DE102012208761A1

DE102012208761A1 - Sensorvorrichtung für dynamische grössen und herstellungsverfahren für die sensorvorrichtung für dynamische grössen

Info

Publication number: DE102012208761A1
Application number: DE201210208761
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Fujii; Keisuke Gotoh; Kenichi Ao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US8829627B2; US20120299127A1; JP5541306B2; JP2013011587A

Abstract

Eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen beinhaltet: einen Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe und einen Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe, die eine Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe beziehungsweise eine Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe aufweisen; und ein erstes Substrat (10 bis 14) und ein zweites Substrat (20 bis 29), die miteinander verbunden sind, um einen ersten Raum (K1, K1a) und einen zweiten Raum (K2, K2a bis K2f) bereitzustellen. Die erste Einheit und die zweite Einheit sind luftdicht in dem ersten Raum beziehungsweise dem zweiten Rauf aufgenommen. Eine SOI-Schicht (3) ist durch mehrere Gräben (T) in mehrere Halbleiterregionen (S) unterteilt. Ein erste Teil und ein zweiter Teil der Halbleiterregionen stellen die erste Einheit beziehungsweise die zweite Einheit bereit. Der zweite Teil beinhaltet: eine zweite bewegliche Halbleiterregion (S2a) mit einer zweiten beweglichen Elektrode (E2a), die durch Opferätzen des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e) bereitgestellt wird; und eine zweite feste Halbleiterregion (S2b) mit einer zweiten festen Elektrode (E2b1, E2b2). Der zweite Sensor erfasst die zweite dynamische Größe durch Messen einer Kapazität zwischen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode, die gemäß der zweiten dynamischen Größe änderbar ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Drucksensor und andere Sensoren für dynamische Größen als ein Modul integriert sind, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Ein Verfahren ist in „Dempa Shinbun Hi-Technology" 13. Mai 2004 (Dokument 1) als ein Beispiel eines Verfahrens zum Integrieren eines Drucksensors und andere Sensoren für dynamische Größen als ein Modul offenbart.
20 ist ein Diagramm, das die Querschnittsstruktur eines Sensor-Dies beziehungsweise eines Sensorchips darstellt, in dem ein Drucksensor und ein Beschleunigungssensor integriert sind, wie in Dokument 1 offenbart ist.
Das Verfahren, das in Dokument 1 offenbart ist, bezieht sich auf einen Reifendrucksensor. In dem Sensor-Die, das in 20 dargestellt ist, sind ein Drucksensor mit einer Funktion zum Erfassen eines Reifenluftdrucks und ein Beschleunigungssensor mit einer Funktion zum Erfassen einer Beschleunigung in einem Sensorchip integriert. Der Drucksensor von 20 beinhaltet ein Diaphragma Dp, das einen vakuumabgedichteten Raum (Referenzdruckkammer) Kp und Luft innerhalb eines Reifens separiert, und ein piezoelektrisches Widerstandselement zum Erfassen einer Deformation des Diaphragmas Dp durch den Reifenluftdruck ist auf einer Oberfläche des Diaphragmas Dp nahe der Referenzdruckkammer Kp ausgebildet. Der Beschleunigungssensor von 20 ist in dem vakuumabgedichteten Raum Ka ausgebildet, der sich von der Referenzdruckkammer Kp des Drucksensors unterscheidet. Eine Kraft in einer radialen Richtung, die in einem rotierenden Rad erzeugt wird, wird basierend auf einer Deformation eines Tragarms (Cantilever) La erfasst und ein Radmodul bestimmt, ob sich das Rad dreht oder nicht, und eine Rotationsgeschwindigkeit desselben.
In der Modulstruktur des Drucksensors und des Beschleunigungssensors, die in 20 dargestellt sind, können, da der Drucksensor und der Beschleunigungssensor in den vakuumabgedichteten Räumen Kp und Ka ausgebildet sind, beide Sensoren vor vielen chemischen Substanzen (verbleibende Substanzen nach Reifenhärtungsbehandlung, Seife, Wasser oder dergleichen) geschützt werden, die innerhalb des Reifens vorliegen.

Patentdokument 1: „Dempa Shinbun Hi-Technology" 13. Mai 2004, Dempa Publications, Inc.

Um die Fahrt eines Fahrzeugs stabil zu steuern, werden Hochgenauigkeitssensoren für dynamische Größen wie ein Gyrosensor (Winkelgeschwindigkeitssensor) zum Erfassen einer Fortbewegungsrichtung eines Fahrzeugs sowie eines Reifendrucks und einer Rotationsgeschwindigkeit eines Rades und ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung in der Fortbewegungsrichtung benötigt. Ferner, da sich die Altitude beziehungsweise die Höhe der Position eines Fahrzeugs ebenso in Zusammenhang mit der Fahrt ändert, ist ein Hochempfindlichkeitsdrucksensor zum Erfassen einer Änderung von atmosphärischem Druck gemäß einer Änderung der Höhe erforderlich. Somit bestand in jüngster Zeit eine Nachfrage für eine kompakte kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Drucksensor und Hochgenauigkeitssensoren für dynamische Größen wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor und ein Gyrosensor als Module integriert sind.
Gemäß der vorstehenden Nachfrage ist die Modulstruktur in Dokument 1, die in 20 illustriert ist, konfiguriert, um hauptsächlich einen Reifenluftdruck und eine Rotationsgeschwindigkeit eines Rades zu erfassen. Der Beschleunigungssensor der Modulstruktur von 20 ist konfiguriert, um eine Deformation einer Auskragung La unter Verwendung eines piezoelektrischen Widerstandselements oder dergleichen zu erfassen, um dadurch zu erfassen, ob sich das Rad dreht oder nicht, und die Rotationsgeschwindigkeit davon zu erfassen, und kann die Fortbewegungsrichtung eines Fahrzeugs oder Beschleunigung in der Fortbewegungsrichtung nicht mit hoher Genauigkeit erfassen.
In dem Drucksensor der Modulstruktur von 20 ist es, um das Diaphragma Dp zu verdünnen, um Empfindlichkeit zu erhöhen, allgemein notwendig einen tiefen konkaven Abschnitt Kb, der durch eine gepunktete Linie angegeben ist, auf der Rückseite eines Silizium-Dies gegenüber dem abgedichteten Raum Kp auszubilden. Die Modulstruktur von 20 wird im Allgemeinen in einem Waferzustand hergestellt und der tiefe konkave Abschnitt Hp wird in entsprechenden Chipausbildungsregionen auf der Rückseite des Siliziumwafers durch Ausführen von anisotropem Ätzen ausgebildet. Jedoch, da das anisotrope Ätzen niedrigere Verarbeitungsgenauigkeit in der Tiefenrichtung gegenüber der Genauigkeit in der Ebenenrichtung bereitstellt, besteht bei der Struktur des Drucksensors des Stands der Technik ein Problem darin, dass die Tiefe des konkaven Abschnitt Hp sich in jeweiligen Chips unterscheidet und die Dicke des Diaphragmas Dp ungleichmäßig wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Drucksensor und ein Sensor für eine zweite dynamische Größe als ein Modul integriert sind, und ein Herstellungsverfahren desselben bereitzustellen. Konkret sind in einer kostengünstigen Sensorvorrichtung für dynamische Größen ein Drucksensor und ein hochgenauer Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als Module integriert und die Leistung der entsprechenden Sensoren für dynamische Größen wird nicht verschlechtert, sogar wenn sie als ein Modul konfiguriert sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen: einen Sensor für eine erste dynamische Größe zum Erfassen von Druck als eine erste dynamische Größe; einen Sensor für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen einer zweiten dynamischen Größe mit Ausnahme des Drucks; ein erstes Substrat, das aus einem SOI-Substrat gefertigt ist, das ein Trägersubstrat, einen eingebetteten Oxidfilm und eine SOI-Schicht aufweist, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind; und ein zweites Substrat. Der Sensor für eine erste dynamische Größe und der Sensor für eine zweite dynamische Größe sind miteinander integriert. Der Sensor für eine erste dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe, die gemäß dem Druck versetzbar ist. Der Sensor für eine zweite dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe, die gemäß der zweiten dynamischen Größe versetzbar ist. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe befinden sich auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe ist von der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe mit einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Das zweite Substrat ist an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden, um die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe abzudecken. Das erste Substrat und das zweite Substrat stellen einen ersten Raum und einen zweiten Raum bereit. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe ist in dem ersten Raum luftdicht aufgenommen und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe ist in dem zweiten Raum luftdicht aufgenommen. Der erste Raum und der zweite Raum kommunizieren nicht miteinander. Die SOI-Schicht ist durch mehrere Gräben in mehrere Halbleiterregionen unterteilt, so dass die mehreren Halbleiterregionen elektrisch voneinander isoliert sind. Jeder Graben erreicht den eingebetteten Oxidfilm. Ein erster Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe bereit. Ein zweiter Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe bereit. Der zweite Teil der mehreren Halbleiterregionen beinhaltet: eine zweite bewegliche Halbleiterregion mit einer zweiten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines Teils des eingebetteten Oxidfilms, der eine Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine zweite feste Halbleiterregion mit einer zweiten festen Elektrode die der zweiten beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Die zweite bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode stellen einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereit, die durch einen Raum zwischen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode bereitgestellt wird. Der Sensor für eine zweite dynamische Größe erfasst die zweite dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des Kondensators, die gemäß einem Versatz der zweiten beweglichen Elektrode erfasst wird, wenn die zweite bewegliche Elektrode in Antwort auf die zweite dynamische Größe versetzt wird, die auf den Sensor für eine zweite dynamische Größe ausgeübt wird.
In der vorstehenden Vorrichtung kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen, wie vorstehend beschrieben ist, als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe und der Sensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind, und die Leistung der entsprechenden Sensoren für dynamische Größen nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß dem ersten Aspekt: Vorbereiten des ersten Substrats einschließlich: Ausbilden der Gräben in der SOI-Schicht des SOI-Substrats, um so die mehreren Halbleiterregionen bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats derart, dass der erste Raum und der zweite Raum durch das erste Substrat und das zweite Substrat bereitgestellt werden und der erste Raum und der zweite Raum nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats an die Hauptoberfläche des ersten Substrats.
In dem vorstehenden Verfahren kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und der Sensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind und die Leistung der entsprechenden Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen dem ersten Aspekt: Vorbereiten eines ersten Substrats einschließlich: Ausbilden der Gräben in der SOI-Schicht um die mehreren Halbleiterregionen bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats derart, dass der erste Raum und der zweite Raum durch das erste Substrat und das zweite Substrat bereitgestellt werden und der erste Raum und der zweite Raum nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats an die Hauptoberfläche des ersten Substrats. Das Vorbereiten des ersten Substrats beinhaltet ferner: Abscheiden einer ersten Mehrkristall-Siliziumschicht auf einem Oxidfilm, der auf dem Trägersubstrat ausgebildet wird, so dass der Oxidfilm den eingebetteten Oxidfilm bereitstellt und die erste Mehrkristall-Siliziumschicht einen Teil der SOI-Schicht bereitstellt; Abscheiden einer zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht auf der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht, so dass eine Öffnung eines Zusatzgrabens geschlossen wird, um den hohlen Abschnitt auszubilden, und eine gestapelte Struktur der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht und der zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht die SOI-Schicht nach Ausbilden des Zusatzgrabens bereitstellt, um den eingebetteten Oxidfilm zu erreichen; und Ausbilden der Gräben zum Bereitstellen der ersten Halbleiterregion mit dem ersten Wandabschnitt und der zweiten Halbleiterregion mit dem zweiten Wandabschnitt.
In den vorstehenden Verfahren kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die vorstehend beschrieben ist, als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und der Sensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind und die Leistung der entsprechenden Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar, wenn sie als Module integriert sind.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.
Es zeigen:
1A und 1B Diagramme, die ein Beispiel einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß der vorliegenden Offenbarung illustrieren, wobei 1A ein Diagramm ist, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen darstellt, und 1B eine Draufsicht der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ist;
2A und 2B Diagramme, die ein spezifischeres Konfigurationsbeispiels eines Sensors für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) illustrieren, der in 1A und 1B illustriert ist, wobei 2A eine Draufsicht ist, die ein Konfigurationsbeispiel einer Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe illustriert, und 2B eine Querschnittsansicht entlang der strichpunktierten Linie IIB-IIB in 2A ist;
3 ein Diagramm, das ein spezifischeres Konfigurationsbeispiel eines Sensors für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) illustriert, der in 1A und 1B illustriert ist, und eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe illustriert;
4A bis 4E Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 4A bis 4E Diagramme sind, die einen Schritt zum Vorbereiten eines ersten Substrats illustrieren, das in 1A illustriert ist;
5A bis 5C Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 5A bis 5C Diagramme sind, die einen Schritt zum Vorbereiten eines ersten Substrats illustrieren, das in 1A illustriert ist;
6 eine Querschnittsansicht, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustriert, und ein Diagramm, das einen Schritt zum Vorbereiten eines zweiten Substrats illustriert, das in 1A illustriert ist;
7A und 7B Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 7A ein Diagramm ist, das einen Substratverbindungsschritt zum Verbinden des zweiten Substrats mit einer Hauptoberflächenseite des ersten Substrats illustriert, und 7B ein Diagramm ist, das einen Schritt zum Abdichten eines zweiten Raums des Sensors für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) illustriert, der durchgeführt wird, nachdem das erste Substrat und das zweite Substrat verbunden sind;
8 ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustriert, die ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ist, die in 1A und 1B illustriert ist;
9 eine Querschnittsansicht, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustriert, und ein Diagramm ist, das ein erstes Substrat der Sensorvorrichtung für dynamische Größen vor dem Verbinden illustriert;
10A bis 10C Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 10A bis 10C Diagramme sind, die einen Schritt zum Vorbereiten eines zweiten Substrats der Sensorvorrichtung für dynamische Größen vor dem Verbinden illustrieren;
11A bis 11C Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 11A bis 11C Diagramme sind, die einen Schritt zum Verbinden des ersten Substrats und des zweiten Substrats und einen Schritt zum Ausbilden einer Verdrahtung nach dem Verbinden illustrieren;
12A und 12B Querschnittsansichten, die jeden Schritt eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustrieren, wobei 12A und 12B Diagramme sind, die einen Schritt zum Ausbilden der Verdrahtung nach dem Verbinden und einen Schritt zum Abdichten eines zweiten Raums des Sensors für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) illustrieren;
13 ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustriert, die ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ist, die in 8 illustriert ist;
14A und 14B Querschnittsansichten, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel der ersten Erfassungseinheit des Sensors für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) illustrieren, der in 1A und 1B und 2A und 2B dargestellt ist, wobei 14A ein Diagramm ist, das den Zustand eines Mediums darstellt, das zu messen ist, bevor Druck ausgeübt wird, illustriert, und 14B ein Diagramm ist, das den Zustand illustriert, nachdem Druck ausgeübt wurde;
15 ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen einschließlich eines Sensors für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) mit einer anderen Struktur illustriert, die ein weiteres Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ist, die in 8 illustriert ist;
16A und 16B Querschnittsansichten eines Hauptteils, die jeden Schritt zum Herstellen einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die einen Beschleunigungssensor aufweist, illustrieren;
17 eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die einen Beschleunigungssensor aufweist;
18A bis 18C Querschnittsansichten eines Hauptteils von Sensorvorrichtungen für dynamische Größen mit jeweils unterschiedlichen Beschleunigungssensoren;
19A und 19B Diagramme, die eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen mit einem anderen Beschleunigungssensor illustrieren, wobei 19A ein Diagramm ist, das den Querschnitt eines Hauptteils der Sensorvorrichtung für dynamische Größen illustriert, und 19B eine Draufsicht der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ist; und
20 ein Diagramm, das eine Querschnittsstruktur eines Sensor-Dies gemäß dem Stand der Technik illustriert, in dem ein Drucksensor und ein Beschleunigungssensor gemäß dem Stand der Technik integriert sind.
1A und 1B sind Diagramme, die ein Beispiel einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß der vorliegenden Offenbarung illustrieren, wobei 1A ein Diagramm ist, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen illustriert und 1B eine Draufsicht der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist. 1A entspricht dem Querschnitt entlang der strichpunktierten Linie IA-IA in 1B.
Die Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, ist eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der Druck als eine erste dynamische Größe erfasst, ein Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der eine Beschleunigung als eine zweite dynamische Größe erfasst, und ein Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) integriert sind, der eine Winkelgeschwindigkeit als eine dritte dynamische Größe erfasst.
Wie in 1A illustriert ist, sind eine Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, die durch Druck versetzt wird, eine Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe, die durch Beschleunigung versetzt wird, und eine Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe, die durch Winkelgeschwindigkeit versetzt wird, auf einer Hauptoberseite eines ersten Substrats 10 durch einen Halbleiter mit einem dazwischen liegenden vorbestimmten Raum versetzbar ausgebildet. Darüber hinaus ist ein zweites Substrat 20, das die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe mit einem vorbestimmten dazwischen liegenden Raum mit der Hauptoberseite des ersten Substrats 10 verbunden. Dadurch, dass das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 aneinander gebunden sind, sind ein erster Raum K1, ein zweiter Raum K2 und ein dritter Raum K3, die die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe in einem versetzbaren Zustand luftdicht aufnehmen, so ausgebildet, dass sie nicht miteinander kommunizieren.
