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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe, welcher die dynamische Größe auf der Grundlage einer Abstandsänderung zwischen beweglichen Elektroden und festen Elektroden erkennt.
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Beispielsweise offenbart die
DE 101 48 858 A1 ein Verfahren zum Selbsttest eines dynamischen Sensors, wobei zum Test die beweglichen Elektroden senkrecht zur Messrichtung ausgelenkt werden.
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Die
DE 689 10 641 T2 beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe. Dabei wird ein an einer festen Umfangsschicht angelegtes Potential geändert, während bestimmte Potentiale an feste Elektroden und an bewegliche Elektroden des Sensors angelegt werden. Dadurch wird eine Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden und einem Trägersubstrat des Sensors geändert und die beweglichen Elektroden in einer Richtung senrecht zum Trägersubstrat verschoben.
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In der
JP-A-11-326365 ist ein Halbleitersensor für eine dynamische Größe beschrieben, der vom Kapazitätsdifferenztyp mit ersten festen Elektroden und zweiten festen Elektroden ist, welche beweglichen Elektroden gegenüberliegen, um eine angelegte dynamische Größe auf der Grundlage einer Änderung der Kapazitätsdifferenz zwischen einer Kapazität durch die beweglichen Elektroden und die ersten festen Elektroden und einer Kapazität durch die beweglichen Elektroden und die zweiten festen Elektroden zu erkennen, welche mit einer Verschiebung der beweglichen Elektroden beim Anlegen der dynamischen Größe einhergeht.
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Bei diesem Halbleitersensor für eine dynamische Größe wird ein Siliziumsubstrat auf der unteren Seite eines SOI (silicon-on-insulator) als Trägersubstrat verwendet und in dem Siliziumsubstrat werden auf der oberen Seite durch Grabenätzen Gräben ausgebildet, um hierdurch die beweglichen Elektroden und festen Elektroden sowie umfangsseitige feste Abschnitte für die Elektroden auszubilden.
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Weiterhin weist ein Halbleitersensor für eine dynamische Größe des Kapazitätsdifferenzstyps einen umfangsseitigen festen Abschnitt auf, der auf dem Trägersubstrat entlang des Umfangsabschnittes des Trägersubstrates befestigt und gelagert ist, bewegliche Elektroden, welche auf dem Trägersubstrat an der Innenseite des umfangsseitigen festen Abschnittes angeordnet und relativ zur Substratoberfläche in einer horizontalen Richtung verschiebbar sind und erste feste Elektroden und zweite feste Elektroden auf, welche an dem Trägersubstrat an der Innenseite des umfangsseitigen festen Abschnittes befestigt und gelagert sind und über einen Erkennungsspalt den beweglichen Elektroden gegenüberliegen.
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Zwischen den beweglichen Elektroden und den ersten festen Elektroden ist eine erste Kapazität CS1 gebildet und zwischen den beweglichen Elektroden und den zweiten festen Elektroden ist eine zweite Kapazität CS2 gebildet, so daß die angelegte dynamische Größe auf der Grundlage einer Änderung der Kapazitätsdifferenz zwischen der ersten Kapazität C1 und der zweiten Kapazität CS2 erkannt wird, welche mit der Verschiebung der beweglichen Elektroden einhergeht, wenn die dynamische Größe angelegt wird.
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Von daher muß ein Halbleitersensor für eine dynamische Größe dieser Art überprüft werden, um zu bestimmen, ob der Erkennungskapazitätabschnitt zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden normal oder korrekt arbeitet.
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Insbesondere erfahren die beweglichen Elektroden eine Verschiebung in horizontaler Richtung relativ zur Oberfläche des Substrats bei dem Anliegen einer dynamischen Größe, wodurch sich der Abstand zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden als Begleiterscheinung dieser Verschiebung verändert und sich daher die Kapazität ändert. Wenn daher eine bestimmte dynamische Größe angelegt wird, wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine gewünschte Änderung in der Kapazität erhalten wird.
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Hierbei ist es bei den obigen Halbleitersensoren für eine dynamische Größe, bei denen die beweglichen Elektroden auf dem Trägersubstrat so angeordnet sind, daß sie einander beabstandet gegenüberliegen, notwendig, eine Überprüfung dahingehend durchzuführen, ob sich die beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates beim Anlegen einer dynamischen Größe normal verschieben oder bewegen.
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Wenn beispielsweise ein Fremdkörper zwischen den beweglichen Elektroden und dem Trägersubstrat vorhanden ist, bewegen sich die beweglichen Elektroden in einer Richtung des Trägersubstrates bei Anlegen der dynamischen Größe in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates und gelangen in Kontakt mit dem Fremdkörper, was zu einer fehlerhaften Verschiebung oder Bewegung führt.
