DE19818060A1

DE19818060A1 - Beschleunigungssensor, Winkelbeschleunigungssensor und Herstellverfahren für diese Sensoren

Info

Publication number: DE19818060A1
Application number: DE1998118060
Authority: DE
Inventors: Katsumichi Ueyanagi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: JPH10300773A; DE19818060B4; JP3284921B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor und einen Winkelbeschleuni gungssensor, die in einem breiten Anwendungsgebiet verwendet werden, wie in Automobi len, Flugzeugen, medizinischen Diensten, Meßtechnik und Kalibrierung, und auf ein Her stellverfahren für diese Sensoren.

Beschreibung des Standes der Technik

Als ein Beispiel eines herkömmlichen Beschleunigungssensors ist ein Halbleiter-Beschleu nigungssensor in Fig. 1A und 1B gezeigt, der in dem japanischen Patent Nr. 25 51 625 (ja panische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift 1-2 59 264 (1989)) beschrieben ist. Fig. 1A ist eine perspektivische Darstellung und Fig. 1B ist eine Schnittansicht, geschnitten längs der Linie IB-IB der Fig. 1A. Bei diesem Halbleiter-Beschleunigungssensor ist ein Silicium einkristall geätzt, um ein Halterahmen 1, Gewichtsteile 2a und 2b, ein Tragteil 3a zum Ver binden des Gewichtsteils 2a mit dem Gewichtsteil 2b, und Tragteile 3b und 3c zum Ver binden des Gewichtsteils 2a, des Gewichtsteils 2b und des Halterahmens miteinander zu bilden; Meßwiderstände 4a, 4b, 4c und 4d sind an den Tragteilen 3a, 3b und 3c vorge sehen und aus diesen Meßwiderständen ist eine Wheatstone-Brücke gebildet. Wenn in Rich tung des Pfeils gemäß Fig. 1B eine Beschleunigung wirkt, ändern sich die Werte der Meß widerstände. Der Beschleunigungssensor mißt die Beschleunigung mittels der Veränderun gen der Widerstandswerte.

Im allgemeinen wird bei einem Halbleiter-Beschleunigungssensor dieser Bauart ein Silici umsubstrat von der Rückseite tiefgeätzt, um dickwandige Gewichtsteile von etwa 300 µm bis 400 µm und dünnwandige Tragteile von etwa 10 µm bis 50 µm zu bilden. Als Silici umsubstrat wird häufig ein 4-inch (10,16 cm) Wafer verwendet. Der Grund dafür ist fol gender.

Das Substrat muß tiefgeätzt werden, um ein dünnes Tragteil zu bilden und im Hinblick auf die Produktivität aufgrund der Beschränkung der Bearbeitungszeit ist eine kleine Wafer dicke vorteilhaft. Eine Wafergröße, die bei der Bearbeitung mit einer Dicke von etwa 300 µm bis 400 µm entsprechend der Dicke des Tragteils handhabbar ist, beträgt etwa 4 inch, und ein größerer Wafer von 5 oder 6 inch ist sehr schwer handhabbar. Weiter hat ein Wa fer, wie in Fig. 1B gezeigt, der vor dem Schneiden mit einer Mehrzahl dünnwandiger, ei nen niedrigen Resonanzpunkt aufweisenden Tragteilen ausgebildet ist, eine geringe Steifig keit, die bei Beaufschlagung mit einem Stoß dazu neigt, ein Resonanzverhalten des Sensor teils oder des Wafers selbst hervorzurufen, wodurch die Gefahr besteht, daß auf die Trag teile eine sehr große Verformung oder mechanische Spannung wirkt. Folglich ist die Wa fergröße hinsichtlich des Handlings begrenzt.