Wie in 1A dargestellt ist, ist das erste Substrat 10 ein SOI(Silizium-auf-Isolator, Silicon On Insulator)-Substrat einschließlich eines Trägersubstrats 1, einer SOI-Schicht 3 und eines eingebetteten Oxidfilms 2, der sich zwischen den beiden vorhergehenden befindet. In dem ersten Substrat 10 sind Halbleiterregionen S einschließlich mehrerer SOI-Schichten 3 ausgebildet, die von den Umgebungen durch Gräben T isoliert sind, die den eingebetteten Oxidfilm 2 erreichen. In der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B ist die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe durch einen Teil dieser Halbleiterregionen S ausgebildet, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe ist durch einen anderen Teil der Halbleiterregion ausgebildet und die dritte Erfassungseinheit des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe ist durch einen noch anderen Teil der Halbleiterregion ausgebildet. Die Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B verwendet eine Konfiguration, in der eine Verdrahtung 4, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, innerhalb des eingebetteten Oxidfilms 2 ausgebildet ist. Ferner ist ein Metallmuster zum Realisieren einer elektrischen Verbindung zur Außenseite in einer Halbleiterregion S des ersten Substrats 10 ausgebildet, die nicht durch das zweite Substrat 20 abgedeckt ist, das mit der Verdrahtung 4 verbunden ist.
Wie in 1A illustriert ist, beinhaltet die Erfassungseinheit M1 für einer erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B mindestens eine erste Halbleiterregion S1a und mindestens eine zweite Halbleiterregion S1b. Die erste Halbleiterregion S1a ist eine Halbleiterregion, die einen ersten Wandabschnitt Wa als ein erste Elektrode beinhaltet, der in einer Richtung ausgebildet ist, die den eingebetteten Oxidfilm 2 kreuzt, und in dem ein hohler Abschnitt Ha so ausgebildet ist, dass der erste Wandabschnitt Wa ausgedünnt ist, und der erste Wandabschnitt Wa so ausgebildet ist, dass er als ein Diaphragma deformiert und versetzt wird. Die zweite Halbleiterregion S1b ist eine Halbleiterregion, die einen zweiten Wandabschnitt Wb beinhaltet, der dem ersten Wandabschnitt Wa als eine zweite Elektrode gegenüberliegt.
Die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), die in 1A dargestellt ist, hat eine Konfiguration, in der eine Kapazität so ausgebildet ist, dass ein Raum zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der ersten Elektrode (der erste Wandabschnitt Wa) und der zweiten Elektrode (der zweite Wandabschnitt Wb) als eine dielektrische Schicht verwendet wird, wobei mindestens die erste Elektrode in einer Richtung, die vertikal zu der zweiten Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche ist, gemäß dem Druck eines zu messenden Mediums deformiert und versetzt wird, und eine Änderung einer Kapazität aufgrund einer Änderung des Raums zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wird gemessen, um dabei den Druck zu erfassen.
Das heißt, in dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe mit der Konfiguration, die in 1A und 1B dargestellt ist, ist der hohle Abschnitt Ha der ersten Halbleiterregion S1a so abgedichtet, dass er einen vorbestimmten Referenzdruck (beispielsweise Vakuum) aufweist, und ein erstes Durchführungsloch V1 ist ausgebildet, um so das zweite Substrat 20 zu durchdringen, so dass die Außenseite des zweiten Substrats 20 mit dem ersten Raum K1 kommuniziert. Ferner ist mindestens die erste Elektrode (der erste Wandabschnitt Wa) konfiguriert, um in einer Richtung vertikal zu der der zweiten Elektrode (der zweite Wandabschnitt Wb) gemäß dem Druck des zu messenden Mediums, das in dem ersten Raum K1 mittels des ersten Durchführungslochs V1 eingeführt wird, deformiert und versetzt zu werden.
2A und 2B sind Diagramme, die ein spezifischeres Konfigurationsbeispiel eines Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor illustrieren, der in 1A und 1B illustriert ist, wobei 2A eine Draufsicht ist, die ein Konfigurationsbeispiel einer Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe illustriert, und 2B eine Querschnittsansicht entlang der strichpunktierten Linie IIB-IIB in 2A ist.
Die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die in 2A illustriert ist, beinhaltet vier erste Halbleiterregionen S1a, in denen der hohle Abschnitt Ha, der ein Vakuum aufweist, ausgebildet ist, und zweite Halbleiterregionen S1b, in denen der hohle Abschnitt Ha nicht ausgebildet ist. Die erste Halbleiterregion S1a beinhaltet den ersten Wandabschnitt Wa, der durch den hohlen Abschnitt Ha ausgedünnt ist, und der erste Wandabschnitt Wa funktioniert als ein Diaphragma, das gemäß dem Druck des zu messenden Mediums deformiert und versetzt wird. Darüber hinaus beinhaltet die zweite Halbleiterregion S1b den zweiten Wandabschnitt Wb, der dem ersten Wandabschnitt Wa gegenüberliegt. Der erste Wandabschnitt Wa und der zweite Wandabschnitt Wb bilden eine Gruppe von Elektroden aus, das heißt, eine erste Elektrode E1a und eine zweite Elektrode E1b eines Kondensatorelements, das eine Kapazitätsänderung gemäß dem Druck des zu messenden Mediums misst.
In dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der in 1A und 1B illustriert ist, werden die Größe und die Anzahl der ersten Halbleiterregionen S1a und der zweiten Halbleiterregionen S1b und die Fläche und die Dicke des ersten Wandabschnitts Wa, der als ein Diaphragma funktioniert, angemessen abhängig von dem zu messenden Druckbereich und einer erforderlichen Messempfindlichkeit ähnlich zur Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die in 2A illustriert ist, festgelegt.
Die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B beinhaltet mindestens eine bewegliche Halbleiterregion S2a und mindestens eine feste Halbleiterregion S2b. Die zweite bewegliche Halbleiterregion S2a ist eine Halbleiterregion, die eine zweite bewegliche Elektrode beinhaltet, die durch Ätzen eines Teils des eingebetteten Oxidfilms 2, der eine Opferschicht darstellt, versetzbar ausgebildet wird. Die zweite feste Halbleiterregion S2b ist eine Halbleiterregion, die eine zweite feste Elektrode beinhaltet, die der zweiten beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der in 1A illustriert ist, weist eine Konfiguration auf, in der eine Kapazität so ausgebildet ist, dass ein Raum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode als eine dielektrische Schicht verwendet wird, wobei die zweite bewegliche Elektrode in einer Richtung vertikal zur gegenüberliegenden Oberfläche gemäß einer ausgeübten Beschleunigung versetzt wird und eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Änderung des Raums zwischen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode gemessen wird, um dadurch die Beschleunigung zu messen.
Darüber hinaus wird in dem Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe, der ein Beschleunigungssensor der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B ist, der zweite Raum K2 so abgedichtet, dass er unter einem vorbestimmten Druck steht, beispielsweise weist der Raum K2 eine Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit dem Druck einer Atmosphäre (1 atm) auf, um Haftreibung (Phänomen, bei dem ein beweglicher Abschnitt an Umgebungen aufgrund einer Oberflächenspannung oder dergleichen haftet und sich schwer bewegen kann) der zweiten beweglichen Halbleiterregion S2a vorzubeugen und Hochfrequenzvibration zu unterdrücken. Somit sind in dem Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe, der in 1A und 1B illustriert ist, ein drittes Durchführungsloch V3 und ein konkaver Abschnitt L4 ausgebildet, um das zweite Substrat 20 zu durchdringen, so dass die Außenseite des zweiten Substrats 20 mit dem zweiten Raum K2 kommuniziert. Ferner befindet sich in dem zweiten Substrat 20 ein Dichtungselement F3, das das dritte Durchführungsloch V3 abdichtet, auf der Außenseite, die der Oberfläche gegenüberliegt, die an das erste Substrat 10 gebunden ist, so über der gesamte Bodenfläche des konkaven Abschnitts L4, dass es nicht von der ersten Seite des zweiten Substrats 20 hervorragt. In anderen Worten wird in dem Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B dargestellt ist, die maximale Höhe des Dichtungselements 4 ausgehend von der Verbindungsoberfläche des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 niedriger festgelegt als die maximale Höhe der Außenseite des zweiten Substrats 20 ausgehend von der Verbindungsoberfläche.
Zum Ausbilden des Dichtungselements F kann ein Tintendruckverfahren, ein Maskenabscheidungsverfahren, ein Siebdruckverfahren und dergleichen verwendet werden. Beispielsweise kann ein gestapelter Film aus Titan (Ti), Nickel (Ni), Gold (Au) und Lot auf der Bodenfläche des konkaven Abschnitts L4 in dieser Reihenfolge von unten nach oben als das Dichtungselement F ausgebildet werden und der zweite Raum K2 kann durch Erhitzen des gestapelten Films luftdicht abgedichtet werden.
3 ist ein Diagramm, das ein spezifischeres Konfigurationsbeispiel des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der in 1A und 1B illustriert ist, illustriert, und ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe illustriert.
Die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe, die in 3 illustriert ist, weist eine Konfiguration auf, in der eine zweite bewegliche Elektrode E2a zwischen zwei feste Elektroden E2b1 und E2b2 eingefügt ist. In der zweiten beweglichen Halbleiterregion S2a, die in 3 illustriert ist, ist Bezugszeichen a1 ein Ankerabschnitt, Bezugszeichen a2 ist ein rechtwinkeliger Federabschnitt, der durch den Ankerabschnitt a1 getragen wird, und Bezugszeichen a3 ist ein Gewichtsabschnitt, der mit dem Federabschnitt a2 verbunden ist. Die zweiten beweglichen Elektroden E2a sind auf beiden Seiten des Gewichtsabschnitts a3 in einer Kammform ausgebildet. Bezugszeichen b11 und b21 in der zweiten Halbleiterregion S1b sind ebenso Ankerabschnitte.
Die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors für eine zweite dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) R3 der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B beinhaltet mindestens eine dritte bewegliche Halbleiterregion S3a und mindestens eine dritte feste Halbleiterregion S3b, wie in 1A illustriert ist. Die dritte bewegliche Halbleiterregion S3a ist eine Halbleiterregion, die eine dritte bewegliche Elektrode beinhaltet, die durch Ätzen eines Teils des eingebetteten Oxidfilms 2, der eine Opferschicht darstellt, versetzbar ausgebildet wird. Die dritte feste Halbleiterregion S3b ist eine Halbleiterregion, die eine dritte feste Elektrode beinhaltet, die der dritten beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Die dritte bewegliche Halbleiterregion S3a (die dritte bewegliche Elektrode) des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe, der Winkelgeschwindigkeit erfasst, wird zum Erfassen von Winkelgeschwindigkeit (Corioliskraft) in einem Zustand verwendet, in dem eine Region, die nicht dargestellt ist, mit einer hohen Frequenz in einer Richtung orthogonal zur gegenüberliegenden Oberfläche geschwungen wird. Das heißt, die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor), der in 1A illustriert ist, weist eine Konfiguration auf, in der eine Kapazität ausgebildet ist, so dass ein Raum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der dritten beweglichen Elektrode und der dritten festen Elektrode als eine dielektrische Schicht verwendet wird, die dritte bewegliche Elektrode in einer Richtung vertikal zur gegenüberliegenden Oberfläche gemäß der Corioliskraft angewandter Winkelgeschwindigkeit versetzt wird und eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Änderung des Gegenüberabstands zwischen der dritten beweglichen Elektrode und der dritten festen Elektrode gemessen wird, um dadurch die Winkelgeschwindigkeit zu erfassen.
Ferner wird in dem Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen aus 1A und 1B, der ein Winkelgeschwindigkeitssensor (Corioliskraftsensor) ist, die dritte bewegliche Elektrode (die dritte bewegliche Halbleiterregion S3a), die ein vibrierender Körper ist, mit einer gewünschten Hochfrequenz und einer gewünschten Amplitude geschwungen und ein Versatz wird basierend auf der Corioliskraft (proportional zur Winkelgeschwindigkeit) des vibrierenden Körpers erfasst. Deshalb wird der dritte Raum K3 mit Vakuum abgedichtet, wo Vibration kaum gedämpft wird. Der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe kann als ein Lorentz-Kraftsensor konfiguriert sein, der eine Kapazitätsänderung eines vibrierenden Körpers, der mit einer gewünschten Hochfrequenz und einer gewünschten Amplitude geschwungen wird, basierend auf der Lorentz-Kraft unter Verwendung derselben Struktur erfasst. Durch das Konfigurieren des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe als ein Lorentz-Kraftsensor ist es beispielsweise möglich, die Richtung eines Fahrzeugs bezüglich der Richtung von Geomagnetismus zu erfassen.
Wie vorstehend erläutert ist, ist die Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der der Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der Druck erfasst, der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der Beschleunigung erfasst, und der Sensor R3 (Winkelgeschwindigkeitssensor) für eine dritte dynamische Größe, der Winkelgeschwindigkeit erfasst, als Module integriert sind.
In der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen wird ein SOI-Substrat einschließlich des Trägersubstrats, der SOI-Schicht 3 und des eingebetteten Oxidfilms 2, der sich zwischen den beiden befindet, als das erste Substrat 10 verwendet, das den Sensor R1 für eine erste dynamische Größe, den Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe und den Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe ausbildet. Darüber hinaus sind die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe durch die Halbleiterregionen S ausgebildet, die mehrere SOI-Schichten 3 beinhalten, die von den Umgebungen durch die Gräben T isoliert sind, die den eingebetteten Oxidfilm 2 erreichen. Somit können die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe gleichzeitig ausgebildet werden, indem sie sich den Schritt zum Ausbilden der Gräben T und dergleichen teilen, und die Herstellungskosten können verringert werden.
Ferner wird das zweite Substrat 20 an die Hauptoberflächenseite des ersten Substrats 10 gebunden, in dem die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe ausgebildet sind, und der Sensor R1 für eine erste dynamische Größe, der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe und der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe werden entsprechend zugeordnet luftdicht in den ersten Raum K1, den zweiten Raum K2 und den dritten Raum K3 aufgenommen, die nicht miteinander kommunizieren. Somit können der erste Raum K1, in dem der Sensor R1 für eine erste dynamische Größe aufgenommen ist, der zweite Raum K2, in dem der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe aufgenommen ist, und der dritte Raum K3, in dem der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe aufgenommen ist, gesteuert werden, um sich in unterschiedlichen Umgebungsbedingungen zu befinden, in denen die Leistung der entsprechenden Sensoren optimiert ist. Beispielsweise kann in der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B der Druck des zweiten Raums K2, in dem der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe, der ein Beschleunigungssensor ist, auf eine Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck unabhängig vom Druck des zu messenden Mediums festgelegt werden, des ersten Raums, in dem der Sensor für eine erste dynamische Größe, der ein Drucksensor ist, aufgenommen ist. Darüber hinaus kann der Druck des dritten Raums K3, in dem der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe, der ein Winkelgeschwindigkeitssensor ist, aufgenommen ist, auf ein Vakuum unabhängig von der Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck des zweiten Raums K2 festgelegt werden, indem der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe aufgenommen ist, der ein Beschleunigungssensor ist. Auf diese Weise ist es in der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B, da die entsprechenden Sensoren R1 bis R3 luftdicht in den Räumen K1 bis K3 aufgenommen sind, die nicht miteinander kommunizieren, mögliche Verschlechterung von Performance aufgrund Interferenz der jeweiligen Sensoren R1 bis R3 zu unterbinden.
Auf diese Weise ist die Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Drucksensor (der Sensor R1 für eine erste dynamische Größe), ein Beschleunigungssensor (der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe) und ein Winkelgeschwindigkeitssensor (der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe) als Module integriert sind, und ist eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Drucksensor und hochgenaue Sensoren (ein Beschleunigungssensor und ein Winkelgeschwindigkeitssensor) optimal als Module integriert sind, wobei die Performance der jeweiligen Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Als Nächstes werden die jeweiligen Sensoren R1 bis R3 der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B detaillierter erläutert.
Der Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe beinhaltet, der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist ein Kapazitätsdrucksensor, der einen Deformationsversatz des ersten Wandabschnitts (Diaphragma) Wa aufgrund des Drucks des zu messenden Mediums als eine Kapazitätsänderung misst. Die erste Elektrode (der erste Wandabschnitt Wa) und die zweite Elektrode (der zweite Wandabschnitt Wb) der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration sind durch die Halbleiterregionen S1a und S1b (die SOI-Schicht 3) desselben Leitfähigkeitstyps (N⁺) ausgebildet und ein PN-Übergang liegt nicht vor. Demnach, da der unstabile Zustand von Kapazitätserfassungscharakteristika aufgrund des Nicht-Auftretens von PN-Übergängen nicht auftritt, ist es möglich, sehr stabile Kapazitätserfassungscharakteristika gegenüber Störung wie beispielsweise Temperatur oder externer Atmosphäre aufrechtzuerhalten.