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Bei einem Halbleitersensor für eine dynamische Größe wird für gewöhnlich eine ausgewählte Elektrode separat ausgebildet, um dem Trägersubstrat ein Potential zu verleihen, um dieses Potential an dem Trägersubstrat auszubilden, um jegliche anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates überprüfen zu können. In diesem Fall wird die Überprüfung dadurch möglich gemacht, daß eine elektrostatische Anziehungskraft aufgrund einer Potentialdifferenz erzeugt wird, welche zwischen dem Trägersubstrat und den beweglichen Elektroden auftritt.
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Die separate Ausbildung der ausgewählten Elektrode, um den Trägersubstrat ein Potential zu verleihen, ist jedoch angesichts der notwendigen Herstellungsschritte aufwendig und bewirkt, daß der Aufbau des Sensors komplizierter wird.
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Das obige Problem tritt nicht nur bei einem Halbleitersensor für eine dynamische Größe des obigen Kapazitätsdifferenztyps auf, sondern auch bei Halbleitersensoren für dynamische Größen, bei denen der umfangsseitige feste Abschnitt an dem Trägersubstrat vorgesehen ist, die beweglichen Elektroden und die festen Elektroden aneinander gegenüberliegend an der Innenseite hiervon angeordnet sind und die anliegende dynamische Größe auf der Grundlage einer Änderung in den Abständen zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden erkannt wird, wenn besagte dynamische Größe angelegt wird.
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Angesichts der oben genannten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates in einem Halbleitersensor für eine dynamische Größe überprüfen zu können, ohne daß eine ausgewählte Elektrode notwendig ist, welche dem Trägersubstrat ein Potential verleiht.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Überprüfungsverfahren mit den obigen Merkmalen wird das an dem umfangsseitigen festen Abschnitt angelegte Potential einfach variiert, während bestimmte Potentiale an die festen Elektroden und die beweglichen Elektroden angelegt werden, wodurch es möglich gemacht wird, die beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben. Es ist daher möglich, eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates überprüfen zu können, ohne daß eine ausgewählte Elektrode notwendig ist, welche am Trägersubstrat ein Potential ausbildet.
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Ferner wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Überprüfungsverfahren mit den obigen Merkmalen wird das an den umfangsseitigen festen Abschnitt angelegte Potential einfach geändert, während die an den festen Elektroden und den beweglichen Elektroden anliegenden Potentiale konstant gehalten werden, wodurch es möglich gemacht wird, die beweglichen Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben. Es ist daher möglich, eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu überprüfen, ohne daß eine ausgewählte Elektrode notwendig ist, welche an dem Trägersubstrat ein Potential ausbildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Überprüfungsverfahrens für einen Halbleitersensor für eine dynamische Größe ist eine Mehrzahl der beweglichen Elektroden in einer kammzahnartigen Form angeordnet und eine Mehrzahl der festen Elektroden ist in einer kammzahnartigen Form in Eingriff mit den Spalten der Kammzähne der beweglichen Elektroden angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Überprüfungsverfahrens für einen Halbleitersensor für eine dynamische Größe sind das Trägersubstrat, der umfangsseitig festgelegte Abschnitt, die beweglichen Elektroden und die festen Elektroden aus einem Siliziumhalbleiter.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Draufsicht auf den Gesamtaufbau eines Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine schematische Schnittdarstellung des Sensors entlang Linie II-II in 1;
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3 eine schematische Schnittdarstellung des Sensors entlang Linie III-III in 1;
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4 einen Schaltkreis für einen Detektorschaltkreis zur Erkennung der Beschleunigung bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor von 1;
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5A und 5B jeweils Ansichten, wie eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden in Richtung eines Pfeiles Z überprüft wird;
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6A die Kapazitäten an verschiedenen Abschnitten des Sensors von 1 und 6B einen Schaltkreis einer Beziehung zwischen den Kapazitäten von 6A; und
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7 eine graphische Darstellung von Änderungen im Potential V5, welches an einem Trägersubstrat ausgebildet wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei gleiche oder einander entsprechende Teile oder Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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In der exemplarischen dargestellten Ausführungsform ist der Halbleitersensor für eine dynamische Größe ein Beschleunigungssensor des Kapazitätsdifferenztyps. Der Halbleiterbeschleunigungssensor kann beispielsweise für einen Beschleunigungssensor und einen Gyrosensor in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um die Arbeitsweisen von Airbag, ABS, VSC etc. zu steuern.
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[Aufbau des Sensors]
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1 ist eine Draufsicht, welche schematisch den Gesamtaufbau eines Halbleiterbeschleunigungssensors 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Schnittdarstellung, welche den Sensor 100 entlang Linie II-II in 1 schematisch darstellt und 3 ist eine Schnittdarstellung, welche den Sensor 100 entlang Linie III-III in 1 schematisch darstellt.
