DE102005043645B4 - Halbleitersensor für eine physikalische Grösse und Verfahren zur Herstellung eines solchen - Google Patents

Halbleitersensor für eine physikalische Grösse und Verfahren zur Herstellung eines solchen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, der ein Trägersubstrat (11) umfasst, eine bewegliche Elektrode (25), die beweglich auf dem Trägersubstrat (11) angeordnet ist, und eine feste Elektrode (60, 70, 80), die fest auf dem Trägersubstrat (11) angeordnet ist und der beweglichen Elektrode (25) zugewandt ist, wobei die bewegliche Elektrode (25) über vier Verbindungsbereiche (50) und zugehörige Trägereineinheiten (51) derart mit dem Trägersubstrat (11) verbunden ist, dass die bewegliche Elektrode (25) in einer Richtung parallel zu dem Trägersubstrat (11) beweglich ist, wobei der Sensor eine physikalische Größe auf Basis einer Änderung der Kapazität eines Kondensators detektiert, der zwischen der beweglichen Elektrode (25) und der festen Elektrode (60, 70, 80) gebildet ist, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Präparieren eines mehrschichtigen Substrats (10) einschließlich des Trägersubstrats (11), eines isolierenden Films (13) und einer Halbleiterschicht (12), die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; b) Ausbilden einer Druckspannungsschicht (90) nur auf einem Teil einer Oberfläche der Halbleiterschicht (12), wobei dieser Teil den Verbindungsbereichen (50) zwischen der beweglichen Elektrode (25) und dem Trägersubstrat (11) entspricht, wobei die Druckspannungsschicht (90) eine Druckspannung erzeugt; c) Ausbilden eines Schlitzes (120) in der Halbleiterschicht (12) auf eine solche Weise, dass der Schlitz (120) von der Oberfläche der Halbleiterschicht (12) zu dem isolierenden Film (13) reicht und dass der Schlitz (120) die bewegliche Elektrode (25) und die feste Elektrode (60, 70, 80) separiert; und d) Freimachen der beweglichen Elektrode (25) und der Verbindungsbereiche (50) von dem Trägersubstrat (11) durch Entfernen des isolierenden Films (13), wobei in dem Schritt des Freimachens der ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
  • Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ umfasst eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode, welche der beweglichen Elektrode gegenüberliegend angeordnet ist, wobei beide Elektroden auf einem Trägersubstrat ausgebildet sind. Eine physikalische Größe wird basierend auf einer Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode detektiert.
  • Allgemein gesagt ist ein solcher Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode ausgestattet und erfasst eine physikalische Größe basierend auf einer Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode, wenn eine physikalische Größe auf diesen Sensor ausgeübt bzw. aufgebracht wird. Die beweglichen Elektrode ist mit einem Trägersubstrat in einem solchen Zustand gekoppelt, dass die bewegliche Elektrode bezüglich des Trägersubstrats beweglich ist. Die feste Elektrode ist mit dem Trägersubstrat in einem solchen Zustand gekoppelt, dass die feste Elektrode bezüglich des Trägersubstrats fest ist und der beweglichen Elektrode gegenüberliegend angeordnet ist.
  • Ein solcher Halbleitersensor für eine physikalische Größe zum Messen einer physikalischen Größe basierend auf einer Änderung in einer elektrostatischen Kapazität ist als Beschleunigungssensor, Winkelratensensor, Gyroskop, Drucksensor und dergleichen bekannt.
  • Diese Halbleitersensoren für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Sensoren zum Steuern von Airbags für Automobile, als Sensoren zur Steuerung und Regelung der Stabilität von Automobilen, und als Sensoren für kommerzielle Spielunterhaltungen und dergleichen.
  • Solche Halbleitersensoren für eine physikalische Größe können entsprechend einem Herstellungsverfahren hergestellt werden, bei dem eine Halbleitertechnik verwendet wird, das heißt, ein Herstellungsverfahren, das so genannte ”MEMS” (”Micro Electro Mechanical Systems”, Elektromechanische Mikrosysteme) verwendet. Dieses Vielzweckherstellungsverfahren wird folgendermaßen ausgeführt.
  • Als Erstes wird ein Substrat mit geschichteten Schichten präpariert, das hergestellt wird, indem man Halbleiterschichten mittels einer isolierenden Schicht auf einem Trägersubstrat aufeinander schichtet. Als ein solches Substrat mit geschichteten Schichten wird typischerweise ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (”silicon-on insulator substrate”, SOI-Substrat) verwendet, bei dem beide, sowohl ein Trägersubstrat als auch eine Halbleiterschicht, aus Silicium hergestellt sind, und eine isolierende Schicht aus einem Siliciumoxidfilm hergestellt ist.
  • Dann werden Schlitze bezüglich der Halbleiterschicht des Substrats mit geschichteten Schichten ausgebildet, wobei die Schlitze von einer vorderen Oberfläche der Halbleiterschicht zu der isolierenden Schicht reichen, und Segmentmuster einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode werden ausgebildet. Anschließend wird eine solche isolierende Schicht entfernt, die unter einem Sensorbereich angeordnet ist, der die bewegliche Elektrode bilden soll, damit die bewegliche Elektrode von dem Trägersubstrat freikommt. Als Ergebnis ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe hergestellt.
  • In diesem Fall werden bei dieser Sorte von Halbleitersensoren für eine physikalische Größe als Materialien für die Elektrode bei der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode, die verwendet werden, um Kapazitäten zu liefern, billiges Einzelkristallsilicium und Polykristallsilicium als Halbleitermaterialien verwendet, um die Halbleitertechniken anzuwenden.
  • Genauer gesagt, ist es, um die Sensitivitäten des Sensors zu verbessern, bevorzugt, eine Einkristallsiliciumelektrode auszubilden, indem man einen geklebten SOI-Wafer verwendet, um einen kapazitativen Wert zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode zu erhöhen. Bei diesem geklebten SOI-Wafer können die Dicken dieser Elektroden einfach erreicht werden.
  • Darüber hinaus wird bei der MEMS-Technik ein gewünschter Strukturkörper ausgebildet, indem man sowohl eine Operation der Bearbeitung der vorderen Oberfläche als auch eine Operation der Bearbeitung einer hinteren Oberfläche eines Halbleitersiliciumwafers verwendet. Aufgrund einer übereinstimmenden Charakteristik bezüglich einer Vielzweck-LSI-Herstellungseinrichtung kann, falls dieser Halbleitersiliciumwafer von seiner vorderen Oberfläche her bearbeitet werden kann, ein bequemerer Effekt erreicht werden.
  • Beispielsweise wird als ein konventionelles Verfahren zur Herstellung dieser Art von Halbleitersensoren für eine physikalische Größe ein Verfahren zur Ausbildung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, bei dem ein SOI-Substrat verwendet wird, und ein eingebetteter Oxidfilm, der der isolierenden Schicht entspricht, als eine Opferschicht verwendet wird, vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der JP H06-349806 A offenbart, die der US 5 616 523 A entspricht.
  • Auf der anderen Seite beträgt eine typische Schichtdicke weniger als 1 Mikrometer. Daher wird die Abmessung der Lücke zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode und auch dem Trägersubstrat, welches dem Trägerglied dieser Elektroden entspricht, durch die Dicke des dünnen eingebetteten Oxidfilms sichergestellt.
  • Hier sind die Dicken des eingebetteten Oxidfilms der SOI-Wafer meistens nahezu gleich mehreren Mikrometern (2 bis 3 Mikrometer). Dementsprechend ist die Lücke zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode meistens mehrere Mikrometer dünn.
  • Jedoch bestehen in einem solchen Fall, wenn man Halbleitersensoren für eine physikalische Größe, die eine solche kleine Lücke zwischen diesen Elektroden und den Trägersubstraten haben, hergestellt hat, mehrere Möglichkeiten, dass Fremdmaterialien wie beispielsweise Partikel bei deren Herstellungsprozess in diese Lücke gelangen.
  • Falls ein Eindringen dieser Fremdstoffe auftritt, kann es vorkommen, dass die bewegliche Elektrode, die durch die oben beschriebene Lücke auf dem Trägersubstrat freikommen sollte, gegen diese Fremdstoffe stößt und somit kaum bewegt werden kann. Somit ist eine normale Bewegung der beweglichen Elektrode beeinträchtigt. Wie vorstehend ausgeführt, kann das Eindringen von Fremdstoffen zu Problemen in der Sensorcharakteristik führen und kann auch die Produktionsquote senken.
  • In diesem Fall ist das nachstehend erläuterte Verfahren denkbar, bei dem ein solcher SOI-Wafer verwendet wird. Das heißt, bei diesem SOI-Wafer wird, selbst wenn Fremdstoffe in den Luftspalt zwischen der beweglichen Elektrode und dem Trägersubstrat eintreten, die Dicke der Opferschicht stärker ausgeführt, das heißt, die Dicke des eingebetteten Oxidfilms, der der isolierenden Schicht entspricht, ist dicker ausgeführt, um den nachteiligen Einfluss zu vermeiden, der durch diese Fremstoffe hervorgerufen wird.
  • Als ein Ergebnis dieses Verfahrens, bei dem man einen solchen SOI-Wafer verwendet, ist es denkbar, dass, da die Lücke vergrößert ist, eine Wechselwirkung zwischen der beweglichen Elektrode und den Fremdstoffen verhindert werden kann. Jedoch ist, allgemein gesprochen, da die SOI-Wafer, die eine große Materialstärke der eingebetteten Oxidfilme als der Opferschichten aufweisen, teuer werden, die Verwendung dieser SOI-Wafer nicht wünschenswert. Daher ist es erforderlich, eine Produktionsquote zu verbessern, die von dem Eintreten von Fremdstoffen zwischen die beweglichen Elektrode und das Trägersubstrat verursacht wird, während eine Dicke einer isolierenden Schicht, die einer Opferschicht entspricht, nicht dicker ausgeführt wird.
  • Aus der DE 196 23 072 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, der ein Trägersubstrat umfasst, eine bewegliche Elektrode, die beweglich auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und eine feste Elektrode, die fest auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und der beweglichen Elektrode zugewandt ist, wobei der Sensor eine physikalische Größe auf Basis einer Änderung der Kapazität eines Kondensators detektiert, der zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode gebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Präparieren eines mehrschichtigen Substrats einschließlich des Trägersubstrats, eines isolierenden Films und einer Halbleiterschicht, die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; Ausbilden einer Druckspannungsschicht auf einem Teil einer Oberfläche der Halbleiterschicht, wobei dieser Teil ein Verbindungsbereich zwischen der beweglichen Elektrode und dem Trägersubstrat sein soll, wobei die Druckspannungsschicht eine Druckspannung erzeugt; Ausbilden eines Schlitzes in der Halbleiterschicht auf eine solche Weise, dass der Schlitz von der Oberfläche der Halbleiterschicht zu dem isolierenden Film reicht und dass der Schlitz die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode separiert; und Freimachen der beweglichen Elektrode von dem Trägersubstrat durch Entfernen des isolierenden Films, wobei in dem Schritt des Freimachens der beweglichen Elektrode der Teil der Halbleiterschicht, auf der die Druckspannungsschicht angeordnet ist, durch die Druckspannung der Druckspannungsschicht in einer Richtung weg von dem Trägersubstrat gebogen wird.