Ferner ist es gemäß dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration unmöglich, die Dicke des ersten Wandabschnitts Wa, das als ein Diaphragma funktioniert, unabhängig von der Dicke der SOI-Schicht 3 festzulegen. Somit ist es möglich, die Dicke der SOI-Schicht 3 beispielsweise so festzulegen, dass sie optimal für die zweite bewegliche Halbleiterregion S2a des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe ist. Darüber hinaus ist es möglich, die Dicke des ersten Wandabschnitts Wa, der als das Diaphragma des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe funktioniert, so festzulegen, dass sie optimal zur Erfassung des Drucks des zu messenden Mediums ist.
Ferner ist es gemäß dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration möglich, die Empfindlichkeit verglichen zum Drucksensor des Standes der Technik, in dem ein piezoelektrisches Widerstandselement ein Diaphragma, das parallel zum eingebetteten Oxidfilm des SOI-Substrats ausgebildet ist, und die Deformation des Diaphragmas erfasst, einfach zu erhöhen. Das heißt in der Struktur des Drucksensors des Stands der Technik ist es, da die Empfindlichkeit durch Verdünnen des Diaphragmas erhöht wird, im Allgemeinen nötig, einen tiefen konkaven Abschnitt auf der Trägersubstratseite des SOI-Substrats durch anisotropes Ätzen auszubilden. Da das anisotrope Ätzen jedoch niedrigere Verarbeitungsgenauigkeit in der Tiefenrichtung als in der Ebenenrichtung, die durch eine Maske bestimmt wird, mit sich bringt, besteht bei der Struktur des Drucksensors des Stands der Technik ein Problem darin, dass die Tiefe des konkaven Abschnitts sich in jeweiligen Chips unterscheidet und die Dicke des Diaphragmas ungleichmäßig wird. Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration, der in 1A und 1B illustriert ist, der Graben durch das anisotrope Ätzen so verarbeitet, dass die Dicke der SOI-Schicht maximiert wird, und wie durch das später beschriebene Herstellungsverfahren illustriert ist, kann die Dicke des ersten Wandabschnitts Wa, der als das Diaphragma funktioniert, mit der Genauigkeit der Flächenrichtung beziehungsweise Ebenenrichtung sichergestellt werden, die durch die Maske bestimmt wird.
Wie vorstehend erläutert ist, ist die Konfiguration des Sensors R1 des Kapazitätstyps für eine erste dynamische Größe, der in 1A und 1B dargestellt ist, ideal für einen Drucksensor, der integral mit einem Kapazitätstyp- und Hochgenauigkeitssensor wie beispielsweise einem Beschleunigungssensor auf einem SOI-Substrat ausgebildet ist. Der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist konfiguriert, um eine Kapazitätsänderung zwischen der zweiten beweglichen Elektrode (der zweiten beweglichen Halbleiterregion S2a), die versetzbar ausgebildet ist, und der zweiten festen Elektrode (der zweiten festen Halbleiterregion S2b) zu messen, um dabei Beschleunigung zu erfassen. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe verglichen mit einem in 20 dargestellten Beschleunigungssensor, der eine Deformation der Auskragung La unter Verwendung eines piezoelektrischen Widerstandselements oder dergleichen erfasst, ebenso ein Kapazitätstyp- und Hochgenauigkeitsbeschleunigungssensor.
Darüber hinaus ist der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ebenso konfiguriert, um eine Kapazitätsänderung zwischen der dritten beweglichen Elektrode (der dritten beweglichen Halbleiterregion S3a), die versetzbar ausgebildet ist, und der dritten festen Elektrode (die dritte feste Halbleiterregion S3b) zu messen, um dabei Winkelgeschwindigkeit zu erfassen. Wie vorstehend ist der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe ebenso ein Sensor des Kapazitätstyps und kann als ein Hochgenauigkeitswinkelgeschwindigkeitssensor (Gyrosensor) verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen erläutert, die in 1A und 1B dargestellt ist.
4A bis 7B sind Querschnittsansichten jedes Schritts eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B dargestellt ist.
4A bis 4B und 5A bis 5E sind Diagramme, die einen Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10 illustrieren, das in 1A illustriert ist. In dem Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10 werden Gräben T in der SOI-Schicht 3 des SOI-Substrats ausgebildet, um mehrere Halbleiterregionen S auszubilden, und die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe werden ausgebildet.
Als Erstes wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat mit einer Dicke von beispielsweise 200 bis 500 μm und mit der (100)-Oberfläche als das Trägersubstrat 1 verwendet, das eine wesentliche Komponente des ersten Substrats 10 ist, das in 1 illustriert ist. Das Trägersubstrat 1, das aus Ein-Kristall-Silizium gefertigt ist, weist einen spezifischen Widerstandswert von 0,001 bis 0,1 Ω·cm und einen N+-Typ auf und beinhaltet Störstellen mit hoher Konzentration wie beispielsweise Arsen (As) oder Phosphor (P) und ist als „N+” in 4A gekennzeichnet.
Nachfolgend, wie in 4A dargestellt ist, wird das Einkristall-Siliziumsubstrat 1 thermisch bei einer Temperatur von 1000 bis 1100°C oxidiert, um den thermisch oxidierten Film 2a (SiO₂) mit einer Dicke von 0,5 bis 1,5 μm auszubilden. Danach wird ein erstes Kontaktloch 2b in dem thermisch-oxidierten Film 2a ausgebildet, um das Einkristall-Siliziumsubstrat 1 zu erreichen.
Nachfolgend wird ein hochkonzentriertes Mehrkristall-Silizium des N+-Typs auf der gesamten Oberfläche auf eine Dicke von 0,1 bis 2 μm durch ein CVD-Verfahren abgeschieden, um das erste Kontaktloch 2b zu begraben, und ein vorbestimmtes Verdrahtungsmuster wird durch ein Photolithographieverfahren und Ätzen ausgebildet. In 4A ist das Verdrahtungsmuster als eine Mehrkristall-Silizium-Verdrahtung 4a illustriert.
Nachfolgend wird ein (SiO₂)-Oxidfilm 2c auf der gesamten Oberfläche auf eine Dicke von 0,5 bis 2,0 μm durch ein CVD-Verfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet. Der thermisch oxidierte Film 2a, der als Erstes ausgebildet wird, und der Oxidfilm 2b, der nachfolgend ausgebildet wird, werden zu dem eingebetteten Oxidfilm 2 des ersten Substrats 10, das in 1A illustriert ist.
Nachfolgend, wie in 4B illustriert ist, wird ein zweites Kontaktloch 2d in dem Oxidfilm 2d ausgebildet, um die Mehrkristall-Silizium-Verdrahtung 4a zu erreichen.
Nachfolgend, wie in 4C illustriert ist, wird eine erste Mehrkristall-Siliziumschicht 3a des N+-Typs auf der gesamten Oberfläche auf eine Dicke von 5 bis 100 μm ausgebildet. In diesem Beispiel wird die Mehrkristall-Siliziumschicht 3a auf eine Dicke von ca. 20 μm ausgebildet. Die Mehrkristall-Silizium-Verdrahtung 4a in der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht 3a, die in dem zweiten Kontaktloch 2d eingebettet ist, bilden eine Verdrahtung 4 in dem eingebetteten Oxidfilm 2a aus, der in 1A dargestellt ist.
Beim Herstellen der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen aus 1A und 1B wird auf diese Weise in dem Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10 vor dem Ausbilden der SOI-Schicht 3 von 1A die Verdrahtung 4, die die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbindet, vorab an einer vorbestimmten Position in dem eingebetteten Oxidfilm 2 ausgebildet.
Nachfolgend wird zum Ausbilden des hohlen Abschnitts H1 des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der in 1A illustriert ist, ein zusätzlicher Graben Ta mit einer Dicke von 1 bis 2 μm in der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht 3a ausgebildet, wie in 4D dargestellt ist.
Nachfolgend, wie in 4E dargestellt ist, wird eine zweite Mehrkristall-Siliziumschicht 3b des N+-Typs auf eine Dicke von 2 bis 3 μm in Vakuum durch ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet, um den oberen Abschnitt des zusätzlichen Grabens beziehungsweise Zusatzgrabens Ta zu schließen. Auf diese Weise wird der geschlossene Zusatzgraben Ta der hohle Abschnitt Ha des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) und der hohle Abschnitt Ha wird eine Referenzdruckkammer von Vakuum. Ferner bilden die erste Mehrkristall-Siliziumschicht 3a und die zweite Mehrkristall-Siliziumschicht 3b die SOI-Schicht des ersten Substrats 10 aus, das in 1A dargestellt ist.
Nachfolgend, wie in 5A dargestellt ist, wird ein Aluminium(Al)-Film auf der gesamten Oberfläche der SOI-Schicht 3 auf eine Dicke von 0,1 bis 1 μm abgeschieden und ein Metallmuster 5, das in 1A illustriert ist, wird als ein vorbestimmtes Muster durch ein Photolithographieverfahren und Ätzen ausgebildet.
Nachfolgend werden, um den Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), den Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) und den Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor), die in 1A dargestellt sind, auszubilden, Gräben T ausgebildet, um den eingebetteten Oxidfilm 2 zu erreichen, um dadurch die SOI-Schicht 3 in mehrere vorbestimmte Halbleiterregionen S zu unterteilen, wie in 5B dargestellt ist. Auf diese Weise werden die erste Halbleiterregion S1a einschließlich des ersten Wandabschnitts Wa, die zweite Halbleiterregion S1b einschließlich des zweiten Wandabschnitts Wb und dergleichen in dem Ausbildungsabschnitt des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) ausgebildet, wodurch die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe erlangt wird. Der erste Wandabschnitt Wa, der als das Diaphragma funktioniert, weist typischerweise eine Dicke von 1 bis 2 μm auf und wird ferner abhängig von dem zu messenden Druck verdickt oder verdünnt.
Nachfolgend wird eine Resistmaske (nicht dargestellt) auf einer vorbestimmten Region der SOI-Schicht 3 durch Anbringen eines Filmresists ausgebildet und eine vorbestimmte Region des eingebetteten Oxidfilms 2 wird mittels eines Teils der Gräben, die in dem vorhergehenden Schritt ausgebildet werden, geätzt und entfernt, wie in 5C dargestellt ist. Obwohl in 5C nur der Oxidfilm 2c, der die obere Schicht ist, die den eingebetteten Oxidfilm 2 bildet, entfernt wird, kann der thermisch-oxidierte Film 2a, der die untere Schicht davon ist, weiter entfernt werden.
Auf diese Weise wird das Ausbilden der zweiten beweglichen Halbleiterregion S2a, der zweiten festen Halbleiterregion S2b und dergleichen in dem Ausbildungsabschnitt des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensors) beendet und die zweite bewegliche Elektrode der zweiten beweglichen Halbleiterregion S2a kann bewegt werden, wodurch die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe erlangt wird. Darüber hinaus ist das Ausbilden der dritten beweglichen Halbleiterregion S3a, der dritten festen Halbleiterregion S3b und dergleichen in dem Ausbildungsabschnitt des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) beendet und die dritte bewegliche Elektrode der dritten beweglichen Halbleiterregion S3a kann bewegt werden, wodurch die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe erlangt ist.
Auf diese Weise kann das erste Substrat 10, das in 1A dargestellt ist, vorbereitet werden.
Der Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10 beinhaltet die folgenden Schritte insbesondere, um die Verdrahtung 4 in dem eingebetteten Oxidfilm 2 und die Erfassungseinheit M1 des Kapazitätstyps für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) auszubilden. Das heißt der Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10 beinhaltet einen ersten Schritt zum Vorbereiten des SOI-Substrats, bei dem die erste Mehrkristall-Siliziumschicht 3a auf dem Oxidfilm abgeschieden wird, der auf dem Trägersubstrat 1 ausgebildet ist, um den Oxidfilm als den eingebetteten Oxidfilm 2 zu verwenden und die erste Mehrkristall-Siliziumschicht 3a als einen Teil der SOI-Schicht zu verwenden, einen zweiten Schritt zum Vorbereiten des SOI-Substrats, bei dem der Zusatzgrabens Ta in der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht 3a ausgebildet wird, um den eingebetteten Oxidfilm 2 zu erreichen, die zweite Mehrkristall-Siliziumschicht 3b auf der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht 3a abgeschieden wird, um einen Öffnungsabschnitt des Zusatzgrabens Ta zu schließen, um den hohlen Abschnitt Ha zu erlangen, und die gestapelte Struktur der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht 3a und der zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht 3b als die SOI-Schicht 3 verwendet wird, und einen dritten Schritt zum Vorbereiten des SOI-Substrats, bei dem die Gräben T zum Ausbilden der ersten Halbleiterregion S1a einschließlich des ersten Wandabschnitts Wa und der zweiten Halbleiterregion S1b einschließlich des zweiten Wandabschnitts Wb ausgebildet werden.
6 ist ein Diagramm, das einen Schritt zum Vorbereiten des zweiten Substrats 20 illustriert, das in 1A illustriert ist. In dem Schritt zum Vorbereiten des zweiten Substrats 20 wird das zweite Substrat 20 so vorbereitet, dass beim Verbinden mit der Hauptoberflächenseite des ersten Substrats 10, der erste Raum K1, der zweite Raum K2 und der dritte Raum K3, in denen entsprechend zugeordnet die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe luftdicht in einem versetzbaren Zustand aufgenommen sind, so ausgebildet werden, dass sie nicht miteinander kommunizieren.
Demnach wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat des N+-Typs mit einer Dicke von beispielsweise 100 bis 400 μm und der (110)-Oberfläche als das zweite Substrat 20 verwendet und konkave Abschnitte L1 bis L4 und das erste Durchführungsloch V1 und das dritte Durchführungsloch V3, die in 1A dargestellt sind, werden wie in 6 illustriert ausgebildet.
7A ist ein Diagramm, das einen Substratverbindungsschritt zum Binden des zweiten Substrats 20, das in dem Schritt von 6 vorbereitet wird, an die Hauptoberseite des ersten Substrats 10, das in den Schritten von 4A bis 4E und 5A bis 5C vorbereitet wird, illustriert.
In dem Substratverbindungsschritt, der in 7A illustriert ist, kann beispielsweise ein Verfahren zum direkten Verbinden von Silizium bei Raumtemperatur im Vakuum nach Aktivieren der Verbindungsoberflächen mit Ar-Ionen und ein Verbindungsverfahren, das eutektisches Lot oder Glas mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, verwendet werden. Durch das Verbinden des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 werden der erste Raum K1, der zweite Raum K2 und der dritte Raum K3, in denen entsprechend zugeordnet die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe luftdicht aufgenommen sind, so ausgebildet, dass sie nicht miteinander kommunizieren. Darüber hinaus wird durch Verbinden des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 in Vakuum der dritte Raum K3 des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) mit Vakuum abgedichtet.
7B ist ein Diagramm, das einen Schritt zum Abdichten des zweiten Raums K2 des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) illustriert, der durchgeführt wird, nachdem das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 verbunden sind.
In dem Schritt zum Abdichten des zweiten Raums K2, der in 7B dargestellt ist, wird ein Dichtungselement F3 oberhalb des dritten Durchführungslochs V3 durch ein Tintendruckverfahren, ein Siebdruckverfahren und dergleichen in einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre von einem Atmosphärendruck angeordnet. Auf diese Weise ist der zweite Raum K2 des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) so abgedichtet, dass er eine Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck aufweist.
Durch die Schritte, die in 7A und 7B illustriert sind, da der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) in dem dritten Vakuumraum K3 aufgenommen ist, wird die bewegliche Elektrode leicht beweglich und es ist möglich, Winkelgeschwindigkeiten mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit zu erfassen. Andererseits, da der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) in dem zweiten Raum K2 mit der Nitrogen(N₂)-Atmosphäre eines Atmosphärendrucks aufgenommen ist, ist es möglich, Beschleunigung stabil durch einen Dämpfungseffekt zu messen. Ferner wird in dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) der erste Raum K1 eine Druckkammer des zu messenden Mediums und das erste Durchführungsloch V1, das nicht abgedichtet ist, wird ein Druckeinführungsloch des zu messenden Mediums.
Durch die in 4A bis 7B illustrierten Schritte ist es möglich, die Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen herzustellen, die in 1A und 1B illustriert ist. In diesem Beispiel können, obwohl ein Siliziumsubstrat eines N+-Typs und eine Mehrkristall-Siliziumschicht des N+-Typs verwendet wurde, ein P-Typ Siliziumsubstrat des P+-Typs und eine Mehrkristall-Siliziumschicht des P+-Typs verwendet werden, die P-Typ Störstellen hoher Konzentration wie beispielsweise Boron aufweisen.