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Der Halbleiterbeschleunigungssensor 100 wird dadurch gebildet, daß ein Halbleitersubstrat 10 einer bekannten Mikrobearbeitung unterworfen wird.
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In der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 10, aus welchem der Halbleiterbeschleunigungssensor 100 aufgebaut ist, ein SOI-Substrat 10 in Rechteckform mit einem Oxidfilm 13, der eine isolierende Schicht ist und zwischen einem ersten Siliziumsubstrat 11, welches eine erste Halbleiterschicht ist und einem zweiten Siliziumsubstrat 12 liegt, welches eine zweite Halbleiterschicht ist. Hierbei ist das erste Siliziumsubstrat 11 als Trägersubstrat ausgebildet.
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Gräben 14 sind in dem zweiten Siliziumsubstrat 12 ausgebildet, um eine Auslegerstruktur in Kammzahnform mit beweglichen Abschnitten 20 und festen Abschnitten 30 und 40 zu bilden.
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Auf dem zweiten Siliziumsubstrat 12 haben die Abschnitte entsprechend den die Auslegerstrukturen 20 bis 40 bildenden Bereichen eine verringerte Dicke, um von dem Oxidfilm 13 getrennt zu sein, wie durch die rechteckförmige Einrahmung 15 angedeutet, welche in 1 gestrichelt dargestellt ist. Der rechteckförmige Abschnitt 15 sei als dünner Abschnitt 15 des zweiten Siliziumsubstrates 12 betrachtet.
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Der obige Halbleiterbeschleunigungssensor 100 wird beispielsweise auf nachfolgende Weise hergestellt. Eine Maske einer Form entsprechend der Auslegerstruktur wird auf dem zweiten Siliziumsubstrat 12 des SOI-Substrats 10 unter Verwendung einer Fotolithographie-Technologie ausgebildet.
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Danach wird ein Graben durch Trockenätzen unter Verwendung von CF4- oder SF6-Gas durchgeführt, um die Gräben 14 auszubilden, so daß die Muster der Auslegerstrukturen 20 bis 40 gleichzeitig erzeugt werden.
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Das Ätzen wird fortgeführt, um den unteren Teil des zweiten Siliziumsubstrats 12 durch Seitenätzen zu entfernen, so daß der oben erwähnte dünne Abschnitt 15 ausgebildet wird. Auf diese Weise wird der Halbleiterbeschleunigungssensor 100 hergestellt.
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In dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 ist der bewegliche Teil 20, der der dünne Abschnitt 15 ist, mit beiden Enden eines Gewichtsabschnitts 21 von schlanker Rechteckform einstückig mit Verankerungsabschnitten (23a und 23b) über Federabschnitte 22 verbunden.
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Bezugnehmend auf 3 sind die Verankerungsabschnitte 23a und 23b an dem Oxidfilm 13 befestigt und sind unter Zwischenschaltung des Oxidfilms 13 auf dem ersten Siliziumsubstrat 11 abgestützt, welches das Trägersubstrat bildet. Daher ist der Gewichtsabschnitt 21, der der dünne Abschnitt 15 ist und sind die Federabschnitte 22 von dem Oxidfilm 13 beabstandet.
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Hierbei haben gemäß 1 die Federabschnitte 22 die Form eines rechteckförmigen Rahmens mit zwei parallelen Auslegern, welche an beiden Enden miteinander verbunden sind und sie haben eine Federfunktion mit einer Verschiebungsrichtung in rechten Winkeln zur Längsrichtung der beiden Ausleger.
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Genauer gesagt, beim Anliegen einer Beschleunigung mit einer Komponente in Richtung eines Pfeiles X in 1 gestattet der Federabschnitt 22, daß sich der Gewichtsabschnitt 21 in Richtung des Pfeils X verschiebt, welche die Horizontalrichtung relativ zur Oberfläche des Substrats ist und gestattet, daß der Gewichtsabschnitt 21 in seine Ausgangslage zurückkehrt, wenn die Beschleunigung nicht mehr anliegt.
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Daher kann der bewegliche Teil 20, der über die Federabschnitte 22 mit dem Halbleitersubstrat 10 verbunden ist, sich in Richtung X, welche die Horizontalrichtung ist, auf der Oberfläche des Substrats auf dem Oxidfilm 13 oder auf dem Trägersubstrat 11 abhängig von dem Anlegen der Beschleunigung bewegen.
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Wie weiterhin in 1 gezeigt, weist der bewegliche Abschnitt 20 bewegliche Elektroden 24 auf, welche eine Kammzahnausgestaltung wie der dünne Abschnitt 15 haben. Die beweglichen Elektroden 24 weisen eine Mehrzahl von Auslegern auf, welche sich in Richtungen entgegengesetzt zueinander von beiden Seitenoberflächen des Gewichtsabschnittes 21 in rechten Winkeln zur Längsrichtung (Richtung des Pfeils X) des Gewichtsabschnittes 21 erstrecken.