  • Die DE 199 60 094 A1 offenbart die gezielte Einstellung unterschiedlicher Höhen und Abstände von Elektroden von einem Substrat.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aus der DE 196 23 072 A bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe weiterzuentwickeln sowie einen entsprechenden Halbleitersensor für eine physikalische Größe bereitzustellen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 7.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe wird im Folgenden erläutert. Der Sensor umfasst ein Trägersubstrat, eine bewegliche Elektrode, die beweglich auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und eine feste Elektrode, die fest auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und der beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Der Sensor erfasst eine physikalische Größe auf Basis einer Kapazitätsänderung eines Kondensators, der zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Herstellen eines mehrschichtigen Substrats einschließlich des Trägersubstrats, eines isolierenden Films und einer Halbleiterschicht, die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; Ausbilden einer Druckspannungsschicht (”compression stress layer”) auf einem Teil einer Oberfläche der Halbleiterschicht, wobei dieser Teil ein Verbindungsbereich zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat sein soll, wobei die Druckspannungsschicht eine Druckspannung erzeugt; Ausbilden eines Schlitzes in der Halbleiterschicht auf eine solche Weise, dass der Schlitz von der Oberfläche der Halbleiterschicht zu dem isolierenden Film angeordnet ist, und dass der Schlitz die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode trennt; und Freimachen der beweglichen Elektrode von dem Substrat durch Entfernen der isolierenden Schicht. Bei dem Schritt des Lösens der beweglichen Elektrode wird der Teil der Halbleiterschicht, auf dem die Druckspannungsschicht angeordnet ist, durch die Druckspannung der Druckspannungsschicht in eine Richtung weg von dem Substrat gebogen bzw. gekrümmt.
  • Bei dem oben erläuterten Verfahren wird, da der Verbindungsbereich zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat in die Richtung weg von dem Substrat gebogen wird, die Distanz zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat größer, verglichen mit der Distanz zwischen der festen Elektrode und dem Substrat. Somit wird, ohne die Dicke des isolierenden Films als einer Opferschicht zu vergrößern, die Distanz zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat größer. Somit wird, selbst falls ein Fremdpartikel zwischen die bewegliche Elektrode und das Substrat eingeführt wird, die Bewegung der beweglichen Elektrode nicht durch das Fremdpartikel beeinträchtigt. Somit arbeitet die bewegliche Elektrode normal. Dementsprechend verbessert sich die Produktionsrate bzw. Ausbeute bei der Herstellung des Sensors.
  • Bevorzugt ist die feste Elektrode auskragend auf dem Trägersubstrat ausgebildet.
  • Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe zum Detektieren einer physikalischen Größe umfasst: ein Trägersubstrat; eine bewegliche Elektrode, die beweglich auf dem Trägersubstrat angeordnet ist; und eine feste Elektrode, die fest mit dem Substrat verbunden ist und der beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Die physikalische Größe wird auf Basis einer Kapazitätsänderung eines Kondensators detektiert, der zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode ausgebildet ist. Die bewegliche Elektrode liegt der festen Elektrode auf eine solche Weise gegenüber, dass die bewegliche Elektrode in einer Richtung weg von dem Substrat verschoben ist.
  • In diesem Fall wird, da die bewegliche Elektrode in einer Richtung weg von dem Substrat verschoben ist, die Distanz zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat größer, verglichen mit der Distanz zwischen dem Substrat und der festen Elektrode. Somit wird, ohne dass man die Dicke des isolierenden Films als einer Opferschicht erhöht, die Distanz zwischen der beweglichen Elektrode und dem Substrat größer. Somit wird, selbst falls ein Fremdpartikel zwischen die bewegliche Elektrode und das Substrat eingeführt wird, die Bewegung der beweglichen Elektrode nicht durch das Fremdpartikel beeinträchtigt. Somit arbeitet die bewegliche Elektrode normal. Dementsprechend verbessert sich die Ausbeute bzw. Produktionsrate des Sensors.
  • Der Sensor umfasst weiter eine Druckspannungsschicht, die auf einer Schicht eines Verbindungsbereichs zwischen der beweglichen Elektrode und dem Trägersubstrat angeordnet ist. Die Druckspannungsschicht ist in der Lage, eine Druckspannung zu erzeugen. Der Verbindungsbereich ist in eine Richtung weg von dem Substrat gewölbt, so dass die bewegliche Elektrode verschoben ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
  • 1 eine Draufsicht, die einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 einen Querschnitt, der den Sensor zeigt, längs der Linie II-II in 1;
  • 3 einen Querschnitt, der den Sensor zeigt, längs einer Linie III-III in 1;
  • 4A bis 4C Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung des Sensors nach der ersten Ausführung erläutern;
  • 5A bis 5B Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung des Sensors nach der ersten Ausführung erläutern;
  • 6 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Filmdicke und dem Biegungs- bzw. Krümmungsbetrag in einem thermischen Oxidfilm (”thermal oxidation film”) zeigt, entsprechend der ersten Ausführung;
  • 7 einen Querschnitt, der einen Sensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ zum Vergleich mit der ersten Ausführung zeigt;
  • 8A bis 8C Querschnitte, die eine Wirkungsweise des Winkelratensensors nach der ersten Ausführung erläutern;
  • 9 einen Querschnitt, der einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 eine Draufsicht, die einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ nach einer dritten Ausführung zeigt;
  • 11 einen schematischen Querschnitt, der einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ nach einer vierten Ausführung zeigt;
  • 12 einen schematischen Querschnitt, der einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 13A bis 13C schematische Querschnitte, die verschiedene Winkelratensensoren vom kapazitiven Typ nach Modifikationen der vierten Ausführung zeigen; und
  • 14A bis 14C schematische Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung eines Winkelratensensors vom kapazitiven Typ nach einer Modifikation der vierten Ausführung zeigen.
  • Lediglich die erste und zweite Ausführungsform) betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die übrigen Ausführungen bzw. Ausführungsformen betreffen nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung sondern dienen als Beispiel allein deren Erläuterung.
  • (Erste Ausführung)
  • Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird als ein Winkelratensensor vom kapazitiven Typ verwendet.
  • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Winkelratensensor vom kapazitiven Typ 100 nach der ersten Ausführung zeigt. Darüber hinaus ist 2 ein Querschnitt, der schematisch den Winkelratensensor 100 vom kapazitiven Typ zeugt, und zwar längs einer Linie II-II in 1. Auch 3 ist ein Querschnitt, der schematisch den Winkelratensensor 100 zeigt, und zwar längs einer Linie III-III in 1.
  • [Struktur]
  • Dieser Winkelratensensor 100 ist aus einem Halbleitersubstrat 10 wie beispielsweise einem Siliciumsubstrat hergestellt. Da Schlitze in diesem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sind, indem man eine bekannte Technik zur Herstellung von Halbleitern wie beispielsweise einen Ätzprozess verwendet, ist, wie in 1 gezeigt, eine Rahmeneinheit 20 unterteilt, so dass sie in einer Außenumfangseinheit dieses Halbleitersubstrats 10 ausgebildet ist, und darüber hinaus ist eine bewegliche Elektrode 25 und entsprechende feste Elektroden 60, 70, 80 derart unterteilt, dass sie in einem Innenumfangsbereich ausgebildet sind. Die bewegliche Elektrode 25 umfasst Vibratoren 30 und 40.
  • Wie in 2 gezeigt, entspricht das Halbleitersubstrat 10 einem Substrat 10 mit geschichten Schichten, das hergestellt wird, indem man Halbleiterschichten mittels einer isolierenden Schicht 13 auf einem Trägersubstrat 11 aufschichtet. Genauer gesagt, entspricht dieses Substrat mit geschichteten Schichten einem SOI(”silicon-on insulator”, Silicium-auf-Isolator)-Substrat, das hergestellt wird, indem man sandwichartig einen eingebetteten isolierenden Film 13 zwischen einem Siliciumsubstrat 11 und einer SOI-Schicht 12 einbettet. Der eingebettete Oxidfilm 13 fungiert als die isolierende Schicht 13. Das Siliciumsubstrat 11 fungiert als das Trägersubstrat 11. Die SOI-Schicht 12 fungiert als die Halbleiterschicht 12.
  • Dann werden in dem Substrat 10 mit geschichteten Schichten, das als dieses Halbleitersubstrat fungiert, da ein schlitzbildender Ätzprozess von der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 ausgeführt worden ist, die Rahmeneinheit 20, die bewegliche Elektrode 25 und die jeweiligen festen Elektroden 60 bis 80, wie sie vorstehend beschrieben und unterteilt worden sind, bezüglich der SOI-Schicht 12 ausgebildet.
  • Wie in 2 gezeigt, werden sowohl die Rahmeneinheit 20 als auch die jeweiligen festen Elektroden 60 bis 80 von diesen Struktureinheiten über die isolierende Schicht 13 duch das Siliciumsubstrat 11 getragen, welches als das Trägersubstrat fungiert, so dass sie festgelegt sind. Beide, sowohl die Rahmeneinheit 20 als auch die jeweiligen festen Elektroden 60 bis 80, entsprechen festen strukturellen Einheiten, die auf dem Trägersubstrat fest angeordnet sind.
  • Die bewegliche Elektrode 25 ist derart ausgebildet, dass man einen Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs, einen Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung einer Winkelrate, einen Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 zur Kopplung des Vibrators 30 und des Vibrators 40 miteinander, und einen Detektierbalken 45 zur Kopplung des Vibrators 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate mit dem Siliciumsubstrat 11, das als das Träersubstrat fungiert, vorsieht.
  • Wenn eine Koppelbeziehung zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Trägersubstrat 11 betrachtet wird, wie sie in der 2 und 3 dargestellt sind, ist keine isolierende Schicht 13 zwischen dem gesamten Bereich der beweglichen Elektrode 25 und dem Trägersubstrat 11 vorhanden, stattdessen ist eine Lücke vorhanden. Somit liegt die bewegliche Elektrode 25 vermittels dieser Lücke gegenüber dem Trägersubstrat 11 frei.
  • Dann wird, wie in 1 gezeigt, als der gesamte Bereich der beweglichen Elektrode 25, jeder der vier Detektierbalken 45 über eine Detektierbalkenleitung 50 mit dem Siliciumsubstrat 11 gekoppelt, welches dem Trägersubstrat entspricht. Mit anderen Worten, diese Detektierbalkenleitung 50 entspricht einer Koppeleinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode 25 mit dem Trägersubstrat 11.
  • Ähnlich zu den oben beschriebenen jeweiligen festen Elektroden 60 bis 80 und der Rahmeneinheit 20 wird die Detektierbalkenleitung 50 über die isolierende Schicht 13 zu dem Siliciumsubstrat 11 über eine Trägereinheit 51 gestützt (siehe 1), die eine rechtwinklige Form aufweist (wenn man sie in der Ebene betrachtet), wobei ein Block 50a (der nachfolgend erläutert wird) ausgebildet ist.
  • Dann entspricht, wie in 3 zu sehen, ein Bereich innerhalb der Detektionsbalkenleitung 50, der sich von einem Spitzenbereich der Trägereinheit 51 zu der Koppeleinheit mit dem Detektionsbalken 45 spannt, einem Bereich derart, dass die isolierende Schicht 13 unter diesem Bereich nicht vorhanden ist. Dieser Bereich ist innerhalb der Lücke von dem Siliciumsubstrat 11 befreit.
  • Der Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs wird dadurch aufgebaut, indem man eine Gewichtseinheit 31 und Verlängerungseinheiten 32 vorsieht. Diese Gewichtseinheit 31 erstreckt sich längs einer ”X”-Richtung, die in 1 gezeigt ist. Die Verlängerungseinheiten 32 erstrecken sich längs einer ”Y”-Richtung auf beiden Seiten dieser Gewichtseinheit 31. Vier Sätze der Verlängerungseinheiten 32 sind auf der oberen Seite der Gewichtseinheit 31 vorgesehen, und vier Sätze der Verlängerungseinheiten 32 sind auf der unteren Seite von dieser vorgesehen, das heißt, insgesamt sind acht Sätze dieser Verlängerungseinheiten 32 vorgesehen.
  • Darüber hinaus sind zwei Sätze der Vibratoren zum Zwecke der Erfassung der Winkelrate 40 auf beiden Außenseiten der Gewichtseinheit 31 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs in der X-Richtung vorgesehen (diese wird nachfolgend als ”erste Richtung X” bezeichnet), wie sie 1 angedeutet ist, und sind in einer schmalen Form ausgebildet, die sich längs der Y-Richtung erstreckt (nachfolgend wird diese als ”zweite Richtung Y” bezeichnet).
