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Die
Erfindung betrifft einen mikromechanischen Beschleunigungssensor
mit einer seismischen Masse, für
ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungssensors.
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Stand der Technik
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Mikromechanische
Beschleunigungssensoren werden häufig
als Masse-Feder-Systeme
mit einer kapazitiven Auswertung der durch anliegende mechanische
Kräfte
oder Momente verursachten Auslenkungen einer seismischen Masse ausgefegt. Hierfür ist wenigstens
ein Elektrodenpaar im Beschleunigungssensor vorgesehen, welches
in der Regel einen Plattenkondensator bildet, dessen Kapazität von der
Auslenkung der seismischen Masse abhängt. Ferner ist es bekannt,
mehrachsige Beschleunigungssensoren mit einer einzigen seismischen
Masse auszulegen, welche für
die Messung von Beschleunigungen in mehreren Richtungen in Kombination
mit einer zentralen Aufhängung
der seismischen Masse nutzbar sind.
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In
letzterem Fall ist bei einem Beschleunigungssensor eine z. B. außerhalb
ihres Schwerpunkts beweglich gelagerte seismische Masse vorgesehen,
wobei innerhalb des Beschleunigungssensors eine Elektrode an der
seismischen Masse und beabstandet dazu angeordnete Elektroden außerhalb
der seismischen Masse innerhalb des Beschleunigungssensors vorgesehen
sind, die jeweils einen kapazitiven Sensor bilden, um eine zeitabhängige Lageänderung
der seismischen Mas se in mehr als nur einer Raumrichtung zu detektieren.
Bei dem Beschleunigungssensor ist mindestens eine Federeinrichtung
an einer einem kapazitiven Sensor zugewanden Seite der seismischen
Masse vorgesehen, welche bei Auslenkung der seismischen Masse aus ihrer
Ruhelage eine Rückstellkraft
erzeugt.
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Aufgabenstellung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten mikromechanischen
Beschleunigungssensor und ein Herstellungsverfahren für einen
Beschleunigungssensor anzugeben. Hierbei soll eine Empfindlichkeit,
ein Ansprechverhalten und/oder eine Sensiergenauigkeit des Beschleunigungssensors
gegenüber
dem Stand der Technik verbessert sein. Ein herkömmlicher Beschleunigungssensor
soll dabei in seiner Konstruktion möglichst wenig abgeändert werden
müssen
bzw. dessen Herstellung in einem nur geringfügig geänderten Produktionsprozess möglich sein.
Dies soll auch für
Beschleunigungssensoren gelten, die Beschleunigungen ihn mehr als
nur einer Raumrichtung sensieren können. Ferner soll der Beschleunigungssensor
in einem kompakten und einfach herzustellenden Gehäuse einsetzbar
sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mittels eines mikromechanischen Beschleunigungssensors
für ein Fortbewegungsmittel,
insbesondere ein Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 1; ein Verfahren
zur Herstellung eines Beschleunigungssensors für ein Fortbewegungsmittel,
insbesondere ein Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 2; und eine Vorrichtung,
eine Einrichtung oder ein Gerät,
mit einem erfindungsgemäßen mikromechanischen
Beschleunigungssensor oder einem erfindungsgemäß hergestellten Beschleunigungssensor,
gemäß Anspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Beschleunigungssensor
umfasst eine mittels einer Aufhängung
innerhalb des Beschleunigungssensors gelagerte seismische Masse.
Die seismische Masse weist eine zusätzliche Werkstofflage, eine
so genannte Zusatzmasse auf, wobei die zusätzliche Werkstofflage aus einem
anderen Werkstoff aufgebaut ist als die seismische Masse bzw. deren
Werkstofflage. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Werkstofflage
der Zusatzmasse eine größere Dichte
besitzt als die Werkstofflage der seismischen Masse. Gemäß der Erfindung
wird beim Ausbilden der Werkstofflage der seismischen Masse die
zusätzliche
Werkstofflage am/im Beschleunigungssensor vorgesehen. Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor
kann z. B. ein kapazitiver, ein induktiver und/oder ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor
sein, der nicht auf den Kraftfahrzeugbereich beschränkt ist.