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Mit anderen Worten, die beweglichen Elektroden 24 sind in Längsrichtung des Gewichtsabschnittes 21 (in Verschiebungsrichtung des Federabschnittes 22; in Richtung des Pfeils X) angeordnet und sie sind in einer Mehrzahl mit der kammzahnartigen Formgebung entlang dieser Anordnungsrichtung angeordnet.
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In 1 stehen die beweglichen Elektroden 24 jeweils zu viert an jeder Seite (d. h. in Richtung der rechten Seite und der linken Seite des Gewichtsabschnittes 21 ähnlich wie Ausleger mit rechteckförmigem Querschnitt vor und sind vom Oxidfilm 13 getrennt.
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Wie oben beschrieben weist jede bewegliche Elektrode 24 die Ausleger 22 und den Gewichtsabschnitt 21 auf, welche einstückig ausgebildet sind, was sowohl den Auslegern 22 als auch dem Gewichtsabschnitt 21 ermöglicht, sich in Richtung des Pfeils X zu verschieben, welche der Horizontalrichtung der Oberfläche des Substrats entspricht.
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Wie weiterhin in den 1 bis 3 gezeigt, sind die festen Abschnitte 30 und 40 am Oxidfilm 13 an der Außenseite eines weiteren Paares einander gegenüberliegenden Seiten der äußeren Umfangsabschnitte des dünnen Abschnittes 15 ohne Unterstützung der Verankerungsabschnitte 23a und 23b befestigt. Die festen Abschnitte 30 und 40 sind über den Oxidfilm 13 an dem ersten Siliziumsubstrat 11 gelagert, welches das Stützsubstrat ist.
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In 1 ist der feste Abschnitt 30, der auf der linken Seite des Gewichtsobjektes 21 liegt, durch die festen Elektroden 31 der linken Seite und einen Verdrahtungsabschnitt 32 für die festen Elektroden auf der linken Seite gebildet. Weiterhin ist in 1 der feste Abschnitt 40 auf der rechten Seite des Gewichtsabschnittes 21 durch die festen Elektroden 41 auf der rechten Seite und einen Verdrahtungsabschnitt 42 für die festen Elektroden auf der rechten Seite gebildet.
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In dieser Ausführungsform sind gemäß 1 die festen Elektroden 31 und 41, welche den dünnen Abschnitt 15 bilden, in einer Mehrzahl in kammzahnartiger Ausgestaltung angeordnet, um in Eingriff mit den Spalten der kammzahnartigen Ausgestaltung der beweglichen Elektroden 24 zu sein.
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Hierbei sind gemäß 1 auf der linken Seite des Gewichtsabschnittes 21 die linksseitigen festen Elektroden 31 auf der Oberseite der einzelnen beweglichen Elektroden 24 entlang der Richtung des Pfeils X vorgesehen. Andererseits sind auf der rechten Seite des Gewichtsabschnittes 21 die rechtsseitigen festen Elektroden 41 an der Unterseite der einzelnen beweglichen Elektrode 24 entlang der Richtung des Pfeils X angeordnet. Die festen Elektroden 31 und 41 sind so angeordnet, daß sie den einzelnen beweglichen Elektroden 24 in Horizontalrichtung der Substratoberfläche gegenüberliegen und Erkennungsspalte sind zwischen den Seitenoberflächen (Erkennungsoberflächen) der festen Elektroden 31 und 41 zur Erkennung von Kapazitäten ausgebildet. Die linksseitigen Elektroden 31 und die rechtsseitigen Elektroden 41 sind elektrisch unabhängig voneinander. Die festen Elektroden 31 und 41 sind wie Ausleger mit rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet und erstrecken sich nahezu parallel zu den beweglichen Elektroden 24.
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Hierbei sind die linksseitigen festen Elektroden 31 und die rechtsseitigen Elektroden 41 an den Verdrahtungsabschnitten 32 und 42 für die festen Elektroden auslegerartig gehalten, welche über den Oxidfilm 13 vom Trägersubstrat 11 befestigt sind. Die festen Elektroden 31 und 41 befinden sich in einem Zustand, in welchem sie von dem Oxidfilm 13 beabstandet sind.
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Somit sind die linksseitigen festen Elektroden 31 und die rechtsseitigen festen Elektroden 41 so ausgebildet, daß eine Mehrzahl von Elektroden für die Verdrahtungsabschnitte 32 und 42 zusammen gruppiert ist, welche jeweils elektrisch gemeinsam sind.
