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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Kapazitätsbeschleunigungssensoren, die unter Verwendung einer Halbleitermikrofertigungstechnologie gebildet werden.
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Damit bei solchen Beschleunigungssensoren ihre beweglichen Elektroden, die Massekörper sind, die Beschleunigungsdetektoren bilden, in Vakuum oder einem Inertgas geeignet schwingen, müssen die Beschleunigungsdetektoren mit einem Trennelement, wie z. B. einer Glaskappe versiegelt werden, während zum Ausgeben eines Signals von den innerhalb der Glaskappe installierten Beschleunigungsdetektoren nach außen auch Drähte bereitgestellt werden müssen, die durch das Trennelement hindurchgehen.
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Dementsprechend ist in
2 der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 150,916/2000 ein Beschleunigungssensor offenbart, bei dem eine Glaskappe (Kappe) anodisch mit einem Verbindungsrahmen (Rahmen) verbunden ist, der aus monokristallinem Silizium besteht, in das Dotierstoffe wie z. B. Phosphor mit einem relativ geringen Anteil eindotiert sind, so dass ein dicht versiegelter Raum geschaffen wird. Ein Bondrahmen wird somit aus einer hoch resistiven monokristallinen Siliziumschicht gebildet, die auf einer Isolierschicht bereitgestellt ist, die eine Siliziumoxidschicht verwendet, und eine monokristalline Siliziumschicht derselben Hochresistivität wird als Verdrahtungen verwendet, wobei Dotierungen wie z. B. Phosphor diffundiert sind.
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Weil bei solchen Beschleunigungssensoren eine monokristalline Siliziumschicht, die als Bondrahmen bereitgestellt ist, verwendet wird, um ein Signal von dem Beschleunigungsdetektor, der innerhalb der Glaskappe angebracht ist, nach außen auszugeben, muss auch ein Bondbereich unter Verwendung einer monokristallinen Siliziumschicht mit hohem Widerstand gebildet werden. Weil eine einzelkristalline Siliziumschicht, die auch als Bondrahmen bereitgestellt ist, verwendet wird, wird die Flexibilität beim Verdrahtungsentwurf eingeschränkt, die Verdrahtung kann beispielsweise nicht mehrlagig sein.
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Aus dem obigen Grund wurden in letzter Zeit der Bondrahmen und die Verdrahtung gestapelt aufgebaut mit polykristallinem Silizium und einer Isolierschicht. Im Fall des polykristallinen Silizium werden jedoch Oberflächenunregelmäßigkeiten im allgemeinen größer als bei monokristallinem Silizium, und zusätzlich beeinflussen bei einem Stapelaufbau die Unregelmäßigkeiten der unteren Schicht des Bondrahmens die polykristalline Siliziumoberfläche in der oberen Schicht. Demzufolge neigten die Unregelmäßigkeiten dazu, größer zu werden. Wenn solche Unregelmäßigkeiten, die wie oben erwähnt größer werden, ein bestimmtes Niveau überschreiten, wird die Abdichtung zwischen der Glaskappe und dem Bondrahmen durch anodisches Bonden unzureichend, was bewirkt, dass Wasser usw. in den abgedichteten Raum eindringt. Demzufolge trat das Problem auf, dass die elektrischen Eigenschaften als Beschleunigungssensor sich über die Zeit ändern.
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Weiter sind beim Herstellen eines solchen Beschleunigungssensors die Glaskappe und der Bondrahmen wie oben beschrieben durch anodisches Bonden verbunden. Weil aufgrund der angelegten Spannung eine statische Ladung in der Glaskappe erzeugt wird, wenn das anodische Bonden durchgeführt wird, trat auch das Problem auf, dass die bewegliche Elektrode, die den Beschleunigungsdetektor bildet, sich zur Seite der Glaskappe hin bewegt und an ihr hängen bleibt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen der oben beschriebenen Probleme durchgeführt wurde, besteht darin, einen Beschleunigungssensor bereitzustellen, bei dem nicht nur die Flexibilität in dem Verdrahtungsentwurf sichergestellt ist, sondern das Versiegeln des Beschleunigungsdetektors sichergestellt werden kann und die bewegliche Elektrode auch daran gehindert werden kann, sich zu der Seite der Glaskappe hin zu bewegen und an ihr hängenzubleiben.