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Die
Werkstofflage der seismischen Masse kann zeitlich vor oder zeitlich
nach dem Ausbilden der Werkstofflage der Zusatzmasse vorgesehen
werden, wobei ersteres bevorzugt ist. Ferner ist es möglich, das
Ausbilden der Werkstofflage der seismischen Masse zu unterbrechen,
die oder eine Werkstofflage der Zusatzmasse vorzusehen und anschließend wieder
eine Werkstofflage der seismischen Masse auszubilden. Dies kann
auch mehrfach hintereinander erfolgen. Hierdurch erhält man wenigstens eine,
zumindest teilweise innerhalb der seismischen Masse ausgebildete
Zusatzmasse.
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In
Ausführungsformen
der Erfindung ist eine einzige oder sind eine Mehrzahl von Aufhängungen der
seismischen Masse insbesondere Federeinrichtungen, die jeweils bevorzugt
von einer an der seismischen Masse vorgesehenen oder ausgebildeten Membran
und einem Lager der seismischen Masse bzw. der Membran gebildet
sind. Hierbei ist das Lager z. B. ein Sockel, ein Zapfen oder ein
Befestigungselement an der seismischen Masse, insbesondere an deren
Membran. Gemäß der Erfindung
kann die oder eine Federeinrichtung auch an der Zusatzmasse vorgesehen
sein, an welche sich dann die seismische Masse anschließt.
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In
Ausführungsformen
der Erfindung weist die Werkstofflage der Zusatzmasse Wolfram, Gold, Platin
oder Iridium auf, wohingegen die Werkstofflage der seismischen Masse
bevorzugt Silizium aufweist. Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
die Werkstofflage der Zusatzmasse aus demselben Werkstoff herzustellen,
wie den einer elektrischen Kontaktierung des Beschleunigungssensors,
z. B. von Bondpads. Das Ausbilden der elektrischen Kontaktierung
und der Werkstofflage der Zusatzmasse kann dabei zeitlich parallel
oder wenigstens teilweise sequentiell erfolgen, was von einer gewünschten
Schichtdicke der elektrischen Kontaktierung bzw. einer gewünschten Schichtdicke
der Werkstofflage der Zusatzmasse abhängt.
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Die
Werkstofflage der Zusatzmasse kann abgewandt von einem Lager, insbesondere
einer Federeinrichtung, der seismischen Masse im Beschleunigungssensor,
an/in der seismischen Masse vorgesehen sein. Die Werkstofflage der
Zusatzmasse kann dabei symmetrisch oder asymmetrisch bezüglich der seismischen
Masse, und/oder symmetrisch oder asymmetrisch bezüglich eines
Schwerpunkts der seismischen Masse an/in der seismischen Masse vorgesehen
sein. Hierbei kann die Werkstofflage der Zusatzmasse vollständig oder
teilweise in einer Vertiefung in der seismischen Masse vorgesehen
sein. Ferner ist es möglich,
zwischen der Werkstofflage der Zusatzmasse und der Werkstofflage
der seismischen Masse eine elektrische Isolationsschicht vorzusehen.
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Durch
das erfindungsgemäße Ablegen
eines im Vergleich zum Werkstoff der seismischen Masse schwereren
Werkstoffs auf der seismischen Masse, erreicht man, dass sich ein
Masseschwerpunkt der seismischen Masse weiter entfernt von einem
Befestigungs- bzw. Lagerpunkt der seismische Masse befindet, und
somit bei sonst unveränderten
geometrischen Bedingungen, eine kleinere Beschleunigung bzw. Kraft
für ein
entsprechendes Signal benötigt wird.
Dies ist wiederum gleichzusetzen mit einer erhöhten Empfindlichkeit, einem
besseren Ansprechverhalten und einer erhöhten Sensiergenauigkeit des Beschleunigungssensors.
Ferner ist ein herkömmlicher
Beschleunigungssensor durch die Anwendung der Erfindung nur geringfügig abzuändern und
kompakt aufgebaut.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1–5 in
jeweiligen Schnittansichten eine Mehrzahl von Herstellungsschritten
einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;
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6 in
einer Schnittansicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;
und
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7 ebenfalls
in einer Schnittansicht eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt
die ersten Herstellungsschritte eines erfindungsgemäßen mikromechanischen
Beschleunigungssensors 1 (siehe 5–7).