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Weiterhin bezugnehmend auf 1 bilden auf dem zweiten Siliziumsubstrat 12 des Halbleitersubstrates 10 die äußeren Umfangsabschnitte der beweglichen Elektrode 24 und der festen Elektrode 31 und 41, welche durch den Graben 14 getrennt sind, den festen Umfangsabschnitt 50.
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Der feste Umfangsabschnitt 50 ist auf dem ersten Siliziumsubstrat 11 über den Oxidfilm 13 entlang den Umfangsabschnitten des ersten Siliziumsubstrates 11, welches das Trägersubstrat ist, befestigt und abgestützt.
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Die Kissen 30a für die linksseitigen festen Elektroden und Kissen 40a für die rechtsseitigen festen Elektroden sind an bestimmten Positionen auf dem Verdrahtungsabschnitt 32 für die linksseitigen festen Elektroden und auf dem Verdrahtungsabschnitt 42 für die rechtsseitigen festen Elektroden ausgebildet.
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Weiterhin ist ein Verdrahtungsabschnitt 25 für die beweglichen Elektroden so ausgebildet, daß er einstückig mit dem einen Verankerungsabschnitt 22b verbunden ist und ein Kissen 25a für bewegliche Elektroden ist in einer bestimmten Position an dem Verdrahtungsabschnitt 25 ausgebildet. Weiterhin ist ein Kissen 50a für einen festen umfangsseitigen Abschnitt an einer bestimmten Position des festen umfangsseitigen Abschnittes 50 ausgebildet.
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Die Kissen 25a, 30a, 40a und 50a für Elektroden sind beispielsweise durch Sputtern oder Vakuumverdampfung von Aluminium ausgebildet. Die Kissen 25a, 30a, 40a und 50a für Elektroden sind elektrisch mit einem Schaltkreischip (wird später erläutert) über Bondierungsdrähte verbunden.
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Der Schaltkreischip kann einen Erkennungsschaltkreis (siehe später 4) aufweisen, um Ausgangssignale von dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 zu verarbeiten, sowie einen Überprüfungsschaltkreis.
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[Erkennungsbetrieb des Sensors]
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Nachfolgend wird der Erkennungsbetrieb des Halbleiterbeschleunigungssensor 100 erläutert. Bei dieser Ausführungsform wird eine Beschleunigung auf der Grundlage einer Änderung der Kapazitäten zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den festen Elektroden 31 und 41 erkannt, welche mit dem Anlegen einer Beschleunigung einhergeht.
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Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 gemäß obiger Beschreibung liegen die Seitenoberflächen (Erkennungsoberflächen) der festen Elektroden 31 und 41 den Seitenoberflächen (Erkennungsoberflächen) der beweglichen Elektroden 24 gegenüber und Erkennungsspalte zur Erkennung der Kapazitäten werden durch die Spalte zu den Seitenoberflächen der Elektroden 31 und 41 gebildet.
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Hierbei sei angenommen, daß die erste Kapazität CS1, welche eine Erkennungskapazität ist, im Spalt zwischen den linksseitigen Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 24 gebildet ist und eine zweite Kapazität CS2, welche eine Erkennungskapazität ist, im Spalt zwischen den rechtsseitigen festen Elektroden 41 und den beweglichen Elektroden 24 ausgebildet ist.
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Wenn eine Beschleunigung in Richtung des Pfeils X in der Zeichnung in horizontaler Richtung der Oberfläche des Substrates angelegt wird, erfährt der gesamte bewegliche Abschnitt 20 mit Ausnahme der Verankerungsabschnitte eine Verschiebung in Richtung des Pfeils X aufgrund der Federfunktion der Federabschnitte 22, wodurch sich die Kapazitäten CS1 und CS2 abhängig von der Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 in Richtung des Pfeils X ändern.
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Es sei beispielsweise in 1 angenommen, daß der bewegliche Abschnitt 20 entlang der Richtung des Pfeils X nach unten bewegt worden ist. In diesem Fall vergrößert sich der Spalt zwischen den linksseitigen festen Elektroden 33 und den beweglichen Elektroden 24, während der Spalt zwischen den rechtsseitigen festen Elektroden 41 und den beweglichen Elektroden 24 sich verengt.
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Es ist daher möglich, die Beschleunigung in Richtung des Pfeils X auf der Grundlage einer Änderung der Kapazitätsdifferenz (CS1 – CS2) mittels der beweglichen Elektroden 24 und den festen Elektroden 31 und 41 zu erkennen.
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Genauer gesagt, ein auf der Differenz (CS1 – CS2) in der Kapazität basierendes Signal wird von dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 als Ausgangssignal ausgegeben, von dem oben erwähnten Schaltkreischip verarbeitet und letztendlich ausgegeben.
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4 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches einen Erkennungsschaltkreis 400 zur Erkennung der Beschleunigung im Halbleiterbeschleunigungssensor 100 darstellt.