Wie bei der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, ist in einer Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe entsprechend zugeordnet luftdicht in dem ersten Raum K1, dem zweiten Raum K2 und dem dritten Raum K3 aufgenommen sind, die Konfiguration der Verdrahtung, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, wichtig.
Als Nächstes wird eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen mit einer anderen Verdrahtungskonfiguration erläutert, die ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist, die in 1A und 1B illustriert ist.
8 ist ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen illustriert, die ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist, die in 1A und 1B illustriert ist. In der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, werden dieselben Abschnitte wie die der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, ist eine dynamische Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der ein Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der Druck als eine erste dynamische Größe erfasst, ein Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der Druck als eine zweite dynamische Größe erfasst, und ein Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor), der Winkelgeschwindigkeit als eine dritte dynamische Größe erfasst, ähnlich zur Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen integriert sind, die in 1A und 1B illustriert ist.
Andererseits ist in der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, die Verdrahtung, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, in dem eingebetteten Oxidfilm 2 des ersten Substrats 10 ausgebildet. Im Gegensatz dazu verwendet die Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, eine Konfiguration, in der eine Verdrahtung 6, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, so ausgebildet ist, dass sie ein zweites Substrat 21 durchdringt.
Insbesondere ist in der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 ein erstes Substrat 11 ein SOI-Substrat, das einen eingebetteten Oxidfilm 2e mit einer Einzelschichtstruktur beinhaltet, und ist kein SOI-Substrat, in dem die Verdrahtung 4 wie in dem ersten Substrat 10, das in 1A und 1B illustriert ist, in dem eingebetteten Oxidfilm 2 ausgebildet ist. Andererseits beinhaltet in der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 das zweite Substrat 21, das an das erste Substrat 11 gebunden ist, ein Verdrahtungsdurchführungsloch V4 zum Verdrahten zusätzlich zu den Durchführungslöchern V1 und V3, die in 1A illustriert sind, dass an einer vorbestimmten Position des Einkristall-Siliziumsubstrats 20 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 20, in dem die Durchführungslöcher V1, V3 und V4 ausgebildet sind, durch einen Oxidfilm 20b abgedeckt. Ferner ist ein leitendes Material der Verdrahtung 6 auf der Außenseite des zweiten Substrats 21 als ein Muster ausgebildet, um das Verdrahtungsdurchführungsloch V4 zu begraben.
In der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, in der die Verdrahtung 6 in dem zweiten Substrat 21 ausgebildet ist, sind eine Verdrahtungsschicht und ein Pad-Abschnitt zum Realisieren einer elektrischen Verbindung mit der Außenseite auf der Oberseite des zweiten Substrats 21 ausgebildet und eine Region zum Realisieren elektrischer Verbindung zur Außenseite, die sich auf der rechten Seite der Figur befindet, der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B wird unnötig. Somit kann die Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 verglichen mit der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B in ihrer Größe reduziert werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, erläutert.
9 bis 12B sind Querschnittsansichten jedes Schritts eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist.
9 ist ein Diagramm, das das erste Substrat der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 dargestellt ist, vor dem Verbinden darstellt. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird eine Schicht, die aus Mehrkristall-Silizium ausgebildet ist, auf dem Oxidfilm 2 als die SOI-Schicht 3 des ersten Substrats 10 ausgebildet. Im Gegensatz dazu wird in dem ersten Substrat 11, das in 9 illustriert ist, eine Schicht, die aus Einkristall-Silizium ausgebildet ist, auf dem Oxidfilm 2e als die SOI-Schicht 3 ausgebildet. Das heißt, in dem ersten Substrat wird nach dem Ausbilden des Oxidfilms 2e auf dem Trägersubstrat 1, das aus Einkristall-Silizium ausgebildet ist, ein Einkristall-Siliziumsubstrat des N+-Typs an das erste Substrat 11 gebunden, wobei das Einkristall-Siliziumsubstrat des N+-Typs Masse ist und von einer Seite gegenüberliegend der Verbindungsseite poliert wird, um die SOI-Schicht 3, die aus Einkristall-Silizium ausgebildet ist, mit einer vorbestimmten Dicke auszubilden. Danach kann das erste Substrat 11 durch denselben Schritt wie der Schritt zum Vorbereiten des ersten Substrats 10, der in 4C bis 4E und 5B und 5C erläutert ist, vorbereitet werden. In diesem Fall wurde um den oberen Abschnitt des Zusatzgrabens Ta zu schließen, das Einkristall-Silizium des N+-Typs durch epitaxiales Wachstum ausgebildet. Dadurch werden das luftdichte Abdichten, die Festigkeit und dergleichen weiter verbessert.
10A bis 10C sind Diagramme, die einen Schritt zum Vorbereiten des zweiten Substrats der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen illustrieren, die in 8 vor dem Verbinden illustriert ist.
Als Erstes, wie in 10A illustriert ist, werden ein Einkristall-Siliziumsubstrat 20 des N+-Typs 20 mit einer Dicke von beispielsweise 100 bis 400 μm und der (100)-Oberfläche vorbereitet und konkave Abschnitte L1 bis L3 werden an vorbestimmten Positionen auf der Verbindungsoberflächenseite, die an das erste Substrat 11 gebunden wird, durch Trockenätzen oder Nassätzen ausgebildet.
Nachfolgend, wie in 10B illustriert ist, werden nach dem Ausbilden eines konkaven Abschnitts L4 an einer vorbestimmten Position auf der Seite gegenüberliegend der Verbindungsoberfläche die Durchführungslöcher V1, V3 und V4, die in 8 illustriert sind, durch Trockenätzen oder Verwendung eines Laserstrahls ausgebildet.
Nachfolgend, wie in 10C illustriert ist, wird ein Oxidfilm 20b durch ein thermisches Oxidationsverfahren, ein CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet, so dass die gesamte Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 20a durch den Oxidfilm 20b abgedeckt ist. Auf diese Weise kann das zweite Substrat 21, das in 8 illustriert ist, vor dem Verbinden vorbereitet werden.
11A bis 11C und 12A und 12B sind Diagramme, die einen Schritt zum Verbinden des ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 21, die in 9 und 10A bis 10C vorbereitet werden, einen Schritt zum Ausbilden der Verdrahtung 6 nach dem Verbinden der Substrate, die in 8 dargestellt sind, und einen Schritt zum Abdichten des zweiten Raums K2 des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) darstellen.
Als Erstes werden, wie in 11A illustriert ist, nach Aktivieren der Verbindungsoberfläche mit Ar-Ionen oder dergleichen das erste Substrat 11 und das zweite Substrat 21 in Vakuum unter Verwendung von sogenanntem Raumtemperatur-Verbinden verbunden. Durch das Verbinden des ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 21 werden der erste Raum K1 des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, der zweite Raum K2 des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und der dritte Raum K3 des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe ausgebildet, um nicht miteinander zu kommunizieren. Darüber hinaus wird durch das Verbinden des ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 21 in Vakuum der dritte Raum K3 des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) so abgedichtet, dass er ein Vakuum aufweist.
Nachfolgend, wie in 11B illustriert ist, wird ein Filmresist FR an die Oberseite des zweiten Substrats 21 angebracht und in ein vorbestimmtes Muster verarbeitet, das das erste Durchführungsloch V1 und das dritte Durchführungsloch V3 ausschließlich des Verdrahtungsdurchführungslochs V4 abdeckt.
Nachfolgend, wie in 11 illustriert ist, wird ein leitendes Material 6a wie beispielsweise Aluminium (Al) auf die gesamte Oberfläche abgeschieden, um das Verdrahtungsdurchführungsloch V4 durch ein Abscheideverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen zu begraben. Auf diese Weise ist das leitende Material 6a mit vorbestimmten Positionen der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe mittels des Verdrahtungsdurchführungslochs V4 verbunden.
Nachfolgend, wie in 12A illustriert ist, wird nachdem das leitende Material 6a gemustert wurde, um die Verdrahtung 6 von 8 zu erlangen, der Filmresist FR entfernt. Durch diesen Schritt werden das erste Durchführungsloch (Druckeinführungsloch) V1 des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) und das dritte Durchführungsloch V3 des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) zur Außenatmosphäre hin freigelegt.
Nachfolgend, wie in 12B illustriert ist, wird ein Dichtungselement F3 auf dem oberen Abschnitt des dritten Durchführungslochs V3 durch ein Tintendruckverfahren, ein Siebdruckverfahren oder dergleichen in einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre eines Atmosphärendrucks angeordnet. Auf diese Weise wird der zweite Raum K2 des Sensors für eine zweite dynamische Größe (Bewegungssensor) R2 in einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck abgedichtet.
Durch die Schritte, die in 9 bis 12B illustriert sind, ist es möglich, die in 8 illustrierte Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen herzustellen.
In dem Herstellungsverfahren für die Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 9 bis 12B illustriert ist, beinhaltet der Schritt zum Vorbereiten des zweiten Substrats 21, der in 10A bis 10C illustriert ist, einen Verdrahtungsdurchführungslochausbildungsschritt zum Ausbilden des Verdrahtungsdurchführungslochs V4, das das zweite Substrat 21 durchdringt. Darüber hinaus, wie in 11A bis 11C und 12A und 12B illustriert ist, beinhaltet der Vorbereitungsschritt einen Schritt zum Ausbilden einer Verdrahtung, die das zweite Substrat durchdringt, bei dem das Verdrahtungsdurchführungsloch V4 mit dem leitenden Material 6a begraben wird, um die Verdrahtung 6, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, nach dem Substratverbindungsschritt von 11A zu erlangen.
13 ist ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen illustriert, die ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen ist, die in 8 illustriert ist. In der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen, die in 13 illustriert ist, werden zur Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, gleiche Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen, die in 13 illustriert ist, ist ebenso eine Sensorvorrichtung, in der ähnlich zur Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, ein Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), der Druck als eine erste dynamische Größe erfasst, ein Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor), der Beschleunigung als eine zweite dynamische Größe erfasst, und ein Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor), der Winkelgeschwindigkeit als eine dritte dynamische Größe erfasst, integriert sind. Andererseits, ist in der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, die Verdrahtung 6, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, ausgebildet, um das zweite Substrat 21 zu durchdringen. Im Gegensatz dazu verwendet die Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen, die in 13 illustriert ist, eine Konfiguration, in der eine Verdrahtung 7, die mit der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe verbunden ist, ausgebildet ist, um das Trägersubstrat 1 des ersten Substrats 12 und den eingebetteten Oxidfilm 2e zu durchdringen.
Insbesondere sind in der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen von 13 die Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe des Sensors R2 für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe in der SOI-Schicht 3 auf dem eingebetteten Oxidfilm 2e des ersten Substrats 12 ähnlich zur Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 ausgebildet. Andererseits ist in dem ersten Substrat 12 der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen von 13 ungleich zur Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 ein Verdrahtungsdurchführungsloch V5 ausgebildet, um das Trägersubstrat 1 und den eingebetteten Oxidfilm 2e zu durchdringen. Ferner sind die Seitenwände des Verdrahtungsdurchführungslochs V5 und die Oberfläche des Trägersubstrats 1, die dem eingebetteten Oxidfilm 2e gegenüberliegt, durch den Oxidfilm 1a abgedeckt und ein leitendes Material der Verdrahtung 7 wird auf der Außenseite des ersten Substrats 12 gemustert und ausgebildet, um das Verdrahtungsdurchführungsloch V5 zu begraben.
Andererseits, da die Verdrahtung 6 wie in dem zweiten Substrat 21 der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 nicht auf dem zweiten Substrat 22 ausgebildet ist, das mit dem ersten Substrat 12 der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen von 13 verbunden ist, ist das zweite Substrat 22 nur durch Einkristall-Siliziumsubstrat 20a ohne den Oxidfilm 20b ausgebildet.
In der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen, in der die Verdrahtung 7 auf dem ersten Substrat 12 von 13 ausgebildet ist, werden eine Verdrahtungsschicht und ein Pad-Abschnitt zum Realisieren elektrischer Verbindung mit der Außenseite auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 1 ausgebildet, das eine wesentliche Komponente des ersten Substrats 12 ist. Demnach, ist es beispielsweise, wie in 13 illustriert ist, durch Ausbilden einer Verbindungskugel (bonding ball) 7a auf der Verdrahtung und Befestigen der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen auf einer Verdrahtungsschicht eines keramischen Substrats oder eines bedruckten Substrats (nicht dargestellt) durch sogenanntes Flip-Chip-Verbinden möglich, eine elektrische Verbindung zu realisieren. Ferner kann durch Verbinden der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen mit einem anderen Chip einer integrierten Schaltung (IC) Energie zu den entsprechenden Sensoren R1 bis R3 bereitgestellt oder Signale in diese eingegeben und an diese ausgegeben und von diesen ausgegeben werden. In der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen von 13 ist es natürlich ähnlich zur Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 möglich, eine Reduktion der Größe verglichen zur Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B zu realisieren.
Beim Herstellen der Sensorvorrichtung 120 für dynamische Größen, die in 13 dargestellt ist, kann beispielsweise der Schritt zum Ausbilden der Verdrahtung 6 des zweiten Substrats 21, der beim Herstellen der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen von 8 verwendet wird, auf das Ausbilden der Verdrahtung 7 des ersten Substrats 12 von 13 angewandt werden. Das heißt, der Schritt zum Ausbilden des Durchführungslochs V4 in dem Einkristall-Siliziumsubstrat 20, der in 10B erläutert ist, und der Schritt zum Ausbilden der Verdrahtung 6, der in 10C, 11A bis 11C und 12A erläutert ist, werden auf das Ausbilden des Verdrahtungsdurchführungslochs V5, des Oxidfilms 1a und der Verdrahtung 7 in dem ersten Substrat 12 angewandt. Die Verdrahtung 7 in dem ersten Substrat 12 kann beispielsweise vorab vor dem Ausbilden der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit M2 für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit M3 für eine dritte dynamische Größe auf der SOI-Schicht 3 ausgebildet werden und kann nach dem Verbinden des zweiten Substrats 22 mit dem ersten Substrat 12 ausgebildet werden.
Als Nächstes wird eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen einschließlich eines Sensors für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) mit einer unterschiedlichen Struktur erläutert, was ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen darstellt, die in 1A und 1B illustriert ist.
Beispielsweise wird in dem Sensor Ra für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, der erste Wandabschnitt Wa in einer Richtung orthogonal zum eingebetteten Oxidfilm ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, die Einfachheit und hohe Genauigkeit der Verarbeitung von Gräben beim Ausbilden des Zusatzgrabens Ta, der in 4D dargestellt ist, und der Gräben T, die in 5B dargestellt sind, sicherzustellen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und wenn es gewünscht ist, die Fläche des ersten Wandabschnitts Wa, die als das Diaphragma funktioniert, ohne Ändern der Dicke der SOI-Schicht 3 zu erhöhen, kann der erste Wandabschnitt Wa in einer Richtung ausgebildet werden, die den eingebetteten Oxidfilm 2 schräg kreuzt.
14A und 14B sind Querschnittsansichten, die ein anderes Konfigurationsbeispiel der Erfassungseinheit M1 für eine erste dynamische Größe des Sensors R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor), die in 1A und 1B und 2A und 2B illustriert ist, illustrieren, wobei 14A ein Diagramm ist, das den Zustand eines zu messenden Mediums illustriert, bevor Druck angewendet wird, und 14B ein Diagramm ist, das den Zustand illustriert, nachdem Druck angewendet wurde.
In der Struktur, die in 14A und 14B illustriert ist, werden ein hohler Vakuumabschnitt Ha und ein hohler Vakuumabschnitt Hb in der ersten Halbleiterregion S1a und der zweiten Halbleiterregion S1b ausgebildet, die den ersten Wandabschnitt Wa und dem zweiten Wandabschnitt Wb aufweisen, die einander gegenüberliegen. Demnach kann einer des ersten Wandabschnitts Wa und des zweiten Wandabschnitts Wb mit dem Druck des zu messenden Mediums deformiert und versetzt werden, wobei beide als ein Diaphragma funktionieren. Demnach kann die Struktur, die in 14A und 14B illustriert ist, ferner die Empfindlichkeit erhöhen, da eine Kapazitätsänderung bezüglich dem Druck des zu messenden Mediums verglichen mit der Struktur, die in 2B illustriert ist, erhöht wird.
15 ist ein Diagramm, das den Querschnitt eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung 111 für dynamische Größen, die einen Sensor R1a für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) mit einer unterschiedlichen Struktur beinhaltet, illustriert, was ein weiteres Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen darstellt, die in 8 dargestellt ist. In der Sensorvorrichtung 111 für dynamische Größen, die in 15 illustriert ist, werden dieselben Abschnitte wie der der Sensorvorrichtung 110 für dynamische Größen, die in 8 illustriert ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
In dem Sensor R1 für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) der Sensorvorrichtungen 100 und 110, die in 1A und 1B und 8 dargestellt sind, ist der hohle Abschnitt Ha der ersten Halbleiterregion S1a abgedichtet und auf einen vorbestimmten Referenzdruck (beispielsweise Vakuum) festgelegt und das erste Durchführungsloch ist ausgebildet, um das zweite Substrat 20 zu durchdringen, so dass die Außenseite des zweiten Substrats 20 mit dem ersten Raum K1 kommuniziert. Ferner wird mindestens die erste Elektrode (der erste Wandabschnitt Wa) in einer Richtung vertikal zur zweiten Elektrode (der zweite Wandabschnitt Wb) in Antwort auf den Druck des zu messenden Mediums, der in den Raum K1 mittels des Durchführungslochs V1 eingeführt wird, deformiert und versetzt und eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Änderung des Raums zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wird gemessen, um dadurch Druck zu erfassen.
