschleunigungen aufweist.
-
Wie in 1 gezeigt, ist der Sensorteil 3 mit einem Massenkörper 21, der als bewegliche Elektrode wirkt, einer Vielzahl von feststehenden Elektroden 23 sowie einer Vielzahl von Streifen 25 versehen. Der Massenkörper 21, die feststehenden Elektroden 23 und die Streifen 25, die einem Dünnschicht-Konstruktionskörper entsprechen, sind aus einem leitfähigen Material gebildet, wie zum Beispiel dotiertem Polysilizium, das durch Dotieren eines Fremdstoffs gebildet ist, wie z. B. Phosphor in Polysilizium.
-
Der Massenkörper 21, der mit einer vorbestimmten Distanz D von dem Substrat 1 angeordnet ist, weist eine Vielzahl von beweglichen Elektrodenbereichen 21a auf, die sich in einer Richtung C erstrecken, die zu der Richtung B der zu erfassenden Beschleunigung senkrecht ist. Die Streifen 25, die integraler Weise mit dem Massenkörper 21 ausgebildet sind, haben die Funktion, den Massenkörper 21 über dem Substrat 1 in der Richtung B beweglich sowie mit einer Rückstellkraft aufzuhängen.
-
Jeder der Streifen 25 ist mit einem von dem Substrat 1 weg ragenden Abstützteil 25a, einem Kopplungsbereich 25b mit dem Abstützteil 25a sowie mit einem zwischen dem Kopplungsbereich 25b und dem Endrand des Massenkörpers 21 in Bezug auf die Richtung B vorgesehenen Federbereich 25c versehen. Dieser Federbereich 25c wird elastisch gebogen und verformt, so dass die Distanz zwischen dem Kopplungsbereich 25b und dem Massenkörper 21 in Richtung B vergrößert und verkleinert wird.
-
Bei einer derartigen Konfiguration des Massenkörpers 21 und der Streifen 25 entsprechen der Massenkörper 21 sowie der Federbereich 25c und der Kopplungsbereich 25b der Streifen 25 dem schwebenden Teil des Dünnschicht-Konstruktionskörpers.
-
Die jeweiligen feststehenden Elektroden 23 sind längs der Richtung C mit vorbestimmten Abständen in Richtung B zwischen einander angeordnet. Ferner weist jede feststehende Elektrode 23 einen feststehenden Elektrodenbereich 23b, der einen mit einer vorbestimmten Distanz D von dem Substrat 1 angeordneten schwebenden Teil bildet, sowie einen Abstützteil 23b auf, der den feststehenden Elektrodenbereich 23a abstützt.
-
Die feststehenden Elektrodenbereiche 23b der jeweiligen feststehenden Elektroden 23 sowie die beweglichen Elektrodenbereiche 21a des Massenkörpers 21 sind in einander abwechselnder Weise mit gegenseitiger Beabstandung voneinander in Richtung B angeordnet, so dass ein Kondensator gebildet wird. Beschleunigungen werden somit auf der Basis von Kapazitätsänderungen des Kondensators erfasst, die aufgrund von Verschiebungen der beweglichen Elektrodenbereiche 21a erzeugt werden.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, besitzt das Substrat 1 einen Substrathauptkörper 31, der durch einen Halbleiter, beispielsweise Silizium, gebildet ist, eine Oxidschicht 33, die als erste auf dem Substrathauptkörper 31 ausgebildete Isolierschicht dient, eine Vielzahl von Verdrahtungen bzw. Leitern 41, 43, 45, die selektiv auf der Oxidschicht 33 gebildet sind, sowie eine Nitridschicht 47, die als zweite Isolierschicht dient und die die Oberfläche der Verdrahtungen 41, 43, 45 sowie die Oberfläche der Oxidschicht 33 selektiv bedeckt.