Zunächst
wird ein Substrat 10, insbesondere ein Siliziumwafer 10,
mit einer Isolationsschicht 20 versehen, auf der Leiterbahnen 30 abgeschieden
werden. Die Isolationsschicht 20 kann z. B. aus Siliziumoxid,
Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid bestehen. Zur Abscheidung
der Isolationsschicht 20 stehen verschiedene Verfahren
zur Verfügung.
Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat in einer Sauerstoffatmosphäre auf erhöhte Temperatur
gebracht werden, um dessen Oberfläche zu oxidieren. Die Leiterbahnen 30 bestehen
aus einem elektrisch leitfähigen
Material, beispielsweise einem Metall, einer Metalllegierung oder
leitfähig
dotiertem Silizium und können
durch LPCVD- oder PECVD-Verfahren, epitaktisches Wachstum, Aufdampfen
oder Sputtern abgeschieden werden. Die Leiterbahnen 30 weisen eine
bestimmte Strukturierung auf, sodass der fertige Beschleunigungssensor 1 über diese
elektrisch kontaktierbar ist. Nachfolgend wird eine Opferschicht 40, beispielsweise
aus Siliziumdioxid, aufgebracht, die z. B. durch ein Gasphasenätzverfahren
geätzt
werden kann. In diese Opferschicht 40 werden Kontaktausnehmungen 42 eingebracht,
an welchen die Leiterbahnen 30 bzw. die Metallisierung 30 freiliegt.
Die Opferschicht 40 dient auch als Stoppschicht für später zu erzeugende
Gräben 72, 74 (siehe 4–7).
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In
der 2 sind die nächsten
beiden Verfahrensschritte dargestellt. Auf dem Substrat 10, 20, 30, 40 aus 1 wird
eine erste Schicht 50, insbesondere eine Siliziumschicht 50 abgeschieden.
Diese Siliziumschicht 50 bildet später eine Außenseite einer beweglich gelagerten
seismischen Masse 2 und eine Membran 52 an einem
innerhalb der seismischen Masse 2 ausgebildeten Hohlraum 76 (siehe 5–7).
Hierbei definiert eine Dicke der Siliziumschicht 50 auch
eine Federkonstante von Federeinrichtungen 52, 54 (siehe 5–7),
auf welchen die seismische Masse 2 gelagert ist. Da die seismische
Masse 2 bevorzugt als Gegenelektrode von kapazitiven Sensoren
innerhalb des Beschleunigungssensors 1 dient, kann die
Siliziumschicht 50 bereits dotiert werden. Hierdurch wird
eine elektrische Kontaktierung der seismischen Masse 2 in
besonders einfacher Weise möglich.
Auf der Siliziumschicht 50, welche das Substrat 10 mit
der Isolationsschicht 20, den Leiterbahnen 30 und
der Opferschicht 40 vollflächig bedeckt, wird eine Stoppschicht 60,
insbesondere eine Ätzstoppschicht 60,
z. B. aus Siliziumdioxid, abgeschieden. Diese Ätzstoppschicht 60 dient
in einem weiteren Verfahrensgang als eine Opferschicht 60 zur
Ausbildung des oder der Hohlräume 76 in
der seismischen Masse 2 und gleichzeitig als Stoppschicht 60 für die später zu erzeugenden Gräben 72, 74.
Hierbei wird die Ätzstoppschicht 60 z. B.
durch Plasma- oder nasschemisches Ätzen derart strukturiert, dass
nur in denjenigen Flächenbereichen Siliziumdioxid
vorhanden ist, in welchen später
die Federeinrichtungen 52, 54 der seismischen
Masse 2 angeordnet sein sollen.