  • In diesem Fall sind beide Kantenbereiche der Gewichtseinheit 31 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs über den Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 mit dem Vibrator 40 zum Zwecke der Erfassung der Winkelrate gekoppelt. Wie in 1 gezeigt, ist der Vibrator 30 zum Zwecke des Antriebs bzw. der Steuerung mit dem Vibrator 40 zum Zwecke der Erfassung der Winkelrate durch vier Sätze der Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 gekoppelt. Dann ist der Vibrator 40 zum Zwecke der Detektion der Winkelrate über die Detektierbalken 45 bezüglich der Detektierbalkenleitungen 50 gekoppelt, die der Koppeleinheit mit dem Siliciumsubstrat 11 entsprechen.
  • Die bewegliche Elektrode 25 wird durch vier Sätze der Detektierbalkenleitungen 50 durch das Siliciumsubstrat 11 gestützt, das dem Trägersubstrat entspricht. Darüber hinaus wird in diesem Zustand des Stützens bzw. Tragens diese bewegliche Elektrode 25 in einen solchen Zustand gebracht, dass die bewegliche Elektrode 25 über die Lücke von dem Siliciumsubstrat 11 befreit ist und bezüglich des Siliciumsubstrats 11 beweglich ist.
  • Der Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate ist über die Detektierbalken 45 und die Detektierbalkenleitungen 50 mit dem Siliciumsubstrat 11 gekoppelt, um hierdurch abgestützt bzw. getragen zu werden. Obwohl der Vibrator 30 zum Zwecke des Antriebs bzw. der Steuerung zwischen sowohl den Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate als auch die Detektierbalken 45 angeordnet ist, ist dieser Vibrator 40 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs über die Detektierbalkenleitungen 50 mit dem Silicumsubstrat 11 gekoppelt.
  • In diesem Fall besitzt der Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 einen Freiheitsgrad längs der ersten Richtung X. In diesem Beispiel, wie in 1 gezeigt, besitzt der Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 eine Mehrzahl von Balken und kann in der Art einer verschieblichen Feder betätigt werden, und zwar im Wesentlichen nur längs der ersten Richtung X.
  • Darüber hinaus besitzt auch der Detektierbalken 45 einen Freiheitsgrad längs der zweiten Richtung Y. In diesem Beispiel, wie es in 1 gezeigt ist, ist der Detektierbalken 45 in einer solchen Balkenform ausgebildet, die sich längs der X-Richtung erstreckt, und kann in der Art einer verschieblichen Feder betätigt werden, und zwar im Wesentlichen nur längs der zweiten Richtung Y. Es sei angemerkt, dass eine Resonanzfrequenz des Steuer- bzw. Antriebsbalkens 35 sich von einer Resonanzfrequenz des Detektierbalkens 45 unterscheidet.
  • Da der Steuer- bzw. Antriebsbalken 35 und der Detektierbalken 45 in der oben geschilderten Weise aufgebaut sind, ist der Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs bezüglich des Siliciumsubstrats 11 gelagert, welches dem Trägersubstrat entspricht, und zwar in einem solchen Zustand, dass dieser Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs längs der ersten Richtung X verschoben werden kann, während der Vibrator 30 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate bezüglich des Siliciumsubstrats 11 derart gelagert ist, dass dieser Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate längs der zweiten Richtung Y verschoben werden kann, die die erste Richtung X senkrecht schneidet. Als Folge kann die bewegliche Einheit 25 längs einer solchen Richtung bewegt werden, die parallel zur Substratebene des Siliciumsubstrats 11 angeordnet ist.
  • Darüber hinaus ist in jeder der Festpunkteinheiten 50, mit der der Detektierbalken 45 der beweglichen Elektrode 25 gekoppelt ist, der Block 50a zur Detektierung der Winkelrate auf einer Trägereinheit 51 ausgebildet, die der Befestigungseinheit mit dem Siliciumsubstrat 11 entspricht.
  • Während dieser Block 50a zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate elektrisch mit dem Detektierbalken 45 verbunden ist, kann eine vorbestimmte Spannung über diesen Block 50a bezüglich sowohl des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs als auch des Vibrators 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate aufgebracht werden.
  • Darüber hinaus ist, wie in 1 gezeigt, eine feste Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs, die auf dem Siliciumsubstrat 11 befestigt ist, in einer gegenüberliegenden Weise auf einer seitlichen Oberfläche jeder der Verlängerungseinheiten 32 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet. Dann sind an solchen Bereichen, dass die Verlängerungseinheit 32 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs gegenüber der festen Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet ist, kammzahnförmige Einheiten auf eine solche Weise ausgebildet, dass diese kammzahnförmigen Einheiten von gegenüberliegenden Ebenen von diesen zu den Gegenstücken in einer kammzahnartigen Form hervorragen, wobei die Kammzähne miteinander kämmen.
  • Jede der festen Elektroden 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs ist elektrisch mit dem Block 60a zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs verbunden, der in der Nähe der Rahmeneinheit 20 angeordnet ist. Dann kann eine Steuer- bzw. Antriebsspannung durch diese Blöcke 60a zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs an die festen Elektroden 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angelegt werden.
  • Darüber hinaus sind, wie in 1 gezeigt, feste Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, die mit dem Siliciumsubstrat 11 fest verbunden sind, auf den äußeren seitlichen Oberflächen des Vibrators 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate auf eine solche Weise angeordnet, dass die festen Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate einander gegenüberliegend ausgebildet sind. In diesem Fall sind zwei Sätze der festen Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate in einer oberen und unteren Richtung bezüglich eines Vibrators von den Vibratoren 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorhanden. Diese festen Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate entsprechen einer festen Elektrode zur Detektierung einer physikalischen Größe.
  • Es sind an solchen Bereichen, dass der Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate gegenüber der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate angeordnet ist, kammzahnförmige Einheiten auf eine solche Weise ausgebildet, dass diese kammzahnförmigen Einheiten von einander gegenüberliegenden Ebenen von diesen zu deren Gegenstücken in einer kammzahnartigen Form hervorragen, wobei die Kammzähne miteinander kämmen.
  • Jede der festen Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate ist elektrisch mit einem Block 70a zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate in der Nähe der Rahmeneinheit 20 verbunden. Dann kann ein Potential der festen Elektroden 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate durch diesen Block 70a zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate gemessen werden.
  • Darüber hinaus sind, wie in 1 gezeigt, die festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen, die an dem Siliciumsubstrat 11 befestigt sind, auf dem Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs auf eine solche Weise angeordnet, dass die festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen gegenüber dem Vibrator zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet sind. In diesem Fall sind zwei Sätze dieser festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen längs der oberen und unteren Richtung in Positionen außerhalb der festen Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet, das heißt, insgesamt sind vier Sätze dieser festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen vorgesehen.
  • Es sind an solchen Bereichen, dass der Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs gegenüber den festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen angeordnet ist, kammzahnförmige Einheiten auf eine solche Weise ausgebildet, dass diese kammzahnförmigen Einheiten von einander gegenüberliegenden Ebenen von diesen zu ihren Gegenstücken in einer kammzahnartigen Form hervorragen, wobei die Kammzähne miteinander kämmen.
  • Jede der festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen ist elektrisch mit einem Block 80a zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen verbunden, der in der Nähe der Rahmeneinheit 20 ausgebildet ist. Dann kann ein Potential der festen Elektroden 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen durch diese Blöcke 80a zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen gemessen werden.
  • Während die Rahmeneinheit 20 auf eine solche Weise ausgebildet ist, dass diese Rahmeneinheit 20 beide, sowohl die bewegliche Elektrode 25, die die Vibratoren 30 und 40 umfasst, als auch die entsprechenden festen Elektroden 60, 70 und 80, umgibt, wird diese Rahmeneinheit 20 über einen Block (nicht dargestellt) und dergleichen auf dem GND-Potential gehalten. Darüber hinaus sind die entsprechenden Blöcke aus Aluminium oder dergleichen hergestellt.
  • Der Winkelratensensor 100 gemäß dieser ersten Ausführung wird dadurch gebildet, dass man die bewegliche Elektrode 25 und die festen Elektroden 60, 70 und 80 einsetzt. Die bewegliche Elektrode 25 ist auf dem Siliciumsubstrat gekoppelt, welches dem Trägersubstrat entspricht, und zwar in einem solchen Zustand, dass diese bewegliche Elektrode 25 bezüglich des Siliciumsubstrats 11 beweglich ist. Die festen Elektroden 60, 70 und 80 sind mit dem Siliciumsubstrat 11 in einem solchen Zustand gekoppelt, dass die festen Elektroden 60, 70 und 80 fest mit dem Siliciumsubstrat 11 verbunden sind und der beweglichen Elektrode 25 gegenüber angeordnet sind. Der Winkelratensensor 100 besitzt einen Merkmalspunkt entsprechend der nachfolgend erwähnten Struktureinheiten.
  • Das heißt, wie in 2 und 3 gezeigt, sind bei diesem Winkelratensensor 100 der gesamte Bereich der beweglichen Elektrode 25, das heißt, die entsprechenden Vibratoren 30, 40 und dergleichen, einander gegenüberliegend auf dem Siliciumsubstrat 11 angeordnet, welches als das Trägersubstrat fungiert, und zwar in einem solchen Zustand, dass diese Vibratoren 30, 40 und dergleichen längs einer Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 angeordnet sind, und zwar mehr als die festen Elektroden 60, 70, 80, während die entsprechenden Vibratoren 30 und 40 positionell bezüglich der festen Elektroden 60 bis 80 verschoben sind.
  • Diese Merkmalsstruktur wird durch den Zustand realisiert, dass die Detektierbalkenleitung 50 zum Koppeln des gesamten Bereichs der beweglichen Elektrode 25 mit dem Siliciumsubstrat 11 längs einer Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen ist und von einem Leitungsbereich von dieser auf der Seite der Trägereinheit 51 zu einer Kopplungsseite von dieser bezüglichen der beweglichen Elektrode 25 zeigt.
  • Während die Trägereinheiten 51 in den vier Detektierbalkenleitungen 50 als die festen Einheiten verwendet werden, ist der gesamte Bereich der beweglichen Elektrode 25 durch das Siliciumsubstrat 11 freigegeben, und zwar mehr als die festen Elektroden 60 bis 80 in einer Aufwärtsrichtung, und ist im Wesentlichen parallel zu diesem Siliciumsubstrat 11 angeordnet.
  • Mit anderen Worten, die bewegliche Elektrode 25 ist auf eine solche Weise ausgebildet, dass diese bewegliche Elektrode 25 von dem Siliciumsubstrat 11 in eine obere Richtung hin freigegeben ist und im Wesentlichen parallel zu diesem Siliciumsubstrat 11 angeordnet ist, um einen solchen Zustand einzustellen, dass diese bewegliche Elektrode 25 höher als die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13 angeordnet ist, der der isolierenden Schicht entspricht. Die Höhe der Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 ist größer ausgebildet als die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13.
  • Eine Druckspannungsschicht 90 ist auf der vorderen Oberfläche dieser Detektierbalkenleitung 50 vorgesehen. Diese Druckspannungsschicht 90 entspricht einer Schicht, die eine größere Druckspannung erzeugt, verglichen mit der Druckspannung der SOI-Schicht 12, die die bewegliche Elektrode 25 und die festen Elektroden 60 bis 80 bildet.
  • Falls eine solche Schicht, die in der Lage ist, eine große Druckspannung zu erzeugen, als die Druckspannungsschicht verfügbar ist, bestehen bezüglich dieser Schicht keine spezifischen Einschränkungen. Genauer gesagt, kann eine solche Schicht mit Diffusion von Verunreinigungen, die auf der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 durch die Ausführung einer Ionenimplantierung, einer thermischen Diffusion oder dergleichen ausgebildet wird, als die Druckspannungsschicht 90 verwendet werden. Beispielsweise kann eine N+-Diffusionsschicht als diese Druckspannungsschicht 90 verwendet werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten mittels Experimenten feststellen, dass eine solche N+-Diffusionsschicht als die Druckspannungsschicht 90 verwendet werden kann.