Bei Halbleiter-Beschleunigungssensoren wird jedoch ein größerer Teil der Kosten durch die Chipgröße und die Waferabmessung bestimmt. Wenn beispielsweise Beschleunigungs sensoren mit gleichen technischen Eigenschaften hergestellt werden, kann bei großer Wa ferabmessung eine große Zahl von Chips in einem einzigen Herstellverfahren bearbeitet werden und der Preis je Chip ist entsprechend geringer. Bei dem oben genannten Stand der Technik ist jedoch die verwendbare Wafergröße limitiert und eine Kostenverminderung kann nur durch Verminderung der Chipabmessungen erreicht werden; die Chipabmes sungsverminderung ist jedoch durch eine Verminderung in der Produktionsausbeute be grenzt. Mit dem Trend zu größerem Durchmesser der Halbleiterwafer ist eine Abnahme der Versorgung mit 4-inch-Wafern vorherzusehen. Wenn ein Beschleunigungssensor mit Wafern mit größerem Durchmesser von 5 inch, 6 inch oder ähnlichem hergestellt werden soll, muß aus einem Siliciumsubstrat von etwa 600 µm bis 700 µm Dicke ein Tragteil von 10 µm bis 30 µm Dicke hergestellt werden, was nicht nur die Ätzzeitdauer erhöht sondern auch zu einer verminderten Produktionsausbeute führt.

Ein anderes Beispiel eines herkömmlichen Beschleunigungssensors ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-2 48 058 (1996) beschrieben. Dieser Beschleunigungssensor hat eine 3-schichtige Struktur mit einer ersten Schicht (Tragplatte), einer zweiten Schicht als Isolierschicht auf der ersten Schicht und eine dritte Schicht, die darauf aufgebracht ist. Beispielsweise enthält er einen SOI (Silicium-Auf-Isolator) oder epitaxialen Polysilicium wafer (Polysilicium als eine dritte Schicht wächst auf ein Einkristallsiliciumsubstrat über einer Isolierschicht).

Die dritte Schicht enthält, wie in Fig. 2, die die ebene Struktur zeigt, einen beweglichen bzw. verschiebbaren Massenkörper (erster Haltekörper) 11 und zweite Haltekörper 13, die parallel zu dem ersten Haltekörper auf beiden Seiten des ersten Haltekörpers 11 ausgebil det sind. Der erste Haltekörper 11 hat eine Kammstruktur mit einer Mehrzahl erster Plat ten 12, die sich in der senkrechten Richtung erstrecken; die zweiten Haltekörper 13 haben Kammstrukturen mit einer Mehrzahl zweiter Platten, die sich in der senkrechten Richtung erstrecken, und die ersten Platten 12 und die zweiten Platten 14 sind nebeneinander ange ordnet, um Paare zu bilden.

Die Isolierschicht unter dem verschiebbaren Massekörper 11 und der Mehrzahl der ersten Platten 12 wird durch Ätzen entfernt, so daß der Massekörper 11 und die Mehrzahl der ersten Platten parallel zu der ersten Schicht verschiebbar sind. Die Isolierschicht unter der Mehrzahl der zweiten Platten 14 wird durch Ätzen ebenfalls entfernt; jedoch ist die Isolier schicht unter den zweiten Haltekörpern 13 noch vorhanden, weshalb die Mehrzahl der zweiten Platten nicht verschiebbar ist. Die Mehrzahl der ersten Platten 12 und die Mehr zahl der zweiten Platten 14 bilden jeweils Kammelektroden und wenn sich der verschiebba re Massekörper 11 in Richtung senkrecht zu den ersten Platten 12 verschiebt, verändert sich ein Abstand zwischen den ersten Platten 12 und den zweiten Platten 14, der die elek trische Kapazität der Kammelektroden verändert, die die ersten Platten 12 des Massekör pers 11 und die zweiten Platten 14 der zweiten Haltekörper 13 umfassen. Die Beschleuni gung wird unter Verwendung der Veränderung der elektrischen Kapazität der Kammelek troden gemessen. Ein Leiter, der von diesen Kammelektroden zu einer externen Schaltung führt, ist von der ersten Schicht durch die zweite Schicht (Isolierschicht) elektrisch isoliert und weiter von der dritten Schicht durch einen Ausschnitt elektrisch isoliert.

