DE102004015237B4

DE102004015237B4 - Sensor mit Vorsprung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004015237B4
Application number: DE102004015237.3A
Authority: DE
Inventors: Makiko Sugiura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: DE102004015237A1; US20040187592A1; JP4455831B2; US7111513B2; JP2004294401A

Abstract

Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, welcher aufweist: einen eine Unterseite aufweisenden beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b); an der Unterseite des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) angeordnete Vorsprünge (20); eine ortsfeste Elektrode (1, 1a, 1b); und ein Substrat (10, 10a, 10c), das in einer durch eine x-Richtung und y-Richtung festgelegten Ebene liegt und welches den beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) beweglich stützt, wobei der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) eine bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) enthält, welche der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) derart zugewandt ist, dass die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) von der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) um einen vorbestimmten Abstand getrennt ist, der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) über dem Substrat (10, 10a, 10c) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist, die Vorsprünge (20) derart auf das Substrat (10, 10a, 10c) zu vorspringen, dass die Vorsprünge verhindern, dass der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) an dem Substrat (10, 10a, 10c) anhaftet, der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) Bereiche (2c, 3c) enthält, welche im Vergleich mit anderen Bereichen des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) größere Breiten aufweisen derart, dass ein erster Bereich (2c) von den anderen Bereichen aus auf die ortsfeste Elektrode (1, 1a, 1b) zu in x-Richtung vorspringt, und dass ein zweiter Bereich (3c) eine Konvexität in y-Richtung enthält, der erste Bereich (2c) verhindert, dass die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) an der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) anhaftet, die Vorsprünge (20) lediglich an der Unterseite der Bereiche (2c, 3c) des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) gebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, welcher einen Vorsprung aufweist und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe wie zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, welcher auf der Grundlage einer Kapazität zwischen einer ortsfesten und einer beweglichen Elektrode eine Beschleunigung erfasst, ist in der JP 2001-153882 A offenbart. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor und ist zum Verarbeiten einer Vorderseitenoberfläche eines Substrats vorgesehen.
In dem obigen Beschleunigungssensor ist ein Abstand zwischen beweglichen Abschnitten und einem Substrat verglichen mit einem Beschleunigungssensor zum Verarbeiten einer Rückseitenoberfläche eines Substrats schmal. Die beweglichen Abschnitte sind in Übereinstimmung mit der Beschleunigung beweglich und sind z. B. die bewegliche Elektrode, ein massiver Abschnitt und eine Feder. Wird eine übermäßige Beschleunigung auf den Sensor ausgeübt oder beeinflusst Feuchtigkeit oder elektrostatische Kraft den Sensor, können die beweglichen Abschnitte deshalb in einem Fall an dem Substrat haften, in dem sie sich dem Substrat nähern.
Deshalb weist der Sensor einen derartigen auf dem Substrat angeordneten Vorsprung auf, dass die beweglichen Abschnitte davon abgehalten werden, an dem Substrat zu haften. Es ist jedoch zum Bilden des Vorsprungs auf dem Substrat ein zusätzlicher Prozess erforderlich. Es sind z. B. ein Filmbeschichtungsprozess und ein Ätzprozess zum Bilden des Vorsprungs erforderlich, wodurch sich Herstellungskosten erhöhen.
Aus der US 5 679 436 A ist ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe bekannt, der einen eine Unterseite aufweisenden beweglichen Abschnitt und an der Unterseite des beweglichen Abschnitts angeordnete Vorsprünge enthält.
Aus der US 5 455 547 A ist ein mikromechanischer Resonator bekannt, der einen eine Unterseite aufweisenden beweglichen Abschnitt, an der Unterseite des beweglichen Abschnitts angeordnete Vorsprünge und ein Substrat enthält, das den beweglichen Abschnitt beweglich stützt.
Aus der DE 100 45 340 A1 ist ein Verfahren zum Fertigen eines Sensors zum Erfassen einer physikalischen Größe bekannt, welches die Schritte aufweist: Schichten eines zweiten Substrats auf ein erstes Substrat; erstes Ätzen des zweiten Substrats derart, dass eine Rille zwischen einem Bereich, in dem ein beweglicher Abschnitt zu bilden ist, und dem zweiten Substrat gebildet wird; und zweites Ätzen des zweiten Substrats derart, dass der bewegliche Abschnitt von dem ersten Substrat getrennnt wird und Vorsprünge an einer Unterseite des beweglichen Abschnitts gebildet werden.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist bekannt aus der US 6 105 428 A , der DE 199 21 863 A1 , der US 5 025 346 A und der US 5 767 405 A .