  • Darüber hinaus kann als diese Druckspannungsschicht 90 ein thermischer Oxidfilm, der durch thermische Oxidation der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 ausgebildet wird, ein polykristallines Silicium, welches mittels eines CVD-Verfahrens oder dergleichen ausgebildet wird, oder ein Siliciumnitridfilm, der mittels eines CVD-Verfahrens ausgebildet wird, verwendet werden. Da LP-SiN, das mittels eines Niederdruckplasmaverfahrens ausgebildet wird, große Druckspannungen besitzt, wird dieses LP-SiN als der Siliciumnitridfilm bevorzugt.
  • [VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG]
  • Nunmehr Bezug nehmend auf die 4A bis 5B wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung des Winkelratensensors 100 gemäß dieser ersten Ausführung beschrieben. 4A bis 5B sind Diagramme einzelner Phasen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für den Winkelratensensor 100 und Querschnitte zur Erläuterung des Winkelratensensors 100 entsprechend 3.
  • Als Erstes wird, wie in 4A gezeigt, ein solches Substrat 10 mit geschichteten Schichten, das aus dem oben erläuterten SOI-Substrat hergestellt ist, als das Substrat 10 mit geschichteten Schichten präpariert, bei dem die Halbleiterschicht 12 über die isolierende Schicht 13 über dem Trägersubstrat 11 geschichtet ist. Dieses SOI-Substrat entspricht einem solchen geklebten SOI-Wafer, dass die Dicke der SOI-Schicht 12 relativ einfach eingestellt werden kann, so dass sie eine gewünschte Dicke als die Halbleiterschicht annimmt, in der die bewegliche Elektrode 25 und die festen Elektroden 60 bis 80 ausgebildet werden.
  • Als dieser SOI-Wafer kann beispielsweise der folgende SOI-Wafer verwendet werden, der allgemein zu einem relativ günstigen Preis hergestellt werden kann: Eine Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13 beträgt 2 bis 3 μm; eine Dicke der SOI-Schicht 12 beträgt 10 bis 30 μm; und eine Dicke des Siliciumsubstrats 11 beträgt ungefähr 400 bis 650 μm.
  • Bei dem SOI-Wafer, das heißt, dem Substrat 10 mit geschichteten Schichten, fungiert, da der Körper der beweglichen Struktur, der aus der SOI-Schicht 12 hergestellt wird, von dem Siliciumsubstrat 11 freigemacht wird, der eingebettete Oxidfilm 13 als die Opferschicht.
  • Als Nächstes wird, wie in 4B und 4C gezeigt, die Druckspannungsschicht 90 auf einem solchen Bereich ausgebildet, der die Kopplungseinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode 25 mit dem Siliciumsubstrat 11 innerhalb der SOI-Schicht 12 bildet, die als die Halbleiterschicht in dem Substrat 10 mit geschichteten Schichten fungiert, das heißt, auf der vorderen Oberfläche des Bereichs, welcher die Detektierbalkenleitung 50 bildet (Schritt zum Ausbilden der Druckspannungsschicht).
  • In diesem Fall zeigt dieser Schritt bei der Herstellung einen solchen Fall, dass eine N+-Diffusionsschicht als die Druckspannungsschicht 90 ausgebildet wird. Wie in 4B gezeigt, wird eine Maske 110 auf der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 in dem Substrat 10 mit geschichteten Schichten ausgebildet. Diese Maske 110 hat einen Öffnungsbereich eines Bereichs, in welchem die Druckspannungsschicht 90 ausgebildet werden soll. In diesem Fall wird angenommen, dass die Maske 110 aus einem thermischen Oxidfilm hergestellt ist.
  • Nachfolgend wird, wie in 4C gezeigt, ein N+-Diffusionsprozess ausgeführt. Das Verfahren zur Herstellung der N+-Diffusionsschicht kann mittels eines allgemeinen Verfahrens zur Herstellung von Halbleitern realisiert werden, das heißt, einem Verfahrens mit thermischer Diffusion und einem Verfahren mit Ionenimplantierung. Dann, nachdem die Druckspannungsschicht 90, die aus der N+-Diffusionsschicht hergestellt ist, ausgebildet worden ist, wird die Maske 110, die aus dem thermischen Oxidfilm hergestellt ist, entfernt.
  • Obwohl in den vorliegenden Zeichnungen nicht dargestellt, wird die Druckspannungsschicht 90, die aus der N+-Diffusionsschicht hergestellt ist, ausgebildet, und anschließend werden die Blöcke, die aus Aluminium oder dergleichen hergestellt sind, und die Elektroden zum Empfangen von Signalen ausgebildet.
  • Als Nächstes werden, wie in 5A gezeigt, Schlitze 120 bezüglich der SOI-Schicht ausgebildet, die der Halbleiterschicht entsprechen (Schritt der Ausbildung der Schlitze). Die Schlitze 120 reichen von der vorderen Oberfläche dieser SOI-Schicht 12 aus und unterteilen die Muster in die bewegliche Elektrode 25 und die festen Elektroden 60 bis 80.
  • Während der eingebettete Oxidfilm 13 als eine Ätzstoppschicht verwendet wird, werden die Schlitze 120 in der SOI-Schicht 12 ausgebildet. Die Breiten der Schlitze 120 sind so ausgewählt, dass sie in der Größe von 2 bis 3 μm im Bereich der beweglichen Elektrode 25 und den festen Elektroden 60 bis 80 liegen, die verwendet werden, um Änderungen in der elektrostatischen Kapazität zu detektieren.
  • Obwohl diese Maske zum Zwecke des Ätzens von Schlitzen nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, kann beispielsweise eine Mehrzweckabdeckung oder ein Mehrzweckoxidfilm verwendet werden. Darüber hinaus wird bei dem Prozess des Ätzens der Schlitze eine Herstellungsvorrichtung verwendet, die in der Lage ist, vertikal zu ätzen. Beispielsweise kann der Schlitzprozess unter Verwendung einer solchen Herstellungsvorrichtung ausgeführt werden, wie einer ICP (”Ion Coupled Plasma”, ionengekoppeltes Plasma).
  • Als Nächstes wird, nachdem die Maske zum Zwecke des Ätzens der Schlitze entfernt worden ist, wie in 5B gezeigt, ein Schritt des Freimachens ausgeführt.
  • Bei diesem Schritt des Freimachens wird, da der eingebettete Oxidfilm 13, der als die isolierende Schicht fungiert, entfernt wird, die bewegliche Elektrode 25 von dem Siliciumsubstrat 11, das als das Trägersubstrat fungiert, gelöst. Während der eingebettete Oxidfilm 13 als die Opferschicht verwendet wird, wird die bewegliche Elektrode 25 freigemacht, so dass dieser eingebettete Oxidfilm 13 geätzt wird, indem man HF-Gas oder dergleichen verwendet, um ihn zu entfernen.
  • Dann werden in diesem Schritt des Freimachens, wenn der Prozess des Freimachens der beweglichen Elektrode 25 durchgeführt ist, die vier Detektierbalkenleitungen 50 längs einer Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 aufgrund der Druckspannung weggebogen, die in der Druckspannungsschicht 90 erzeugt wird, die aus der N+-Diffusionsschicht hergestellt worden ist.
  • Da die bewegliche Elektrode 25 in der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 angehoben wird, das dem Trägersubstrat entspricht, und zwar aufgrund der Biegung dieser Detektierbalkenleitung 50, kann eine solche Lücke (Freiraum), die höher als die Höhe der Lücke ist, die durch den eingebetteten Oxidfilm erzeugt wird, bei der beweglichen Elektrode 25 sichergestellt werden. Somit kann der Winkelratensensor 100 hergestellt werden.
  • Bei dem Herstellungsverfahren wird der Schritt der Ausbildung der Schlitze nach dem Schritt der Herstellung der Druckspannungsschicht ausgeführt. Alternativ kann, falls möglich, der Schritt der Ausbildung der Schlitze so ausgeführt werden, dass er sowohl die bewegliche Elektrode 25 als auch die festen Elektroden 60 bis 80 ausbildet, und anschließend kann der Schritt der Herstellung der Druckspannungsschicht ausgeführt werden.
  • In diesem alternativen Fall kann in dem Schritt der Herstellung der Druckspannungsschicht in einem solchen Fall, dass eine N+-Diffusionsschicht, die als die Druckspannungsschicht 90 fungiert, auf der Oberfläche des Detektierbalkens 50 unter einer vorbestimmten Bedingung ausgebildet wird, eine Höhe einer Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 so eingestellt werden, dass sie eine gewünschte Höhe wird, und zwar der Länge ”L” (siehe 1) der Detektierbalkenleitung 50.
  • Beispielsweise wird in einem solchen Fall, dass ein N+-Diffusionsprozess zur Ablagerung von Phosphor (P) ausgeführt wird, wenn die Druckspannungsschicht 90 gebildet wird, der Ablagerungsprozess bei einer Temperatur von 1000°C für ungefähr 20 Minuten ausgeführt, und anschließend wird ein Erweichungsprozess (”slumping process”) bei einer Temperatur von 1000°C für ungefähr 20 Minuten ausgeführt. Als Ergebnis erhält man eine N+-Diffusionsschicht, deren Oberfächenwiderstandskraft ungefähr 8 Ω/☐ beträgt.
  • In diesem Fall konnte entsprechend der Untersuchungen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, in dem Fall, dass die Länge ”L” jeder der Detektierbalkenleitungen 50 so gewählt ist, dass sie 0,4 mm beträgt, ein solches experimentelles Ergebnis gefunden werden. Das heißt, eine Biegung von ungefähr 1 μm wurde bei den Detektierbalkenleitungen 50 erhalten.
  • Da die N+-Diffusionsschicht als die Druckspannungsschicht 90 verwendet wird, kann die Dimension der Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 ausreichend bezüglich des Freiraums vergrößert werden, der nur von der Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13 abhängt.
  • Wenn die N+-Diffusionsschicht als die Druckspannungsschicht 90 ausgebildet wird, wird, obwohl die SOI-Schicht 12, die der Halbleiterschicht entspricht, aus entweder einer N-Typ-Halbleiterschicht oder einer P-Typ-Halbleiterschicht hergestellt werden kann, die SOI-Schicht 12 aus einer N–-Siliciumschicht hergestellt. Darüber hinaus ist es denkbar, dass eine Verunreinigungsdiffusionsschicht, die eine andere als die N+-Diffusionsschicht ist, als die Druckspannungsschicht 90 verwendet wird.
  • Darüber hinaus enthält man in einem solchen Fall, dass ein Film, der in der Lage ist, eine große Druckspannung zu erzeugen, und der anders als die N+-Diffusionsschicht ist, beispielsweise ein thermischer Oxidfilm, der als die Druckspannungsschicht 90 ausgebildet ist, ein Rechenergebnis, wie es in 6 gezeigt ist. 6 ist eine graphische Darstellung zur Wiedergabe einer Beziehung zwischen einer Filmdicke ”d” eines thermischen Oxidfilms und eines Biegungsbetrags ”x” einer Detektierbalkenleitung, wenn die Filmspannung ”δ” in einem Fall geändert wird, dass der thermische Oxidfilm als die Druckspannungsschicht 90 ausgebildet wird. Eine Linie VIA zeigt einen Fall, in welchem eine Filmspannung von 50 MPa aufgebracht wird, eine Linie VIB zeigt einen Fall, in welchem eine Filmspannung von 100 MPa aufgebracht wird, eine Linie VIC stellt einen Fall dar, in welchem eine Filmspannung von 300 MPa aufgebracht wird, und eine Linie VID stellt einen Fall dar, in welchem eine Filmspannung von 500 MPa aufgebracht wird.
  • Eine Berechnungsformel für den Biegungsbetrag ”x” der Detektierbalkenleitung ist in der nachfolgend angegebenen Formel Nr. 1 angegeben:
  • (Formel Nr. 1)
    • x = 3 × (L × 0,001)2 × d × 0,000001 × (1 – v)/{E × 1000000000 × (D × 0,000001)2} × (δ × 1000000) × 1000000
  • In der Formel Nr. 1 ist eine Länge einer Detektierbalkenleitung als L (mm) definiert; eine Dicke eines thermischen Oxidfilms als einer Druckspannungsschicht ist als d (μm) definiert; ein Poisson-Verhältnis einer SOI-Schicht ist als v definiert; ein E-Modul (Young's modulus) der SOI-Schicht ist als E (GPa) definiert; eine Dicke der SOI-Schicht ist als D (μm) definiert; und eine Filmspannung des thermischen Oxidfilms ist als δ (MPa) definiert.