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Gemäß 3 wird
auf dem Substrat 10, 20, 30, 40, 50, 60 aus 2 eine
zweite Schicht 70, insbesondere eine Siliziumschicht 70 abgeschieden. Vorteilhafterweise
ist diese Siliziumschicht 70 leitfähig dotiert. Natürlich ist
es möglich,
die Siliziumschicht 70 als intrinsisches Siliziummaterial
undotiert abzuscheiden. In diesem Fall müssen dann nur diejenigen Bereiche
der Siliziumschicht 70 dotiert werden, in welchen eine
elektrische Leitfähigkeit
für den Betrieb
des Beschleunigungssensors 1 erforderlich ist. Bevorzugt
bilden die Schichten 50, 70 eine homogene Schicht
mit der eingeschlossenen Oxidschicht 60. Die Schichten 50, 70 sollen
als homogen angesehen werden, wenn eine Grenzfläche zwischen ihnen mit vertretbarem
Aufwand nicht nachweisbar ist. Auf die vollflächig abgeschiedene Siliziumschicht 70 werden
elektrische Kontaktierungen 80 aufgebracht. Diese befinden
sich an definierten Punkten, an welchen später der Beschleunigungssensor 1 mit
einer externen elektronischen Schaltung verbunden wird. Eine solche
Metallisierung 80 kann beispielsweise als Bondpad 80 aus
einem Metall oder einer Legierung gefertigt werden. Alternativ ist
eine Kontaktierung des Beschleunigungssensors 1 über leitfähig dotierte
Polysiliziumschichten 80 möglich. Für eine Fertigung der Kontaktierungen 80 werden
bevorzugt bekannte Schichten oder Schichtfolgen und Herstellmethoden
eingesetzt.
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Auf
einer freien Fläche
der zweiten Schicht 70 wird in einem Bereich über der
Stoppschicht 60 eine Zusatzmassenschicht 90 vorgesehen
(siehe 3–7),
was z. B. mittels herkömmlichen
Verfahren möglich
ist (siehe unten). Die Zusatzmassenschicht 90 bildet später, wenn
die seismische Masse 2 freigestellt ist (siehe 5–7),
eine Zusatzmasse 3 der seismischen Masse 2; d.
h. eine bewegliche Masse 2, 3 des Beschleunigungssensors 1 umfasst
gemäß der Erfindung
die seismische Masse 2 und deren Zusatzmasse 3.
Es ist bevorzugt, dass eine Dichte der Zusatzmassenschicht 90 bzw.
der Zusatzmasse 3 um ein Vielfaches höher liegt, als die der zweiten
Schicht 70. Materialien die hierfür einsetzbar sind, weisen z.
B. Gold, Platin, Iridium oder Wolfram auf. Andere Materialien sind
natürlich
ebenfalls anwendbar. Wolfram z. B. hat dabei den Vorteil, dass Plugs
aus diesem Material bereits bei elektrischen Durchkontaktierungen
in der Halbleitermikroelektronik eingesetzt werden, das Material
also halbleiterkompatibel ist und es sich zudem mit schwefelhexafluoridhaltigen
Pläsmaätzprozessen
strukturieren lässt.
Dies hat eine vereinfachte Prozessführung zur Folge, da mittels
eines solchen Plasmaätzschritts sowohl
das Wolfram auf der Siliziumschicht 70 im Bereich der entstehenden
seismischen Masse 2, als auch das Silizium darunter in
der gleichen Anlage mit der gleichen Ätzmaske geätzt werden können.
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Die
dichtere Zusatzmassenschicht 90 kann an einer Oberseite
der seismischen Masse 2 entweder direkt auf der Siliziumschicht 70 abgelegt
werden (siehe 3–6) oder
aber durch eine elektrische Isolationsschicht 92 davon
getrennt sein (siehe 7). Letzteres ist vor allem
dann sinnvoll, wenn das Material der Zusatzmassenschicht 90 auch gleichzeitig
dazu benutzt wird, eine elektrische Verdrahtungsebene, einen Bondrahmen
oder die elektrischen Kontaktierungen 80 außerhalb
eines Bereichs der seismischen Masse 2 zu realisieren (in
der Zeichnung nicht dargestellt). Ferner kann das Material der Zusatzmassenschicht 90 in
einer zuvor in die Oberfläche
der Siliziumschicht 70 eingebrachte Vertiefung abgeschieden
bzw. nur teilweise versenkt an der Oberfläche der seismischen Masse 2 vorgesehen werden
(in der Zeichnung nicht dargestellt). Durch bekannte Planarisierungsverfahren
ist es nun ferner möglich,
eine entstandene Oberfläche
derart zu Planarisieren, dass eine Oberfläche mit einer geringen Topographie
entsteht. Auf diese Weise können
mit Standardhalbleiterprozessen, wie z. B. einer Spinbelackung,
weitere Ebenen gestaltet werden (siehe 7). Verzichtet
man auf eine Planarisierung, kann eine Sprühbelackung zum Einsatz kommen.
