DE102015103061A1

DE102015103061A1 - Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE102015103061A1
Application number: DE102015103061.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Meinhold
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2015-09-03
Also published as: US10648999B2; CN104897926B; US20150247879A1; US20180172724A1; CN110361562B; CN104897926A; CN110361562A

Abstract

Verschiedene Beschleunigungssensoren werden offenbart. In einigen Fällen kann eine träge Masse (12) während der Back-End-of-Line ausgebildet werden. In anderen Fällen kann eine Membran eine gebogene, wellenförmige oder gewundene Form aufweisen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann eine träge Masse zwei oder mehr Druck erfassende Strukturen überspannen.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Beschleunigungssensoren und entsprechende Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Beschleunigungssensoren werden für viele Anwendungen benötigt, wie beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich. Bei vielen Ausführungsformen werden Beschleunigungssensoren einfach als „Aufweck-Sensoren“ eingesetzt, um zu erfassen, wann sich ein Fahrzeug, wie ein Kraftfahrzeug, zu bewegen beginnt oder eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, und um andere Sensoren oder Komponenten abhängig von dem Erfassen der Bewegung über eine Beschleunigung zu aktivieren.
In einigen Fällen werden Beschleunigungssensoren zusammen mit Drucksensoren benötigt, beispielsweise bei Anwendungen eines Reifendruck-Überwachungssystems (Tire Pressure Monitoring System (TPMS)). Bei einigen herkömmlichen Herstellungsverfahren einer solchen Sensor-Kombination, werden der Drucksensor und der Beschleunigungssensor getrennt gefertigt oder integriert, wobei getrennte Strukturen eingesetzt werden, indem beispielsweise unterschiedlich strukturierte Teile von elektromechanischen Mikrosystemen (Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)), welche in einem Wafer ausgebildet sind, eingesetzt werden.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Beschleunigungssensor bereitzustellen, welcher möglichst einfach herzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, 10 oder 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein Blockdiagramm eines Beschleunigungssensors dar.
2 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform dar.
3A und 3B zeigen schematische Querschnittsansichten eines Drucksensors, welcher die Grundlage eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform bilden kann.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform, welche auf der Grundlage des Drucksensors der 3A und 3B hergestellt ist.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen im Detail mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen nur beispielhaft zu verstehen sind und nicht einschränkend auszulegen sind.
Während beispielsweise bestimmte Ausführungsformen mehrere Merkmale oder Elemente umfassen, können einige dieser Merkmale oder Elemente bei anderen Ausführungsformen weggelassen und/oder durch alternative Elemente ersetzt werden. Darüber hinaus können bei einigen Ausführungsformen Merkmale oder Elemente zusätzlich zu denjenigen, welche dargestellt und beschrieben sind, eingesetzt werden. Merkmale oder Elemente von verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, es sei denn, es ist ausdrücklich anders beschrieben.
Jede Richtungsbezeichnung wird nur eingesetzt, um Teile oder Richtungen in den Figuren einfach zu bezeichnen und impliziert keine bestimmte Orientierung bei der Realisierung von Ausführungsformen.
Die Herstellung von integrierten Schaltungen oder anderen Halbleiterbauelementen wird oft in zumindest zwei Phasen unterteilt, welche die Front-End-Of-Line (FEOL) und die Back-End-Of-Line (BEOL) umfassen. Nach der BEOL kann ein zusätzlicher Backend-Prozess vorhanden sein, welcher auch als „Post Fab“ bezeichnet wird. Die FEOL, wie sie bei dieser Anmeldung verwendet wird, kann eine erste Phase einer Herstellung bezeichnen, in welcher einzelne Bauelemente, zum Beispiel Transistoren (was z.B. eine Gate-Ausbildung einschließt), Kondensatoren, Widerstände und/oder mechanische Strukturen für elektromechanische Mikrosysteme (MEMS), in einem Halbleiter-Wafer gestaltet werden. Die FEOL kann damit alles abdecken, umfasst allerdings nicht das Auftragen von Metall-Verbindungsschichten. Zum Beispiel kann die FEOL für die Herstellung von CMOS-Elementen ein Auswählen eines einzusetzenden Wafertyps, eine chemisch-mechanische Planarisierung und eine Reinigung des Wafers, eine Isolierung durch flache Gräben (Shallow Trench Isolation), eine Wannenausbildung, eine Gate-Modul-Ausbildung und eine Source- und Drain-Modul-Ausbildung umfassen.