  • Nun ergibt sich als ein Beispiel der Berechnung, wenn die nachfolgend erläuterten Bedingungen gegeben sind, der Biegungsbetrag ”x” der Detektierbalkenleitung zu 1,3 μm. Diese Bedingungen lauten wie folgt: Die Länge ”L” der Detektierbalkenleitung ist gleich 0,4 mm; die Dicke ”d” des thermischen Oxidfilms ist gleich 0,5 μm; das Poisson-Verhältnis ”v” der SOI-Schicht ist gleich 0,3; der E-Modul ”E” ist gleich 170 GPa; die Dicke ”D” der SOI-Schicht ist gleich 15 μm; und die Filmspannung ”δ” des thermischen Oxidfilms ist gleich 300 MPa, was einer generellen Größenordnung davon entspricht.
  • Darüber hinaus sind in 6 die Biegungsbeträge ”x” der Detektierbalkenleitung 50 in einem solchen Fall dargestellt, dass die Filmspannung gleich 50 MPa, 100 MPa oder 500 MPa anstelle der 300 MPa ist. In jedem dieser Fälle vergrößert sich in Verbindung mit einer Erhöhung der Filmdicke des thermischen Oxidfilms der Biegungsbetrag ebenfalls in einer Richtung in proportionaler Weise.
  • Auf ähnliche Weise gleicht ein tatsächlicher Trend dem Trend, wie er in diesem Graphen nach 6 gezeigt ist. Während die Beziehung zwischen der Filmdicke dieses thermischen Oxidfilms und dem Biegungsbetrag der Detektierbalkenleitung verwendet wird, kann ein Biegungsbetrag der Detektierbalkenleitung 50 vorhergesagt und somit eingestellt werden.
  • Da der thermische Oxidfilm als die Druckspannungsschicht 90 verwendet wird, kann die Dimension der Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 ausreichend bezüglich des Spaltes vergrößert werden, der nur von der Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13 abhängt.
  • [BETRIEB]
  • Als Nächstes wird ein Betrieb des Winkelratensensors 100 erläutert.
  • Der Winkelratensensor 100 wird dadurch aktiviert, indem man eine gewünschte Steuerspannung bezüglich des Blockes 60a zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs anlegt, mit dem die feste Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs elektrisch verbunden ist. Wenn die gewünschte Steuerspannung an den Block 60a zum Zwecke des Antriebs bzw. der Steuerung angelegt ist, wird eine elektrostatische anziehende Kraft basierend auf einer Kapazität hervorgerufen, die zwischen der festen Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs und der Verlängerungseinheit 32 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs ausgebildet ist, und zwar als Reaktion auf eine periodische Variation einer Wechselstromkomponente der Steuerspannung. Als Folge verbiegt sich der Steuer- bzw. Antriebsbalken 35, so dass der Vibrator zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs längs der ersten Richtung ”X” vibriert, das heißt, zu Steuer- bzw. Antriebsvibrationen angeregt wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt variiert ein Betrag der Überlappung zwischen der kammzahnförmigen Einheit, die in der festen Elektrode 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen ausgebildet ist, und der kammzahnförmigen Einheit, die in dem Vibrator 30 zum Zwecke des Antriebs bzw. der Steuerung ausgebildet ist, und zwar in einer Richtung parallel zur Substratebene des Siliciumsubstrats 11, welches als das Trägersubstrat fungiert, und zwar in Reaktion auf diese Steuer- bzw. Antriebsvibration. Als ein Ergebnis ändert sich die Kapazität, die durch diese kammzahnförmigen Einheiten gebildet wird.
  • Eine Größe dieser Steuer- bzw. Antriebsvibration kann durch Messen dieser Kapazitätsänderung überwacht werden, und zwar basierend auf einem Potential des Blockes 80a zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen, mit dem die feste Elektrode 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen verbunden ist. Die Steuerspannung wird unter Rückführung in Reaktion auf die Größe der Steuer- bzw. Antriebsvibration geregelt, so dass die Größe der Steuer- bzw. Antriebsvibration einen gewünschten Wert einnimmt.
  • In einem solchen Zustand, in welchem diese Steuer- bzw. Antriebsvibration ausgeführt wird, wird, wenn eine Winkelrate ”Ω” um eine Drehachse ”Z”, die senkrecht zu sowohl der ersten Richtung ”X” als auch der zweiten Richtung ”Y” steht, appliziert wird, eine Coriolis-Kraft erzeugt, und somit liefert der gesamte Bereich der beweglichen Elektrode 25, der sowohl den Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs als auch den Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate umfasst, eine Detektierungsvibration längs der zweiten Richtung ”Y”, und zwar aufgrund einer Biegung des Detektierbalkens 45.
  • Als Folge ändert sich das Intervall zwischen der kammzahnförmigen Einheit, die in dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, und der kammzahnförmigen Einheit, die in der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, längs der Richtung parallel zu der Substratebene des Siliciumsubstrats 11, welches als das Trägersubstrat fungiert, so dass die Kapazität, die zwischen diesen kammzahnförmigen Einheiten gebildet ist, sich ändert. Dann kann, da das Potential der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate sich in Verbindung mit dieser Änderung der Kapazität ändert, die Winkelrate ”Ω” durch Messung dieses Potentials detektiert werden.
  • Dies ist die grundsätzliche Funktionsweise zur Detektierung, die bei diesem Winkelratensensor 100 ausgeführt wird, das heißt, die Detektierung der Winkelrate ”Ω” um die Drehachse ”Z”.
  • In diesem Fall wird in dem Winkelratensensor 100 die bewegliche Elektrode 25 positionell bezüglich der festen Elektroden 60 bis 80 verschoben und ist diesen festen Elektroden 60 bis 80 gegenüberliegend auf dem Siliciumsubstrat 11 angeordnet, welches dem Trägersubstrat entspricht, und zwar in einem solchen Zustand, dass diese bewegliche Elektrode 25 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 angeordnet ist, und zwar mehr als die festen Elektroden 60 bis 80.
  • Offensichtlich kann diese positionelle Beziehung auf ähnliche Weise bei einer Beziehung zwischen der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, die der festen Elektrode zum Zwecke der Detektierung der physikalischen Größe unter den festen Elektroden 60 bis 80 entspricht, und dem Vibrator 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, der dem Bereich der beweglichen Elektrode 25 entspricht, der dieser gegenüberliegend angeordnet ist, angewandt werden.
  • Bei dem Winkelratensensor 100, wie er in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate positionell von der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate längs der Richtung ”Z” der Drehachse verschoben und dieser gegenüberliegend ausgebildet.
  • Als Folge verkleinert sich die gegenüberliegende Fläche, die definiert ist zwischen der kammzahnförmigen Einheit, die in dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, und der kammzahnförmigen Einheit, die in der festen Elektrode zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, durch diese Verschiebungskomponente, und somit wird auch der Wert der elektrostatischen Kapazität, der zwischen diesen beiden kammzahnförmigen Einheiten erzeugt wird, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, verringert.
  • Jedoch kann, da der geklebte SOI-Wafer, bei dem die Dicke der SOI-Schicht 12 relativ einfach eingestellt werden kann, als das geschichtete Substrat 10 verwendet wird, falls die Dicke der SOI-Schicht 12 bearbeitet wird, so dass sie eine gewünschte Dicke einnimmt, beispielsweise, falls die Dicke der SOI-Schicht dick gemacht wird, um einen gewünschten Wert der elektrostatischen Kapazität zu erhalten, die gegenüberliegende Fläche einfach vergrößert werden.
  • [WIRKUNGEN]
  • Als Nächstes werden die Wirkungen beschrieben.
  • Das Herstellungsverfahren des Halbleitersensors für die Winkelrate 100 ist gekennzeichnet dadurch, dass man die nachfolgend beschriebenen Schritte der Herstellung ausführt, während der Halbleitersensor für die Winkelrate 100 ausgestattet ist mit: der beweglichen Elektrode 25, die an das Siliciumsubstrat 11 gekoppelt ist, und zwar in einem solchen Zustand, dass die bewegliche Elektrode 25 bezüglich des Siliciumsubstrats 11 beweglich ist; und den festen Elektroden 60, 70, 80, die mit dem Siliciumsubstrat 11 in einem solchen Zustand gekoppelt sind, dass diese festen Elektroden 60, 70, 80 der beweglichen Elektrode 25 gegenüberliegend angeordnet sind, und der Halbleitersensor für die Winkelrate erfasst die Winkelrate basierend auf den Änderungen in den Kapazitäten zwischen der beweglichen Elektrode 25 und den festen Elektroden 60 bis 80, wenn eine eine Winkelrate aufgebracht wird.
  • Das heißt, das Herstellungsverfahren umfasst:
    den Schritt der Herstellung des Substrats 10 mit geschichteten Schichten, wobei die SOI-Schicht 12 des eingebetteten Oxidfilms 14 auf dem Siliciumsubstrat 11 aufgeschichtet ist (vgl. 4A);
    den Schritt der Ausbildung der Druckspannungsschicht, der die Druckspannungsschicht 90 ausbildet, um die Kompressionskraft auf die Oberfläche des Bereichs zu erzeugen, der die Detektierbalkenleitung 50 bildet, die der Koppeleinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode 25 mit dem Siliciumsubstrat 11 innerhalb der SOI-Schicht 12 entspricht (vgl. 4B und 4C); und
    den Schritt des Ausbildens der Schlitze, um die Schlitze 120 auszubilden, die von der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 zu dem eingebetteten Oxidfilm 13 reichen und das Muster bzw. die Form für sowohl die bewegliche Elektrode 25 als auch die festen Elektroden 60 bis 80 bezüglich der SOI-Schicht 12 unterteilen (vgl. 5A).
  • Das Herstellungsverfahren umfasst weiter den Schritt des Freimachens, bei dem die bewegliche Elektrode 25 von dem Siliciumsubstrat 11 freigemacht wird, indem man den eingebetteten Oxidfilm 13 entfernt, und die Detektierbalkenleitung 50, die der Koppeleinheit entspricht, das heißt, dem Bereich, in welchem die Druckspannungsschicht 90 innerhalb der SOI-Schicht 12 ausgebildet ist, wird längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 durch die Druckspannung gebogen. Dieses Herstellungsverfahren ist gekennzeichnet durch die Ausführung der obigen Schritte.
  • Wenn die bewegliche Elektrode 25 von dem Siliciumsubstrat 11 gelöst wird, indem man den eingebetteten Oxidfilm 13 entfernt, wird die Detektierbalkenleitung 50, die der Kopplungseinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode 25 mit dem Siliciumsubstrat 11 entspricht, längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen, und zwar durch die Druckspannung, die in der Druckspannungsschicht 90 erzeugt wird. Als Ergebnis vergrößert sich der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11.
  • Entsprechend des Herstellungsverfahrens nach dieser Ausführung wird, selbst falls die Dicke der eingebetteten Oxidschicht 13, die der Opferschicht entspricht, nicht dick ist, die Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 groß, so dass, selbst wenn eine Fremdsubstanz in diese Lücke eintritt, die bewegliche Elektrode 25 kaum irgendeine Wechselwirkung mit dieser Fremdsubstanz zeigt und der normale Betrieb der beweglichen Elektrode 25 kaum gestört werden kann.
  • Als Folge ist es bei dem Winkelratensensor 100 vom kapazitiven Typ, der dadurch hergestellt wird, dass sowohl die bewegliche Elektrode 25 als auch die festen Elektroden 60 bis 80, die der beweglichen Elektrode 25 gegenüberliegen, auf dem Siliciumsubstrat 11 hergestellt werden, möglich, eine Verringerung der Produktionsrate zu vermeiden, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dicker gemacht werden muss.