Die Zusatzmassenschicht 90 kann dabei die seismische Masse 2 vollflächig bedecken
(siehe 5–7). Ferner
ist es möglich,
die seismische Masse 2 nur teilweise bedeckend mit der
Zusatzmassenschicht 90 zu versehen, die Zusatzmassenschicht 90 also nicht
zentral auf der seismischem Masse 2 vorzusehen, oder eine
vollflächige
oder teilflächige
Zusatzmassenschicht 90 innerhalb der seismischen Masse 2 auszubilden
(in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Die 4 zeigt
den Querschnitt aus 3, nachdem in die Zusatzmassenschicht 90 und
in die Siliziumschicht 70 mehrere Ätzkanäle 72, 74 bzw. Gräben 72, 74 eingeätzt worden
sind. Diese Gräben 72, 74 umfassen
länglich
ausgeformte Gräben 72, welche
entlang einer äußeren Begrenzungsfläche der
seismischen Masse 2 verlaufen und/oder die elektrischen
Kontaktierungen 80 vom umgebenden Siliziummaterial freistellen.
Daneben sind weitere Gräben 74 durch
die Zusatzmassenschicht 90 und die Siliziumschicht 70 hindurchgehend
innerhalb der noch nicht ganz freigestellten seismischen Masse 2 vorhanden,
welche entweder auch einen länglichen oder
einen davon abweichenden Querschnitt aufweisen können. Form und Lage der Gräben 72, 74 wird durch
eine Maske bestimmt. Sofern alle Gräben 72, 74 in
einem Verfahrensschritt geätzt
werden, reicht eine einzige Ätzmaske
aus. Die geätzten
Gräben 72, 74 werden
bevorzugt durch chemisch selektives Ätzen hergestellt, sodass diese
in jedem Fall auf einer darunter liegenden Siliziumdioxid-Schicht
enden, entweder auf der Opferschicht 60 oder der Opferschicht 50.
Wie aus 5 ersichtlich, werden die Opferschichten 50, 60 durch
die Gräben 72, 74 hindurch entfernt.
Dieses geschieht beispielsweise durch Gasphasenätzen mit gasförmiger Flusssäure. Durch
ein Entfernen der Opferschicht 50 unterhalb der seismischen
Masse 2 entsteht zwischen der seismischen Masse 2 und
den Leiterbahnen 30 ein Hohlraum 56. Innerhalb
des Hohlraums 56 bleiben säulenförmige Lager 54 aus
Silizium stehen, welche ursprünglich
in den Kontaktausnehmungen 42 abgeschieden wurden. Durch
das Entfernen der Opferschicht 60 entsteht innerhalb der
seismischen Masse 2 der Hohlraum 76, welcher durch
die Membran 52 verschlossen ist, welche ihrerseits aus
einem Abschnitten der ersten Schicht 50 entstanden ist.
Durch die Gräben 72 und
den Hohlraum 56 entsteht somit die freistehende seismische
Masse 2, welche durch die Federeinrichtungen 52, 54 gelagert
ist. Eine Federeinrichtung 52, 54 setzt sich dabei
aus einem Lager 54 und einer Membran 52 zusammen.
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Sofern
die seismische Masse 2 und die erste Siliziumschicht 50 aus
leitfähig
dotiertem Silizium besteht, kann die seismische Masse 2 über die
Federeinrichtungen 52, 54 mit einer Leiterbahn 30 verbunden
werden. Damit ist die seismische Masse 2 als gemeinsame
Gegenelektrode für
sämtliche
kapazitiven Abstandssensoren des Beschleunigungssensors 1 verwendbar.
Um eine Beschleunigung zu messen, welche im Wesentlichen vertikal
(mit Bezug auf die 5–7) zur Oberfläche des
Beschleunigungssensors 1 einwirkt, befindet sich unter
der seismische Masse 2 auf einer gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 56 eine
Elektrode, welche aus der Metallisierung 30 freigestellt
wurde. Somit kann der Abstand der seismischen Masse 2 von
der Metallisierung 30 mit hoher Genauig keit kapazitiv gemessen werden.