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DE 695 24 539 T2 beschreibt ein Gehäuse für ein elektrisches Bauelement, wobei das Gehäuse aus einem Substrat, einer Verbindungsschicht und einer Kappe gebildet ist. In der Verbindungsschicht ist ein Hohlraum zur Aufnahme des Bauelements vorgesehen, das in einer Ausführungsform ein kapazitiver Beschleunigungssensor mit einer Bodenplatte, einer Mittelplatte und einer Abdeckplatte ist. Auf dem Substrat ist eine Kontaktfläche gebildet, und auf der Kappe ist eine Metallschicht gebildet. Die Kontaktfläche und die Metallschicht (und somit das Substrat und die Kappe) sind über einen elektrischen Leiter miteinander und mit einem ersten Ausgang einer Stromversorgung verbunden. Alternativ kann das Substrat über die Kontaktfläche mit dem ersten Ausgang der Stromversorgung verbunden sein, und die Kappe kann mit einem zweiten Ausgang der Stromversorgung verbunden sein.
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DE 103 52 002 A1 beschreibt ein Sensormodul, insbesondere zur Messung einer Beschleunigung oder Drehrate, mit einem Gehäusegrundkörper aus einem Kunststoffmaterial, einem sich durch den Gehäusegrundkörper erstreckenden Leadframe mit Leads (
10,
13), die Anschlusspins (
14) aufweisen zur Befestigung an einer Leiterplatte, einer Abdeckung aus einem leitfähigem Material, die mit dem Grundkörper verbunden ist, und einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensorchip, wobei die Sensoranordnung über Leitungsbonds mit dem Leadframe kontaktiert ist und wobei die Abdeckung mit mindestem einem Anschlusspin des Sensormoduls verbunden ist.
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DE 103 40 938 A1 beschreibt eine Sensoranordnung, mit mindestens einem Sensorchip, einem Leadframe, auf das der Sensorchip gesetzt ist, einem Kunststoffgehäuse, in dem der Sensorchip und ein Teil des Leadframes eingeschmolzen sind, einem Trägerelement mit Leiterbahnen, auf das der Leadframe gesetzt ist, wobei der Leadframe an die Leiterbahnen angeschlossen ist und wobei der Sensorchip zwischen dem Leadframe und dem Trägerelement angeordnet ist und auf dem Trägerelement unterhalb des Sensorchips ein leitfähiger Bereich ausgebildet sind.
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DE 100 55 081 A1 beschreibt ein Mikrostrukturbauelement, insbesondere ein verkapptes mikromechanisches Sensorelement, wobei mindestens eine, insbesondere aus einer Siliziumschicht herausstrukturierte Mikrostruktur mit einem Glaskörper verkappt ist. Weiter ist vorgesehen, dass zumindest der die Mikrostruktur überdeckende Bereich des Glasskörpers auf seiner der Mikrostruktur zugewandten Seite mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.
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DE 10 2004 042 784 A1 offenbart ein Beschleunigungssensor mit einem Halbleitersubstrat, einem auf dem Halbleitersubstrat ausgebildetes Fühlerelement, einem aus Polysilizium bestehenden Binderrahmen, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und das Fühlerelement umgibt, und einer Glaskappe, die mit einer oberen Oberfläche des aus Polysilizium bestehenden Binderahmens verbunden ist, sodass das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements bedeckt ist, wobei sie um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist. Der aus Polysilizium bestehende Binderahmen ist mit keiner Dotierung dotiert.
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JP 07-263712 A beschreibt einen Halbleitersensor mit einer leitenden Schicht, die gegenüber dem Massekörper auf der inneren Seite des oberen und unteren Glases ausgebildet ist, um zu verhindern, dass der Massekörper an dem Glas hängen bleibt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektrostatischen Kapazitätsbeschleunigungssensor gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten elektrostatischen Kapazitätsbeschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass sich die bewegliche Elektrode des Beschleunigungsdetektors zu der Seite der Kappe hin bewegt und an ihr hängen bleibt, und es kann auch verhindert werden, dass sich die elektrischen Eigenschaften über die Zeit ändern, wobei die Abdichtung innerhalb der Kappe gewahrt bleibt.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
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1 ist eine Draufsicht, die einen Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Draufsicht.
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2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 1.
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3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 1.
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4 ist eine Draufsicht, die einen Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Draufsicht.
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5 ist eine Draufsicht, die einen Beschleunigungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Draufsicht.
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6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C von 5.