-
Die Verdrahtung 41 weist einen freiliegenden Bereich 41a, der in einem freiliegenden Zustand in einem dem Massenkörper 21 des Substrats 1 zugewandten gegenüberliegenden Bereich auf dem Substrat 1 angeordnet ist, sowie einen Kontaktbereich 41b auf, der unter dem Abstützteil 25a angeordnet ist und mit dem Abstützteil 25a elektrisch verbunden ist.
-
Die Verdrahtungen 43, 45, die zum Abführen von Signalen von den feststehenden Elektroden 23 verwendet werden, sind durch die Kontaktbereiche 43a, 45a mit den jeweiligen feststehenden Elektroden 23 verbunden.
-
In entsprechender Weise weist die Nitridschicht 47 einen Fensterbereich 47a sowie Öffnungen 47b und 47c auf. Der freiliegende Bereich 41a der Verdrahtung 41 liegt durch den Fensterbereich 47a zu dem Substrat 1 hin frei, und der Kontaktbereich 41a ist mit dem Abstützteil 25a elektrisch verbunden. Die Kontaktbereiche 43a, 45a der Verdrahtungen 43, 45 sind durch die Öffnungen 47b, 47c mit den feststehenden Elektroden 23 elektrisch verbunden.
-
Bei dem Halbleiter-Beschleunigungssensor mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verdrahtungen 41, 43, 45 auf der ebenen Oberfläche der Oxidschicht 33 in einer derartigen Weise ausgebildet, dass sie von dieser weg ragen. Ferner ist die Schichtdicke der Nitridschicht 47 derart dünn ausgebildet, dass eine Stufendifferenz, die auf der Oberfläche des Substrats 1 durch den Einfluss seines Umfangsrands hervorgerufen wird, im Wesentlichen vernachlässigbar wird.
-
Die Bereiche der Oberfläche des Substrats 1, auf denen die Verdrahtungen 41, 43, 45 gebildet werden, können somit von den anderen Bereichen in einem Ausmaß nach oben ragen, das der Schichtdicke jeder der Verdrahtungen 41, 43, 45 entspricht.
-
Ferner besteht hinsichtlich der Dicke des Abstützteils 25a, 23b eine Einschränkung dahingehend, dass dann, wenn diese zu dick ist, eine Reduzierung des Platzbedarfs nicht möglich ist, sowie dann, wenn diese zu dünn ist, es zu einem Ausfall in der elektrischen Verbindung zwischen dem Massenkörper 21 und der Verdrahtung 41 durch die Streifen 25 sowie der elektrischen Verbindung zwischen den feststehenden Elektroden 23 und den Verdrahtungen 43, 45 kommen könnte.
-
Ferner ist hinsichtlich der Breite der Verdrahtungen 43, 45 zu erwähnen, dass diese zum Einsparen von Platz dünner ausgebildet ist. Aus diesem Grund sind die Abstützteile 23b der feststehenden Elektroden 23 auf den Verdrahtungen 43, 45 mit einer Dicke ausgebildet, die der Breite der Verdrahtungen 43, 45 nahezu entspricht. Folglich befindet sich zumindest ein Bereich des Umfangsrands des Abstützteils 23b über den äußeren Rändern der Verdrahtungen 43, 45.
-
Ferner können die feststehenden Elektrodenbereiche 23a in dem genannten einen Bereich nach außen ragen und sich in einem dünnen, stangenartigen Zustand in Richtung von dem Rand der Verdrahtungen 43, 45 weg erstrecken. Hierbei werden der Massenkörper 21 und die Streifen 25 in einem Bereich gebildet, der von dem äußeren Rand der Verdrahtung 41 umgeben wird.
-
Gemäß einer derartigen Konfiguration des Halbleiter-Beschleunigungssensors 1 werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Massenkörper 21, die Streifen 25 sowie die feststehenden Elektroden 23 durch das nachfolgend erläuterte Herstellungsverfahren gebildet.