Eine Beschleunigung, welche parallel zur Oberfläche des Beschleunigungssensors 1 auf
die seismische Masse 2 einwirkt, führt zu einer Verkippung der
seismischen Masse 2. Sofern z. B. eine Beschleunigungskraft
(siehe Pfeil in 5) nach links wirkt, wird der
Graben 72 rechts von der seismischen Masse 2 breiter
und der Graben 72 links von der seismischen Masse 2 schmäler. Ebenso
wird der Hohlraum 56 auf einer Seite der seismischen Masse 2 kleiner
und auf der anderen Seite größer. Diese
Veränderung
kann mittels entsprechend angeordneter Elektroden gemessen werden.
Ebenso kann eine Beschleunigung in einer in der Horizontalen um
90° gedrehte
Richtung gemessen werden.
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Der
in der 5 dargestellte, erfindungsgemäß hergestellte Beschleunigungssensor 1 zeigt eine
dezentrale Aufhängung
der seismischen Masse 2, wobei wenigstens zwei Federeinrichtungen 52, 54 symmetrisch
verteilt um ein Zentrum der seismischen Masse 2 vorgesehen
sind. Es können
jedoch selbstverständlich
mehr als zwei Federeinrichtungen 52, 54 vorgesehen
sein. Ferner kann die Membran 52 perforiert sein, was eine Ätzzeit beim
Entfernen der Opferschicht 40 unter den Federeinrichtungen 52, 54 reduziert.
Hierdurch erhält
man je nach Perforation eine zusätzliche
Möglichkeit
zum Einstellen einer Federsteifigkeit und -charakteristik.
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Ferner
ist es möglich
(in der Zeichnung nicht dargestellt), nach dem Abscheiden der zweiten Schicht 70 (Übergang
von 2 nach 3) zuerst eine Bondpadmetallisierung 80 (elektrische
Kontaktierung 80), z. B. eine Legierung aus Aluminium und Kupfer
oder Aluminium, Silizium und Kupfer, auf die zweite Schicht 70 aufzubringen
und zu strukturieren. Anschließend
kann die Bondpadmetallisierung 80 mit einer Passivierschicht,
z. B. aus Siliziumdioxid, überdeckt
werden, wobei die Passivierschicht ferner strukturiert wird. In
der Folge wird dann die Zusatzmasse 3, z. B. durch Sputtern
und Strukturieren aufgebracht. Hierbei ist darauf zu achten, dass
beim Abscheideprozess für
die Passivierschicht und die Zusatzmassenschicht 90 oder
in einem nachfolgenden Temperschritt, eine Prozesstemperatur derart
gewählt
wird, dass sich ein günstiger
elektrischer Kontaktwiderstand zwischen der Bondpadmetallisierung 80 und
der zweiten Schicht 70 ausbildet. Optional ist es möglich, dass
die Bondpadmetallisierung 80 zumindest teilweise unter
der Zusatzmasse 3 verbleibt. Hierfür wird die Passivierschicht
zeitlich vor der Bondpadmetallisierung 80 abgeschieden
und strukturiert. Ferner kann die Bondpadmetallisierung 80 erst
nach Strukturierung der Zusatzmasse 3 abgeschieden und
strukturiert werden. In diesem Fall kann die Bondpadmetallisierung 80 auch
optional auf der Zusatzmasse 3 verbleiben. Bei diesen Ausführungsformen
ist es von Vorteil, dass das Material der Bondpads 80 und
das Material der Zusatzmasse 3 verschieden sein können, was
wiederum Vorzüge
bei einem späteren
Drahtbonden haben kann.
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Die 6 und 7 zeigen
alternative Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors 1.
Die Ausführungsformen
unterscheiden sich z. B. von derjenigen nach 5 dadurch,
dass der Bereich um die seismische Masse 2 von einer Kappe 100 bzw.
Deckel 100 umschlossen wird. Dadurch wird das Eindringen
von Vergussmasse beim Einbau des Beschleunigungssensors 1 in
einem Gehäuse
zuverlässig
verhindert. Sofern die Kappe 100 einen Hohlraum mit. der
seismischen Masse 2 hermetisch verschließt, kann
ein Innendruck in diesem Hohlraum eingestellt werden. So lässt sich zum
Beispiel durch einen abgesenkten Innendruck die Dämpfung der
Bewegung der seismischen Masse 2 vermindern. Ferner zeigen
diese Ausführungsformen
im Gegensatz zur Ausführungsform
gemäß 5,
eine zentrale Aufhängung
der seismischen Masse 2, welche die Empfindlichkeit des
Beschleunigungssensors 1 in alle drei Raumrichtungen erhöht.