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7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 5 (abgewandeltes Beispiel).
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8 ist eine Draufsicht, die einen Beschleunigungssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der Draufsicht.
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Im Folgenden wird auf der Grundlage der Figuren eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
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1 ist eine Draufsicht, die einen Beschleunigungssensor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Draufsicht. Zur Vereinfachung ist eine Kappe in der Draufsicht weggelassen.
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Wie in 1 dargestellt, weist ein Halbleitersubstrat 1 aus Silizium zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen auf, die parallel zueinander liegen, wobei die Dicke des Substrats 400 μm beträgt und seine Größe 2,25 mm × 2,5 mm in rechteckiger Form ist. Eine Hitzeoxidschicht 2, deren Dicke 1,6 μm beträgt, ist zur Isolierung auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt. Ein Beschleunigungssensor 3, dessen Dicke 8 μm beträgt, ist so auf dem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt, das die Hitzeoxidschicht 2 dazwischen liegt. Der Beschleunigungssensor 3 enthält eine erste feste Elektrode 4, eine zweite feste Elektrode 5 und eine bewegliche Elektrode 6. Somit wird die Beschleunigung aus einer Änderung der Kapazität zwischen der ersten und zweiten festen Elektrode 4, 5 und der beweglichen Elektrode 6 erfasst. Weil die erste feste Elektrode 4, die zweite feste Elektrode 5 und die bewegliche Elektrode 6 als Kondensatoren arbeiten, bestehen die Elektroden aus einem polykristallinen Silizium mit niedrigem Widerstandswert, in das Fremdstoffe wie z. B. Phosphor eindotiert sind, um ihnen eine Leitfähigkeit zu geben, d. h. die Elektroden bestehen aus dotiertem Polysilizium. Dabei ist die bewegliche Elektrode 6, um ihr eine Beweglichkeit zu geben, beweglich in einem schwebenden Zustand über dem Halbleitersubstrat 1 gehalten.
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Außerdem ist ein Bondrahmen 7, der aus einer Schichtung besteht, die polykristallines Silizium und eine Isolierschicht enthält, auf dem Halbleitersubstrat so bereitgestellt, dass er den Rand des Beschleunigungssensors 3 umrundet, und eine Kappe 8 aus Glas usw. ist auf dem Bondrahmen bereitgestellt und durch anodisches Bonden luftdicht verbunden. Dadurch wird der Sensor von der Umgebung getrennt. Der Rand der Fläche der Kappe 8, die dem Halbleitersubstrat 1 zugewandt ist, ist eine Bondfläche mit dem Bondrahmen 7. Durch Sandstrahlverarbeitung oder Ätzverarbeitung ist in dem Abschnitt außer dem Rand eine Vertiefung gebildet, so dass der Abschnitt den Beschleunigungssensor 3 nicht berührt. Um zu verhindern, dass die bewegliche Elektrode 6 bricht oder auf die feste Elektrode auftrifft, wenn die bewegliche Elektrode 6 sich zu der Kappe hin bewegt, ist die Tiefe der Vertiefung in dieser Ausführungsform 9 μm eingestellt, was der Dicke der beweglichen Elektrode 6 entspricht. Auf der Oberfläche, auf der die Vertiefung der Kappe 8 gebildet ist, ist eine Abschirmschicht 9 ausgebildet, deren Dicke 0,1 μm beträgt. Die Abschirmschicht 9 besteht aus leitendem Material, das ausgedehnt umgeformt werden kann; in der vorliegenden Ausführungsform wird Aluminium verwendet. Die Abschirmschicht 9 ist nicht nur auf der Oberfläche gebildet, in der die Vertiefung der Kappe 8 ausgebildet ist, sondern sie ist auch, obwohl es in 1 nicht dargestellt ist, ausgedehnt auf der Fläche des Rands der Kappe 8 ausgebildet, die dem Bondrahmen 7 zugewandt ist. Eine Mehrzahl von Verdrahtungen 10a, 10b, 10c und 10d aus dotiertem Polysilizium mit einer Dicke von 0,4 μm sind auf dem Halbleitersubstrat 1 jeweils so angeordnet, dass sie sich von der ersten festen Elektrode 4, der zweiten festen Elektrode 5, der beweglichen Elektrode 6 und dem Bondrahmen 7 aus erstrecken, so dass jede Verdrahtung durch den Bondrahmen 7 hindurchgeht und mit einer jeweiligen äußeren Ausgabeelektrode 11a, 11b, 11c und 11d verbunden ist, die außerhalb des Bondrahmens 7 auf dem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt sind. Weiter sind die Elektrode 11b und die Elektrode 11d über eine Verdrahtung 10e elektrisch miteinander verbunden.