Andererseits wird in dem Sensor R1a für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) der Sensorvorrichtung 111 für dynamische Größen, die in 15 illustriert ist, durch das Verbinden eines ersten Substrats 13 und eines zweiten Substrats 23 ein erster Raum K1a abgedichtet und auf einen vorbestimmten Referenzdruck (beispielsweise Vakuum) festgelegt und ein zweites Durchführungsloch V2 wird ausgebildet, um das Trägersubstrat 1 und den eingebetteten Oxidfilm 2 des ersten Substrats 13 zu durchdringen, so dass die Außenseite des ersten Substrats 13 mit dem hohlen Abschnitt Ha der ersten Halbleiterregion S1a kommuniziert. Ferner wird die erste Elektrode (der erste Wandabschnitt Wa) einer Erfassungseinheit M1a für eine erste dynamische Größe in einer Richtung vertikal zu der der zweiten Elektrode (der zweite Wandabschnitt Wb) gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck des zu messenden Mediums, der in den hohlen Abschnitt Ha mittels des zweiten Durchführungslochs V2 eingeführt wird, deformiert und versetzt und eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Änderung des Raums zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wird gemessen, um dadurch Druck zu erfassen.
In der Sensorvorrichtung 111 für dynamische Größen, die in 15 illustriert ist, ist es durch das Verbinden des ersten Substrats 13 und des zweiten Substrats 23 möglich, einen dritten Vakuumraum K3 des Sensors R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) und den ersten Vakuumraum K1a des Sensors R1a für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) auszubilden. Beim Ausbilden des zweiten Durchführungslochs V2, so dass dieses das Trägersubstrat und den eingebetteten Oxidfilm 2 des ersten Substrats 13 durchdringt, wird das Trägersubstrat 11, das durch das Silizium ausgebildet ist, beispielsweise durch Alkaliätzen (beispielsweise mit einer wässrigen KOH-Lösung) ausgehend von der Rückseite davon geätzt, um den eingebetteten Oxidfilm 2, der aus Siliziumoxid (SiO₂) ausgebildet ist, zu erreichen, und danach wird ein Loch in dem eingebetteten Oxidfilm 2e durch Trockenätzen oder dergleichen ausgebildet, so dass dieses mit dem hohlen Abschnitt Ha der ersten Halbleiterregion S1a kommuniziert.
In den Sensorvorrichtungen 100, 110 und 111 für dynamische Größen, die vorstehend beschrieben sind, ist jeder beliebige der Sensoren R1 und R1a für eine erste dynamische Größe (Drucksensoren), die integral zusammen in einem SOI-Substrat ausgebildet, zusammen mit einem anderen Kapazitätstyp- und Hochgenauigkeitssensor (Beschleunigungssensor oder dergleichen) ein Kapazitätstypsdrucksensor. Jedoch ist der Drucksensor, der integral in ein SOI-Substrat zusammen mit einem anderen Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor ausgebildet werden kann, nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wenn eine derartige hohe Empfindlichkeit nicht erforderlich ist und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung beim Verarbeiten von Gräben sichergestellt werden kann, kann der Drucksensor des Stands der Technik verwendet werden, indem ein piezoelektrisches Widerstandselement ein Diaphragma, das parallel zum eingebetteten Oxidfilm des SOI-Substrats ausgebildet ist, und die Deformation des Diaphragmas erfasst, das in 20 illustriert ist.
Als Nächstes werden eine weitere Struktur, die den zweiten Raum des Sensors für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) abdichtet und ein bevorzugtes Beispiel, das ein Modifikationsbeispiel der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen ist, die in 1A und 1B illustriert ist, erläutert.
In der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, ist der Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe ein Beschleunigungssensor und das dritte Durchführungsloch V3 ist so ausgebildet, dass es das zweite Substrat 20 durchdringt, so dass die Außenseite des zweiten Substrats 20 mit dem zweiten Raum K2 kommuniziert. Ferner befindet sich das Dichtungselement F3, das das dritte Durchführungsloch V3 abdichtet, in dem konkaven Abschnitt L4 auf der Außenseite des zweiten Substrats 20 gegenüber der Verbindungsfläche, die mit dem ersten Substrat 10 verbunden ist. Ferner wird die maximale Höhe des Dichtungselements F3 ausgehend von der Verbindungsoberfläche so festgelegt, dass sie niedriger als die maximale Höhe der Außenseite des zweiten Substrats 20 ausgehend von der Verbindungsoberfläche ist.
In dem Sensor R2 für eine zweite dynamische Größe, der ein Beschleunigungssensor ist, wie vorstehend beschrieben, ist es bevorzugt, dass der zweite Raum K2 mit einer vorbestimmten Atmosphäre abgedichtet wird, um Haftreibung zu unterbinden und unnötige Frequenzvibration zu unterdrücken. Als ein Verfahren zum Abdichten des zweiten Raums K2 in einer vorbestimmten Atmosphäre kann beispielsweise ein Verfahren zum Verbinden des ersten Substrats 10 und des zweiten Substrats 20 in einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre eines Atmosphärendrucks in Betracht gezogen werden. Jedoch ist es schwierig, dieses Verfahren anzuwenden, wenn der Sensor R3 für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor), in dem der dritte Vakuumraum K3 bevorzugt ist, gleichzeitig integriert wird, wie in der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist. Somit ist das vorstehend beschriebene Verfahren zum Ausbilden des dritten Durchführungslochs V3 so, dass die Außenseite des zweiten Substrats 20 mit dem zweiten Raum K2 kommuniziert, und zum Anordnen des Dichtungselements F3, das das dritte Durchführungsloch V3 abdichtet, auf der Außenseite gegenüberliegend der Verbindungsfläche, die mit dem ersten Substrat 10 verbunden ist, am einfachsten und kann auf eine Kombination mit einer optionalen Sensorvorrichtung für dynamische Größen angewandt werden.
Obwohl das Dichtelement F3 entweder aus Metall, Mehrkristall-Silizium, einen Isolierfilm oder dergleichen ausgebildet sein kann, ist es bevorzugt, dass die maximale Höhe des Dichtungselements F3 ausgehend von der Verbindungsoberfläche so festgelegt wird, dass sie niedriger ist als die maximale Höhe der Außenseite des zweiten Substrats 20, wie vorstehend beschrieben ist, und das Dichtungselement F3 nicht von der obersten Oberfläche des zweiten Substrats 20 hervorragt.
In einem Beschleunigungssensor ist luftdichtes Abdichten mit einem vorbestimmten Atmosphärendruck ein wichtiger Punkt beim Aufrechterhalten von Leistung. Somit ist das Dichtungselement F3 so konfiguriert, dass es nicht von der obersten Oberfläche des zweiten Substrats 20 hervorragt, um es dem Dichtungselement F3 zu erschweren, mit einer Spannvorrichtung (Jig) oder anderen Komponenten während der Herstellung in Kontakt zu kommen, und zu vermeiden, dass die luftdichte Abdichtung durch das Auftreten von Rissen oder Lücken in dem Dichtungselement F3 beschädigt wird.
Wie bei der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen, die in 1A und 1B illustriert ist, ist in einem sogenannten Chip-Size-Package, indem das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 20 verbunden sind, um den ersten Raum K1, den zweiten Raum K2 und den dritten Raum K3 auszubilden, Beschädigung luftdichter Abdichtung nicht so ein großes Problem, wenn die Handhabung in einem Waferzustand geschieht. Jedoch ist der Zustand, nachdem der verbundene Wafer geschnitten und geteilt wird, um Chips zu erlangen, wichtig und es ist eine spezielle Struktur erforderlich, so dass der luftdicht abgedichtete Abschnitt beim Transport und der Handhabung von Chips nicht berührt wird.
In der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B ist das Dichtungselement F3 auf der gesamten Bodenoberfläche des konkaven Abschnitts L4 angeordnet, um nicht von der Außenseite des zweiten Substrats 20 hervorzutreten. Das Dichtungselement F4 kann auch einen Teil der Bodenoberfläche des konkaven Abschnitts L4 angeordnet sein, solange es den Öffnungsabschnitt des dritten Durchführungslochs V3 abdeckt.
16A bis 19B sind Diagramme, die Beispiele von entsprechenden Strukturen zum Abdichten des zweiten Raums illustrieren, wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe, der integral in das SOI-Substrat zusammen mit dem Sensor für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) ausgebildet ist, ein Beschleunigungssensor ist.
16A und 16B sind Querschnittsansichten eines Hauptteils von jedem Schritt zum Herstellen einer Sensorvorrichtung 121 für dynamische Größen einschließlich eines Beschleunigungssensors R2a.
Die Sensorvorrichtung 121 für dynamische Größen, die in 16A und 16B illustriert ist, wird durch Verbinden eines ersten Substrats 14 und eines zweiten Substrats 24 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2a. Ein zweiter Raum des Beschleunigungssensors R2 wird in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck durch ein Dichtungselement F3 abgedichtet, wie in 16B dargestellt ist. Ferner wird eine maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3a ausgehend von einer Verbindungsoberfläche, die durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angegeben ist, festgelegt, dass sie niedriger als eine maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 24 ist.
Das Abdichten des zweiten Raums K2a wird durch Anordnen einer Goldkugel 7b, die aus Gold (Au) oder Gold (Au), das Silizium (Si) beinhaltet, in einem konkaven Abschnitt L4a realisiert, der auf der ersten Seite des zweiten Substrats 24 ausgebildet ist, wie in 16A illustriert ist, wobei der Goldball 7b mit einem Laserstrahl in einer Atmosphäre eines vorbestimmten atmosphärischen Drucks bestrahlt wird, um dabei den Goldball 7b zu schmelzen, so dass er in ein drittes Durchführungsloch V3a fließt, wie in 16B illustriert ist. In diesem Fall tritt Au-Si eutektisches Legieren zwischen dem geschmolzenen Goldball 7b und dem zweiten Substrat 24 auf, das aus Einkristall-Silizium ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Dichtungselement F3a, das den zweiten Raum K2a so abdichtet, dass er einen vorbestimmten Atmosphärendruck aufweist, ausgebildet.
17 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Sensorvorrichtung 122 für dynamische Größen, die einen Beschleunigungssensor R2b beinhaltet.
Die Sensorvorrichtung 122 für dynamische Größen, die in 17 illustriert ist, ist durch Verbinden des ersten Substrats 14 und eines zweiten Substrats 25 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2b. Ein zweiter Raum K2b des Beschleunigungssensors R2b wird in einem vorbestimmten atmosphärischem Druck durch ein Dichtungselement 3b abgedichtet, das ein drittes Durchführungsloch V3b abdeckt. Ferner ist in dem zweiten Substrat 25 ein Schutzring 8, der aus Harz ausgebildet ist, auf der Oberseite eines Einkristall-Siliziumsubstrats 20c ausgebildet und die maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3b ausgehend von einer Verbindungsoberfläche, die durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angegeben ist, wird niedriger festgelegt, als die maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 25. Beim Ausbilden des Schutzrings 8 kann beispielsweise Anbringen eines Harzfilms in einem Waferzustand, eines Trockenfilmresists, Resist-Dispense, Tintendruck und dergleichen verwendet werden.
18A bis 18C sind Querschnittsansichten eines Hauptteils von Sensorvorrichtungen 123 bis 125 für dynamische Größen, die jeweils andere Beschleunigungssensoren R2c bis R2e beinhalten.
Die Sensorvorrichtung 123 für dynamische Größen, die in 18A illustriert ist, ist durch Verbinden des ersten Substrats 11 und eines zweiten Substrats 26 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2c. Ein zweiter Raum K2 des Beschleunigungssensors R2c wird in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck durch ein Dichtungselement F3c abgedichtet, das ein drittes Durchführungsloch V3c abdeckt. Ferner wird eine dicke Verdrahtung 6b auf der Oberseite des zweiten Substrats 26 ausgebildet und die maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3c wird so festgelegt, dass sie niedriger als die maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 26 ist.
Die Sensorvorrichtung 124 für dynamische Größen, die in 18B illustriert ist, wird durch Verbinden des ersten Substrats 11 und eines zweiten Substrats 27 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2d. Ein zweiter Raum K2d des Beschleunigungssensors R2d wird in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck durch ein Dichtungselement F3d abgedichtet, das ein drittes Durchführungsloch V3d abdeckt. Ferner wird auf der Oberseite des zweiten Substrats 27 eine Verbindungskugel 7c auf einer Verdrahtung 6c ausgebildet und die maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3d wird so festgelegt, dass sie niedriger als die maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 27 ist.
Die Sensorvorrichtung 125 für dynamische Größen, die in 18C illustriert ist, wird durch Verbinden des ersten Substrats 10 und eines zweiten Substrats 28 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2e. Ein zweiter Raum K2e des Beschleunigungssensors R2e wird in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck durch ein Dichtungselement F3e abgedichtet, das ein drittes Durchführungsloch V3e abdichtet. Ferner wird ein dicker peripherer Abschnitt 28a auf der Oberseite des zweiten Substrats 28 ausgebildet, um den Drucksensor R1, den Beschleunigungssensor R2e und den Winkelgeschwindigkeitssensor R3 zu umgeben, und die maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3 wird so festgelegt, dass sie niedriger als die maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 28 ist.
19A und 19B sind Diagramme, die eine Sensorvorrichtung 126 für dynamische Größen mit einem anderen Beschleunigungssensor R2f illustrieren, wobei 19A ein Diagramm ist, das den Querschnitt eines Hauptteils der Sensorvorrichtung 126 für dynamische Größen illustriert und 19B eine Draufsicht der Sensorvorrichtung 126 für dynamische Größen ist. 19A entspricht dem Querschnitt entlang der ein-Strich-Linie IIIA-IIIA in 19B.
Die Sensorvorrichtung 126 für dynamische Größen, die in 19A und 19B illustriert ist, wird durch Verbinden des ersten Substrats 10 und eines zweiten Substrats 29 ausgebildet und beinhaltet den Beschleunigungssensor R2f. Ein zweiter Raum K2f des Beschleunigungssensors R2f wird in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck durch ein Dichtungselement F3f abgedichtet, das ein drittes Durchführungsloch V3f abdeckt. Ferner wird ein rahmenförmiger Rippenabschnitt 29a auf der Oberseite des zweiten Substrats 29 so ausgebildet, dass er den Drucksensor R1, den Beschleunigungssensor R2f und den Winkelgeschwindigkeitssensor R3 umgibt. Wie in 19A illustriert ist, wird die maximale Höhe Ya des Dichtungselements F3f so festgelegt, dass sie niedriger als die maximale Höhe Yb der Außenseite des zweiten Substrats 29 ist.
Die Sensorvorrichtungen 121 bis 126 für dynamische Größen, die in 16A bis 19B illustriert sind, weisen eine derartige Struktur auf, dass es für die Dichtungselemente F3a bis F3f schwierig wird, während der Herstellung mit einer Spannvorrichtung (Jig) oder anderen Komponenten in Kontakt zu treten, und einer Beschädigung der zweiten Räume K2a bis K2f wird ähnlich wie bei der Sensorvorrichtung 100 für dynamische Größen von 1A und 1B vorgebeugt. Ferner ist es in der Sensorvorrichtung 126a für dynamische Größen, die in 19A und 19B illustriert ist, möglich, zu vermeiden, dass das Dichtungselement F3f von der obersten Oberfläche des zweiten Substrats 29 hervorragt und die Dicke des zweiten Substrats 29 auf die minimal notwendige Dicke zu verringern, um das Gewicht derselben zu reduzieren, und die für das zweite Substrat 29 notwendige Stärke beziehungsweise Festigkeit kann durch den rahmenförmigen Rippenabschnitt 29a sichergestellt werden. Ferner werden in diesem Beispiel das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 29 in Vakuum verbunden und nachfolgend wird das Durchführen auf dem oberen Abschnitt des Beschleunigungssensors R2f durch das Dichtungselement F3f in einer N₂(Nitrogen)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck geschlossen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und beispielsweise kann ein Durchführungsloch in dem oberen Abschnitt des Winkelgeschwindigkeitssensors (kein Durchführungsloch wird in dem oberen Abschnitt des Beschleunigungssensors ausgebildet) ausgebildet werden und das erste Substrat und das zweite Substrat können in einer N₂(Nitrogen)-Atmosphäre eines atmosphärischen Drucks verbunden werden und nachfolgend kann das Durchführungsloch auf dem oberen Abschnitt des Winkelgeschwindigkeitssensors durch ein Dichtungselement in Vakuum geschlossen werden.