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An
der Kappe 100 kann auch eine elektrisch leitfähige Schicht 104,
z. B. eine Metallisierung 104 angeordnet sein. Sofern eine
solche Schicht 104 von einer elektrisch leitfähigen Kappe 100 getrennt
werden soll, kann eine Isolationsschicht 102 dazwischen angeordnet
werden. Dadurch kann die Kappe 100 als Abschirmung und
die elektrisch leitfähige
Schicht 104 als Messelektrode verwendet werden. Diese Metallisierung 104 wirkt
als Elektrode und bestimmt zusammen mit der bevorzugt ebenfalls
elektrisch leitfähigen
seismischen Masse 2 kapazitiv einen Abstand der seismischen
Masse 2 von der Kappe 100. Hierdurch kann die
Zuverlässigkeit
des Beschleunigungssensors 1 vergrößert werden. Durch ein Unterteilen
der Metallisierung 104 und ein elektrisches Kontaktieren
der Teilflächen,
kann auch die aus einer parallel zur Oberfläche des Beschleunigungssensors 1 einwirkenden
Beschleunigung resultierende Verkippung der seismischen Masse 2 differentialkapazitiv
ausgewertet werden. Die Kappe 100 kann mit einem elektrisch
isolierenden, z. B. Sealglas, oder einem elektrisch leitfähigen Befestigungselement 110 auf
der Siliziumschicht 70 festgelegt werden. In letzterem
Fall erfolgt eine elektrische Kontaktierung der Metallisierung 104 über das
elektrisch leitfähige
Befestigungselement 110, die Siliziumschicht 70 und die
Metallisierung 30. In einer weiteren Ausführungsform
kann sich die elektrische Kontaktierung der Metallisierung 104 auch
innerhalb des hermetisch dichten Gehäusebereichsbefinden.
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Ferner
zeigen die 6 und 7 alternative
Ausführungsformen
der Zusatzmasse 3. 6 zeigt
eine vergleichsweise dünne
Zusatzmasse 3, die direkt auf dem Silizium der seismischen
Masse 2 aufliegt. Prinzipiell ist dabei auch eine dickere
Zusatzmassenschicht 90 anwendbar, wenn z. B. in der Kappe 100 eine
geeignete Kaverne vorgesehen ist (in der Zeichnung nicht dargestellt).
Bei 7 hingegen ist die Zusatzmasse 3 dicker
und durch die Isolationsschicht 92 vom Silizium der seismischen
Masse 2 getrennt. Eine Schichtdicke der Zusatzmassenschicht 90 beträgt dabei
bevorzugt 1% bis 50%, insbesondere 2% bis 5%, besonders bevorzugt
6% bis 10% und insbesondere besonders bevorzugt 20% bis 30% einer
Gesamthöhe
der seismischen Masse 2 inklusive der Zusatzmasse 3.
Eine Masse der Zusatzmasse 3 beträgt dabei bevorzugt das 0,5
bis 10-fache, insbesondere das 1 bis 2-fache, besonders bevorzugt
das 3 bis 4-fache und insbesondere besonders bevorzugt das 5 bis
7-fache einer Masse der seismischen Masse 2. Des Weiteren
zeigen die 6 und 7 alternative
Ausführungen
der Federeinrichtungen 52, 54 im Querschnitt.
Andere Federeinrichtungen, z. B. eine zweistufige Federstruktur
sind natürlich
anwendbar (in der Zeichnung nicht dargestellt). Ferner können Anschlagstrukturen
vorgesehen sein, die ein hartes Anschlagen der seismischen Masse 2 verhindern,
falls eine zu große
Beschleunigungskraft auf den Beschleunigungssensor 1 einwirkt
(in der Zeichnung nicht dargestellt). Solche Beschleunigungssensoren 1 werden
beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Sicherheitseinrichtungen
auszulösen, oder
in portablen Geräten,
um eine Stoßbeanspruchung,
beispielsweise bei einem Hinunterfallen, zu detektieren.