  • Das Herstellungsverfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass als die Druckspannungsschicht 90 eine Schicht verwendet werden kann, die aus einer Verunreinigungsdiffusionsschicht hergestellt wird, beispielsweise einer N+-Diffusionsschicht, einem thermischen Oxidfilm, einem polykristallinen Silicium oder einem Siliciumnitridfilm.
  • Darüber hinaus wird ein Winkelratensensor 100 zur Verfügung gestellt, der die folgenden Merkmale besitzt. Das heißt, der Halbleitersensor für die Winkelrate 100 ist ausgestattet mit: der beweglichen Elektrode 25, die mit dem Siliciumsubstrat 11 gekoppelt ist, und zwar in einem solchen Zustand, dass die bewegliche Elektrode 25 bezüglich des Siliciumsubstrats 11 beweglich ist; und den festen Elektroden 60, 70, 80, die mit dem Siliciumsubstrat 11 in einem solchen Zustand gekoppelt sind, dass diese Elektroden 60, 70, 80, welche fest mit dem Siliciumsubstrat 11 verbunden sind, der beweglichen Elektrode 25 gegenüberliegen, wobei der Halbleitersensor 100 für die Winkelrate die Winkelrate basierend auf den Änderungen in den Kapazitäten zwischen der beweglichen Elektrode 25 und den festen Elektroden 60 bis 80 detektiert, wenn die Winkelrate auf diesen aufgebracht wird; und wobei die bewegliche Elektrode 25 positionell von den festen Elektroden 60 bis 80 versetzt ist und diesen festen Elektroden 60 bis 80 gegenüberliegend über dem Siliciumsubstrat 11 angeordnet ist, und zwar in einem solchen Zustand, dass die bewegliche Elektrode 25 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 positioniert ist, und zwar mehr als die festen Elektroden 60 bis 80.
  • Der Winkelratensensor 100, der einen solchen Merkmalspunkt aufweist, kann durch das Herstellungsverfahren präzise gefertigt werden. Die Effekte, die durch diesen Winkelratensensor 100 erreicht werden können, sind die Folgenden: Das heißt, es ist möglich, eine Verringerung der Produktionsrate bzw. Ausbeute zu vermeiden, die dadurch verursacht wird, indem fremde Materie in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintritt, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss.
  • Darüber hinaus kann dieser Sensor 100 präzise eine physikalische Größe längs einer Richtung senkrecht zu der Substratebene des Siliciumsubstrats 11 detektieren, das heißt, einer Richtung der Dicke des Siliciumsubstrats 11, das heißt, der ”Z”-Richtung der Drehachse. Genauer gesagt, wird ein Betrieb des Sensors beschrieben in dem Fall, dass eine Beschleunigung, die längs der ”Z”-Richtung der Drehachse aufgebracht wird, detektiert wird, und zwar unter Bezug auf 7 und 8.
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung einer schematischen Querschnittsstruktur eines herkömmlichen Allzweckhalbleitersensors für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung einer schematischen Querschnittsstruktur des Winkelratensensors 100, das heißt, ein Diagramm zur Erläuterung der Detektierungsvorgänge dieses Winkelratensensors 100 in dem Fall, dass eine Beschleunigung, die in der ”Z”-Richtung der Drehachse aufgebracht wird, detektiert wird.
  • Wie in 7 gezeigt, sind bei einem herkömmlichen Halbleitersensor für eine physikalische Größe beide, sowohl eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden 1 als auch eine Mehrzahl von festen Elektroden 2 auf einem Trägersubstrat 11 ausgebildet, während die festen Elektroden 12 die physikalische Größe detektieren und den beweglichen Elektroden 1 gegenüberliegend angeordnet sind. Diese beweglichen Elektroden 1 und die festen Elektroden 2 sind in derselben Höhe angeordnet, die gleich einer Höhe der Dicke ist, die von dem Trägersubstrat 11 bis zu der isolierenden Schicht 13 definiert ist. Diese beweglichen Elektroden 11 und festen Elektroden 2 sind einander gegenüberliegend innerhalb derselben Ebene angeordnet.
  • Als Folge wird, wenn die Beschleunigung der Richtung der Dicke des Trägersubstrats 11, das heißt, der ”Z”-Richtung, aufgebracht wird, selbst in einem Fall, in welchem die beweglichen Elektroden 1 längs einer Richtung ausgelenkt werden (das heißt, einer Richtung nach oben in 7), und zwar weg von dem Trägersubstrat 11, und auch längs einer Richtung ausgelenkt werden (das heißt, einer unteren Richtung in 7) nahe zu dem Trägersubstrat 11, die gegenüberliegende Fläche zwischen den beweglichen Elektroden 1 und den festen Elektroden 2 verringert, und somit wird die Kapazitätsänderung zu einem negativen Wert (–ΔC) verschoben, das heißt, der Wert der Kapazität verringert sich.
  • Bei dem herkömmlichen Mehrzweckhalbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ kann, obwohl der Grad der Änderung der Kapazität zwischen den beweglichen Elektroden 1 und den festen Elektroden 2 detektiert werden kann, die Vergrößerungs-/Verkleinerungsrichtung dieser Kapazitätsänderung nicht erkannt werden. Als Folge kann die Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektroden 1 längs der Richtung der Dicke des Trägersubstrats 11 nicht beurteilt werden. Das heißt, die Richtung der aufgebrachten Beschleunigung kann nicht beurteilt werden.
  • Im Gegensatz hierzu ist bei dem Winkelratensensor 100 nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung die bewegliche Elektrode 25 positionell von den festen Elektroden 60 bis 80 verschoben und diesen festen Elektroden 60 bis 80 gegenüberliegend angeordnet, und zwar über dem Siliciumsubstrat 11 in einem solchen Zustand, dass die bewegliche Elektrode 25 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 positioniert ist, und zwar mehr als die festen Elektroden 60 bis 80.
  • Dieser Zustand impliziert die folgende Tatsache: Wie in 8A gezeigt, werden in einem solchen Zustand, dass die Beschleunigung längs der ”Z”-Richtung nicht aufgebracht wird, die Bereiche zur Erfassung der Winkelrate in der beweglichen Elektrode 25 und den festen Elektroden 60 bis 80 um eine Verschiebungsbreite ”A” verschoben, das heißt, sowohl der Vibrator 40 zum Zwecke der Erfassung der Winkelrate als auch die feste Elektrode 70 zur Detektierung der Winkelrate sind um diese Verschiebungsbreite ”A” verschoben.
  • Als eine Folge wird, wie in 8B gezeigt, wenn die Beschleunigung längs der Richtung der Dicke des Trägersubstrats 11, das heißt, der ”Z”-Richtung, aufgebracht wird und somit die bewegliche Elektrode 25 sich längs der Richtung (obere Richtung in 8) weg von dem Trägersubstrat 11 verschiebt, die gegenüberliegende Fläche zwischen dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate und der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, das heißt, die Fläche, mit der sich Vibrator 40 und Elektrode 70 gegenüberlieben, verkleinert.
  • Diese verringerte Fläche entspricht der Tatsache, dass die Kapazität zwischen der Elektrode 40 (25) und der Elektrode 70 verringert wird. Das heißt, diese Änderung der Kapazität wird auf einen negativen Wert verschoben (–ΔC).
  • Auf der anderen Seite wird, wie in 8C gezeigt, wenn die Beschleunigung längs der ”Z”-Richtung aufgebracht wird und somit die bewegliche Elektrode 25 sich längs der Richtung (untere Richtung in 8) hin zu dem Trägersubstrat 11 verschiebt, die gegenüberliegende Fläche zwischen dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate und der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vergrößert.
  • Diese vergrößerte Fläche entspricht der Tatsache, dass die Kapazität zwischen der Elektrode 40 (25) und der Elektrode 70 sich vergrößert. Das heißt, diese Kapazitätsänderung wird zu einem positiven Wert (+ΔC) verschoben.
  • Aufgrund der Vergrößerungs-/Verkleinerungsrichtungen der Kapazität zwischen dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate und der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate kann der Winkelratensensor 100 sowohl die Richtung der Auslenkung als auch die Größe der Auslenkung bezüglich der beweglichen Elektrode 25 längs der Richtung der Dicke des Trägersubstrats detektieren, das heißt, der ”Z”-Richtung der Drehachse, und zwar in präziser Weise, das heißt, es kann sowohl die Richtung als auch die Größe der aufgebrachten Beschleunigung auf präzise Weise detektieren.
  • Mit dem Winkelratensensor 100 ist es möglich, eine Verringerung der Produktionsquote zu verhindern, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss. Zusätzlich kann dieser Winkelratensensor 100 präzise die physikalische Größe längs der Richtung detektieren, die rechtwinklig zu der Substratebene des Siliciumsubstrats 11 liegt, das heißt, der Richtung der Dicke dieses Siliciumsubstrats 11, während ein herkömmlicher Halbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ eine solche physikalische Größe längs der Richtung der Dicke des Siliciumsubstrats 11 nicht detektieren könnte.
  • In diesem Fall ergibt sich für den Winkelratensensor 100 ein weiterer Merkmalspunkt wie folgt: Während die Druckspannungsschicht 90 auf der vorderen Oberfläche der Detektierbalkenleitung 50 ausgebildet ist, die der Koppeleinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode 25 mit dem Siliciumsubstrat 11 entspricht, wird, da die Detektierbalkenleitung 50 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen ist, die bewegliche Elektrode 25 positionell bezüglich der festen Elektroden 60 bis 80 verschoben und ist diesen festen Elektroden 60 bis 80 gegenüberliegend angeordnet.
  • Der Winkelratensensor 100 ist auch dadurch gekennzeichnet, dass als die Druckspannungsschicht 90 eine Schicht verwendet werden kann, die aus einer Verunreinigungsdiffusionsschicht, beispielsweise einer N+-Diffusionsschicht, hergestellt sein kann, einer thermischen Oxidschicht, einem polykristallinen Silicium oder einem Siliciumnitridfilm.
  • (Zweite Ausführung)
  • 9 ist ein Diagramm zur schematischen Erläuterung einer Querschnittsstruktur eines Winkelratensensors 200 vom kapazitiven Typ nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Eine ebene Struktur des Winkelratensensors 200 ist ähnlichen der ebenen Struktur, die in 1 gezeigt ist. 9 zeigt den Winkelratensensor 200 mittels des Querschnitts, der in 2 gezeigt ist, das heißt, eines Querschnitts, der einem Schnitt entspricht, der längs der Linie II-II in 1 läuft.
  • Bei dem Winkelratensensor 100, wie er in 1 bis 3 gezeigt ist, wird im Wesentlichen der gesamte Bereich der festen Elektroden 60, 70, 80 mittels des eingebetteten Oxidfilms 13 durch das Siliciumsubstrat 11 gelagert, so dass es fest mit diesem verbunden ist (vgl. 2 und 3).
  • Im Gegensatz hierzu werden bei dem Winkelratensensor 200 die festen Elektroden 60 bis 80 mittels des eingebetteten Oxidfilms 13 an entsprechenden Bereichen gelagert, die in der Umfangseinheit des Siliciumsubstrats 11 angeordnet sind, und zwar an Bereichen, wo die Blöcke 60a bis 80a ausgebildet sind. Dann werden die jeweiligen festen Elektroden 60 bis 80 bei dieser Trägereinheit in einen auskragenden Zustand gebracht.
  • Wie in 9 gezeigt, werden ein Bereich der festen Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs, der gegenüberliegend zu der kammzahnförmigen Einheit der Verlängerungseinheit 32 des Vibrators 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet ist, der der beweglichen Elektrode 25 entspricht, ein Bereich der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, der gegenüberliegend zu der kammzahnförmigen Einheit des Vibrators 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate angeordnet ist, und der Bereich der festen Elektrode 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen, der gegenüberliegend zu dem Vibrator 30 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs angeordnet ist, in einen freien bzw. schwebenden Zustand gebracht, während der eingebettete Oxidfilm 13 zwischen diesen Bereichen und dem Siliciumsubstrat 11 nicht vorhanden ist.