Es ist angesichts der oben erwähnten Probleme Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe bereitzustellen, bei welchem auf einfache Weise verhindert wird, dass ein beweglicher Abschnitt in horizontaler und vertikaler Richtung an benachbarten ortsfesten Abschnitten anhaftet. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Sensors bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Sensor weist einen beweglichen Abschnitt auf, welcher eine Unterseite und mehr als einen an der Unterseite des beweglichen Abschnitts angeordneten Vorsprung aufweist. Der Vorsprung ist ohne Hinzufügen eines Herstellungsprozesses vorgesehen, so dass Herstellungskosten reduziert werden.
Der Vorsprung ist durch einen zurückbleibenden Abschnitt vorgesehen, welcher ungeätzt zurückbleibt, wenn der bewegliche Abschnitt durch Ätzen gebildet wird. Weiter vorzugsweise weist der Sensor ferner ein Substrat auf, um den beweglichen Abschnitt beweglich zu stützen. Der bewegliche Abschnitt ist über dem Substrat mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet. Der Vorsprung ragt derart in Richtung des Substrats hervor, dass der Vorsprung den beweglichen Abschnitt davon abhält, an dem Substrat zu haften. Der bewegliche Abschnitt weist ein Teil auf, welches verglichen mit anderen Teilen des beweglichen Abschnitts eine große Breite aufweist. Der Vorsprung ist an der Unterseite des Teils des beweglichen Abschnitts angeordnet und wird gleichzeitig zusammen mit dem beweglichen Abschnitt in einem Fall gebildet, in dem der bewegliche Abschnitt von dem Substrat durch Ätzen entfernt wird. Weiter vorzugsweise bleibt das Teil des beweglichen Abschnitts in einem Fall zurück, in dem der bewegliche Abschnitt derart durch isotropes Ätzen gebildet wird, dass der Vorsprung durch einen zurückbleibenden Abschnitt des Teils des beweglichen Abschnitts vorgesehen ist.
Der bewegliche Abschnitt weist ein Teil auf, welches verglichen mit anderen Teilen des beweglichen Abschnitts eine große Breite aufweist. Der Vorsprung ist an der Unterseite des Teils des beweglichen Abschnitts angeordnet. Weiter vorzugsweise ist das Teil des beweglichen Abschnitts durch eine Konvexität vorgesehen, welche in eine Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts hervorragt.
Der Sensor weist ferner eine ortsfeste Elektrode auf. Der bewegliche Abschnitt weist eine bewegliche Elektrode auf, welche der ortsfesten Elektrode derart gegenüberliegt, dass ein eine Kapazität aufweisender Kondensator zwischen der ortsfesten und der beweglichen Elektrode vorgesehen ist. Die physikalische Größe ist auf der Grundlage der Kapazität erfassbar. Weiter vorzugsweise wird die ortsfeste Elektrode auf dem Substrat gestützt und der bewegliche Abschnitt auf dem Substrat beweglich gestützt. Die Konvexität ragt derart von der beweglichen Elektrode aus in Richtung der ortsfesten Elektrode hervor, dass die bewegliche Elektrode davon abgehalten wird, an der ortsfesten Elektrode zu haften.
Es ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors zum Erfassen einer physikalischen Größe vorgesehen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Schichten eines zweiten Substrats auf ein erstes Substrat; derartiges erstes Ätzen des zweiten Substrats, dass eine Rille zwischen einem Bereich, in dem ein beweglicher Abschnitt zu bilden ist, und dem zweiten Substrat gebildet wird, wobei die Rille ein Teil aufweist, welcher verglichen mit anderen Teilen der Rille schmal ist, so dass der Bereich, in dem ein beweglicher Abschnitt zu bilden ist, eine Konvexität aufweist; und derartiges zweites Ätzen des zweiten Substrats, dass ein die Konvexität aufweisender beweglicher Abschnitt von dem ersten Substrat getrennt wird und mehr als ein Vorsprung an einer Unterseite der Konvexität gebildet wird.