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2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 1, die im Detail den Aufbau des Bondrahmens 7 erläutert. Wie in 2 dargestellt, ist der Bondrahmen 7 als Schichtung aufgebaut mit einer Hochtemperaturoxidschicht 7a mit einer Dicke von 0,7 μm, einer TEOS-Oxidschicht 7b mit einer Dicke von 0,45 μm, einer Hochtemperaturoxidschicht 7c mit einer Dicke von 0,1 μm, einer Nitridschicht 7d mit einer Dicke von 0,1 μm, einer dotierten Polysiliziumschicht 7e mit einer Dicke von 8 μm, einer TEOS-Oxidschicht 7f mit einer Dicke von 0,1 μm und einer undotierten Polysiliziumschicht 7g als polykristalline Schicht, in der keine Fremdstoffe eindotiert sind, mit einer Dicke von 0,6 μm, die nacheinander auf der Hitzeoxidschicht 2 auf dem Halbleitersubstrat 1 gebildet werden. Dabei ist die TEOS-Oxidschicht eine Siliziumdioxidschicht, die durch ein CVD-Verfahren gebildet wird, bei dem TEOS (Tetraethylorthosilikat) als Siliziumquelle verwendet wird. Ein Teil der TEOS-Oxidschicht 7b ist durch die Verdrahtung 10 (10a, 10b, 10c und 10d) ersetzt, die durch den Bondrahmen 7 hindurchgeht. Auch wenn das in der Figur nicht dargestellt ist, ist die Verdrahtung 10d so verarbeitet, dass sie mit der dotierten Polysiliziumschicht 7e elektrisch verbunden ist.
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Auch wenn in dieser Ausführungsform die undotierte Polysiliziumschicht 7g in der obersten Schicht und die Kappe 8 anodisch miteinander verbunden werden, können durch Weglassen des TEOS-Oxidschicht 7f und der undotierten Polysiliziumschicht 7g auch die dotierte Polysiliziumschicht 7e und die Kappe 8 direkt anodisch gebondet werden. Wenn die in der Polysiliziumschicht 7e enthaltenen Fremdstoffe jedoch Phosphor enthalten, kann es sein, dass keine hinreichende Verbindungsstärke sichergestellt ist, weil eine Schicht, die Phosphor enthält, auf der Oberfläche der dotierten Polysiliziumschicht 7e gebildet wird, wenn anodisches Bonden durchgeführt wird. Da bei Verwendung der undotierten Polysiliziumschicht 7g kein Phosphor als Fremdstoff enthalten ist und auch die TEOS-Oxidschicht 7f eine Diffusion von Phosphor aus der darunter liegenden dotierten Polysiliziumschicht 7e verhindert, ist der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen.
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3 ist eine detaillierte Schnittansicht entlang der Linie C-C von 1 und veranschaulicht einen Bondaufbau des Bondrahmens 7 und der Kappe 8, bei dem ein Teil der Abschirmschicht 7 entlang des gesamten Umfangs des Bondabschnitts des Bondrahmens 7 und der Kappe 8 zwischen den Bondrahmen 7 und die Kappe 8 gelegt sind. Außerdem ist die Abschirmfläche 9 nicht auf der gesamten Bondfläche des Bondrahmens 7 ausgebildet, sondern bedeckt wie in dieser Ausführungsform einen Abschnitt von etwa 100 μm von der Innenkante der Bondfläche des Bondrahmens 7 aus. Wenn der Bondrahmen 7 so aufgebaut ist, dass die dotierte Polysiliziumschicht 7e an der Oberfläche frei liegt, können die Abschirmschicht 9 und die dotierte Polysiliziumschicht 7e in diesem Zustand elektrisch miteinander verbunden werden. Wenn die oberste Schicht jedoch wie in der vorliegenden Ausführungsform durch die undotierte Polysiliziumschicht 7g gebildet ist, können durch Bereitstellen eines Potentialausgabebereichs 12 in einem Teil des Bondrahmens 7 durch Entfernen der TEOS-Oxidschicht 7f in diesem Bereich und Implantieren von Fremdstoffen in die undotierte Polysiliziumschicht 7g dieses Bereichs zum Verringern des Widerstands die Abschirmschicht 9 und die dotierte Polysiliziumschicht 7e an diesem Potentialausgabebereich 12 elektrisch miteinander verbunden werden.