-
Zuerst wird in der in 3 gezeigten Weise eine Opferschicht 51 auf dem Substrat 1 gebildet. In diesem Fall wird die Schichtdicke E der Opferschicht 51 auf einen Wert festgelegt, der in etwa das Zweifache der Distanz D zwischen dem Substrat 1 und dem Massenkörper 21 sowie den feststehenden Elektrodenbereichen 23a beträgt. Die Opferschicht 51 wird durch eine Oxidschicht gebildet, wobei es sich zum Beispiel um PSG oder um BPSG handelt.
-
Anschließend wird ein Rückätzvorgang ausgeführt, durch den die Oberfläche der Opferschicht 51 derart abgetragen wird, dass in der in 4 gezeigten Weise die Oberfläche der Opferschicht 51 eben ausgebildet wird und die Schichtdicke E der Opferschicht 51 auf einen Wert eingestellt wird, der gleich der Distanz D ist.
-
Dann werden Bereiche der Opferschicht 51, in denen die Abstützteile 25a, 23b gebildet werden sollen, selektiv entfernt, um Verankerungsöffnungsteile 51a zu bilden. Auf diese Weise erhält man die in 5 gezeigte Konstruktion. Zu diesem Zeitpunkt liegen auf dem Boden des Verankerungsöffnungsteils 51a die Kontaktbereiche 41b, 43a, 45a der Verdrahtungen 41, 43, 45 durch den Fensterbereich 47a und die Öffnungen 47b, 47c der Nitridschicht 47 hindurch frei.
-
Wie in 6 gezeigt, wird eine Dünnschichtlage 53 auf die verbliebene Opferschicht 51 und das durch das Verankerungsöffnungsteil 51a hindurch freiliegende Substrat 1 unter Verwendung eines leitfähigen Materials aufgebracht, wobei es sich zum Beispiel um dotiertes Polysilizium handelt.
-
Die Schichtdicke dieser Dünnschichtlage 53 wird auf einen größeren Wert eingestellt als die Schichtdicke E der Opferschicht 51, die eingeebnet worden ist. Folglich wird das Innere des Verankerungsöffnungsteils 51a vollständig mit der Dünnschichtlage 53 gefüllt.
-
Daran anschließend wird die Dünnschichtlage 53 selektiv entfernt und strukturiert, so dass verbleibende Bereiche der Dünnschichtlage 53 den Massenkörper 21, die Streifen 25 und die feststehenden Elektroden 23 bilden können. In diesem Fall können diejenigen Bereiche der verbliebenen Bereiche, die in das Innere des Verankerungsöffnungsteils 51a gepasst sind, die Abstützteile 25a, 23b bilden, und die auf der Opferschicht 51 befindlichen Bereiche können den Massenkörper 21, den Federbereich 25c, die Kopplungsbereiche 25b sowie die feststehenden Elektrodenbereiche 23a bilden. Anschließend wird die Opferschicht 51 entfernt, so dass man eine Konstruktion erhält, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist.
-
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß dem Vergleichsbeispiel nach der Ausbildung der Opferschicht 51 mit einer Schichtdicke E, die größer ist als ein vorbestimmter Wert, die Oberfläche der Opferschicht 51 abgetragen, so dass die Oberfläche der Opferschicht 51 eingeebnet ist und die Schichtdicke E der Opferschicht 51 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird; auf diese Weise wird es möglich, die Oberfläche der Opferschicht 51 eben auszubilden und den Einfluss einer unregelmäßigen Ausbildung der Oberfläche des Substrats 1 zu eliminieren.
-
Da der Massenkörper 21, die Streifen 25 und die feststehenden Elektroden 23 unter Verwendung der eine ebene Oberfläche aufweisenden Opferschicht 51 gebildet werden können, ist es daher möglich, die Bildung eines unerwünschten Halsbereichs an dem Massenkörper 21, den Streifen 25 und den feststehenden Elektroden 23 aufgrund einer unregelmäßigen Ausbildung der Oberfläche der Opferschicht 51 zu verhindern, so dass sich folglich die Festigkeit und die Zuverlässigkeit des Sensorteils 3 verbessern lassen.