Bei dem gemäß des obigen Verfahrens hergestellten Sensor ist der Vorsprung ohne Hinzufügen eines Herstellungsprozesses vorgesehen, so dass Herstellungskosten reduziert werden.
Der Vorsprung ragt derart von der Konvexität des beweglichen Abschnitts aus in Richtung des ersten Substrats hervor, dass der Vorsprung den beweglichen Abschnitt davon abhält, an dem Substrat zu haften. Der Vorsprung ist durch einen zurückbleibenden Abschnitt des zweiten Substrats vorgesehen, welcher bei dem Schritt des zweiten Ätzens des zweiten Substrats zurückbleibt.
Es wird eine ortsfeste Elektrode bei den Schritten des ersten und des zweiten Ätzens gebildet. Der bewegliche Abschnitt weist eine bewegliche Elektrode auf, welche derart der ortsfesten Elektrode gegenüberliegt, dass ein eine Kapazität aufweisender Kondensator zwischen der ortsfesten und der beweglichen Elektroden vorgesehen ist. Die physikalische Größe ist auf der Grundlage der Kapazität erfassbar.
Die Aufgabe, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehr ersichtlich, welche unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wird, und in der:
1 eine Draufsicht eines Sensors zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht des Sensors entlang der Linie II-II aus 1 zeigt;
3A bis 3C Querschnittsansichten zeigen, welche ein Verfahren zum Herstellen des Sensors gemäß der bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen;
4 eine Draufsicht eines weiteren Sensors zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einer Modifikation der bevorzugten Ausführungsform zeigt;
5 eine Perspektivansicht eines Vergleichssensors zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
6 eine Querschnittsansicht des Vergleichssensors gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Als Vergleich wurde von dem Erfinder zunächst ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe hergestellt. Der Sensor wird z. B. als Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazität zwischen einer ortsfesten Elektrode und einer beweglichen Elektrode verwendet. Folglich ist der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor.
Es gibt zwei Sensortypen zum Erfassen einer physikalischen Größe. Einer ist ein Beschleunigungssensor zum Verarbeiten einer Rückseite eines Substrats und der andere ein Beschleunigungssensor zum Verarbeiten einer Vorderseite eines Substrats. Die Chipgröße des Beschleunigungssensors zum Verarbeiten der Vorderseite ist kleiner als die Chipgröße des Beschleunigungssensors zum Verarbeiten der Rückseite. 5 und 6 zeigen den Beschleunigungssensor 101 zum Verarbeiten einer Vorderseite eines Substrats, welcher zum Vergleich gebildet worden ist.
Der Sensor 101 weist ein Halbleitersubstrat 10 auf, welches aus einem Siliziumsubstrat 10a und einem aus Siliziumoxid bestehenden Oxidfilm 10c gebildet ist. Es wird derart eine Rille in dem Substrat 10 gebildet, dass mehrere ortsfeste Elektroden 1 und mehrere bewegliche Elektroden 2 gebildet werden. Die ortsfesten Elektroden 1 liegen den beweglichen Elektroden 2 derart in X-Richtung (d. h. eine Beschleunigungserfassungsrichtung) gegenüber, dass sie einen eine Kapazität aufweisenden Kondensator vorsehen. Die beweglichen Elektroden 2 sind durch mehrere Kamm-Zahn-Elektrodenpaare vorgesehen, welche sich in Y-Richtung erstrecken. Die Y-Richtung verläuft rechtwinklig zur X-Richtung. Ein massiver Abschnitt 3 erstreckt sich in X-Richtung. Die beweglichen Elektroden 2 ragen von der massiven Elektrode 3 aus hervor. Ein Federnpaar 4 ist an beiden Enden der massiven Elektrode 3 angeordnet. Die Feder 4 ist in X-Richtung beweglich und weist ein eine Schleife aufweisendes Balkenpaar auf.
Die Feder 4 wird in X-Richtung verschoben, wenn die Beschleunigung in X-Richtung auf den Sensor 101 ausgeübt wird. Folglich ändert sich ein Abstand zwischen der ortsfesten Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2, so dass sich die Kapazität zwischen ihnen ebenso ändert. Die von der beweglichen Elektrode 2 stammende Kapazitätsänderung wird in eine Spannung umgewandelt. Auf diese Weise wird die Beschleunigung erfasst.