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Das anodische Bonden ist eine Technologie des Verbindens eins Isolators wie z. B. Glas mit einem Halbleiter wie z. B. Silizium oder einem Leiter wie z. B. Metall und dient in der vorliegenden Ausführungsform dazu, den Bondrahmen 7 als Halbleiter mit der Kappe 8 als Isolator zu verbinden. Das Verbinden wird durchgeführt, indem ihre entsprechenden Abschnitte so positioniert werden, dass sie einander überlappen, sie auf eine Temperatur von annähernd 400 Grad in Vakuum oder einer Inertgas-Atmosphäre erhitzt werden und eine Spannung von mehreren hundert Volt über die Siliziumsubstratseite als Anode und die Kappenseite als Kathode angelegt werden. Die Verarbeitungsdauer geht von mehreren Dutzend Minuten bis zu mehreren Stunden.
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Die bewegliche Elektrode 6 des Beschleunigungssensors 3 ist zum Erfassen einer Beschleunigung in einem Zustand, in der sie frei beweglich ist, wenn eine Kraft aufgebracht wird. Als ein zu erzielendes Ziel wurde beschrieben, dass, weil die bewegliche Elektrode während des anodischen Bondens in einem Zustand ist, in dem wie oben beschrieben Spannung an die Elektrode angelegt werden kann, eine statische Ladung sich an der Kappe 8 sammelt und eine elektrostatische Kraft induziert, wodurch die bewegliche Elektrode dazu neigt, sich zu der Seite der Kappe hin zu bewegen und an ihr hängenzubleiben. Dementsprechend wurde zum Lösen eines solchen Problems die in dieser Ausführungsform dargestellte Abschirmschicht 9 bereitgestellt. Wenn das anodische Bonden durchgeführt wird, wird dafür gesorgt, dass die Abschirmschicht 9 und die bewegliche Elektrode elektrisch verbunden sind, so dass sowohl die Schicht als auch die Elektrode dasselbe Potential erhalten, und weil das elektrische Feld aufgrund der an der Kappe angesammelten statischen Ladung abgeschirmt wird, treten Probleme wie des Anhaften der beweglichen Elektrode 6 an der Kappe 8 nicht auf. Da die Abschirmschicht 9 und die dotierte Polysiliziumschicht 7e wie oben beschrieben elektrisch miteinander verbunden sind und die dotierte Polysiliziumschicht 7e und die äußere Ausgabeelektrode 11d über die Verdrahtung 10d miteinander verbunden sind, müssen beim Durchführen des anodischen Bondens lediglich die beiden äußeren Ausgabeelektroden 11b und 11d unter Verwendung der Verdrahtung 10e kurzgeschlossen werden. Unabhängig davon, ob die Verdrahtung 10e nach dem anodischen Bonden entfernt wird oder nicht, kann die ursprüngliche Beschleunigungserfassungsfunktion nicht verringert werden. Es ist jedoch vorzuziehen, den Zustand beizubehalten, in dem die Verdrahtung 10e intakt bleibt, um die äußeren Ausgabeelektroden 11b und 11d miteinander kurzzuschließen, weil eine Abschirmfunktion gegen äußere elektromagnetische Störungen beibehalten wird, wenn ein tatsächlicher Betrieb durchgeführt wird.