-
Insbesondere wird jede feststehende Elektrode 23 derart ausgebildet, dass sie die äußeren Ränder der Verdrahtungen 43 und 45 an dem Verbindungsbereich zwischen dem Abstützteil 23b und dem feststehenden Elektrodenbereich 23a überbrückt; bei der Herstellung jeder feststehenden Elektrode 23 unter Verwendung des herkömmlichen Herstellungsverfahrens wird somit ein Halsbereich in dem Verbindungsbereich zwischen dem feststehenden Elektrodenbereich 23a und dem Abstützteil 23b gebildet, so dass eine Beeinträchtigung der Stoßfestigkeit der feststehenden Elektrode 23 hervorgerufen wird.
-
Gemäß dem Herstellungsverfahren des vorliegenden Vergleichsbeispiels werden die feststehenden Elektroden 23 jedoch ohne die Ausbildung irgendeines Halsbereichs gebildet, so dass sich die Stoßfestigkeit der feststehenden Elektroden 23 verbessern lässt.
-
Da ferner die Schichtdicke der Dünnschichtlage 53 größer gewählt wird als die Schichtdicke E der eingeebneten Opferschicht 51, kann das Innere des Verankerungsöffnungsteils 51a mit der Dünnschichtlage 53 gefüllt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Rand einer Öffnung des Verankerungsöffnungsteils 51a der Opferschicht 51 eine Reduzierung der Dicke des dem Rand entsprechenden Bereichs der Streifen 25 und der feststehenden Elektroden 23 hervorruft und daraus eine Beeinträchtigung der Festigkeit resultiert.
-
2. Ausführungsbeispiel
-
Der Halbleiter-Beschleunigungssensor, der unter Verwendung des Herstellungsverfahrens für einen Dünnschicht-Konstruktionskörper gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gebildet wird, unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Halbleiter-Beschleunigungssensor, der in 1 und 2 dargestellt ist, lediglich darin, dass die Verdrahtungen 41, 43, 45 im Wesentlichen in die Oberfläche des Substrats 1 eingebettet sind.
-
Hinsichtlich des Halbleiter-Beschleunigungssensors, bei dem das Herstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommt, werden somit diejenigen Teile, bei denen es sich um den in 1 und den in 2 dargestellten Halbleiter-Beschleunigungssensor entsprechende Teile handelt, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine nochmalige Beschreibung davon verzichtet wird.
-
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verdrahtungen 41, 43, 45 in die Oberfläche des Substrats 1 eingebettet, so dass die Oberfläche des Substrats 1 eben ausgebildet ist, wobei es durch Bildung der Opferschicht 51 auf dem Substrat 1 möglich wird, eine Opferschicht 51 zu erzielen, die ohne Ausführung einer speziellen Behandlung an dieser, wie zum Beispiel eines Rückätzvorgangs, eine ebene Oberfläche aufweist.
-
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 erfolgt nun eine ausführliche Beschreibung des Umfangs dieses Ausführungsbeispiels. 7 zeigt einen Zustand, in dem der Halbleiter-Beschleunigungssensor fertig ausgebildet ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die 7 bis 12 nur einen Bereich zeigen, in dem die Verdrahtung 43 der Verdrahtungen 41, 43, 45 gebildet wird.
-
Zuerst wird eine Oxidschicht 33 auf einem Substrathauptkörper 31 gebildet, und eine nutartige Vertiefung 33a wird in einem den Verdrahtungen 41, 43, 45 entsprechenden Bereich auf der Oberfläche der Oxidschicht 33 gebildet. Auf diese Weise erhält man eine Konstruktion, wie sie in 8 dargestellt ist.