Die BEOL, wie sie hier verwendet wird, ist eine zweite Phase der Herstellung, welche im Allgemeinen beginnt, wenn die erste Metallschicht auf den Halbleiter-Wafer aufgetragen wird. Die BEOL umfasst die Ausbildung von Kontakten, Isolationsschichten (z.B. von Oxiden oder Nitriden), Metallschichten und Verbindungsstellen für eine Verbindung von Chip und Gehäuse. Zum Beispiel werden bei einigen Prozessen bis zu zehn Metallschichten in der BEOL hinzugefügt, obwohl abhängig von dem Prozess auch weniger Metallschichten eingesetzt werden können.
Mit anderen Worten sind FEOL und BEOL gut bekannte technische Begriffe, und für ein Fachmann ist klar, welche Teile eines bestimmten Bauelements in der FEOL und welche Teile in der BEOL herzustellen sind.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Beschleunigungssensor einen Wafer, wobei der Wafer eine Druck erfassende Struktur, welche darin ausgebildet ist, umfasst, und eine träge Masse, welche in der BEOL ausgebildet wird, d.h. eine BEOL-Struktur, welche über der erfassenden Struktur angeordnet ist. Die Druck erfassende Struktur kann bei einigen Ausführungsformen eine Membran umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen wäre der Wafer, welcher die Druck erfassende Struktur ohne die träge Masse umfasst, als ein Drucksensor betriebsbereit.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine träge Masse angeordnet werden, so dass sie mindestens zwei Druck erfassende Strukturen, z.B. Membrane, welche auf oder in einem Wafer ausgebildet sind, überspannt. Die träge Masse kann eine träge Masse sein, welche in der BEOL ausgebildet wird. Mit einer solchen Ausführungsform kann eine Beschleunigung parallel zu einer Ebene (z.B. einer Fläche oder Oberfläche) des Wafers erfasst werden.
Bei noch anderen Ausführungsformen ist eine träge Masse über einer Membran vorhanden. Zumindest ein Abschnitt der Membran außerhalb der trägen Masse kann eine gewundene, gebogene oder wellenförmige Form aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann durch die gewundene, gebogene oder wellenförmige Form eine Empfindlichkeit erhöht werden.
Bei einigen Ausführungsformen können zusammen mit einem Ausbilden des Beschleunigungssensors, beispielsweise während der FEOL und BEOL, andere Bauelemente, beispielsweise Schaltungen, in und/oder auf dem selben Wafer ausgebildet und mit dem Beschleunigungssensor integriert werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere weitere Sensoren, z.B. ein Drucksensor und/oder eine Schaltung, z.B. eine Schaltung, um den Beschleunigungssensor zu steuern und/oder auszulesen, mit dem Beschleunigungssensor bei einigen Ausführungsformen integriert sein.
Die vorab beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, aber sie können auch getrennt voneinander eingesetzt werden.
Weitere Ausführungsformen werden nun mit Bezug zu den Figuren diskutiert.
In 1 ist eine Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors (z.B. eines Beschleunigungsmessers) gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Der Beschleunigungssensor der 1 umfasst einen Wafer 10, zum Beispiel einen Halbleiter-Wafer wie einen Silicium-Wafer. Der Begriff Wafer, wie er hier verwendet wird, kann durch den Begriff „Substrat“ ersetzt werden und bezeichnet im Allgemeinen ein im Wesentlichen ebenes oder plattenähnliches Material in oder auf welchem Strukturen, z.B. Strukturen von Halbleiter-Bauelementen, ausgebildet werden können. Der Wafer 10 in der Ausführungsform der 1 weist eine darin ausgebildete Druck erfassende Struktur 11 auf. Bei einigen Ausführungsformen kann die Druck erfassende Struktur 11 eine Membran oder eine andere Druck empfindliche Struktur umfassen. Bei einer Ausführungsform kann die Druck erfassende Struktur 11 zumindest teilweise in der FEOL hergestellt werden.