Jede der vorstehend illustrierten Sensorvorrichtungen für dynamische Größen ist eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der drei Sensoren, nämlich der Sensor für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) und der Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor für eine zweite dynamische Größe (Beschleunigungssensor) und der Sensor für eine dritte dynamische Größe (Winkelgeschwindigkeitssensor) in ein SOI-Substrat als Module integriert sind. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und die Sensorvorrichtung für dynamische Größen der vorliegenden Offenbarung kann eine Sensorvorrichtung sein, in der nur zwei Sensoren für dynamische Größen einschließlich eines Sensors für eine erste dynamische Größe zum Erfassen von Druck als eine erste dynamische Größe und eines Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensors für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen einer zweiten dynamischen Größe außer Druck in das SOI-Substrat als Module integriert sind. Beispielsweise kann eine Kombination eines Drucksensors und eines Beschleunigungssensors, eine Kombination eines Drucksensors und eines Winkelgeschwindigkeitssensors (Corioliskraftsensor), eine Kombination eines Drucksensors und eines Lorentz-Kraftsensors und dergleichen verwendet werden. Beispielsweise können der Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor für eine dritte dynamische Größe und der Sensor für eine dritte dynamische Größe, die mit dem Sensor für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) integriert sind, die Beschleunigungssensoren zum Erfassen von Beschleunigung in unterschiedlichen Flächenrichtungen sein. Alternativ können der Sensor für eine zweite dynamische Größe und der Sensor für eine dritte dynamische Größe Winkelgeschwindigkeitssensoren zum Erfassen von Winkelgeschwindigkeit in unterschiedlichen Richtungen sein.
Ferner können in der Sensorvorrichtung für dynamische Größen der vorliegenden Offenbarung eine größere Anzahl von Sensoren in ein SOI-Substrat als Module zusammen mit dem Sensor für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) und dem Kapazitätstyp- und Hochgenauigkeitssensor für eine zweite dynamische Größe integriert werden. Beispielsweise kann eine Kombination eines Drucksensors, eines Beschleunigungssensors, eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines Lorentz-Kraftsensors und dergleichen verwendet werden. Ferner können mehrere Sensoren einschließlich eines Drucksensors zum Erfassen von absolutem Druck und eines Drucksensors zum Erfassen eines relativen Drucks als der Sensor für eine erste dynamische Größe integriert werden. Ferner, um Drucksensoren mit unterschiedlicher Empfindlichkeit herzustellen, können Diaphragmen mit unterschiedlichen Dicken und Größen integriert werden. Ferner können ein Bildsensor, ein Oszillator, optischer Abtastspiegel als Vorrichtungen angebracht werden, die unterschiedliche luftdichte Kammern zusammen mit dem Sensor aufweisen.
Da die Sensorvorrichtung für dynamische Größen der vorliegenden Offenbarung als mehrere hundert Chips in einem Waferzustand ausgebildet werden kann und die mehreren unterschiedlichen Sensoren auf einem Chip angebracht sind, ist es möglich, kostengünstige und kompakte Vorrichtungen mit einheitlichen Charakteristika zu erlangen.
Auf diese Weise kann der Sensor als eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert werden, in der ein Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und ein Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) wie ein Beschleunigungssensor als Module konfiguriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und weitere Sensoren optimal als Module integriert sind, und die Leistung der jeweiligen Sensoren wird nicht verschlechtert, sogar wenn sie als Module integriert werden.
Demnach kann in der Sensorvorrichtung für dynamische Größen die Funktion eines Gyrosensors (Winkelgeschwindigkeitssensor) zum Erfassen einer Fortbewegungsrichtung eines Fahrzeugs sowie des Reifendrucks und einer Radrotationsgeschwindigkeit, der in 20 illustriert ist, und die Funktion eines Beschleunigungssensors zum Erfassen einer Beschleunigung in der Fortbewegungsrichtung durch den Drucksensor des Sensors für eine erste dynamische Größe als der zweite dynamische Sensor vereinigt sein. Ferner kann der Sensor für eine erste dynamische Größe der Sensorvorrichtung für dynamische Größen als ein hochempfindlicher Drucksensor zum Erfassen einer Änderung von atmosphärischem Druck mit einer Änderung der Altitude der Fahrzeugposition gemäß der Fahrt sowie als ein Drucksensor zum Erfassen des Reifenluftdrucks konfiguriert sein. Durch angemessenes Kombinieren der Erfassungsfunktionen des Sensors für eine erste dynamische Größe und des Sensors für eine zweite dynamische Größe ist es möglich, eine kompakte und kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen zu erlangen, die das Fahren eines Fahrzeugs stabiler steuern kann.
Demnach ist die Sensorvorrichtung für dynamische Größen nützlich für fahrzeuggebundene Installation.
Die vorstehende Offenbarung weist die folgenden Aspekte auf.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen: einen Sensor für eine erste dynamische Größe zum Erfassen von Druck als eine erste dynamische Größe; einen Sensor für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen einer zweiten dynamischen Größe mit Ausnahme des Drucks; ein erstes Substrat, das aus einem SOI-Substrat gefertigt ist, das ein Trägersubstrat, einen eingebetteten Oxidfilm und eine SOI-Schicht aufweist, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind; und ein zweites Substrat. Der Sensor für eine erste dynamische Größe und der Sensor für eine zweite dynamische Größe sind miteinander integriert. Der Sensor für eine erste dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe, die gemäß dem Druck versetzbar ist. Der Sensor für eine zweite dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe, die gemäß der zweiten dynamischen Größe versetzbar ist. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe befinden sich auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe ist von der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe mit einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Das zweite Substrat ist an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden, um die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe abzudecken. Das erste Substrat und das zweite Substrat stellen einen ersten Raum und einen zweiten Raum bereit. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe ist in dem ersten Raum luftdicht aufgenommen und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe ist in dem zweiten Raum luftdicht aufgenommen. Der erste Raum und der zweite Raum kommunizieren nicht miteinander. Die SOI-Schicht ist durch mehrere Gräben in mehrere Halbleiterregionen unterteilt, so dass die mehreren Halbleiterregionen elektrisch voneinander isoliert sind. Jeder Graben erreicht den eingebetteten Oxidfilm. Ein erster Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe bereit. Ein zweiter Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe bereit. Der zweite Teil der mehreren Halbleiterregionen beinhaltet: eine zweite bewegliche Halbleiterregion mit einer zweiten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines Teils des eingebetteten Oxidfilms, der eine Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine zweite feste Halbleiterregion mit einer zweiten festen Elektrode die der zweiten beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Die zweite bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode stellen einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereit, die durch einen Raum zwischen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode bereitgestellt wird. Der Sensor für eine zweite dynamische Größe erfasst die zweite dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des Kondensators, die gemäß einem Versatz der zweiten beweglichen Elektrode erfasst wird, wenn die zweite bewegliche Elektrode in Antwort auf die zweite dynamische Größe versetzt wird, die auf den Sensor für eine zweite dynamische Größe ausgeübt wird.
Wie oben beschrieben ist, ist die vorstehend beschriebene Sensorvorrichtung für dynamische Größen eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der der Sensor für eine erste dynamische Größe (Drucksensor) zum Erfassen von Druck und der Sensor für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen der zweiten dynamischen Größe außer Druck wie beispielsweise Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit als ein Modul integriert sind.
In der vorstehend beschriebenen Sensorvorrichtung für dynamische Größen wird ein SOI-Substrat, das ein Trägersubstrat, eine SOI-Schicht und einen eingebetteten Oxidfilm beinhaltet, der sich dazwischen befindet, als das Substrat zum Ausbilden des Sensors für eine erste dynamische Größe und des Sensors für eine zweite dynamische Größe verwendet. Die erste Erfassungseinheit des Sensors für eine erste dynamische Größe und die zweite Erfassungseinheit des Sensors für eine zweite dynamische Größe sind in den mehreren Halbleiterregionen ausgebildet, die aus der SOI-Schicht ausgebildet sind, isoliert von den Umgebungen durch die Gräben, die den eingebetteten Oxidfilm erreichen. Somit können die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit gleichzeitig ausgebildet werden, indem sie sich den Schritt zum Ausbilden der Gräben teilen, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Ferner ist der Sensor für eine zweite dynamische Größe der Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert, um eine Kapazitätsänderung zwischen der zweiten beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode zu messen, die ausgebildet ist, um versetzbar zu sein, um dadurch die zweite dynamische Größe zu messen. Der Sensor für eine zweite dynamische Größe kann genauer als ein Beschleunigungssensor sein, der beispielsweise eine Deformation einer Auskragung unter Verwendung eines piezoelektrischen Widerstandselements oder dergleichen erfasst, und kann ein hochgenauer Beschleunigungssensor oder ein hochgenauer Winkelgeschwindigkeitssensor (Gyrosensor) sein.
Ferner ist das zweite Substrat an die Hauptoberflächenseite des ersten Substrats gebunden, indem die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit ausgebildet werden, und der Sensor für eine erste dynamische Größe und der Sensor für eine zweite dynamische Größe sind luftdicht in den ersten Raum bzw. dem zweiten Raum aufgenommen, die nicht miteinander kommunizieren. Somit können der erste Raum, in dem der Sensor für eine erste dynamische Größe aufgenommen ist, und der zweite Raum, in dem der Sensor für eine zweite dynamische Größe aufgenommen ist, so gesteuert werden, dass sie sich in unterschiedlichen Umweltbedingungen befinden, bei welchen die Leistung der entsprechenden Sensoren optimiert wird. Beispielsweise kann der Druck des zweiten Raums, in dem der Sensor für eine zweite dynamische Größe aufgenommen ist, unabhängig von dem Druck des zu messenden Mediums und dem Referenzdruck des ersten Raums festgelegt werden, und es ist möglich, Leistungsverschlechterung aufgrund von Interferenz der entsprechenden Sensoren zu vermeiden.
Auf diese Weise kann die vorstehend erläuterte Sensorvorrichtung für dynamische Größen als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert werden, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und der Sensor (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind, und die Leistung der entsprechenden Sensoren wird nicht verschlechtert, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Alternativ kann der erste Teil der mehreren Halbleiterregionen beinhalten: eine erste Halbleiterregion mit einem ersten Wandabschnitt als eine erste Elektrode, der sich in einer Richtung über eine Oberfläche des eingebetteten Oxidfilms erstreckt und einen hohlen Abschnitt aufweist, so dass der erste Wandabschnitt dünn und als ein Diaphragma deformierbar und versetzbar ist; und eine zweite Halbleiterregion mit einem zweiten Wandabschnitt, der eine zweite Elektrode darstellt, die dem ersten Wandabschnitt gegenüberliegt. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode stellen einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereit, die durch einen Raum zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode bereitgestellt wird. Mindestens die erste Elektrode ist in einer Richtung senkrecht zu einer der zweiten Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck eines Messobjektmediums deformierbar und versetzbar. Der Sensor für eine erste dynamische Größe erfasst den Druck durch Messen einer Kapazität des Kondensators, die gemäß einem Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode änderbar ist.
Im vorstehenden Fall ist der Sensor für eine erste dynamische Größe, der die erste Erfassungseinheit mit der vorstehenden Konfiguration beinhaltet, ein Kapazitätsdrucksensor, der einen Verformungsversatz des ersten Wandabschnitts (Diaphragma) durch den Druck des zu messenden Mediums als eine Kapazitätsänderung misst. Die erste Elektrode (der erste Wandabschnitt) und die zweite Elektrode (der zweite Wandabschnitt) der ersten Erfassungseinheit mit der vorstehenden Konfiguration werden durch die Halbleiterregionen (die SOI-Schicht) desselben Leitfähigkeitstyps ausgebildet und ein PN-Übergang liegt nicht vor. Demnach, da der unstabile Zustand von Kapazitätserfassungscharakteristika aufgrund eines PN-Übergangs nicht auftritt, ist es möglich, sehr stabile Kapazitätserfassungscharakteristika gegenüber Störung wie beispielsweise Temperatur oder externe Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Ferner ist es gemäß dem Sensor für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration möglich, die Dicke des ersten Wandabschnitts, der als ein Diaphragma funktioniert, unabhängig von der Dicke der SOI-Schicht festzulegen. Somit ist es möglich, die Dicke der SOI-Schicht beispielsweise so festzulegen, dass sie optimal für die zweite bewegliche Halbleiterregion des Sensors für eine zweite dynamische Größe ist. Ferner ist es möglich, die Dicke des ersten Wandabschnitts, der als das Diaphragma funktioniert, des Sensors für eine erste dynamische Größe so festzulegen, dass sie optimal zur Erfassung des Drucks des gemessenen Mediums ist.
Ferner ist es gemäß dem Sensor für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration möglich, die Empfindlichkeit verglichen zu dem Drucksensor des Stands der Technik einfach festzulegen, in dem ein piezoelektrisches Widerstandselement ein Diaphragma, das parallel zum eingebetteten Oxidfilm des SOI-Substrats ist, und die Deformation des Diaphragmas erfasst. Das heißt, in der Struktur des Drucksensors des Stands der Technik, da die Empfindlichkeit durch Verdünnen des Diaphragmas erhöht wird, ist es im Wesentlichen notwendig, einen tiefen konkaven Abschnitt auf der Trägersubstratseite des SOI-Substrats durch anisotropes Ätzen auszubilden. Da das anisotrope Ätzen jedoch in der Tiefenrichtung niedrigerer Verarbeitungsgenauigkeit als in der Flächenrichtung mit sich bringt, die durch eine Maske bestimmt wird, weist die Struktur des Drucksensors des Stands der Technik ein Problem darin auf, dass die Tiefe des konkaven Abschnitts sich in jeweiligen Chips unterscheidet und die Dicke des Diaphragmas uneben wird. Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Sensor für eine erste dynamische Größe mit der vorstehenden Konfiguration der Graben durch das anisotrope Ätzen so ausgebildet, dass die Dicke der SOI-Schicht maximiert wird, und wie durch das Herstellungsverfahren später erläutert wird, kann die Dicke des ersten Wandabschnitts, der als das Diaphragma funktioniert, mit der Genauigkeit in der Flächenrichtung, die durch die Maske bestimmt wird, sichergestellt werden.
Alternativ kann der erste Wandabschnitt senkrecht zur Oberfläche des eingebetteten Oxidfilms sein. In diesem Fall wird die Einfachheit zum Verarbeiten von Gräben und hohe Genauigkeit sichergestellt.
Alternativ kann der hohle Abschnitt durch den ersten Wandabschnitt und den eingebetteten Oxidfilm abgedichtet sein, so dass der hohle Abschnitt einen vorbestimmten Referenzdruck aufweist. Das zweite Substrat beinhaltet ferner ein erstes Durchführungsloch, das das zweite Substrat durchdringt, so dass eine Außenseite des zweiten Substrats mit dem ersten Raum kommuniziert. Mindestens die erste Elektrode ist in der Richtung senkrecht zu der der zweiten Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck des Messobjektmediums, das in den ersten Raum mittels des ersten Durchführungsloches eingeführt wird, deformierbar und versetzbar.
Alternativ kann der erste Raum durch das zweite Substrat und das erste Substrat abgedichtet sein, so dass der erste Raum einen vorbestimmten Referenzdruck aufweist. Das erste Substrat beinhaltet ferner ein zweites Durchführungsloch, das das Trägersubstrat und den eingebetteten Oxidfilm durchdringt, so dass eine Außenseite des ersten Substrats mit dem hohlen Abschnitt kommuniziert. Mindestens die erste Elektrode ist in einer Richtung senkrecht zu der der zweiten Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck des Messobjektmediums, das in den hohlen Abschnitt mittels des zweiten Durchführungslochs eingeführt wird, deformierbar und versetzbar. Somit kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die vorstehend beschrieben ist, als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen ausgebildet werden, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und ein Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert werden, in der ein hochgenauer Drucksensor ohne Fluktuation und der Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind, wobei die Leistung der entsprechenden Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Alternativ kann der Sensor für eine zweite dynamische Größe einen Beschleunigungssensor und/oder einen Winkelgeschwindigkeitssensor und/oder einen Lorentz-Kraftsensor beinhalten. Wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe der Beschleunigungssensor ist, ist der zweite Raum so abgedichtet ist, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist. Wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe der Winkelgeschwindigkeitssensor oder der Lorentz-Kraftsensor ist, ist der zweite Raum so abgedichtet ist, dass er ein Vakuum aufweist.