-
Darauf folgend wird eine leitfähige Schicht 55, die für die Verdrahtungen 41, 43, 45 verwendet wird, auf der Oxidschicht 33 gebildet. Auf diese Weise erhält man eine Konstruktion, wie sie in 9 gezeigt ist. Bei dem Material für diese leitfähige Schicht 55 handelt es sich um das gleiche Material wie für die Verdrahtungen 41, 43, 45, und seine Schichtdicke ist der Tiefe der Nut oder Vertiefung 33a entsprechend gewählt.
-
Die leitfähige Schicht 55 wird anschließend unter Verwendung eines nicht gezeigten Maskenmusters entfernt und strukturiert. Dabei wird ein Bereich mit Ausnahme eines Bereichs 55a der leitfähigen Schicht 55 entfernt, der sich mit einer vorbestimmten Spaltbeabstandung F von jedem der seitlichen Ränder 33b der Vertiefung 33a im Inneren der Vertiefung 33a befindet. Dadurch erhält man eine Konstruktion, wie sie in 10 gezeigt ist.
-
Diese Verdrahtungen 41, 43, 45 werden durch diesen verbleibenden Bereich 55a gebildet. In diesem Fall liegen die Oberfläche der Verdrahtungen 41, 43, 45 sowie die Oberfläche der Oxidschicht 33 auf der gleichen Ebene bzw. dem gleichen Niveau.
-
Auf diese Weise wird jede der Verdrahtungen 41, 43, 45 im Inneren der Vertiefung 33a mit einem der Spaltbeabstandung F von jedem der seitlichen Ränder 33b entsprechenden Rand gebildet, so dass es möglich wird, die Verdrahtungen 41, 43, 45 mit ebener Oberfläche und gleichmäßiger Schichtdicke auszubilden. Der Wert der Spaltbeabstandung F ist auf nicht mehr als 0,5 μm festgesetzt und beträgt zum Beispiel 0,3 μm. In diesem Fall wird ein der Abmessung F entsprechender Spalt 57 zwischen dem Umfangsbereich jeder der Verdrahtungen 41, 43, 45 und jedem der seitlichen Ränder 33b der Vertiefung 33a gebildet.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass bei einem Versuch zum Erzielen einer ausreichenden Wirkung durch Verhindern der Bildung eines vorstehenden Teils auf der Oberfläche des Substrats 1 aufgrund des Einflusses jeder der Verdrahtungen 41, 43, 45, die Tiefe der Vertiefung 33a einen größeren Wert erhalten kann als die Schichtdicke jeder der Verdrahtungen 41, 43, 45.
-
In diesem Fall befindet sich die Oberfläche der Verdrahtung 41, 43, 45 unterhalb der Oberfläche der Oxidschicht 33. Diese Anordnung ermöglicht jedoch, die Bildung eines vorstehenden Teils auf der Oberfläche des Substrats 1 aufgrund des Einflusses jeder Verdrahtung 41, 43, 45 zu verhindern.
-
Anschließend wird eine Nitridschicht 47 auf dem gesamten Oberflächenbereich des Substrats 1 in einer die Verdrahtungen 41, 43, 45 überdeckenden Weise gebildet. Auf diese Weise erhält man eine Konstruktion, wie sie in 11 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Innere des Spalts 57 mit der Nitridschicht 47 gefüllt. Anschließend wird die Nitridschicht 47 unter Verwendung eines nicht gezeigten Maskenmusters selektiv entfernt; auf diese Weise werden ein Fensterbereich 47a und Öffnungen 47b, 47c gebildet.
-
Hierbei wird die Schichtdicke der Nitridschicht 47 derart dünn ausgebildet, dass eine Stufendifferenz, die auf der Oberfläche des Substrats 1 durch den Einfluss ihres Umfangsrands hervorgerufen wird, im Wesentlichen vernachlässigbar wird und die Schichtdicke auf einen gleichmäßigen Wert gesetzt wird. Daher weist die Oberfläche des Substrats 1 einen im wesentlichen ebenen Zustand auf.