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Außerdem kann folgendes als Wirkung der Abschirmschicht 9 in der vorliegenden Ausführungsform aufgelistet werden: Nicht nur aufgrund der Schichtung, die aus dem polykristallinen Silizium und der Isolierschicht wie z. B. der Hochtemperaturoxidschicht oder der TEOS-Oxidschicht aufgebaut ist, sondern auch weil die Partikelgröße des polykristallinen Silizium schwankt, gibt es auf der Oberfläche des Bondrahmens 7 winzige Unregelmäßigkeiten. Auch wenn betrachtet wird, dass eine hinreichend abgedichtete Verbindung durchgeführt werden kann, wenn solche Unregelmäßigkeiten nicht größer als 300 nm sind, wird es im allgemeinen beim anodischen Bleiben schwierig, eine hinreichend abgedichtete Verbindung zu bilden, wenn dieser Bereich überschritten wird. Wenn dagegen die Abschirmschicht 9 auch erweitert auf die Fläche der Kappe 8 bereitgestellt ist, die dem Bondrahmen 7 gegenüberliegt, weil die Abschirmschicht 9 aus einem leitenden Material besteht, das erweitert umgeformt werden kann, unterliegt die Schicht einer Druckkraft durch die elektrostatische Kraft zum plastischen Umformen, so dass die Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden, was dazu beiträgt, eine hinreichend abgedichtete Verbindung zu schaffen. In solchen Beschleunigungssensoren wird abgedichtetes Verbinden durch anodisches Bonden möglich, auch wenn Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Bondrahmens 7 existieren, und Probleme mit Abdichtstörungen wie z. B. eine Verschlechterung aufgrund von Nasser, das noch einer langen Betriebsdauer in den Sensor eindringt, und Schwankungen der Eigenschaften, wenn er unter schwierigen Umgebungen verwendet wird, treten nicht auf. Demzufolge kann eine Wirkung erzielt werden, bei der ein genauer und zuverlässiger Beschleunigungssensor gewonnen wird. Wenn in diesem Fall die Abschirmschicht 9 auf der gesamten Fläche der Kappe 8, die dem Bondrahmen 7 gegenüberliegt, bereitgestellt ist, ist zu befürchten, weil die Abschirmschicht direkt der Außenluft ausgesetzt ist, dass eine Korrosion des Leitmaterials, das die Abschirmschicht 9 bildet, allmählich von einem der Außenluft ausgesetzten Abschnitt aus fortschreitet. Wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, bildet das Bereitstellen der Abschirmschicht 9, die sich in einem eingegrenzten Abschnitt der Bondfläche ausdehnt, so dass die Schicht nicht dem Äußeren ausgesetzt ist, wenn nicht hinreichend eine Verbindung zwischen dem Bondrahmen 7 und der Kappe 8, wenn die Dicke der Abschirmschicht 9 hinreichend dünn ist, auch in einem Bereich, in dem die Abschirmschicht 9 nicht existiert, wodurch Kontakt der Abschirmschicht 9 mit dem externen Gas verhindert wird. Somit ist der Vorgang der Korrosion beachtlich konzentriert.
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Da die Abschirmschicht 9 in der obigen ersten Ausführungsform zwischen dem Bondrahmen 7 und der Kappe 8 eingebettet ist, gibt es aufgrund der Dicke der Abschirmschicht 9 selbst, wie in 3 dargestellt ist, einen Bereich 13, in dem der Bondrahmen 7 und die Kappe 8 nicht miteinander verbunden sind. Gemäß den experimentellen Ergebnissen der Erfinder wurde herausgefunden, dass der Bereich 13, der nicht verbunden ist, sich in einem Bereich des 100- bis 500-fachen der Dicke der Abschirmschicht 9 erstreckt. In der obigen ersten Ausführungsform erreicht der Abstand beispielsweise 10–50 μm. Je dicker die Abschirmschicht 9 ist, umso breiter wird der Bereich, in dem keine Verbindung durchgeführt werden kann, was bewirkt, dass die Breite des verbundenen Bereichs entsprechend sinkt. Da die Breite, die verbunden werden muss, jedoch durch die Produktfestigkeit vorgegeben ist, ist es vorzuziehen, dass die Dicke der Abschirmschicht 9 geringer ist. Wenn andererseits in einem Fall, in dem die Abschirmschicht 9 aus einem Metall wie z. B. Aluminium oder Gold besteht, die Dicke der Abschirmschicht 9 zu gering ist, kann das Metall in das Silizium oder das Glas diffundieren oder abwandern, und somit kann die Abschirmschicht 9 teilweise verloren oder unterbrochen sein. In solchen Fällen kann das Abschirmen der elektrostatischen Kraft, die das ursprüngliche Ziel ist, nicht erreicht werden, indem die Potentiale der Abschirmschicht 9 und des Beschleunigungssensors 3 gleich gehalten werden.