In der Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die vorstehend beschrieben ist, wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe ein Beschleunigungssensor ist, wird der zweite Raum bevorzugt in einem vorbestimmten atmosphärischem Druck wie beispielsweise einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck abgedichtet, um Haftreibung (Phänomen, bei dem ein beweglicher Abschnitt an den Umgebungen aufgrund Oberflächenspannung oder dergleichen haftet und schwer beweglich wird) zu vermeiden und unnötige Hochfrequenzvibration zu unterdrücken. Ferner, wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe ein Winkelgeschwindigkeitssensor (Corioliskraftsensor) ist, wird der zweite Raum bevorzugt in Vakuum abgedichtet, um einen vibrierenden Körper in einer gewünschten Hochfrequenz und einer gewünschten Amplitude zu vibrieren, um einen Versatz des vibrierenden Körpers basierend auf der Corioliskraft zu erfassen. Ähnlich, sogar wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe ein Lorentz-Kraftsensor ist, wird der zweite Raum bevorzugt in Vakuum gedichtet, um einen vibrierenden Körper mit einer gewünschten Hochfrequenz und gewünschten Amplitude zu vibrieren, um eine Kapazitätsänderung des vibrierenden Körpers basierend auf der Lorentz-Kraft zu erfassen. Wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe ein Lorentz-Kraftsensor ist, ist es möglich, die Richtung eines Fahrzeugs in Relation zur Richtung von Geomagnetismus zu erfassen.
Alternativ kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner beinhalten: einen Sensor für eine dritte dynamische Größe zum Erfassen einer dritten dynamischen Größe. Der Sensor für eine erste dynamische Größe, der Sensor für eine zweite dynamische Größe und der Sensor für eine dritte dynamische Größe sind miteinander integriert. Der Sensor für eine dritte dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe, die gemäß der dritten dynamischen Größe versetzbar ist. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe sind auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats angeordnet. Die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe ist jeweils von der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe mit einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Das zweite Substrat deckt die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe ab. Das erste Substrat und das zweite Substrat stellen ferner einen dritten Raum bereit. Die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe ist luftdicht in dem dritten Raum aufgenommen. Der erste Raum, der zweite Raum und der dritte Raum kommunizieren nicht miteinander. Ein dritter Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe bereit. Der dritte Teil der mehreren Halbleiterregionen beinhaltet: eine dritte bewegliche Halbleiterregion mit einer dritten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines anderen Teils des eingebetteten Oxidfilms, der eine andere Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine dritte feste Halbleiterregion mit einer dritten festen Elektrode, die der dritten beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Die dritte bewegliche Elektrode und die dritte feste Elektrode stellen einen anderen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereit, die durch einen Raum zwischen der dritten beweglichen Elektrode und der dritten festen Elektrode bereitgestellt wird. Der Sensor für eine dritte dynamische Größe erfasst die dritte dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des anderen Kondensators erfasst, die gemäß einem Versatz der dritten beweglichen Elektrode änderbar ist, wenn die dritte bewegliche Elektrode in Antwort auf die dritte dynamische Größe versetzt wird, die auf den Sensor für eine dritte dynamische Größe ausgeübt wird.
Ferner können der Sensor für eine zweite dynamische Größe und der Sensor für eine dritte dynamische Größe eine Kombination von beliebigen zwei eines Beschleunigungssensors, eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines Lorentz-Kraftsensors sein. Wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe oder der Sensor für eine dritte dynamische Größe der Beschleunigungssensor ist, wird ein entsprechender zweiter Raum oder ein entsprechender dritter Raum so abgedichtet wird, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist. Wenn der Sensor einer zweiten dynamischen Größe oder der Sensor einer dritten dynamischen Größe der Winkelgeschwindigkeitssensor oder der Lorentz-Kraftsensor ist, wird der entsprechende zweite Raum oder der entsprechende dritte Raum so abgedichtet, dass er ein Vakuum aufweist.
Alternativ kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner beinhalten: einen Sensor für eine vierte dynamische Größe zum Erfassen einer vierten dynamischen Größe. Der Sensor für eine erste dynamische Größe, der Sensor für eine zweite dynamische Größe, der Sensor für eine dritte dynamische Größe und der Sensor für eine vierte dynamische Größe sind miteinander integriert. Der Sensor für eine vierte dynamische Größe beinhaltet eine Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe, die gemäß der vierten dynamischen Größe versetzbar ist. Die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe, die Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe sind auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats angeordnet. Die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe ist jeweils von der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine dritte dynamische Größe mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet. Das zweite Substrat deckt die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe ab. Das erste Substrat und das zweite Substrat stellen ferner einen vierten Raum bereit. Die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe ist luftdicht in dem vierten Raum aufgenommen. Der erste Raum, der zweite Raum, der dritte Raum und der vierte Raum kommunizieren nicht miteinander. Ein vierter Teil der mehreren Halbleiterregionen stellt die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe bereit. Der vierte Teil der mehreren Halbleiterregionen beinhaltet: eine vierte bewegliche Halbleiterregion mit einer vierten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines noch anderen Teils des eingebetteten Oxidfilms, der eine noch andere Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine vierte feste Halbleiterregion mit einer vierten festen Elektrode, die der vierten beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Die vierte bewegliche Elektrode und die vierte feste Elektrode stellen einen noch anderen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereit, die durch einen Raum zwischen der vierten beweglichen Elektrode und der vierten festen Elektrode bereitgestellt wird. Der Sensor für eine vierte dynamische Größe erfasst die vierte dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des noch anderen Kondensators erfasst, die gemäß einem Versatz der vierten beweglichen Elektrode änderbar ist, wenn die vierte bewegliche Elektrode in Antwort auf die vierte dynamische Größe, die auf den Sensor für eine vierte dynamische Größe ausgeübt wird, versetzt wird.
Ferner können der Sensor für eine zweite dynamische Größe, der Sensor für eine dritte dynamische Größe und der Sensor für eine vierte dynamische Größe ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor beziehungsweise ein Lorentz-Kraftsensor sein. Der zweite Raum ist so abgedichtet, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist, und der dritte Raum und der vierte Raum sind so abgedichtet sind, dass sie Vakuum aufweisen.
Somit kann eine größere Anzahl von Sensoren in die Sensorvorrichtung für dynamische Größen zusammen mit dem Sensor für eine erste dynamische Größe zum Erfassen von Druck und dem Sensor für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen der zweiten dynamischen Größe integriert werden. Ferner können mehrere Drucksensoren einschließlich eines Drucksensors zum Erfassen von absolutem Druck und eines Drucksensors zum Erfassen von relativem Druck als der Sensor für eine erste dynamische Größe integriert werden. Ferner, um Drucksensoren mit unterschiedlicher Empfindlichkeit herzustellen, können mehrere Diaphragmen mit unterschiedlichen Dicken und Größen integriert werden.
Wenn der zweite dynamische Sensor der Sensorvorrichtung für dynamische Größen, die vorstehend beschrieben wird, ein Beschleunigungssensor ist, wird ein drittes Durchführungsloch bevorzugt so ausgebildet, dass es das zweite Substrat so durchdringt, dass die Außenseite des zweiten Substrats mit dem zweiten Raum kommuniziert, und ein Dichtungselement, das das dritte Durchführungsloch abdichtet, wird bevorzugt auf der Außenseite des zweiten Substrats gegenüber der Verbindungsfläche, die mit dem ersten Substrat verbunden ist, angeordnet. Ferner kann die maximale Höhe des Dichtelements ausgehend von der Verbindungsoberfläche niedriger als die maximale Höhe der Außenseite ausgehend von der Verbindungsoberfläche festgelegt werden.
Wenn der Sensor für eine zweite dynamische Größe ein Beschleunigungssensor ist, wird der zweite Raum bevorzugt in einem atmosphärischem Druck abgedichtet, um Haftreibung zu vermeiden und unnötige Hochfrequenzvibration zu unterdrücken. Als ein Verfahren zum Abdichten des zweiten Raums in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck kann ein Verfahren zum Verbinden des ersten Substrats und des zweiten Substrats beispielsweise in einer Nitrogen(N₂)-Atmosphäre mit einem Atmosphärendruck in Betracht gezogen werden. Jedoch ist es schwierig, dieses Verfahren einzusetzen, wenn ein Winkelgeschwindigkeitssensor ebenso als der Sensor für eine dritte dynamische Größe integriert wird. Somit ist das vorstehend erläuterte Verfahren zum Ausbilden des dritten Durchführungslochs, so dass die Außenseite des zweiten Substrats mit dem zweiten Raum kommuniziert und Anordnen des Dichtungselements, das das dritte Durchführungsloch auf der Außenseite gegenüber der Verbindungsoberfläche, die mit dem ersten Substrat verbunden wird, am einfachsten und kann auf eine Kombination mit einem optionalen Sensor angewandt werden.
Alternativ kann der Sensor für eine zweite dynamische Größe der Beschleunigungssensor sein. Das zweite Substrat beinhaltet ferner: ein drittes Durchführungsloch, das das zweite Substrat durchdringt, so dass eine Außenseite des zweiten Substrats mit dem zweiten Raum kommuniziert; ein Dichtungselement, das das dritte Durchführungsloch abdichtet und sich auf einer Außenseite des zweiten Substrats gegenüber einer dem zweiten Substrat gegenüberliegenden Oberfläche befindet. Eine maximale Höhe des Dichtungselements ist ausgehend von der dem zweiten Substrat gegenüberliegenden Oberfläche niedriger als eine maximale Höhe einer Außenseite des zweiten Substrats. In diesem Fall, obwohl das Dichtungselement durch Metall, Mehrkristall-Silizium, einem Isolierfilm oder dergleichen ausgebildet werden kann, ist bevorzugt, dass die maximale Höhe des Dichtungselements ausgehend von der Verbindungsoberfläche so festgelegt wird, dass sie niedriger als die maximale Höhe der Außenseite des zweiten Substrats ist und das Dichtungselement nicht von der obersten Fläche des zweiten Substrats hervorsteht.
In einem Beschleunigungssensor ist luftdichtes Abdichten in einem vorbestimmten atmosphärischen Druck ein wichtiger Punkt beim Aufrechterhalten von Leistung. Somit ist das Dichtelement konfiguriert, um nicht von der obersten Oberfläche des zweiten Substrats hervorzutreten, um es für das Dichtungselement schwierig zu machen, in Kontakt mit einer Spannvorrichtung (Jig) oder anderen Komponenten während der Herstellung in Kontakt zu kommen, und zu vermeiden, dass die luftdichte Abdichtung durch das Auftreten von Rissen oder Lücken in dem Dichtungselement F3 beschädigt wird.
Alternativ kann das zweite Substrat ferner einen rahmenförmigen Rippenabschnitt beinhalten, der sich auf der Außenseite des zweiten Substrats befindet. Die maximale Höhe der Außenseite wird durch eine obere Oberfläche des Rippenabschnitts bereitgestellt. Damit ist möglich, zu vermeiden, dass das Dichtungselement von der obersten Oberfläche des zweiten Substrats hervorragt und die Dicke des zweiten Substrats auf die minimal notwendige Dicke zu verringern, um das Gewicht derselben zu reduzieren, und die für das zweite Substrat notwendige Stärke beziehungsweise Festigkeit kann durch den rahmenförmigen Rippenabschnitt sichergestellt werden.
Ferner ist bei der Sensorvorrichtung für dynamische Größen, in der die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe entsprechend zugeordnet in dem ersten Raum und dem zweiten Raum aufgenommen sind, die Konfiguration der Verdrahtung, die mit der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe verbunden ist, wichtig.
Alternativ kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner beinhalten: eine Verdrahtung zum Verbinden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe. Die Verdrahtung durchdringt das zweite Substrat.
Alternativ kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner beinhalten: eine Verdrahtung zum Verbinden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe. Die Verdrahtung durchdringt das Trägersubstrat und den eingebetteten Oxidfilm.
Alternativ kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner beinhalten: eine Verdrahtung zum Verbinden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe. Die Verdrahtung befindet sich in dem eingebetteten Oxidfilm.
Auf diese Weise kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen als eine Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert werden, in der ein Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und ein Kapazitätstyps- und Hochgenauigkeitssensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor als Module konfiguriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und weitere Sensoren optimal als Module integriert sind, und die Leistung der jeweiligen Sensoren wird nicht verschlechtert, sogar wenn sie als ein integriert werden.
Demnach kann in der Sensorvorrichtung für dynamische Größen die Funktion eines Gyrosensors (Winkelgeschwindigkeitssensor) zum Erfassen einer Fortbewegungsrichtung eines Fahrzeugs sowie des Reifendrucks und einer Radrotationsgeschwindigkeit und die Funktion eines Beschleunigungssensors zum Erfassen von Beschleunigung in der Fortbewegungsrichtung mit dem Drucksensor des Sensors für eine erste dynamische Größe als der zweite dynamische Sensor eingebunden sein. Ferner kann der Sensor für eine erste dynamische Größe der Sensorvorrichtung für dynamische Größen als ein hochempfindlicher Drucksensor zum Erfassen einer Änderung von atmosphärischem Druck mit einer Änderung der Altitude der Fahrzeugposition gemäß der Fahrt sowie als ein Drucksensor zum Erfassen des Reifenluftdrucks konfiguriert sein. Durch angemessenes Kombinieren der Erfassungsfunktionen des Sensors für eine erste dynamische Größe und des Sensors für eine zweite dynamische Größe ist es möglich, eine kompakte und kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen zu erlangen, die das Fahren eines Fahrzeugs stabiler steuern kann.
Demnach kann wobei die Sensorvorrichtung für dynamische Größen an einem Fahrzeug angebracht sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß dem ersten Aspekt: Vorbereiten des ersten Substrats einschließlich: Ausbilden der Gräben in der SOI-Schicht des SOI-Substrats, um so die mehreren Halbleiterregionen bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats derart, dass der erste Raum und der zweite Raum durch das erste Substrat und das zweite Substrat bereitgestellt werden und der erste Raum und der zweite Raum nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats an die Hauptoberfläche des ersten Substrats.
In dem vorstehenden Verfahren kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und der Sensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind und die Leistung der entsprechenden Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Alternativ beinhaltet das Vorbereiten des zweiten Substrats: Ausbilden eines Verdrahtungsdurchführungslochs, um so das zweite Substrat zu durchdringen. Das Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen kann ferner beinhalten: Begraben des Verdrahtungsdurchführungslochs mit einem leitenden Material, so dass die Verdrahtung zum Verbinden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe ausgebildet wird. Das Vergraben des Verdrahtungsdurchführungslochs wird nach dem Binden des zweiten Substrats durchgeführt.
Alternativ kann das Vorbereiten des ersten Substrats ferner beinhalten: Ausbilden der Verdrahtung an einer vorbestimmten Position des eingebetteten Oxidfilms vor dem Ausbilden der SOI-Schicht. Die Verdrahtung verbindet die Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen dem ersten Aspekt: Vorbereiten eines ersten Substrats einschließlich: Ausbilden der Gräben in der SOI-Schicht um die mehreren Halbleiterregionen bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats derart, dass der erste Raum und der zweite Raum durch das erste Substrat und das zweite Substrat bereitgestellt werden und der erste Raum und der zweite Raum nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat an die Hauptoberfläche des ersten Substrats gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats an die Hauptoberfläche des ersten Substrats. Das Vorbereiten des ersten Substrats beinhaltet ferner: Abscheiden einer ersten Mehrkristall-Siliziumschicht auf einem Oxidfilm, der auf dem Trägersubstrat ausgebildet wird, so dass der Oxidfilm den eingebetteten Oxidfilm bereitstellt und die erste Mehrkristall-Siliziumschicht einen Teil der SOI-Schicht bereitstellt; Abscheiden einer zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht auf der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht, so dass eine Öffnung eines Zusatzgrabens geschlossen wird, um den hohlen Abschnitt auszubilden, und eine gestapelte Struktur der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht und der zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht die SOI-Schicht nach Ausbilden des Zusatzgrabens bereitstellt, um den eingebetteten Oxidfilm zu erreichen; und Ausbilden der Gräben zum Bereitstellen der ersten Halbleiterregion mit dem ersten Wandabschnitt und der zweiten Halbleiterregion mit dem zweiten Wandabschnitt.
In dem vorstehenden Verfahren kann die Sensorvorrichtung für dynamische Größen als eine kompakte Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor (der Sensor für eine erste dynamische Größe) und der Sensor für eine dynamische Größe (der Sensor für eine zweite dynamische Größe) als ein Modul integriert sind, und kann als eine kostengünstige Sensorvorrichtung für dynamische Größen konfiguriert sein, in der der Drucksensor und der hochgenaue Sensor für eine zweite dynamische Größe optimal als ein Modul integriert sind und die Leistung der entsprechenden Sensoren nicht verschlechtert wird, sogar wenn sie als Module integriert sind.