Auf der Oberseite des Wafers 10 der 1 sind BEOL-Schichten, d.h. Schichten, welche während der BEOL hergestellt werden, vorhanden. Diese Schichten können zum Beispiel eine oder mehrere Metallschichten, wie eine Kupferschicht, zum Beispiel doppelte Damaszen-Kupferschichten, oder Aluminiumsschichten, umfassen und/oder können eine oder mehrere dielektrische Schichten, wie Oxid-Schichten oder Nitrid-Schicht umfassen. Eine Gesamtdicke der BEOL-Schichten kann in der Größenordnung von einigen Mikrometern, zum Beispiel zwischen 1 µm und 15 µm liegen. Bei der Ausführungsform der 1 ist die BEOL-Schicht strukturiert worden, um ein Teil, welches als eine träge Masse 12 dient, von der restlichen BEOL-Schicht 13 durch Zwischenräume 14 abzutrennen. Dabei kann jede herkömmliche strukturierende Technik eingesetzt werden. Zum Beispiel kann eine Maske vor einem Auftragen der BEOL-Schicht vorhanden sein.
Wenn der Beschleunigungssensor der 1 in eine Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Wafers 10 (die Richtung, welche durch einen Pfeil 15 bezeichnet ist) beschleunigt wird, übt die träge Masse 12 einen Druck auf die Druck erfassende Struktur 11 aus oder vermindert einen Druck auf der Druck erfassenden Struktur 11 abhängig von der Richtung der Beschleunigung. Wenn der Beschleunigungsmesser zum Beispiel in einer aufwärts gerichteten Richtung in 1 beschleunigt wird, nimmt ein Druck auf die Druck erfassende Struktur 11 zu, während bei einer Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung ein Druck aufgrund der Trägheit der trägen Masse 12 abnimmt. Diese Veränderung bezüglich des Drucks kann durch die Druck erfassende Struktur 11 erfasst werden, wodurch eine Beschleunigung erfasst wird.
Es sei angemerkt, dass die „Beschleunigung senkrecht zu der Wafer-Oberfläche“ auch eine Beschleunigung umfasst, bei welcher nur eine Komponente der Beschleunigung senkrecht zu der Wafer-Oberfläche ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Drucksensor, welcher eine Druck erfassende Struktur 11 verwendet, modifiziert werden, um ein Beschleunigungssensor zu werden, indem eine träge Masse 12 bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann daher im Wesentlichen derselbe Prozess eingesetzt werden, um einen Drucksensor auszubilden und um den Beschleunigungssensor der Ausführungsform der 1 auszubilden. Eine Ausführungsform, welche dieses Konzept im Detail beschreibt, wird später mit Bezug zu 3 und 4 diskutiert.
In 2 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Verfahren der 2 kann zum Beispiel eingesetzt werden, um den Beschleunigungssensor der 1 herzustellen, kann aber auch eingesetzt werden, um andere Arten von Beschleunigungssensoren, zum Beispiel Beschleunigungssensoren, welche später mit Bezug zu 3–6 erläutert werden, auszubilden, ist aber nicht darauf beschränkt.
Bei 20 werden eine oder mehrere Druck erfassende Strukturen in einem Wafer ausgebildet. Zum Beispiel kann eine Druck erfassende Struktur, welche eine Membran verwendet, ausgebildet werden.
Bei 21 wird während der BEOL eine träge Masse auf der Druck erfassenden Struktur ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann die träge Masse auf einer einzigen Druck erfassenden Struktur ausgebildet sein. Wie später genauer erläutert wird, kann bei einigen Ausführungsformen die träge Masse auch zwei oder mehr Druck erfassende Strukturen überspannen, um die Möglichkeit bereitzustellen, eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Wafers zu erfassen (z.B. eine Beschleunigung oder eine Beschleunigungskomponente senkrecht zu dem Pfeil 15 der 1). Bei einigen Ausführungsformen kann die träge Masse auch in einer von der BEOL verschiedenen Herstellungsphase ausgebildet werden.
Als nächstes wird mit 3 und 4 eine Ausführungsform erläutert, bei welcher ein Drucksensor modifiziert wird, um ein Beschleunigungssensor zu werden. Zuerst wird mit Bezug zu 3A und 3B die Struktur des Drucksensors erläutert, und dann wird mit Bezug zu 4 ein Beschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform im Detail diskutiert.