Um bei einem kapazitiven Beschleunigungssensor, der Kammelektroden dieser Bauart be nutzt, die Veränderung des Kapazitätswertes zu vergrößern, um die Empfindlichkeit zu er höhen, ist es notwendig, zwischen einer beweglichen Elektrode (erste Platten 12) und einer festen Elektrode (zweite Platten 14) einen Spalt von etwa 1 bis 5 µm auszubilden. Bei die sem Beschleunigungssensor besteht jedoch nicht nur die Kapazität zwischen den sich ge genüberliegenden ersten Platten 12 und zweiten Platten 14, sondern auch eine Streukapazi tät der dritten Platte, auf der diese Kammelektroden ausgebildet sind, mit der Halteplatte (erste Schicht) und diese Kapazitäten summieren sich zu einer Anfangskapazität. Da bei dem Erfassen einer Verschiebung (Beschleunigung) nur eine Kapazitätsänderung der sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Platten 12 und 14 der Kammelektroden erfaßt wird, ist eine Kapazitätsänderung relativ zu der Anfangskapazität gering, so daß es schwierig ist, die Empfindlichkeit des Sensors zu vergrößern. Weiter besteht bei dem Beschleunigungs sensor, nachdem die Isolierschicht zur Bildung einer Anzahl von Sensoren geätzt wird, in einem nachfolgenden Verfahren beim Schneiden zum Unterteilen in einzelne Chips ein Problem darin, daß Fremdmaterial in die Spalte zwischen den Kammelektroden eindringt oder während des Sensorbetriebs statische Elektrizität entsteht, wobei durch diese statische Elektrizität Fremdmaterial aus anderen gepackten Teilen in den Sensorteil eindringt. Je nach Abmessungen des eindringenden Fremdmaterials kann die Funktionstüchtigkeit der Kammelektroden gestört werden. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei Verwendung eines epitaxialen Polysiliciumwafers, da Polysilicium durch eine Filmbildevorrichtung, wie eine CVD-Vorrichtung hergestellt wird, selbst bei gleichen äußeren Abmessungen in den mechanischen Eigenschaften, wie interne Spannungen oder Bruchspannung, auftritt, was zu einer verminderten Verläßlichkeit des Sensors führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen.

Genauer liegen die Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, eine Lösung dafür zu schaffen, daß es

(i) bei einem Beschleunigungssensor, der ein einfaches Stück eines Siliciumein kristallwafers verwendet, schwierig ist, einen dicken Wafer mit großem Durch messer zu verwenden,
(ii) bei einem Sensor kapazitiver Bauart, der einen SOI-Wafer oder ein epitaxiales Polysiliciumwafer verwendet,
(a) es schwierig ist, die Sensorempfindlichkeit zu erhöhen,
(b) beim Schneiden nach Entfernen der Isolierschicht Fremdmaterial in die Sensor struktur eindringen kann,
(c) die Erfassungskapazität durch Eindringen von Fremdmaterial verändert wird und
(d) schlechte verläßliche mechanische Eigenschaften der Sensorstruktur erreicht werden.

Um die vorstehend genannten Aufgaben zu lösen, wird entsprechend einem Aspekt der Er findung ein Beschleunigungssensor geschaffen, enthaltend ein Halterahmenteil und eine Sensorstruktur mit wenigstens einem verschiebbaren Gewichtsteil und einem Tragteil zum Verbinden des Gewichtsteils mit dem Halteteil, welches Halterahmenteil und welche Sen sorstruktur auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolierschicht ausgebildet sind, wobei die Isolierschicht zwischen der Sensorstruktur und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, das Trag teil eine Mehrzahl von Sätzen von Trägern aufweist, die parallel zueinander sind, das Ge wichtsteil mit dem Halterahmenteil über die Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger ver bunden ist und wenigstens zwei Halbleiterdehnungsmeßeinheiten auf der Oberfläche wenig stens eines Satzes der Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger ausgebildet sind.