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In dem Erkennungsschaltkreis 400 weist ein geschalteter Kondensatorschaltkreis (SC-Schaltkreis) 410 einen Kondensator 411 mit einer Kapazität Cf, einen Schalter 412 und einen Differenzverstärkerschaltkreis 413 auf, so daß eine Kapazitätsdifferenz (CS1 – CS2) umgewandelt wird und als Spannung ausgegeben wird.
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Im Halbleiterbeschleunigungssensor 100 werden beispielsweise Trägerwellen 1 einer Amplitude Vcc vom Kissen 30a für die linksseitigen festen Elektroden eingegeben, Trägerwellen 2 mit einer um 180 Grad von den Trägerwellen 1 abweichenden Phase werden vom Kissen 40a für die rechtzeitigen festen Elektroden eingegeben und der Schalter 412 des SC-Schaltkreises 410 wird zu bestimmten Zeitpunkten geöffnet und geschlossen.
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Die in Richtung des Pfeils X angelegte Beschleunigung wird als Spannung V0 ausgegeben und durch die folgende Formel 2 ausgedrückt. V0 = (CS1 – CS2)·Vcc/Cf (2)
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Somit wird die Beschleunigung erkannt. Zum Zeitpunkt der Erkennung der Beschleunigung ist der feste Umfangsabschnitt 50 in einem Zustand eines Referenzpotentials, d. h. 0 V.
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[Verfahren zur Überprüfung des Sensors]
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Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 mit dem oben beschriebenen Grundaufbau und der Arbeitsweise ist es notwendig, jegliche anormale Verschiebung der beweglichen Elektronen 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats bei dem Anlegen einer Beschleunigung zu überprüfen. Hierbei sei die Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates in den 2 und 3 mit dem Pfeil Z bezeichnet.
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Die 5A und 5B sind Ansichten, welche die Überprüfung einer anormalen Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 in Richtung des Pfeils Z darstellen. Bezugnehmend auf 5A sei nachfolgend der Fall betrachtet, bei dem sich ein Fremdkörper K zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem ersten Siliziumsubstrat 11, welches das Trägersubstrat ist, befindet.
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In diesem Fall erfahren die beweglichen Elektroden 24 eine Verschiebung in Richtung des Pfeils Z aufgrund der anliegenden Beschleunigung und können in Kontakt mit dem Fremdkörper K gelangen, wie in 5B gezeigt und das Potential an den beweglichen Elektroden 24 wird anormal, so daß die Sensoreigenschaften gestört werden.
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In dieser Ausführungsform wird daher Aufmerksamkeit auf die parasitären Kapazitäten gerichtet, welche zwischen den Elektroden 24, 31 und 41 und dem ersten Silziumsubstrat 11 vorhanden sind und das an dem festen Umfangsabschnitt 50 angelegte Potential wird geändert, während die Potentiale an den festen Elektroden 31 und 41 und den beweglichen Elektroden 24 konstant beibehalten werden, so daß das am ersten Siliziumsubstrat 11 (Trägersubstrat) ausgebildete Potential geändert wird.
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Daher kann die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem ersten Siliziumstrat 11, welches das Trägersubstrat ist, geändert werden und die beweglichen Elektroden 24 können in Richtung des Pfeils Z verschoben werden, welche senkrecht zur Oberfläche des Substrats ist. Das Überprüfungsverfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6A und 6B genauer erläutert.
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Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 werden zwischen verschiedenen Abschnitten verschiedene Kapazitäten ausgebildet. 6A ist eine Darstellung, welche Kapazitäten an verschiedenen Abschnitten des Sensors 100 zeigt und 6B ist ein Schaltkreisdiagramm, welches die Beziehungen der Kapazitäten von 6A veranschaulicht.
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Bezugnehmend auf 6A sind wie oben beschrieben als Erkennungskapazitäten eine erste Kapazität CS1 zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten festen Elektroden 31 und eine zweite Kapazität CS2 zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten festen Elektroden 41 ausgebildet.
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Weiterhin ist eine parasitäre Kapazität CK1 zwischen den ersten festen Elektroden 31 und dem ersten Siliziumsubstrat 11 über den Oxidfilm 13, eine parasitäre Kapazität CK2 zwischen den zweiten festen Elektroden 41 und dem ersten Siliziumsubstrat 11 über den Oxidfilm 13, eine parasitäre Kapazität CK3 zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem ersten Siliziumsubstrat 11 über den Oxidfilm 13 und eine parasitäre Kapazität CK4 zwischen dem festen Umfangsabschnitt 50 und dem ersten Siliziumsubstrat 11 über den Oxidfilm 13 ausgebildet.