In dem Beschleunigungssensor 101 zum Verarbeiten einer Vorderseite ist ein Abstand zwischen beweglichen Abschnitten und dem Substrat 10 verglichen mit dem Beschleunigungssensor zum Verarbeiten einer Rückseite eines Substrats schmal. Der Abstand ist z. B. einige Mikrometer groß. Die beweglichen Abschnitte sind z. B. die bewegliche Elektrode 2, der massive Abschnitt 3 und die Feder 4, welche alle in Übereinstimmung mit der Beschleunigung beweglich sind. Wird eine übermäßige Beschleunigung auf den Sensor 101 ausgeübt oder beeinflusst Feuchtigkeit oder elektrostatische Kraft den Sensor 101, können die beweglichen Abschnitte deshalb in einem Fall an dem Substrat 10 haften, bei dem sie sich dem Substrat 10 nähern.
Angesichts des obigen Vergleichs ist ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor zum Verarbeiten einer Vorderseite eines Substrats. Die 1 und 2 zeigen den Sensor 100, welcher bewegliche Abschnitte wie z. B. einen massiven Abschnitt 3 und mehrere bewegliche Elektroden 2 aufweist. Der massive Abschnitt 3 erstreckt sich in X-Richtung, welche eine Beschleunigungserfassungsrichtung ist. Die beweglichen Elektroden 2 ragen von dem massiven Abschnitt 3 aus in Y-Richtung hervor, welche sich rechtwinklig zur X-Richtung erstreckt. Die beweglichen Elektroden 2 sind parallel zueinander angeordnet und weisen eine bewegliche Elektrode 2a auf der linken Seite und eine bewegliche Elektrode 2b auf der rechten Seite auf. Federn 4 sind an beiden Enden des massiven Abschnitts 3 in X-Richtung angeordnet, wobei die Federn 4 aus einer Feder 4a an einer oberen Seite und einer Feder 4b an einer unteren Seite bestehen und in Übereinstimmung mit der Beschleunigung beweglich sind. Die Federn 4 werden durch Anker 6 auf einem aus Silizium bestehenden Halbleitersubstrat 10 gestützt. Die Anker 6 bestehen aus einem Anker 6a an einer oberen Seite und einem Anker 6b an einer unteren Seite. Die ortsfesten Elektroden 1 weisen eine ortsfeste Elektrode 1a auf der linken Seite und eine ortsfeste Elektrode 1b auf der rechten Seite auf. Die ortsfeste Elektrode 1a auf der linken Seite liegt der beweglichen Elektrode 2a auf der linken Seite derart gegenüber, dass ein Paar aus einer ortsfesten und einer beweglichen Elektrode 1a, 2a auf dem Substrat gebildet ist. Die ortsfeste Elektrode 1b auf der rechten Seite liegt der beweglichen Elektrode 2b auf der rechten Seite derart gegenüber, dass ein weiteres Paar aus einer ortsfesten und einer beweglichen Elektrode 1b, 2b auf dem Substrat 10 bildet ist.
Die Feder 4 wird verschoben, wenn die Beschleunigung in X-Richtung auf den Sensor 100 ausgeübt wird. Dadurch ändert sich eine Kapazität zwischen der beweglichen und der ortsfesten Elektrode 1, 2. Die Kapazitätsänderung wird durch eine äußeren Schaltung wie z. B. eine ”Switched-Capacitor-Schaltung” (SC-Schaltung) in eine Spannung umgewandelt. Folglich wird die Spannung derart ausgegeben, dass der Sensor die Beschleunigung als die Ausgangsspannung erfasst.
Der Sensor 100 weist ferner derart mehrere Vorsprüngen 20 auf, dass die beweglichen Abschnitte davon abgehalten werden, an dem Substrat 10 zu haften. Diese Vorsprünge 20 werden an den beweglichen Abschnitten ohne Erhöhung eines zusätzlichen Herstellungsprozesses gebildet. Um die Vorsprünge 20 zu bilden, weisen die beweglichen Abschnitte ein vorbestimmtes Muster wie folgt auf. Insbesondere die beweglichen Abschnitte weisen teilweise breite Abschnitte auf, an deren Unterseite die Vorsprünge angeordnet sind. Z. B. weist die bewegliche Elektrode 2 eine in X-Richtung hervorragende Konvexität 2c auf. Der massive Abschnitt 3 weist eine in Y-Richtung hervorragende Konvexität 3c auf. Der Vorsprung 20 wird an der Unterseite der Konvexität 2c, 3c sowohl von der beweglichen Elektrode 2 als auch von der Elektrode 3 gebildet.