Dabei ist vorteilhafterweise das Gewichtsteil eine Einheit, ist die Mehrzahl von Sätzen pa ralleler Träger an vier Eckbereichen des Gewichtsteils vorstehend ausgebildet, sind vier Halbleiterdehnungsmeßeinheiten an den Oberflächen der Mehrzahl von Sätzen von Trägern ausgebildet, wodurch eine Wheatstone-Brücke gebildet ist. In einer alternativen Ausfüh rungsform sind vorzugsweise zwei Einheiten der Gewichtsteile vorgesehen, ist die Mehr zahl von Sätzen paralleler Träger zwischen den beiden Gewichtsteilen und dem Halterah menteil und zwischen den beiden Gewichtsteilen ausgebildet, ist wenigstens eine Halblei termeßeinheit an der jeweiligen Oberfläche wenigstens eines der Träger zwischen einem der beiden Gewichtsteilen und dem Halterahmenteil der Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger, wenigstens einem der Träger zwischen dem anderen der beiden Gewichtsteile und dem Halterahmenteil und einem Träger zwischen den beiden Gewichtsteilen ausgebildet und ist aus diesen Halbleitermeßzellen eine Wheatstone-Brücke gebildet.

Weiter ist vorzugsweise die Dicke des Tragteils kleiner als die des Gewichtsteils.

Weiterhin enthält ein erfindungsgemäßer Beschleunigungssensor ein Halterahmenteil und eine Sensorstruktur mit einem verschiebbaren Gewichtsteil mit einem an der Oberfläche ausgebildeten magnetischen Dünnfilm und einem Tragteil zum Verbinden des Gewichtsteils mit dem Halterahmenteil, welches Halterahmenteil und welche Sensorstruktur auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolierschicht ausgebildet sind, wobei die Isolierschicht zwischen der Sensorstruktur und dem Siliciumsubstrat entfernt ist und an dem Halterah menteil an dem Umfang des Gewichtsteils eine Spule ausgebildet ist, die das Gewichtsteil umgibt.

Weiter ist entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Beschleunigungssensor geschaffen, enthaltend ein Halterahmenteil und eine Mehrzahl von Sensorstrukturen mit verschiebbaren Gewichtsteilen, auf deren Oberflächen magnetische Filme ausgebildet sind, und Tragteilen zum Verbinden der Gewichtsteile mit dem Halterahmenteil, welches Halte rahmenteil und welche Sensorstrukturen auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolier schicht ausgebildet sind, wobei die Isolierschicht zwischen der Mehrzahl von Sensorstruk turen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, Spulen jeweils so auf dem Halterahmenteil an dem Umfang der Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die Gewichtsteile umgeben, und die Mehrzahl von Spulen in Reihe geschaltet ist.

Weiter ist es vorteilhaft, daß eine Mehrzahl von Sensorgruppen mit der jeweiligen Mehr zahl von Sensorstrukturen und der Mehrzahl von in Reihe geschalteten Detektorspulen, die sich hinsichtlich der Anzahl der Sensorstrukturen und der Detektorspulen unterscheiden, auf einem gleichen Halbleiterchip ausgebildet sind.

Bei dem vorstehend beschriebenen Beschleunigungssensor ist es vorteilhaft, eine Vorrich tung zum Durchführen einer Selbstdiagnose vorzusehen, und sind eine Verstärkerschaltung und eine digitale Einstellschaltung auf dem Halbleiterchip ausgebildet, auf dem der Be schleunigungssensor ausgebildet ist.