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Die zweite Ausführungsform ist eine Ausführungsform, die sich mit den obigen sich widersprechenden Materien beschäftigt, und eine Schnittansicht des Aufbaus ist in 4 dargestellt. In dieser Figur ist die Abschirmschicht 9 unter Verwendung von zwei Schichten aufgebaut, die eine relativ dünne erste Schicht 9a und eine relativ dicke zweite Schicht 9b sind, während andere Elemente dieselben sind wie in 1, die den Aufbau der ersten Ausführungsform darstellt. Die erste Schicht, die dieselbe ist wie die Abschirmschicht der ersten Ausführungsform, ist nicht nur auf der Oberfläche ausgebildet, auf der eine Vertiefung für die Kappe gebildet ist, sondern sie ist auch sich auf die Fläche ausdehnend ausgebildet, die dem Bondrahmen gegenüberliegt, und die Dicke der Schicht ist 0,1 μm. Die zweite Schicht ist nur auf der Oberfläche ausgebildet, auf der die Vertiefung für die Kappe 8 gebildet ist, und ihre Dicke ist vorzugsweise nicht weniger als 0,4 μm, in dieser Ausführungsform ist die Dicke 0,7 μm. Daher erreicht die Dicke der Abschirmschicht, die die erste Schicht und die zweite Schicht enthält, auf der Oberfläche, auf der die Vertiefung für die Kappe 8 gebildet ist, 0,8 μm. Durch einen solchen Aufbau ist sichergestellt, dass die Abschirmschicht 9 auf der Oberfläche, auf der die Vertiefung für die Kappe 8 gebildet ist, eine hinreichende Dicke hat, so dass ein Schichtverlust oder Unterbrechung verhindert werden kann. Da die Dicke der Abschirmschicht 9 außerdem auf der Fläche der Kappe 8, die dem Bondrahmen 7 gegenüberliegt, gering bleibt, steigt der Bereich 13, der nicht verbunden wird, nicht an, und eine hinreichende Verbindungsbreite kann sichergestellt sein. Demzufolge kann das oben beschriebene Ziel erreicht werden.
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Die dritte Ausführungsform ist eine weitere Ausführungsform, die sich ebenfalls mit den obigen sich widersprechenden Materien beschäftigt, wobei in 5 ein detaillierter Aufbau dargestellt ist und in 6 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 5 dargestellt ist. In 5 ist die Dicke der Abschirmschicht 9 0,8 μm, und die anderen Elemente sind dieselben wie in 1, die den Aufbau der ersten Ausführungsform darstellt. 6 stellt einen Verbindungsaufbau des Bondrahmens 7 mit des Kappe 8 dar, wobei ein Teil der Abschirmschicht 9 zwischen dem Bondrahmen 7 und der Kappe 8 eingebettet ist. Auf dem Abschnitt des Bondrahmens 7, in dem die Abschirmschicht 9 eingebettet ist, ist eine Ausnehmung 71 mit einer Tiefe, die gleich groß wie oder etwas geringer als die Dicke der Abschirmschicht 9 ist, über die gesamte Kante des Bondrahmens 7 ausgebildet. Durch Aufbauen des Bondrahmens 7 wie oben beschrieben wird es möglich, die Abschirmschicht 9 ohne Einschränkung der Schichtdicke bereitzustellen. Somit kann nicht nur eine hinreichende Verbindungsfestigkeit sichergestellt werden, sondern die Abschirmschicht 9 wird auch nie teilweise verloren oder unterbrochen sein. Weil das Bilden einer dickeren Abschirmschicht 9 es darüber hinaus ermöglicht, dass der Aufbau mit größeren Unregelmäßigkeiten des Bondrahmens 7 zurechtkommt, wird nicht nur die Zuverlässigkeit verbessert, sondern auch der Entwurf und die Herstellung können ohne Berücksichtigung der Unregelmäßigkeiten des Bondrahmens 7 durchgeführt werden. Demzufolge kann eine Wirkung erzielt werden, dass beispielsweise eine Verarbeitung zum Glätten der Unregelmäßigkeiten weggelassen werden kann. Wenn der Bondrahmen 7 so aufgebaut ist, dass die dotierte Polysiliziumschicht 7e an der Oberfläche frei liegt, kann diese Ausnehmung dadurch erzielt werden, dass die Polysiliziumschicht 7e in dem dem Bondrahmen 7 entsprechenden Abschnitt unter Verwendung eines Ätzvorgangs entfernt wird. Wenn jedoch des Bondrahmen 7 so aufgebaut ist, dass seine oberste Schicht die nicht dotierte Polysiliziumschicht 7g ist, kann diese Ausnehmung 71 dadurch erzielt werden, dass die dotierte Polysiliziumschicht 7e und die TEOS-Oxidschicht 7f in den dem Bondrahmen 7 entsprechenden Abschnitten unter Verwendung eines Ätzvorgangs so entfernt werden, dass die Entfernungstiefe einschließlich der Dicke der TEOS-Oxidschicht 7f gleich groß wie oder wenig kleiner als die Dicke der Abschirmschicht 9 wird. Dabei muss die undotierte Polysiliziumschicht 7g dieses Abschnitts durch Implantieren von Fremdstoffen einen geringen Widerstandswert aufweisen.