Hierbei werden der Vorsprung 20 und die Konvexitäten 2c, 3c gleichzeitig zusammen mit den beweglichen Abschnitten gebildet, und zwar, wenn die beweglichen Abschnitte durch Ätzen gebildet werden. Wie in 1 gezeigt, ist die Konvexität 2c der beweglichen Elektrode 2 derart vorgesehen, dass sie die Breite der beweglichen Elektrode in X-Richtung vergrößert. Die Konvexität 3c des massiven Abschnitts 3 ist derart vorgesehen, dass sie die Breite des massiven Abschnitts 3 in Y-Richtung vergrößert. Der massive Abschnitt 3 weist derart mehrere Öffnungen auf, dass die Konvexität 3c in Richtung der Öffnung hervorragt. Die Konvexität 2c ragt mit einem vorbestimmten Wert von der beweglichen Elektrode 2 aus hervor, welcher kleiner als ein Abstand zwischen der ortsfesten und der beweglichen Elektrode 1, 2 ist. Es wird z. B. in einem Fall, in dem der minimale Abstand zwischen der ortsfesten und der beweglichen Elektrode 1, 2 einen Wert von 4 μm aufweist, der Wert des Vorsprungs der Konvexität 2c kleiner oder gleich 1 μm gesetzt. Vorzugsweise wird der Wert auf ungefähr 0,5 μm gesetzt. Ferner ragt die Konvexität 3c mit einem vorbestimmten Wert in Richtung der Öffnung des massiven Abschnitts 3 hervor, welcher kleiner als eine Breite der Öffnung in Y-Richtung ist. Es wird z. B. in einem Fall, in dem die Öffnung des massiven Abschnitts 3 eine Breite von 4 μm in Y-Richtung aufweist, der Wert des Vorsprungs der Konvexität 3c kleiner oder gleich 1 μm gesetzt. Vorzugsweise wird der Wert auf ungefähr 0,5 μm gesetzt.
Nachstehend wird ein Prozess zum Herstellen des Vorsprungs 20 beschrieben. Die 3A bis 3C veranschaulichen den Herstellungsprozess. Wie in 3A gezeigt, weist das Substrat 10 das erste Siliziumsubstrat 10a, einen Oxidfilm 10c und das zweite Siliziumsubstrat 10b auf. Der Oxidfilm 10c ist zwischen dem ersten und dem zweiten Siliziumsubstrat 10a, 10b angeordnet. Zunächst wird ein Fotolack 11 auf das zweiten Siliziumsubstrats 10b aufgetragen. Der Fotolack 11 weist ein vorbestimmtes den beweglichen Abschnitten entsprechendes Muster auf. Wie in 3B gezeigt, wird das zweite Siliziumsubstrat 10b derart durch ein induktiv gekoppeltes Plasma-(ICP)ätzverfahren geätzt, dass das zweite Siliziumsubstrat 10b anisotrop geätzt wird. Somit wird eine vertikale Rille 12 in dem zweiten Siliziumsubstrat 10b gebildet. Die vertikale Rille 12 weist kein unterätzten Abschnitt auf. Folglich werden die Seitenoberflächen der beweglichen Abschnitte wie z. B. der beweglichen Elektrode 2, des massiven Abschnitts 3 und der Feder 4 gebildet.