Während die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf ihre Ausführungsformen erläutert wurde, ist es ersichtlich, dass die Offenbarung nicht auf die Ausrührungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll unterschiedliche Kombinationen und Konfigurationen abdecken, wobei andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element beinhalten ebenso als im Lichte der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Dempa Shinbun Hi-Technology” 13. Mai 2004 (Dokument 1) [0002]
Dempa Shinbun Hi-Technology” 13. Mai 2004, Dempa Publications, Inc. [0005]

Claims

Sensorvorrichtung für dynamische Größen, aufweisend: einen Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe zum Erfassen von Druck als eine erste dynamische Größe; einen Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe zum Erfassen einer zweiten dynamischen Größe mit Ausnahme des Drucks; ein erstes Substrat (10 bis 14), das aus einem SOI-Substrat gefertigt ist, das ein Trägersubstrat (1), einen eingebetteten Oxidfilm (2, 2e) und eine SOI-Schicht (3) aufweist, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind; und ein zweites Substrat (20 bis 29), wobei der Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe und der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe miteinander integriert sind, wobei der Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe eine Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe beinhaltet, die gemäß dem Druck versetzbar ist, wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe eine Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe beinhaltet, die gemäß der zweiten dynamischen Größe versetzbar ist, wobei die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe sich auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) befinden, wobei die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe von der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe mit einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, wobei das zweite Substrat (20 bis 29) an die Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) gebunden ist, um die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe abzudecken, wobei das erste Substrat (10 bis 14) und das zweite Substrat (20 bis 29) einen ersten Raum (K1, K1a) und einen zweiten Raum (K2, K2a bis K2f) bereitstellen, wobei die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe in dem ersten Raum (K1, K1a) luftdicht aufgenommen ist und die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe in dem zweiten Raum (K2, K2a bis K2f) luftdicht aufgenommen ist, wobei der erste Raum (K1, K1a) und der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) nicht miteinander kommunizieren, wobei die SOI-Schicht (3) durch mehrere Gräben (T) in mehrere Halbleiterregionen (S) unterteilt ist, so dass die mehreren Halbleiterregionen (S) elektrisch voneinander isoliert sind, wobei jeder Graben (T) den eingebetteten Oxidfilm erreicht (2, 2e), wobei ein erster Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe bereitgestellt, wobei ein zweiter Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe bereitstellt, wobei der zweite Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) beinhaltet: eine zweite bewegliche Halbleiterregion (S2a) mit einer zweiten beweglichen Elektrode (E2a), die versetzbar ist und durch Ätzen eines Teils des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e), der eine Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine zweite feste Halbleiterregion (S2b) mit einer zweiten festen Elektrode (E2b1, E2b2) die der zweiten beweglichen Elektrode (E2a) gegenüberliegt, wobei die zweite bewegliche Elektrode (E2a) und die zweite feste Elektrode (E2b1, E2b2) einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereitstellen, die durch einen Raum zwischen der zweiten beweglichen Elektrode (E2a) und der zweiten festen Elektrode (E2b1, E2b2) bereitgestellt wird, und wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe die zweite dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des Kondensators erfasst, die gemäß einem Versatz der zweiten beweglichen Elektrode (E2a) erfasst wird, wenn die zweite bewegliche Elektrode (E2a) in Antwort auf die zweite dynamische Größe versetzt wird, die auf den Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe ausgeübt wird.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 1, wobei der erste Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) beinhaltet: eine erste Halbleiterregion (S1a) mit einem ersten Wandabschnitt (Wa) als eine erste Elektrode (Wa), der sich in einer Richtung über eine Oberfläche des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e) erstreckt und einen hohlen Abschnitt (Ha) aufweist, so dass der erste Wandabschnitt (Wa) dünn und als ein Diaphragma deformierbar und versetzbar ist; und eine zweite Halbleiterregion (S1b) mit einem zweiten Wandabschnitt (Wb), der eine zweite Elektrode (Wb) darstellt, die dem ersten Wandabschnitt (Wa) gegenüberliegt, wobei die erste Elektrode (Wa) und die zweite Elektrode (Wb) einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereitstellen, die durch einen Raum zwischen der ersten Elektrode (Wa) und der zweiten Elektrode (Wb) bereitgestellt wird, wobei mindestens die erste Elektrode (Wa) in einer Richtung senkrecht zu einer der zweiten Elektrode (Wb) gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck eines Messobjektmediums deformierbar und versetzbar ist, und wobei der Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe den Druck durch Messen einer Kapazität des Kondensators erfasst, die gemäß einem Abstand zwischen der ersten Elektrode (Wa) und der zweiten Elektrode (Wb) änderbar ist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandabschnitt (Wa) senkrecht zur Oberfläche des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e) ist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der hohle Abschnitt (Ha) durch den ersten Wandabschnitt (Wa) und den eingebetteten Oxidfilm (2, 2e) abgedichtet ist, so dass der hohle Abschnitt (Ha) einen vorbestimmten Referenzdruck aufweist, wobei das zweite Substrat (20 bis 22, 24 bis 29) ferner ein erstes Durchführungsloch (V1) aufweist, das das zweite Substrat (20 bis 22, 24 bis 29) durchdringt, so dass eine Außenseite des zweiten Substrats (20 bis 22, 24 bis 29) mit dem ersten Raum (K1) kommuniziert, und wobei mindestens die erste Elektrode (Wa) in der Richtung senkrecht zu der der zweiten Elektrode (Wb) gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck des Messobjektmediums, das in den ersten Raum (K1) mittels des ersten Durchführungsloches (V1) eingeführt wird, deformierbar und versetzbar ist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Raum (K1a) durch das zweite Substrat (23) und das erste Substrat (13) abgedichtet ist, so dass der erste Raum (K1a) einen vorbestimmten Referenzdruck aufweist, wobei das erste Substrat (13) ferner ein zweites Durchführungsloch (V2) beinhaltet, das das Trägersubstrat (1) und den eingebetteten Oxidfilm (2e) durchdringt, so dass eine Außenseite des ersten Substrats (13) mit dem hohlen Abschnitt (Ha) kommuniziert, und wobei mindestens die erste Elektrode (Wa) in einer Richtung senkrecht zu der der zweiten Elektrode (Wb) gegenüberliegenden Oberfläche in Antwort auf den Druck des Messobjektmediums, das in den hohlen Abschnitt (Ha) mittels des zweiten Durchführungsloch (V2) eingeführt wird, deformierbar und versetzbar ist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe einen Beschleunigungssensor und/oder einen Winkelgeschwindigkeitssensor und/oder einen Lorentz-Kraftsensor beinhaltet, wobei, wenn der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe der Beschleunigungssensor ist, der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) so abgedichtet ist, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist, und wobei, wenn der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe der Winkelgeschwindigkeitssensor oder der Lorentz-Kraftsensor ist, der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) so abgedichtet ist, dass er ein Vakuum aufweist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: einen Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe zum Erfassen einer dritten dynamischen Größe, wobei der Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe, der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe und der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe miteinander integriert sind, wobei der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe eine Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe beinhaltet, die gemäß der dritten dynamischen Größe versetzbar ist, wobei die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe und die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) angeordnet sind, wobei die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe jeweils von der Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe mit einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, wobei das zweite Substrat (20 bis 29) die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe abdeckt, wobei das erste Substrat (10 bis 14) und das zweite Substrat (20 bis 29) ferner einen dritten Raum (K3) bereitstellen, wobei die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe luftdicht in dem dritten Raum (K3) aufgenommen ist, wobei der erste Raum (K1, K1a), der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) und der dritte Raum (K3) nicht miteinander kommunizieren, wobei ein dritter Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe bereitstellt, wobei der dritte Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) beinhaltet: eine dritte bewegliche Halbleiterregion (S3a) mit einer dritten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines anderen Teils des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e), der eine andere Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine dritte feste Halbleiterregion (S3b) mit einer dritten festen Elektrode, die der dritten beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wobei die dritte bewegliche Elektrode und die dritte feste Elektrode einen anderen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereitstellen, die durch einen Raum zwischen der dritten beweglichen Elektrode und der dritten festen Elektrode bereitgestellt wird, und wobei der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe die dritte dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des anderen Kondensators erfasst, die gemäß einem Versatz der dritten beweglichen Elektrode änderbar ist, wenn die dritte bewegliche Elektrode in Antwort auf die dritte dynamische Größe versetzt wird, die auf den Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe ausgeübt wird.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 7, wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe und der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe eine Kombination von beliebigen zwei eines Beschleunigungssensors, eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines Lorentz-Kraftsensors sind, wobei, wenn der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe oder der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe der Beschleunigungssensor ist, ein entsprechender zweiter Raum (K2, K2a bis K2f) oder ein entsprechender dritter Raum (K3) so abgedichtet wird, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist, und wobei, wenn der Sensor (R2, R2a bis R2f) einer zweiten dynamischen Größe oder der Sensor (R3) einer dritten dynamischen Größe der Winkelgeschwindigkeitssensor oder der Lorentz-Kraftsensor ist, der entsprechende zweite Raum (K2, K2a bis K2f) oder der entsprechende dritte Raum (K3) so abgedichtet wird, dass er ein Vakuum aufweist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend: einen Sensor für eine vierte dynamische Größe zum Erfassen einer vierten dynamischen Größe, wobei der Sensor (R1, R1a) für eine erste dynamische Größe, der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe, der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe und der Sensor für eine vierte dynamische Größe miteinander integriert sind, wobei der Sensor für eine vierte dynamische Größe eine Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe beinhaltet, die gemäß der vierten dynamischen Größe versetzbar ist, wobei die Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe, die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe, die Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe und die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) angeordnet sind, wobei die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe jeweils von der Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe, der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M3) für eine dritte dynamische Größe mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet ist, wobei das zweite Substrat (20 bis 29) die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe abdeckt, wobei das erste Substrat (10 bis 14) und das zweite Substrat (20 bis 29) ferner einen vierten Raum bereitstellen, wobei die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe luftdicht in dem vierten Raum aufgenommen ist, wobei der erste Raum (K1, K1a), der zweite Raum (K2, K2a bis K2f), der dritte Raum (K3) und der vierte Raum nicht miteinander kommunizieren, wobei ein vierter Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) die Erfassungseinheit für eine vierte dynamische Größe bereitstellt, wobei der vierte Teil der mehreren Halbleiterregionen (S) beinhaltet: eine vierte bewegliche Halbleiterregion mit einer vierten beweglichen Elektrode, die versetzbar ist und durch Ätzen eines noch anderen Teils des eingebetteten Oxidfilms (2, 2e), der eine noch andere Opferschicht darstellt, bereitgestellt wird; und eine vierte feste Halbleiterregion mit einer vierten festen Elektrode, die der vierten beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wobei die vierte bewegliche Elektrode und die vierte feste Elektrode einen noch anderen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht bereitstellen, die durch einen Raum zwischen der vierten beweglichen Elektrode und der vierten festen Elektrode bereitgestellt wird, und wobei der Sensor für eine vierte dynamische Größe die vierte dynamische Größe durch Messen einer Kapazität des noch anderen Kondensators erfasst, die gemäß einem Versatz der vierten beweglichen Elektrode änderbar ist, wenn die vierte bewegliche Elektrode. in Antwort auf die vierte dynamische Größe, die auf den Sensor für eine vierte dynamische Größe ausgeübt wird, versetzt wird.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 9, wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe, der Sensor (R3) für eine dritte dynamische Größe und der Sensor für eine vierte dynamische Größe ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor beziehungsweise ein Lorentz-Kraftsensor sind, und wobei, der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) so abgedichtet ist, dass er einen vorbestimmten atmosphärischen Druck aufweist, und der dritte Raum (K3) und der vierte Raum so abgedichtet sind, dass sie Vakuum aufweisen.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 6, 8 und 10, wobei der Sensor (R2, R2a bis R2f) für eine zweite dynamische Größe der Beschleunigungssensor ist, wobei das zweite Substrat (20 bis 29) ferner beinhaltet: ein drittes Durchführungsloch (V3, V3a bis V3f), das das zweite Substrat (20 bis 29) durchdringt, so dass eine Außenseite des zweiten Substrats (20 bis 29) mit dem zweiten Raum (K2, K2a bis K2f) kommuniziert; ein Dichtungselement (F3, F3a bis F3f), das das dritte Durchführungsloch (V3, V3a bis V3f) abdichtet und sich auf einer Außenseite des zweiten Substrats (20 bis 29) gegenüber einer dem zweiten Substrat (20 bis 29) gegenüberliegenden Oberfläche befindet, und wobei eine maximale Höhe des Dichtungselements (F3, F3a bis F3f) ausgehend von der dem zweiten Substrat (20 bis 29) gegenüberliegenden Oberfläche niedriger als eine maximale Höhe einer Außenseite des zweiten Substrats (20 bis 29) ist.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 11, wobei das zweite Substrat (29) ferner einen rahmenförmigen Rippenabschnitt (29a) beinhaltet, der sich auf der Außenseite des zweiten Substrats (29) befindet, und wobei die maximale Höhe der Außenseite durch eine obere Oberfläche des Rippenabschnitts (29a) bereitgestellt wird.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Verdrahtung (6) zum Verbinden der Erfassungseinheit (M1, M1a) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe, wobei die Verdrahtung (6) das zweite Substrat (21, 23, 26 bis 27) durchdringt.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Verdrahtung (7) zum Verbinden der Erfassungseinheit (M1) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe, wobei die Verdrahtung (7) das Trägersubstrat (1) und den eingebetteten Oxidfilm (2, 2e) durchdringt.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Verdrahtung (4) zum Verbinden der Erfassungseinheit (M1, M1b) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe, wobei sich die Verdrahtung (4) in dem eingebetteten Oxidfilm (2) befindet.
Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Sensorvorrichtung für dynamische Größen an einem Fahrzeug angebracht ist.
Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 1, umfassend: Vorbereiten des ersten Substrats (10 bis 14) einschließlich: Ausbilden der Gräben (T) in der SOI-Schicht (3) des SOI-Substrats, um so die mehreren Halbleiterregionen (S) bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats (20 bis 29) derart, dass der erste Raum (K1, K1a) und der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) durch das erste Substrat (10 bis 14) und das zweite Substrat (20 bis 29) bereitgestellt werden und der erste Raum (K1, K1a) und der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat (20 bis 29) an die Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats (20 bis 29) an die Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14).
Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 17, wobei das Vorbereiten des zweiten Substrats (21, 23, 26 bis 27) beinhaltet: Ausbilden eines Verdrahtungsdurchführungslochs (V4), um so das zweite Substrat (21, 23, 26 bis 27) zu durchdringen, das Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen ferner umfasst: Begraben des Verdrahtungsdurchführungslochs (V4) mit einem leitenden Material, so dass die Verdrahtung (6) zum Verbinden der Erfassungseinheit (M1, M1a) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe ausgebildet wird, wobei das Vergraben des Verdrahtungsdurchführungslochs (V4) nach dem Binden des zweiten Substrats (21, 23, 26 bis 27) durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 17, wobei das Vorbereiten des ersten Substrats (10) ferner beinhaltet: Ausbilden der Verdrahtung (4) an einer vorbestimmten Position des eingebetteten Oxidfilms (2) vor dem Ausbilden der SOI-Schicht (3), und wobei die Verdrahtung (4) die Erfassungseinheit (M1, M1b) für eine erste dynamische Größe und die Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe verbindet.
Verfahren zum Herstellen der Sensorvorrichtung für dynamische Größen gemäß Anspruch 2, aufweisend: Vorbereiten eines ersten Substrats (10 bis 14) einschließlich: Ausbilden der Gräben (T) in der SOI-Schicht (3) um die mehreren Halbleiterregionen (S) bereitzustellen; und Ausbilden der Erfassungseinheit (M1, M1a, M1b) für eine erste dynamische Größe und der Erfassungseinheit (M2) für eine zweite dynamische Größe; Vorbereiten des zweiten Substrats (20 bis 29) derart, dass der erste Raum (K1, K1a) und der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) durch das erste Substrat (10 bis 14) und das zweite Substrat (20 bis 29) bereitgestellt werden und der erste Raum (K1, K1a) und der zweite Raum (K2, K2a bis K2f) nicht miteinander kommunizieren, wenn das zweite Substrat (20 bis 29) an die Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14) gebunden ist; und Binden des zweiten Substrats (20 bis 29) an die Hauptoberfläche des ersten Substrats (10 bis 14), wobei das Vorbereiten des ersten Substrats (10 bis 14) ferner beinhaltet: Abscheiden einer ersten Mehrkristall-Siliziumschicht (3a) auf einem Oxidfilm (2a, 2c), der auf dem Trägersubstrat (1) ausgebildet wird, so dass der Oxidfilm (2a, 2c) den eingebetteten Oxidfilm (2, 2e) bereitstellt und die erste Mehrkristall-Siliziumschicht (3a) einen Teil der SOI-Schicht (3) bereitstellt; Abscheiden einer zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht (3b) auf der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht (3a), so dass eine Öffnung eines Zusatzgrabens (Ta) geschlossen wird, um den hohlen Abschnitt (Ha) auszubilden, und eine gestapelte Struktur der ersten Mehrkristall-Siliziumschicht (3a) und der zweiten Mehrkristall-Siliziumschicht (3b) die SOI-Schicht (3) nach Ausbilden des Zusatzgrabens (Ta) bereitstellt, um den eingebetteten Oxidfilm zu erreichen (2, 2e); und Ausbilden der Gräben (T) zum Bereitstellen der ersten Halbleiterregion (S1a) mit dem ersten Wandabschnitt (Wa) und der zweiten Halbleiterregion (S1b) mit dem zweiten Wandabschnitt (Sb).