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Weiterhin ist eine parasitäre Kapazität CP1 zwischen den ersten festen Elektroden 31 und dem festen Umfangsabschnitt 50 über den Graben 14, eine parasitäre Kapazität CP2 zwischen den zweiten festen Elektroden 41 und dem festen Umfangsabschnitt 50 über den Graben 14 und, obgleich in 6A nicht gezeigt, eine parasitäre Kapazität CP3 zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem festen Umfangsabschnitt 50 über den Graben 14 ausgebildet.
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Hierbei ist eine Beziehung zwischen den Kapazitäten in 6B dargestellt, wobei ein Potential V1 an die ersten festen Elektroden 31 angelegt ist, ein Potential V2 an die zweiten festen Elektroden 41 angelegt ist, ein Potential V3 an die beweglichen Elektroden 24 angelegt ist und ein Potential V4 an den festen Umfangsabschnitt 50 angelegt ist. Diese Potentiale V1 bis V4 werden vom Überprüfungsschaltkreis in dem obigen Schaltkreischip über die Kissen 25a, 31a, 41a und 50a angelegt.
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Wenn die Potentiale V1, V2, V3 und V4 so angelegt werden, wird ein Potential V5 des ersten Siliziumsubstrats (Trägersubstrats) 11 durch die folgende Formel 3 basierend auf einer Beziehung zwischen der elektrischen Ladung Q und der Kapazität C ausgedrückt: V5 = Q/C = (CK1·V1 + CK2·V2 + CK3·V3 + CK4·V4)/(CK1 + CK2 + CK3 + CK4) (3)
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In diesem Zustand wird das Potential V4, welches am festen Umfangsabschnitt 50 angelegt wird, geändert, während die Spannung V1, welche an den ersten festen Elektroden 31 angelegt ist, die Spannung V2, die an die zweiten festen Elektroden 41 angelegt ist und die Spannung V3, die an die beweglichen Elektroden 24 angelegt ist, durch Verwendung der Beziehung der obigen Formel (3) konstant gehalten werden.
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Daher ändert sich das am ersten Siliziumsubstrat 11 ausgebildete Potential V5 abhängig von der obigen Formel (3) und eine Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem ersten Siliziumsubstrat 11 (Differenz zwischen V2 und V5) ändert sich ebenfalls. Dann wird den beweglichen Elektroden 24 ermöglicht, sich in einer Richtung (Pfeil Z) senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben.
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Zu darstellerischen Zwecken alleine und nicht für irgendwelche Einschränkungen betreffend die oben bevorzugte Ausführungsform zeigt 7 Änderungen im Potential V5, welche am ersten Siliziumsubstrat (Trägersubstrat) 11 ausgebildet sind.
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7 zeigt eine Beziehung zwischen dem Potential V4 am festen Umfangsabschnitt 50 und dem Potential V5 des ersten Siliziumsubstrats (Trägersubstrats) 11, wenn CK1 bis CK4 eine Beziehung von CK1:CK2:CK3:CK4 = 1:1:0,1:n haben (n ist eine Variable zwischen 1 und 10).
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In 7 wird das an dem festen Umfangsabschnitt 50 angelegte Potential V4 geändert, während die Spannung V1 an den ersten festen Elektroden 31 auf 5 V beibehalten wird, die an den zweiten festen Elektroden 41 angelegte Spannung V2 auf 2 V liegt und die an den beweglichen Elektroden 24 angelegte Spannung V3 auf 2,5 V liegt. In der 7 ist der Fall von n = 1 durch offene Dreiecke dargestellt, der Fall von n = 5 ist mit offenen Quadraten dargestellt und der Fall von n = 10 ist durch schwarze Rhomben dargestellt.
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Gemäß 7 wird das Potential V5, das am ersten Siliziumsubstrat 11 ausgebildet ist, durch Ändern des Potentials V4 am festen Umfangsabschnitt 50 geändert. Unter Verwendung der obigen Beziehung ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden 14 und dem Trägersubstrat 11, um eine Überprüfung in Richtung des Pfeils Z durchzuführen.
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[Auswirkungen]
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Verfahren geschaffen zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe, mit: einem festen Umfangsabschnitt 50 aus einem Halbleiter, festgelegt und getragen an bzw. von einem Trägersubstrat 11 entlang des Umfangs des Trägersubstrats 11; beweglichen Elektroden 24 eines Halbleiters, die an dem Trägersubstrat 11 in dem Innnenraum, der durch den festen Umfangsabschnitt 50 definiert ist, gelagert sind und in einer horizontalen Richtung relativ zur Oberfläche des Substrats verschiebbar sind; und festen Elektroden 31, 41 eines Halbleiters, die an dem Trägersubstrat 11 in dem Innnenraum, der durch den festen Umfangsabschnitt 50 definiert ist, befestigt sind und welche den beweglichen Elektroden 24 gegenüber liegen um eine angelegte Beschleunigung basierend auf einer Änderung der Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den festen Elektroden 31 und 41 zu erkennen, welche mit der Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 einhergeht, wenn die Beschleunigung angelegt wird, wobei das Verfahren die folgenden Punkte aufweist:
Ein an dem festen Umfangsabschnitt 50 angelegtes Potential wird geändert, während bestimmte Potentiale an die festen Elektroden 31 und 41 und die beweglichen Elektroden 24 angelegt werden, um die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem Trägersubstrat 11 zu ändern und um die beweglichen Elektroden 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben.