Als nächstes wird das zweite Siliziumsubstrat 10b derart isotrop geätzt, dass ein Spalt 13 zwischen den beweglichen Abschnitten und dem Oxidfilm 10c gebildet wird. Es wird insbesondere ein Teil des zweiten Siliziumsubstrats 10b, welches unter einem Bereich angeordnet ist, in dem eine bewegliche Elektrode zu bilden ist, einem Bereich, in dem ein massiver Abschnitt zu bilden ist und einem Bereich, in dem eine Feder zu bilden ist, derart entfernt, dass die bewegliche Elektrode 2, der massive Abschnitt 3 und die Feder 4 gebildet werden. Es wird insbesondere ein zwischen den beweglichen Abschnitten und dem Oxidfilm 10c angeordnetes Teil des zweiten Siliziumsubstrats 10b durch isotropes Ätzen entfernt, d. h., auslösendes Ätzen zum Trennen der beweglichen Abschnitte von dem Oxidfilm 10c. Während dieses Prozesses benötigt ein eine große Leiterzugbreite aufweisender Bereich, welcher den Konvexitäten 2c, 3c entspricht, eine lange Ätzzeit, so dass ein vollständiges Ätzen des Bereichs eine längere Ätzzeit benötigt als bei anderen Bereichen, welche eine verhältnismäßig schmale Leiterzugbreite aufweisen. Deshalb wird in einem Fall einer kurzen Ätzzeit der Bereich nicht vollständig geätzt, welcher eine große Leiterzugbreite aufweist, so dass das Teil des zweiten unter dem Bereich angeordneten Siliziumsubstrats 10b ohne Ätzen zurückbleibt. Folglich wird das zurückbleibende zweite Siliziumsubstrat 10b derart durch die Ätzzeit gesteuert, dass der Vorsprung 20 an der Unterseite der beweglichen Teile gebildet wird. Somit kann der Vorsprung 20 gebildet werden, ohne einen zusätzlichen Prozess zum Bilden des Vorsprungs 20 hinzuzufügen. Ferner werden die Konvexitäten 2c, 3c derart gleichzeitig gebildet, dass die bewegliche Elektrode 2 davon abgehalten wird, an der ortsfesten Elektrode 1 in X-Richtung zu haften. Es kann insbesondere die Konvexität 2c die bewegliche Elektrode 2 davon abhalten, an der ortsfesten Elektrode 1 zu haften, weil der minimale Abstand zwischen der ortsfesten und der beweglichen Elektrode 1, 2 in X-Richtung durch Bilden der auf dem Vorsprung 20 angeordnete Konvexität 2a klein wird.
(Modifikationen)
Obwohl der Sensor 100 den Vorsprung 20 unter der beweglichen Elektrode 2 und dem massiven Abschnitt 3 angeordnet aufweist, kann der Sensor 100 den Vorsprung 20 unter der Feder 4 angeordnet aufweisen, wie in 4 gezeigt. In diesem Fall weist die Feder 4 eine Konvexität 4c auf, um den an der Unterseite der Konvexität 4c angeordneten Vorsprung 20 zu bilden. Die Konvexität 4c ragt von der Feder 4 aus ungefähr 1 μm hervor. In 4 ragt die Konvexität 4c der Feder 4 in die Schleife der Balken hervor. Ferner ragt die Konvexität 4c zu einer Außenseite der Schleife hervor. Insbesondere ragt die Konvexität 4c von der Seite der Schleife aus und von der Mitte des Balkens aus hervor. Folglich wird die Schleife 4 davon abgehalten, an dem Substrat 10 zu haften. Ferner werden die Balken durch die Konvexität 4c davon abgehalten, aneinander zu haften.
Obwohl der Sensor 100 zum Erfassen einer physikalischen Größe ein Beschleunigungssensor ist, kann der Sensor ein Winkelgeschwindigkeitssensor oder ein Winkelbeschleunigungssensor sein.
Solche Änderungen und Modifikationen sollen als mit in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einbezogen verstanden werden, sowie er durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.
Vorstehend wurde ein einen Vorsprung aufweisender Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart.
Es wird ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe geschaffen, welcher einen bewegliche Abschnitt 2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c aufweist. Der bewegliche Abschnitt 2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c weist eine Unterseite und einen an seiner Unterseite angeordneten Vorsprung 20 auf. Der Vorsprung 20 ist ohne Hinzufügen eines Herstellungsprozesses vorgesehen, so dass Herstellungskosten reduziert werden. Vorzugsweise ist der Vorsprung 20 durch einen zurückbleibenden Abschnitt vorgesehen, welcher ungeätzt zurückbleibt, wenn der bewegliche Abschnitt 2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c durch Ätzen gebildet wird.