  • Der Winkelratensensor 200 ist dadurch gekennzeichnet, dass die festen Elektroden 60 bis 80 in einem solchen Zustand gekoppelt sind, dass diese festen Elektroden 60 bis 80 durch das Siliciumsubstrat 11 gelagert werden, welches dem Trägersubstrat entspricht, und zwar in einer freitragenden Art und Weise.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Winkelratensensors 200 wird dadurch realisiert, dass man einen Schritt zur Herstellung bzw. Präparierung des Substrats 10 mit geschichteten Schichten ausführt, einen Schritt zur Ausbildung einer Druckspannungsschicht, einen Schritt zum Ausbilden von Schlitzen, und einen Schritt des Freimachens, wobei dieses Verfahren ähnlich dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführung ist.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren wird, da die festen Elektroden 60 bis 80 in der freitragenden Weise gelagert sind, die eingebettete Oxidschicht 13 unter den festen Elektroden 60 bis 80 entfernt, indem man einen Ätzprozess durchführt, um in dem Schritt des Freimachens diesen freitragenden Zustand zu realisieren.
  • Bei dieser zweiten Ausführung wird die Detektierbalkenleitung 50 durch die Druckspannung längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen, und zwar im Schritt des Freimachens. Der Winkelratensensor 200, der in 9 gezeigt ist, kann auf eine präzise Art und Weise hergestellt werden.
  • Dann ist es bei dem Winkelratensensor 200 vom kapazitiven Typ, der dadurch hergestellt wird, dass sowohl die bewegliche Elektrode 25 als auch die festen Elektroden 60 bis 80, die der beweglichen Elektrode 25 gegenüberliegen, auf dem Siliciumsubstrat 11 hergestellt werden, möglich, eine Verringerung der Produktionsrate zu vermeiden, die dadurch verursacht wurde, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss.
  • Die bewegliche Elektrode 25 ist positionell von den festen Elektroden 60 bis 80 verschoben und diesen gegenüberliegend angeordnet, und zwar in einem solchen Zustand, dass diese bewegliche Elektrode 25 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 positioniert ist, und zwar mehr als die festen Elektroden 60 bis 80. Als Ergebnis kann, ähnlich wie der Winkelratensensor 100 nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, der Winkelratensensor 200 nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung präzise die physikalische Größe längs der Richtung senkrecht zu der Substratebene des Siliciumsubstrats 11 detektieren, das heißt, längs der Richtung der Dicke des Siliciumsubstrats 11, mit anderen Worten, längs der ”Z”-Richtung der Drehachse.
  • (Dritte Ausführung)
  • 10 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung eines Querschnitts eines Winkelratensensors 300 vom kapazitiven Typ nach einer nicht zur Erfindung gehörenden dritten Ausführung.
  • Eine ebene Struktur des Winkelratensensors 300 ist ähnlich der ebenen Struktur ausgeführt, die in 1 gezeigt ist. 10 zeigt den Winkelratensensor 300 anhand des Querschnitts, wie er in 2 gezeigt ist, das heißt, eines Querschnitts längs der Linie II-II in 1.
  • Ähnlich wie der Winkelratensensor 200, wie er in 9 gezeigt ist, werden bei dem Winkelratensensor 300 die festen Elektroden 60 bis 80 mittels des eingebetteten Oxidfilms 13 in entsprechenden Bereichen gelagert, die in der Umfangseinheit des Siliciumsubstrats 11 angeordnet sind, und zwar in Bereichen, wo die Blöcke 60a bis 80a in einem hervorragenden bzw. freitragenden Zustand ausgebildet sind.
  • Dieser Winkelratensensor 300 ist dadurch gekennzeichnet, dass die festen Elektroden 60 bis 80 in einem solchen Zustand gekoppelt sind, dass diese festen Elektroden 60 bis 80 durch das Siliciumsubstrat 11 getragen werden, welches dem Trägersubstrat entspricht, und zwar in einer freitragenden Art und Weise.
  • Darüber hinaus werden bei dem Winkelratensensor 300 die festen Elektroden 60 bis 80 durch die Druckspannung der Druckspannungsschicht 90 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen, welches dem Trägersubstrat entspricht. Nicht nur eine Höhe einer Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11, sondern auch Höhen der Lücken zwischen dem Siliciumsubstrat 11 und den festen Elektroden 60 bis 80 sind größer als die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13.
  • Wie in 10 gezeigt, sind die Druckspannungsschichten 90 auf der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12 ausgebildet, die der festen Elektrode 60 zum Zwecke der Steuerung bzw. des Antriebs entspricht, einem Bereich der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate, und der festen Elektrode 80 zum Zwecke der Detektierung von Vibrationen.
  • Obwohl in 10 nicht gezeigt, ist bei dem Winkelratensensor 300 die Druckspannungsschicht 90 auf der Detektierbalkenleitung 50 ausgebildet, so dass der gesamte Bereich der beweglichen Elektrode 25 aufgrund der Druckspannung davon auf ähnliche Weise frei ist, wie dies bei der ersten Ausführung der Fall ist.
  • Die bewegliche Elektrode 25 ist nach oben hin von dem Siliciumsubstrat 11 frei, und zwar im Wesentlichen parallel zu diesem Siliciumsubstrat 11, während die festen Elektroden 60, 70, 80 von den Bereichen der festen Elektroden 60 bis 80 freiliegen, in welchen die Blöcke 60a bis 80a ausgebildet sind, das heißt, gegenüber den Bereichen frei sind, die mittels des eingebetteten Oxidfilms 13 auf eine solche Weise getragen werden, dass die Höhe der Lücken sich kontinuierlich vergrößert.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Winkelratensensors 300 wird dadurch realisiert, dass man einen Schritt zur Präparierung des Substrats 10 mit geschichteten Schichten ausführt, einen Schritt zur Ausbildung einer Druckspannungsschicht, einen Schritt zur Ausbildung von Schlitzen und einen Schritt zum Freimachen, wobei dieses Verfahren ähnlich dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführung ist.
  • Bei dem Schritt der Ausbildung der Druckspannungsschicht werden die Druckspannungsschichten 90 nicht nur auf der vorderen Oberfläche des Bereichs ausgebildet, der die Detektierbalkenleitung 50 innerhalb der SOI-Schicht 12 wird, die der Halbleiterschicht entspricht, sondern auch auf den vorderen Oberflächen der Bereiche, die zu den Elektroden 60 bis 80 innerhalb dieser SOI-Schicht 12 werden.
  • Dann wird bei dem Schritt des Freimachens nach dieser dritten Ausführung, da der eingebettete Oxidfilm 13, der der isolierenden Schicht entspricht, entfernt wird, die Detektierbalkenleitung 50 durch die Druckspannung dazu gezwungen, sich längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 zu biegen, und darüber hinaus werden die festen Elektroden 60 bis 80 in einen Zustand gebracht, in dem sie freitragend gelagert sind. Als eine Folge werden die festen Elektroden 60 bis 80 durch die Druckspannung der Druckspannungsschicht 90 längs der Richtung weg von dem Siliciumsubstrat 11 gebogen.
  • Der Winkelratensensor 300 kann gemäß diesem Herstellungsverfahren hergestellt werden. Dann sind ähnlich wie bei der zweiten Ausführung bei dem Winkelratensensor 300 die Lücken nicht nur zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 vorhanden, sondern auch zwischen den festen Elektroden 60 bis 80 und dem Siliciumsubstrat 11.
  • Im Falle eines solchen strukturellen Aufbaus vergrößern sich, wie in 10 gezeigt, da die festen Elektroden 60 bis 80 ähnlich gebogen sind, die Abstände zwischen den festen Elektroden 60 bis 80 und dem Siliciumsubstrat 11, so dass die Lücken, die zwischen den festen Elektroden 60 bis 80 und dem Siliciumsubstrat 11 ausgebildet sind, groß gemacht werden.
  • Dann ist es auch bei dem Winkelratensensor 300 vom kapazitiven Typ, der dadurch hergestellt wird, dass man sowohl die bewegliche Elektrode 25 als auch die festen Elektroden 60 bis 80, die der beweglichen Elektrode 25 gegenüberliegend angeordnet sind, auf dem Siliciumsubstrat 11 ausbildet, möglich, eine Verringerung der Produktionsquote zu vermeiden, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss.
  • Darüber hinaus kann, wie in 10 gezeigt, bei dem Winkelratensensor 300, da die bewegliche Elektrode 25 den festen Elektroden 60 bis 80 innerhalb derselben Ebene gegenüberliegt, dieser Winkelratensensor 300 die physikalische Größe nicht längs der Richtung senkrecht zu der Substratebene des Siliciumsubstrats 11 erfassen, das heißt, längs der Richtung der Dicke dieses Siliciumsubstrats 11, das heißt, längs der ”Z”-Richtung der Drehachse, was einen Unterschied zu dem Winkelratensensor 100 und 200 nach der ersten und zweiten Ausführung darstellt.
  • Jedoch sind bei dem Winkelratensensor 300 der Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate und die feste Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate nicht positionell in der ”Z”-Richtung der Drehachse verschoben und einander nicht gegenüberliegend angeordnet. Als Folge kann die gegenüberliegende Fläche, die zwischen der kammzahnförmigen Einheit, die in dem Vibrator 40 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, und der kammzahnförmigen Einheit, die in der festen Elektrode 70 zum Zwecke der Detektierung der Winkelrate vorgesehen ist, ausreichend groß sichergestellt werden, und somit wird der Wert der elektrostatischen Kapazität, der durch diese kammzahnförmigen Einheiten gebildet wird, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, auf eine einfache Weise in ausreichender Größe sichergestellt werden.
  • (Vierte Ausführung)
  • 11 zeigt einen Teil eines Winkelratensensors vom kapazitiven Typ 400 nach einer nicht zur Erfindung gehörenden vierten Ausführung.
  • In 11 bezeichnet T1 eine Dicke der festen Elektrode 60, 70, 80, und T2 bezeichnet eine Dicke der beweglichen Elektrode 25. Darüber hinaus bezeichnet L1 eine Distanz zwischen der festen Elektrode 60, 70, 80 und dem Trägersubstrat 11, und L2 bezeichnet eine Distanz zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Substrat 11. W1 bezeichnet eine Distanz zwischen der festen Elektrode 60, 70, 80 und der beweglichen Elektrode 25.
  • Hier ist die Dicke T1 der festen Elektrode 60, 70, 80 nahezu gleich der Dicke T2 der beweglichen Elektrode 25. Darüber hinaus unterscheiden sich die Distanz L1 zwischen der festen Elektrode 60, 70, 80 und dem Substrat 11 von der Distanz L2 zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Substrat 11. Genauer gesagt, hat das Substrat eine flache Oberfläche, und die Distanz L2 zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Substrat 11 ist größer als die Distanz L1 zwischen den festen Elektroden 60, 70, 80 und dem Substrat 11. Darüber hinaus ist die Distanz L1 zwischen den festen Elektroden 60, 70, 80 und dem Substrat 11 größer als die Distanz W1 zwischen der festen Elektrode 60, 70, 80 und der beweglichen Elektrode 25.
  • In diesem Fall ist es möglich, eine Verringerung der Produktionsrate zu verhindern, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss.
  • Nachfolgend ist in 12 ein Sensor für eine physikalische Größe gezeigt, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise aus dem US-Patent mit Nr. 5,427,975 und dem SAE Technischen Papier mit der Nr. 2002-01-1080. In 12 ist, obwohl die Dicke T1 der festen Elektrode 2 nahezu gleich der Dicke T2 der beweglichen Elektrode 1 ist, die Distanz L1 zwischen der festen Elektrode 2 und dem Substrat 11 dieselbe wie die Distanz L2 zwischen der beweglichen Elektrode 1 und dem Substrat 11. Darüber hinaus ist das Substrat 11 nicht flach. Darüber hinaus ist, obwohl die Distanz L1 zwischen der festen Elektrode 2 und dem Substrat 11 größer als die Distanz W1 zwischen der festen Elektrode 2 und der beweglichen Elektrode 25 ist, die Distanz L2 zwischen der beweglichen Elektrode 1 und dem Substrat 11 nicht größer als die Distanz L1 zwischen der festen Elektrode 2 und dem Substrat 11. Bei dem Sensor, wie er in 12 gezeigt ist, ist es schwierig, eine Verringerung der Produktionsrate zu verhindern, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode 25 und dem Siliciumsubstrat 11 eintreten, während die Dicke des eingebetteten Oxidfilms 13, der der Opferschicht entspricht, nicht dick ist.