In 3A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Drucksensors dargestellt. 3B zeigt eine vergrößerte Darstellung von einigen Teilen des Drucksensors.
Der Drucksensor der 3A und 3B umfasst einen Wafer 30, bei welchem Strukturen zum Erfassen eines Drucks ausgebildet worden sind. Die Strukturen umfassen eine Membran 31, welche von anderen Abschnitten und Strukturen, welche in dem Wafer 30 ausgebildet sind, durch einen Zwischenraum 34 abgetrennt ist, welcher eine Breite in der Größenordnung von 50 nm bis 100 nm aufweist, aber nicht auf diese Werte eingeschränkt ist. Die Membran 31 kann auch als eine Lamelle oder ein Blättchen bezeichnet werden.
An Rändern der Membran 31 sind Strukturen, welche allgemein mit 32 bezeichnet sind, ausgebildet, um einen Druck zu erfassen, welcher auf die Membran 31 ausgeübt wird, wobei sich der Druck aus einer Verlagerung und/oder Änderung einer mechanischen Spannung der Membran 31 ergibt. Zum Beispiel können in dem Wafer 30 widerstandsbehaftete Strukturen ausgebildet sein, welche ihren Widerstand abhängig von Verlagerungen der Membran 31 ändern. Zur Ausbildung der vorab erwähnten Strukturen kann irgendeine Technik, welche nach dem Stand der Technik zur Herstellung von elektromechanischen Mikrosystemen (MEMS) oder Halbleiter-Bauelementen verwendet wird, eingesetzt werden.
Auf der Oberseite des Wafers 30 sind BEOL-Schichten 33 ausgebildet. Die BEOL-Schichten können zum Beispiel abwechselnd Metallschichten und dielektrische Schichten umfassen und können mit einer dickeren Metallschicht 35 abgedeckt sein, welche zum Beispiel durch stromloses Metallisieren auf der Oberseite hergestellt werden kann. Die dargestellten Schichten dienen nur als Beispiele, und andere Strukturen können genauso gut eingesetzt werden. Oberhalb der Membran 31 sind, wie es am besten in 3A dargestellt ist, die BEOL-Schichten entfernt, so dass die Membran 31 dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist, wodurch die Struktur der 3 als ein Drucksensor arbeiten kann.
Es sei angemerkt, dass während der FEOL und der BEOL, wie es vorab erwähnt ist, zusätzlich zu dem dargestellten Drucksensor weitere Strukturen und Bauelemente, zum Beispiel weitere Sensoren und/oder elektronische Schaltungen, in dem Wafer 30 ausgebildet werden können, wobei herkömmliche Herstellungstechniken eingesetzt werden.
In 4 ist ein Beschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform dargestellt, welcher auf der Grundlage des Drucksensors der 3 implementiert ist. Die Elemente 40–43 entsprechen den Elementen 30–33 des Drucksensors der 3 und werden daher nicht im Detail diskutiert. Darüber hinaus können jegliche Hinzufügungen oder Änderungen, welche mit Bezug zu 3 diskutiert werden, z.B. die Ausbildung von weiteren Strukturen und Bauelementen, auch bei der Ausführungsform der 4 in einigen Fällen durchgeführt werden.
Im Gegensatz zu dem Drucksensor der 3 verbleibt ein BEOL-Schichtstapel, welcher als eine träge Masse 45 dient, auf der Oberseite der Membran 41. Die träge Masse 45 ist von restlichen BEOL-Schichten 43 durch Zwischenräume bzw. Gräben 46 getrennt. Wenn der Beschleunigungssensor der 4 in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Wafers 40 beschleunigt wird, wie es durch einen Pfeil 47 gekennzeichnet ist, wird die Membran 41 durch die Trägheit der trägen Masse 45 verlagert oder verschoben, was mittels der Strukturen 42 gemessen werden kann. Auf diese Weise kann die Beschleunigung gemessen werden. Bei der Ausführungsform der 4 bleiben bei den Zwischenräumen 46 Abschnitte der Membran 41 frei von der trägen Masse 45.
Daher kann durch die Bereitstellung der trägen Masse 45 auf der Oberseite einer Membran eines Drucksensors der Drucksensor in einen Beschleunigungssensor umgewandelt werden.