Claims

Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, welcher aufweist: einen eine Unterseite aufweisenden beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b); an der Unterseite des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) angeordnete Vorsprünge (20); eine ortsfeste Elektrode (1, 1a, 1b); und ein Substrat (10, 10a, 10c), das in einer durch eine x-Richtung und y-Richtung festgelegten Ebene liegt und welches den beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) beweglich stützt, wobei der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) eine bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) enthält, welche der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) derart zugewandt ist, dass die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) von der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) um einen vorbestimmten Abstand getrennt ist, der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) über dem Substrat (10, 10a, 10c) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet ist, die Vorsprünge (20) derart auf das Substrat (10, 10a, 10c) zu vorspringen, dass die Vorsprünge verhindern, dass der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) an dem Substrat (10, 10a, 10c) anhaftet, der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) Bereiche (2c, 3c) enthält, welche im Vergleich mit anderen Bereichen des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) größere Breiten aufweisen derart, dass ein erster Bereich (2c) von den anderen Bereichen aus auf die ortsfeste Elektrode (1, 1a, 1b) zu in x-Richtung vorspringt, und dass ein zweiter Bereich (3c) eine Konvexität in y-Richtung enthält, der erste Bereich (2c) verhindert, dass die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) an der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) anhaftet, die Vorsprünge (20) lediglich an der Unterseite der Bereiche (2c, 3c) des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) gebildet sind.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (20) durch einen zurückbleibenden Abschnitt vorgesehen ist, welcher ungeätzt zurückbleibt, wenn der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a, 4b) durch Ätzen gebildet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) derart gegenüberliegt, dass ein eine Kapazität aufweisender Kondensator zwischen der beweglichen und der ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b, 2, 2a–2c) vorgesehen ist, und die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität erfassbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) eine Feder (4, 4a–4c) aufweist, die Feder (4, 4a–4c) in Übereinstimmung mit einer auf den Sensor ausgeübten Beschleunigung beweglich ist, und die Vorsprünge (20) zusätzlich in den Bereichen der Konvexität (4c) angeordnet sind und von der Feder (4, 4a–4c) aus hervorragen.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Beschleunigungssensor oder ein Winkelgeschwindigkeitssensor ist.
Verfahren zum Fertigen eines Sensors zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, welches folgende Schritte aufweist: Schichten eines zweiten Substrats (10b) über einen Oxidfilm (10c) auf ein erstes Substrat (10a, 10c); erstes Ätzen des zweiten Substrats (10b) derart, dass eine Rille (12) in dem zweiten Substrat (10b) zur Strukturierung eines beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) mit einer beweglichen Elektrode (2, 2a–2c) und zur Strukturierung einer ortsfesten Elektrode (1, 1a, 1b) gebildet wird, wobei der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) Bereiche (2c, 3c, 4c) enthält, welche im Vergleich mit anderen Bereichen des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) größere Breiten aufweisen; und zweites Ätzen des zweiten Substrats (10b) derart, dass der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) von dem ersten Substrat (10a, 10c) getrennt wird und gleichzeitig Vorsprünge (20) an einer Unterseite der Bereiche (2c, 3c, 4c) des beweglichen Abschnitts (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) gebildet werden, wobei die Vorsprünge (20) durch einen zurückbleibenden Abschnitt des zweiten Substrats (10b) gebildet werden, welcher bei dem Schritt des zweiten Ätzens des zweiten Substrats (10b) zurückbleibt, die Vorsprünge (20) derart auf das Substrat (10, 10a, 10c) zu vorspringen, dass verhindert wird, dass der bewegliche Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) an dem Substrat (10, 10a, 10c) anhaftet, das erste Substrat (10a, 10c) den beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) beweglich stützt, und der Oxidfilm (10c) zwischen dem ersten Siliziumsubstrat (10a) und dem beweglichen Abschnitt (2, 2a–2c, 3, 3c, 4, 4a–4c) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des ersten Ätzens des zweiten Substrats (10b) durch ein anisotropes Ätzverfahren vorgesehen ist, und der Schritt des zweiten Ätzens des zweiten Substrats (10b) durch ein isotropes Ätzverfahren vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des ersten Ätzens des zweiten Substrats (10b) durch ein induktiv gekoppeltes Plasmaätzverfahren vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfeste Elektrode (1, 1a, 1b) bei den Schritten des ersten und des zweiten Ätzens gebildet wird.