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Bei dem Überprüfungsverfahren mit dem obigen Merkmal wird das an den festen Umfangsabschnitt 50 angelegte Potential einfach geändert, während die bestimmten Potentiale an die festen Elektroden 31 und 41 und an die beweglichen Elektroden 24 angelegt werden, was es möglich macht, die beweglichen Elektroden 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben oder auszulenken. Es wird daher möglich gemacht, eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu überprüfen, ohne daß eine ausgewählte Elektrode zur Ausbildung eines Potentials am Trägersubstrat 11 notwendig ist.
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Insbesondere schafft die Ausführungsform ein Verfahren zur Überprüfung eines Halbleiterbeschleunigungssensors 100, der einen festen Umfangsabschnitt 50, bewegliche Elektroden 24, erste feste Elektroden 31 und zweite feste Elektroden 41 an dem Trägersubstrat 11 aufweist und der eine angelegte Beschleunigung basierend auf einer Änderung der Kapazitätsdifferenz zwischen der ersten Kapazität CS1 und der zweiten Kapazität CS2 erkennt, welche mit der Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 einhergeht, wenn die Beschleunigung angelegt wird, wobei das Verfahren zum Überprüfen das folgende Merkmal aufweist: Das Potential V4, das an den festen Umfangsabschnitt 50 angelegt wird, wird geändert, während die Spannung V1, die an den ersten festen Elektroden 31 angelegt wird, die Spannung V2, die an die zweiten festen Elektroden 41 angelegt wird und die Spannung V3, die an die beweglichen Elektroden 24 angelegt wird, konstant beibehalten wird, wobei die in der obigen Formel (3) ausgedrückte Beziehung verwendet wird, um die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Elektroden 24 und dem Trägersubstrat 11 zu verändern und um die beweglichen Elektroden 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu verschieben.
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Insbesondere schafft diese Ausführungsform ein Verfahren zum Überprüfen eines Halbleitersensors des Kpazitätsdifferenztyps für eine dynamische Größe, welches in der Lage ist, eine anormale Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates zu überprüfen, ohne daß eine ausgewählte Elektrode zur Ausbildung eines Potentials am Trägersubstrat 11 notwendig ist.
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[Weitere Ausführungsformen]
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Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor 100 der obigen Ausführungsform sind die beweglichen Elektroden 24 in einer mehrfachen Anzahl wie die Zähne eines Kamms angeordnet und die festen Elektroden 31 und 41 sind in einer Mehrzahl mit einer kammzahnartigen Ausbildung in Eingriff mit den Spalten oder Lücken der Kammzähne der beweglichen Elektroden 24 angeordnet; die Elektroden sind jedoch nicht auf diesen Aufbau begrenzt.
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Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Beschleunigungssensor kann die obige Ausführungsform auch bei einem Halbleitersensor für eine dynamische Größe angewendet werden, beispielsweise einem Winkelgeschwindigkeitssensor, der als dynamische Größe eine Winkelgeschwindigkeit erkennt.
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Die bevorzugte beschriebene Ausführungsform schafft ein Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe, der einen festen Umfangsabschnitt, bewegliche Elektroden und feste Elektroden auf dem Trägersubstrat aufweist und eine angelegte dynamische Größe auf der Grundlage der Abstandsänderungen zwischen den beweglichen Elektroden und den festen Elektroden erkennt, welche mit der Verschiebung der beweglichen Elektroden einhergeht, wenn die dynamische Größe angelegt wird, wobei dieses Verfahren die obenbeschriebenen und dargestellten Merkmale und Eigenschaften aufweisen kann. Weitere Details lassen sich nach Bedarf entsprechend ausgestalten und/oder abändern.
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Bei der Herstellung von Halbleitersensoren für dynamische Größen kann das erfindungsgemäße Überprüfungsverfahren bevorzugt als Überprüfungsschritt bei den Herstellungsschritten verwendet werden. In diesem Fall kann das Überprüfungsverfahren auch als ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe spezifiziert werden.
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Die Beschreibung der Erfindung ist als rein exemplarisch zu verstehen, sodaß Änderungen und Abwandlungen keine Abweichungen vom Wesen der Erfindung darstellen, wie es in den nachfolgenden Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.