  • Der Sensor 400 wird wie folgt hergestellt.
  • Wie in 13A gezeigt, wird ein eingebetteter Oxidfilm 13, der unter den festen Elektroden 60, 70, 80 angeordnet ist, zusammen mit dem Freimachen der beweglichen Elektrode 25 von dem Substrat 11 während des Prozesses des Ätzens des eingebetteten Oxidfilms geätzt. Somit wird der Sensor 400 ausgebildet.
  • Der Sensor 400 kann mittels anderer Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise in 13B und 13C gezeigt sind.
  • In 13B wird ein eingebetteter Oxidfilm 13, der unter den festen Elektroden 60, 70, 80 angeordnet ist, nicht geätzt, wenn die bewegliche Elektrode 25 von dem Substrat 11 freigemacht wird, und zwar in dem Prozess des Ätzens des eingebetteten Oxidfilms. Somit ist der Sensor 400 ausgebildet.
  • In 13C wird ein Teil der SOI-Schicht 12, die auf einer Seite angeordnet ist, die eine Verbindung zwischen der SOI-Schicht 12 und dem eingebetteten Oxidfilm 13 kontaktiert, geätzt, so dass die bewegliche Elektrode 25 von dem Substrat 11 gelöst wird.
  • Darüber hinaus kann der gemäß dieser Ausführungsform nicht beanspruchte Sensor mit der Druckspannungsschicht 90 versehen werden. In diesem Fall wird der Sensor ohne die Druckspannungsschicht 90 wie folgt hergestellt. Als Erstes wird, wie in 14A gezeigt, eine Aussparung 130 in der SOI-Schicht 12 ausgebildet. Dann wird, wie in 14B gezeigt, eine weitere Aussparung 131 auf der Oberfläche der SOI-Schicht 12 ausgebildet. In 14C wird ein Schlitz 120 in der SOI-Schicht 12 ausgebildet. Somit wird die Oberfläche der SOI-Schicht 12 teilweise geätzt, so dass die Aussparung 131 gebildet wird. Darüber hinaus wird ein Teil der SOI-Schicht 12, der auf einer Seite angeordnet ist, die in Kontakt mit einem Übergang zwischen der SOI-Schicht 12 und dem eingebetteten Oxidfilm steht, geätzt, so dass die Aussparung 130 ausgebildet wird. Dann wird die bewegliche Elektrode 25 von dem Substrat 11 gelöst.
  • (Modifikationen)
  • Die oben erläuterte erste bis dritte Ausführung beschreibt Verfahren zur Herstellung der Winkelratensensoren 100 bis 300 auf eine solche Weise, dass, während ein Substrat 10 mit geschichteten Schichten, das aus dem SOI-Substrat hergestellt ist, verwendet wird, die Bearbeitung von der vorderen Oberfläche von diesem aus ausgeführt wird, das heißt, von der vorderen Oberfläche der SOI-Schicht 12. Alternativ kann ein Verfahren zur Herstellung verwendet werden, bei dem von einer hinteren Oberfläche aus bearbeitet wird.
  • Genauer gesagt, wird bei einem Schritt des Lösens oder Freimachens ein anisotroper Ätzprozess oder dergleichen von einer hinteren Oberfläche des Substrats 10 mit geschichteten Schichten aus ausgeführt, das heißt, von einer äußeren Ebene des Siliciumsubstrats 11, um eine konkave Einheit auszubilden, die zu dem eingebetteten Oxidfilm 13 reicht. Darüber hinaus wird der eingebettete Oxidfilm 13, der von dieser konkaven Einheit freiliegt, geätzt, so dass er entfernt wird, so dass die bewegliche Elektrode 25 gelöst werden kann.
  • Bei den oben erläuterten Ausführungen sind sowohl das Trägersubstrat 11 als auch die Halbleiterschicht 12 aus Silicium hergestellt, und das SOI(”silicon-on insulator”, Silicium-auf-Isolator)-Substrat, bei dem der isolierende Film 13 aus dem Siliciumoxidfilm hergestellt ist, wird als das Substrat 10 mit geschichteten Schichten verwendet. Jedoch beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf SOI-Substrate als Substrate 10 mit geschichteten Schichten, statt dessen kann, wenn die Halbleiterschicht 12 mittels der isolierenden Schicht 13 auf dem Trägersubstrat 11 geschichtet ist, jede Art von geschichteten Substraten auf ähnliche Weise verwendet werden.
  • Darüber hinaus beschränken sich die Formen und Anordnungen bezüglich der beweglichen Elektrode 25 und der festen Elektroden 60 bis 80, die bei dem Winkelratensensor eingesetzt werden, der in den obigen Ausführungen erläutert wurde, nicht auf die Beispiele, die in den entsprechenden Zeichnungen dargestellt sind.
  • Darüber hinaus ist der Halbleitersensor für eine physikalische Größe nicht nur auf einen Winkelratensensor (Gyroskop) beschränkt, sondern kann bei einem Beschleunigungssensor angewendet werden oder auch bei einem Drucksensor. Beispielsweise kann bei einem Beschleunigungssensor ein solcher Sensor alternativ in einer solchen Weise hergestellt werden, dass, während der Beschleunigungssensor mit einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode ausgestattet ist, die dieser beweglichen Elektrode gegenüberliegend angeordnet ist, die bewegliche Elektrode sich längs einer Richtung des Aufbringens der Beschleunigung, die gemessen werden soll, bewegt werden kann, und dann wird die aufgebrachte Beschleunigung basierend auf einer Änderung in den Kapazitäten zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode detektiert, die durch das Aufbringen der Beschleunigung auf diese verursacht wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann bei einem Halbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ und einem Herstellungsverfahren von diesem angewandt werden, falls der Halbleitersensor für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ durch die bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode, die dieser beweglichen Elektrode gegenüberliegt, auf einem Trägersubstrat ausgebildet werden kann und eine physikalische Größe basierend auf einer Änderung in der Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode detektiert wird.
  • Ein wesentlicher Punkt des Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ ist wie folgt gekennzeichnet. Während das Substrat mit geschichteten Schichten präpariert wird, das dadurch hergestellt wird, dass man die Halbleiterschicht mittels der isolierenden Schicht über dem Trägersubstrat aufschichtet, wird die obige Druckspannungsschicht auf der vorderen Oberfläche des Bereichs ausgebildet, der die Kopplungseinheit zum Koppeln der beweglichen Elektrode mit dem Trägersubstrat innerhalb der Halbleiterschicht bildet; und nachdem die Schlitze bezüglich der Halbleiterschicht ausgebildet worden sind und von der vorderen Oberfläche dieser Halbleiterschicht zu der isolierenden Schicht reichen und weiterhin die Muster von sowohl der beweglichen Elektrode als auch den festen Elektroden festlegen, wird, während die isolierende Schicht entfernt wird, die bewegliche Elektrode von dem Trägersubstrat gelöst bzw. freigelegt, und ein Bereich, in welchem die Druckspannungsschicht innerhalb der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird längs der Richtung weg von dem Trägersubstrat durch die Druckspannung gebogen. Andere strukturelle Einheiten dieses Sensors können geeignet modifiziert sein.
  • Ein wesentlicher Punkt des Halbleitersensors für eine physikalische Größe vom kapazitiven Typ ist hauptsächlich auch wie folgt gekennzeichnet: Die bewegliche Elektrode ist positionell von den festen Elektroden verschoben und diesen festen Elektroden gegenüberliegend angeordnet, und zwar in einem solchen Zustand, dass die bewegliche Elektrode längs der Richtung weg von dem Trägersubstrat auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Andere strukturelle Einheiten dieses Sensors können geeignet modifiziert sein.
  • Darüber hinaus ist es eine Wirkung der vorliegenden Erfindung, eine Verringerung des Produktionsertrags zu verhindern, die dadurch hervorgerufen wird, dass Fremdstoffe in den Raum zwischen der beweglichen Elektrode und dem Siliciumsubstrat eindringen, während die Dicke der isolierenden Schicht, die der Opferschicht entspricht, nicht dick sein muss. Das heißt, da eine Verringerung des Produktionsertrags vermieden werden kann, indem man einen geklebten SOI-Wafer in einem Bereich der Dicke eines eingebetteten Oxidfilms verwendet, der zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann, ist es möglich, einen solchen Sensor mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung zu stellen.
  • Die Druckspannungsschicht 90 kann aus einem thermischen Oxidationsfilm hergestellt werden, einem polykristallinen Siliciumfilm, einem Siliciumnitridfilm oder einem CVD-Oxidationsfilm. Dabei wird der CVD-Oxidationsfilm durch ein CVD-Verfahren hergestellt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, der ein Trägersubstrat (11) umfasst, eine bewegliche Elektrode (25), die beweglich auf dem Trägersubstrat (11) angeordnet ist, und eine feste Elektrode (60, 70, 80), die fest auf dem Trägersubstrat (11) angeordnet ist und der beweglichen Elektrode (25) zugewandt ist, wobei die bewegliche Elektrode (25) über vier Verbindungsbereiche (50) und zugehörige Trägereineinheiten (51) derart mit dem Trägersubstrat (11) verbunden ist, dass die bewegliche Elektrode (25) in einer Richtung parallel zu dem Trägersubstrat (11) beweglich ist, wobei der Sensor eine physikalische Größe auf Basis einer Änderung der Kapazität eines Kondensators detektiert, der zwischen der beweglichen Elektrode (25) und der festen Elektrode (60, 70, 80) gebildet ist, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Präparieren eines mehrschichtigen Substrats (10) einschließlich des Trägersubstrats (11), eines isolierenden Films (13) und einer Halbleiterschicht (12), die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; b) Ausbilden einer Druckspannungsschicht (90) nur auf einem Teil einer Oberfläche der Halbleiterschicht (12), wobei dieser Teil den Verbindungsbereichen (50) zwischen der beweglichen Elektrode (25) und dem Trägersubstrat (11) entspricht, wobei die Druckspannungsschicht (90) eine Druckspannung erzeugt; c) Ausbilden eines Schlitzes (120) in der Halbleiterschicht (12) auf eine solche Weise, dass der Schlitz (120) von der Oberfläche der Halbleiterschicht (12) zu dem isolierenden Film (13) reicht und dass der Schlitz (120) die bewegliche Elektrode (25) und die feste Elektrode (60, 70, 80) separiert; und d) Freimachen der beweglichen Elektrode (25) und der Verbindungsbereiche (50) von dem Trägersubstrat (11) durch Entfernen des isolierenden Films (13), wobei in dem Schritt des Freimachens der beweglichen Elektrode (25) die Verbindungsbereiche (50) durch die Druckspannung der Druckspannungsschicht (90) derart in einer Richtung weg von dem Trägersubstrat (11) gebogen werden, dass der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode (25) und dem Trägersubstrat (11) größer wird als der Abstand zwischen der festen Elektrode (60, 70, 80) und dem Trägersubstrat (11).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Elektrode (60, 70, 80) auf dem Trägersubstrat (11) auskragt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspannungsschicht (90) aus einer Verunreinigungsdiffusionsschicht hergestellt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspannungsschicht (90) aus einer N+-Diffusionsschicht hergestellt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspannungsschicht (90) aus einem thermischen Oxidationsfilm, einem polykristallinen Siliciumfilm, einem Siliciumnitridfilm oder einem CVD-Oxidationsfilm hergestellt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrschichtige Substrat (10) ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (10) ist, das Trägersubstrat (11) aus Silicium hergestellt ist, die Halbleiterschicht (12) aus Silicium hergestellt ist, und der isolierende Film (13) aus einem Siliciumoxid hergestellt ist.
  7. Vorrichtung hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6.
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