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Eine Ausnehmung ähnlich der obigen kann auch wie in 7 dargestellt an der Kante der Kappe 8 bereitgestellt sein. 7 ist ebenfalls eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 5, die in einem abgewandelten Beispiel der dritten Ausführungsform einen Verbindungsaufbau des Bondrahmens 7 mit der Kappe 8 zeigt. In 7 ist eine Ausnehmung 81 mit einer Tiefe, die gleich groß wie oder geringfügig kleiner als die Dicke der Abschirmschicht 9 ist, auf der Seite der Kappe 8 entlang der gesamten Kante der Kappe 8 ausgebildet. Da der Betrieb und seine Wirkungen ähnlich denen in 6 ist, unterbleibt die Beschreibung.
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Als nächstes wird die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage von 8 beschrieben. 8 ist eine Draufsicht, die die vierte Ausführungsform eines Beschleunigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der Draufsicht. Zur Vereinfachung ist in der Draufsicht die Kappe weggelassen. In 8 ist der Potentialausgabebereich 12 nicht an dem Bondrahmen 7 bereitgestellt, sondern eine Stütze 8a ist an der Kappe bereitgestellt, eine Basis 14, die elektrisch mit der Verdrahtung 10d verbunden ist, ist auf dem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt, und die Stütze 8a und die Basis 14 werden über die Abschirmschicht 9 miteinander verbunden. Alle anderen Elemente sind dieselben wie in 1, die den Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Die Rolle des Potentialausgabebereichs 12 in der ersten Ausführungsform wird also auf die Basis 14 übertragen, die unabhängig von dem Bondrahmen 7 bereitgestellt ist. Durch einen Aufbau wie oben kann die Kontaktfläche zwischen der Stütze 8a und der Basis 14 konstant sein, ohne durch Schwankungen bei der Herstellung des Bondrahmens 7, der Kappe und der Abschirmschicht 9 sowie von Schwankungen bei der Positionierung des Bondrahmens 7 und der Kappe 8 beeinflusst zu sein. Wie oben beschrieben hat diese Ausführungsform die Wirkung, dass, weil die Kontaktfläche zwischen der Stütze 8a und der Basis 14 konstant ist, nicht nur eine stabile Herstellung möglich wird, sondern auch die Herstellungsausbeute steigt, ohne dass die Abschirmung des elektrischen Feldes durch die statische Ladung während des anodischen Bondens beschädigt wird.
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Die spezifischen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden wie oben beschrieben erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese eingeschränkt, sondern verschiedene Abwandlungen sind denkbar. Auch wenn beispielsweise das Material für die Abschirmschicht 9 in den obigen Ausführungsformen Aluminium ist, ist das Material in dem Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, solange es leitend ist und zumindest ausgedehnt umgeformt werden kann. Außerdem sind in der obigen Ausführungsform die bewegliche Elektrode 6 und die Abschirmschicht 9 jeweils über die Verdrahtung 10b und die Verdrahtung 10d nach außerhalb der Kappe 8 geführt, so dass sie jeweils mit den äußeren Ausgabeelektroden 11b und 11d verbunden sind, und dann werden die äußeren Ausgabeelektroden 11b und 11d durch die Verdrahtung 10e kurzgeschlossen. Jedoch auch wenn die Elektroden durch eine Verdrahtung innerhalb der Kappe 8 miteinander kurzgeschlossen sind, ist dieser Aufbau in dem Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Wenn die äußeren Ausgabeelektroden 11b und 11d, die jeweils mit der beweglichen Elektrode 6 und der Abschirmschicht 9 elektrisch verbunden sind, so angeordnet sind, dass es möglich ist, sie außerhalb der Kappe 8 miteinander zu verbinden, ist dieser Aufbau ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, weil es leicht ist, beide äußeren Ausgabeelektroden nur dann kurzzuschließen, wenn das anodische Bonden durchgeführt wird.