Eine Membran wie die Membran 41 kann zum Beispiel eine Fläche in dem Bereich von 5 µm × 5 µm bis 30 µm × 30 µm, zum Beispiel 10 µm × 10 µm oder 15 µm × 15 µm, aufweisen, ist aber nicht auf diese Werte eingeschränkt, welche nur als Beispiel gegeben werden. Die BEOL-Schichten können zum Beispiel Siliciumoxid-Schichten, Kupferschichten, Tantalschichten, Wolframschichten, Nickelphosphid-(NiP-)Schichten, Platinschichten und/oder Aluminiumsschichten umfassen. Das Gewicht der trägen Masse kann zum Beispiel in der Größenordnung von 5–6∙10^–11 g/µm² liegen. Ein Durchmesser der Masse 45 kann zum Beispiel in der Größenordnung von 9 µm liegen, und eine Fläche, welche durch die träge Masse 45 abgedeckt wird, kann zum Beispiel etwas kleiner sein als die Fläche der Membran 41, wie es vorab beschrieben ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel eine Empfindlichkeit erzielt werden, welche ausreicht, um Beschleunigungen in der Größenordnung von 2,3∙10^–4 kg∙m/s² zu erfassen. Dies kann für einige Anwendungen, zum Beispiel für eine Warnungsanwendung bei Reifendruck-Überwachungssystemen (TPMS), ausreichend sein. Zum Beispiel bei einer Ausführungsform, bei welcher der Drucksensor der 4 an einem Reifen montiert ist, wobei die träge Masse 45 nach innen (d.h. zur Achse hin) gerichtet ist, kann der Sensor erfassen, wenn die Geschwindigkeit eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von 25 km/h bei einigen Ausführungsformen übersteigt.
Die vorab beschriebenen numerischen Werte werden nur gegeben, um die Fähigkeiten von einigen Ausführungsformen zu verdeutlichen, und sollen nicht als einschränkend angesehen werden. Zum Beispiel kann bei anderen Ausführungsformen, um eine Empfindlichkeit zu erhöhen, die Masse der trägen Masse 45 erhöht werden, indem zum Beispiel eine Dicke einer Metallschicht, welche auf der Oberseite der trägen Masse 45 (ähnlich der Metallschicht 35 der 3A) vergrößert wird oder indem die Fläche der Membran vergrößert wird.
Eine weitere Möglichkeit, um die Empfindlichkeit bei einigen Ausführungsformen zu erhöhen, wird nun mit Bezug zu 5 diskutiert.
5 zeigt eine vereinfachte partielle Querschnittsansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bei der Ausführungsform der 5 ist als ein Druck empfindliches Element eine Membran 51 in einem Wafer 50 ausgebildet und ist von dem Wafer 50 in einem bestimmten Bereich durch einen Zwischenraum getrennt, wie es bereits für die Membrane 31 und 41 mit Bezug zu 3 und 4 erläutert wurde. Auf der Oberseite der Membran 51 ist eine träge Masse 52 ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann die träge Masse 52 eine träge BEOL-Masse sein, d.h. sie ist während der BEOL eines Herstellungsprozesses ausgebildet worden, und kann eine Metallschicht 53 auf der Oberseite umfassen, welche zum Beispiel mittels stromloser Metallisierung ausgebildet werden kann. Bei anderen Ausführungsformen können andere Arten einer trägen Masse bereitgestellt werden. Die träge Masse 52 bei der Ausführungsform der 5 ist durch einen Zwischenraum 57 von der restlichen BEOL-Schicht 54 getrennt. Soweit kann die Ausführungsform der 5 mit der Ausführungsform der 4 korrespondieren, und Variationen und Modifikationen und Implementierungseigenschaften, welche mit Bezug zu 4 diskutiert werden, können bei einigen Ausführungsformen auch bei der Ausführungsform der 5 angewendet werden.