-
Wie in 12 gezeigt ist, wird anschließend eine Opferschicht 51 auf dem in dieser Weise ausgebildeten Substrats 1 mit einer Schichtdicke G gebildet. Diese Schichtdicke G ist auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt, der einem Spalt D entspricht. Da die Oberfläche des Substrats 1 im Wesentlichen eben ist, wird die Oberfläche der Opferschicht in einem ebenen Zustand gehalten, ohne dass die Notwendigkeit zu einer Spezialbehandlung, wie zum Beispiel einem Rückätzvorgang, besteht.
-
Hinsichtlich der nachfolgenden Vorgänge werden die gleichen Vorgänge ausgeführt, wie diese in den 5 und 6 dargestellt sind; die Beschreibung hiervon erfolgt somit nur kurz. Nach der Ausbildung der Opferschicht 51 in der vorstehend beschriebenen Weise werden Bereiche der Opferschicht 51, auf denen die Abstützteile 25a, 23b gebildet werden sollen, selektiv entfernt, so dass ein Verankerungsöffnungsteil 51a gebildet wird.
-
Als nächstes wird eine Dünnschichtlage 53 auf die verbliebene Opferschicht 51 und das durch das Verankerungsöffnungsteil 51a hindurch freiliegende Substrat 1 unter Verwendung eines leitfähigen Materials, wie zum Beispiel dotiertes Polysilizium, aufgebracht. Anschließend wird die Dünnschichtlage 53 selektiv entfernt und strukturiert, so dass verbleibende Bereiche der Dünnschichtlage 53 den Massenkörper 21, die Streifen 25 und die feststehenden Elektroden 23 bilden können.
-
In diesem Fall können die Bereiche der verbliebenen Teile, die in das Innere des Verankerungsöffnungsteils 51a eingepasst sind, die Abstützteile 25a, 23b bilden, und die auf der Opferschicht 51 befindlichen Bereiche können den Massenkörper 21, den Federbereich 25c, die Kopplungsbereiche 25b und die feststehenden Elektrodenbereiche 23a bilden. Anschließend wird die Opferschicht 51 entfernt, so dass man eine Konstruktion erhält, wie sie in 7 dargestellt ist.
-
Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel die Verdrahtungen 41, 43, 45 in die Vertiefung 33a eingebettet, die die gleiche Tiefe wie die Schichtdicke der auf der Oberfläche des Substrats 1 vorgesehenen Verdrahtungen 41, 43, 45 aufweist; auf diese Weise ist es möglich, die Oberfläche des Substrats 1 eben auszubilden, und somit lässt sich auch eine Opferschicht 51 mit einer ebenen Oberfläche bilden, ohne dass die Notwendigkeit zur Ausführung einer komplexen Einebnungsbehandlung an der Opferschicht 51 besteht.
-
Danach werden der Massenkörper 21, die Streifen 25 und die feststehenden Elektroden 23 unter Verwendung dieser Opferschicht 51 gebildet, so dass man die gleichen Effekte erzielt, wie bei dem vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel.
-
Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der Verdrahtungen 41, 43, 45 mit einem einer Spaltbeabstandung F entsprechenden Rand von jedem der seitlichen Ränder 33b der Vertiefung 33a in Richtung auf das Innere der Vertiefung 33a ausgebildet, so dass sich die Verdrahtungen 41, 43, 45 mit einer ebenen Oberfläche und einer gleichmäßigen Schichtdicke bilden lassen. Selbst wenn die Nitridschicht 47 mit einer gleichmäßigen Schichtdicke gebildet wird, lässt sich somit die Oberfläche des Substrats 1 in effektiverer Weise eben ausbilden, so dass sich auch die Oberfläche der Opferschicht 51 weiter einebnen lässt.
-
Die vorliegende Erfindung ist zwar ausführlich beschrieben worden, jedoch dient die vorliegende Beschreibung in jeder Hinsicht der Erläuterung und ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, dass zahlreiche, nicht dargestellte Modifikationen im Umfang der vorliegenden Erfindung aufgegriffen werden können.