In dem Zwischenraum 57, in welchem in der Ausführungsform der 5 die Membran 51 keine träge Masse 52 über sich aufweist, weist die Membran 51 eine wellenförmige, gewundene und/oder gebogene Form auf, wie es durch das Bezugszeichen 56 gekennzeichnet ist. Bei der Ausführungsform der 5 wird diese Form verursacht, indem Elemente 55 auf dem Wafer 50 benachbart zu dem Zwischenraum 57 vorhanden sind. Diese Elemente 55 können während der FEOL hergestellt werden und können zum Beispiel aus polykristallinem Silizium hergestellt werden, welches während eines Gate-Ausbildungsprozesses oder während anderer Prozesse zum Auftragen von polykristallinem Silizium, welche während der FEOL eingesetzt werden, aufgetragen werden. Bei anderen Ausführungsformen können die Elemente 55 mittels anderer Prozesse aufgetragen werden. Durch das Vorhandensein der Elemente 55 folgt während der Herstellung auch der Zwischenraum zwischen dem Wafer 50 und der Membran 51 der Form der Elemente 55, um die dargestellte wellenförmige, gebogene und/oder gewundene Form zu erzeugen. Eine Dicke der Elemente 55 kann zum Beispiel in der Größenordnung von 50 µm bis 300 µm, zum Beispiel bei ungefähr 240 µm, liegen und kann bei Ausführungsformen in der Größenordnung einer Dicke des Zwischenraums zwischen der Membran 51 und dem Wafer 50 liegen. Die Anzahl der Elemente, welche in 5 dargestellt sind, soll nicht als einschränkend angesehen werden, da andere Anzahlen auch eingesetzt werden können.
Mit den Ausführungsformen der Beschleunigungssensoren, welche vorab diskutiert werden, kann eine Beschleunigung oder können Beschleunigungskomponenten senkrecht zu einer Wafer-Oberfläche erfasst werden. Bei einigen Anwendungen kann es darüber hinaus wünschenswert sein, eine Beschleunigung oder Beschleunigungskomponenten parallel zu einer Wafer-Oberfläche zu erfassen. Eine schematische Querschnittsansicht einer entsprechenden Ausführungsform ist in 6 dargestellt.
Bei der Ausführungsform der 6 sind zwei Membrane 62, 66 nebeneinander auf einem Wafer 60 vorhanden. Jede dieser Membrane 62, 66 kann konfiguriert und ausgebildet sein, wie es mit Bezug zu 3 bis 5 diskutiert wurde. Mit anderen Worten kann jede der Membrane 62, 66 bei einigen Ausführungsformen unabhängig voneinander als ein Druck erfassendes Element eines unabhängigen Drucksensors betriebsfähig sein. Eine Masse 61, welche die Membrane 62, 66 überspannt, ist auf dem Wafer 60 ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann die Masse 61 während der BEOL ausgebildet werden und/oder kann Oxidschichten, Metallschichten, Nitridschichten und Ähnliches umfassen.
In ähnlicher Weise wie bei den vorab diskutierten Ausführungsformen kann der Beschleunigungssensor der 6 eine Beschleunigung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene des Wafers 60 erfassen. Darüber hinaus kann bei der Ausführungsform der 6 eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Wafers 60, zum Beispiel eine Beschleunigung wie sie durch die Pfeile 65 gekennzeichnet ist, erfasst werden. Bei solch einer Beschleunigung kann, wie es durch die Pfeile 63, 64 gekennzeichnet ist, die träge Masse 61 zum Beispiel abhängig von der Verteilung der trägen Masse 61 auf den Membranen 62, 66 auf die Membran 62 drücken und einen Druck von der Membran 66 entfernen. Dies ermöglicht eine Erfassung der Beschleunigung. Im Gegensatz dazu wäre bei einer Beschleunigung senkrecht zu der Oberfläche des Wafers 60 die Effekte auf beiden Membranen 62, 66 im Wesentlichen dieselben oder würden zumindest in dieselbe Richtung wirken.
Es sei angemerkt, dass, während bei der Querschnittsansicht der 6 die träge Masse 61 dargestellt ist, wie sie zwei Membrane 62, 66 überspannt, bei anderen Ausführungsformen zum Beispiel vier Membrane in einer quadratischen Konfiguration angeordnet sein können und die träge Masse diese vier Membrane überspannt, um eine Erfassung einer Beschleunigung in verschiedenen Richtungen parallel zu der Oberfläche eines Wafers zu ermöglichen. Während die Membrane in 6 als Druck empfindliche Elemente dargestellt sind, können darüber hinaus bei anderen Ausführungsformen andere Druck erfassende Strukturen eingesetzt werden.
Die vorab beschriebenen Ausführungsformen dienen nur als verdeutlichende Beispiele und sollen nicht als den Umfang der vorliegenden Anmeldung einschränkend angesehen werden.

Claims

Beschleunigungssensor umfassend: eine Druck erfassende Struktur (11; 31; 41; 51; 62; 66), welche auf einem Wafer (10; 30; 40; 50; 60) ausgebildet ist, und eine träge Masse (12; 45; 52; 61), welche auf der Druck erfassenden Struktur (11; 31; 41; 51; 62; 66) vorhanden ist, wobei die träge Masse eine Back-End-of-Line-Struktur (12; 45; 52; 61) umfasst.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei die Druck erfassende Struktur eine Membran (31; 41; 51; 62; 66) umfasst.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, wobei die Membran (51) in einem Membranabschnitt (56), welcher frei von der trägen Masse (52) ist, eine gewundene Form, eine wellenförmige Form und/oder eine gebogene Form aufweist.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Membran (31; 41; 51; 62; 66) eine Fläche zwischen 5 µm × 5 µm und 30 µm × 30 µm aufweist.
Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die träge Masse (12; 45; 52; 61) mindestens eine Metallschicht umfasst.
Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die träge Masse (12, 45, 52, 61) mindestens eine dielektrische Schicht umfasst.
Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die träge Masse (12; 45; 52; 61) durch eine Metallschicht (35; 53) abgedeckt ist.
Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, darüber hinaus eine weitere Druck erfassende Struktur (66) umfassend, welche auf dem Wafer (60) benachbart zu der Druck erfassenden Struktur (62) ausgebildet ist, wobei die träge Masse (61) die Druck erfassende Struktur (62) und die weitere Druck erfassende Struktur (66) überspannt.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 8, wobei die weitere Druck erfassende Struktur eine Membran (66) umfasst.
Beschleunigungssensor umfassend: eine Membran (51), welche auf einem Wafer (50) ausgebildet ist, und eine träge Masse (52), welche einen Teil der Membran (51) überdeckt, wobei ein Abschnitt (56) der Membran außerhalb eines Bereichs, welcher durch die träge Masse (51) abgedeckt ist, eine gewundene, wellenförmige und/oder gebogene Form aufweist.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 10, wobei die träge Masse eine Back-End-of-Line-Struktur (52) umfasst.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 10 oder 11, darüber hinaus Elemente (55) umfassend, welche auf dem Wafer (50) unter dem Bereich der Membran (51) ausgebildet sind, um die gewundene, wellenförmige und/oder gebogene Form zu bewirken.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 12, wobei die Elemente (55) Front-End-of-Line-Strukturen sind.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Elemente (55) aus polykristallinem Silizium hergestellt sind.
Beschleunigungssensor umfassend: eine erste Druck erfassende Struktur (62), welche auf einem Wafer (60) ausgebildet ist, eine zweite Druck erfassende Struktur (66) benachbart zu der ersten Druck erfassenden Struktur (62), und eine träge Masse (61) auf der ersten Druck erfassenden Struktur (62) und der zweiten Druck erfassenden Struktur (66), welche die erste Druck erfassende Struktur (62) und die zweite Druck erfassende Struktur (66) überspannt.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 15, wobei die träge Masse (61) eine träge Back-End-of-Line-Masse ist.
Drucksensor nach Anspruch 15 oder 16, wobei die erste Druck erfassende Struktur eine erste Membran (62) umfasst und wobei die zweite Druck erfassende Struktur eine zweite Membran (66) umfasst.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 15–17, wobei die erste Druck erfassende Struktur (62) unabhängig von der zweiten Druck erfassenden Struktur (66) betriebsfähig ist.
Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 15–18, darüber hinaus mindestens eine weitere Druck erfassende Struktur umfassend, wobei die mindestens eine weitere Druck erfassende Struktur benachbart zu der ersten und/oder zweiten Druck erfassenden Struktur angeordnet ist, wobei die träge Masse auch auf der mindestens einen weiteren Druck erfassenden Struktur angeordnet ist und die mindestens eine weitere Druck erfassende Struktur überspannt.