Entsprechend einem weiteren Aspekt ist ein Winkelbeschleunigungssensor vorgesehen, ent haltend eine erste Sensorgruppe mit einem ersten Halterahmenteil und einer Mehrzahl von ersten Sensorstrukturen mit verschiebbaren ersten Gewichtsteilen, auf deren Oberflächen magnetische Dünnfilme ausgebildet sind, und ersten Tragteilen zum Verbinden der ersten Gewichtsteile mit dem ersten Halteteil, welches erste Halterahmenteil und erste Sensor strukturen auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolierschicht ausgebildet sind, wobei die Isolierschicht zwischen der Mehrzahl von ersten Sensorstrukturen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, erste Detektorspulen derart auf dem ersten Halterahmenteil an den jeweiligen Umfängen der ersten Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die ersten Gewichtsteile um geben, und die Mehrzahl der ersten Detektorspulen in Reihe geschalten ist; eine zweite Sensorgruppe mit einem zweiten Halterahmenteil und einer Mehrzahl von zweiten Sensor strukturen mit verschiebbaren zweiten Gewichtsteilen, auf deren Oberflächen magnetischen Dünnfilme ausgebildet sind, und zweiten Tragteilen zum Verbinden der zweiten Gewichts teile mit dem zweiten Halterahmenteil, welches zweite Halterahmenteil und Sensorstruktu ren auf dem Siliciumsubstrat über einer Isolierschicht ausgebildet sind, wobei die Isolier schicht zwischen der Mehrzahl von Sensorstrukturen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, zweite Detektorspulen jeweils derart auf dem zweiten Halteteil an den jeweiligen Umfän gen der zweiten Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die zweiten Gewichtsteile umge ben, und die Mehrzahl der zweiten Detektorspulen in Reihe geschaltet ist, welche erste und zweite Sensorgruppen auf dem gleichen Halbleiterchip ausgebildet sind; wobei die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe die gleiche Anzahl von Sensorstrukturen aufweisen und die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe symmetrisch um eine Erfassungsachse als eine Symmetrieachse angeordnet sind; die ersten und die zweiten Detektorspulen der ersten und zweiten Sensorgruppen geschlossene Schleifen bilden, so daß die durch die Mehrzahl der ersten und zweiten Detektorspulen der ersten und zweiten Sensorgruppen fließenden Ströme die gleichen Richtung haben, wenn eine Winkelbeschleu nigung um die Erfassungsachse entsteht; und eine Einrichtung zum Verstärken der Signale aus der Mehrzahl der ersten und zweiten Detektorspulen und eine Einrichtung zum Inte grieren der Ausgangssignale der Mehrzahl der Detektorspulen zum Ausgeben eines Win kelbeschleunigungssignals.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Herstellverfahren für einen Be schleunigungssensor mit folgenden Verarbeitungsschritten geschaffen.

Genauer ist das Herstellverfahren für den Beschleunigungssensor dadurch gekennzeichnet, daß es enthält

(a) einen Schritt zum Herstellen eines SOI-Wafers mit einem Siliciumsubstrat, einer SiO₂-Schicht und einem Siliciumdünnfilm;
(b) einen Schritt zum Ionenimplantieren eines Dotierungsmittels an einer Stelle, die einer Halbleiterdehnungsmeßeinheit des Siliciumdünnfilms entspricht, um einen Diffusionswiderstand auszubilden, und Ausbilden von für die Schaltung auf dem Siliciumdünnfilm erforderlichen Bausteinen;
(c) einen Schritt zum Aufbringen eines Schutzfilms auf die gesamte Oberfläche des Wafers, Öffnen eines Durchgangslochs, das den Siliciumdünnfilm durchdringt, mittels Patterns und Ätzens, und Ausbilden eines Gewichtsteils und eines Trag teils, des mit einem am Umfang zurückbleibenden Halterahmenteil verbindet;
(d) während der Schutzfilm, wie er zum Ausbilden des Durchgangsloches vorhanden ist, zurückbleibt, einen Schritt zum Entfernen der SiO₂-Schicht unter dem Ge wichtsteil und dem Tragteil durch Naßätzen;
(e) einen Schritt zum Entfernen des Schutzfilms und Bedecken der gesamten Oberflä che des Wafers mit einem Schutzlack;
(f) einen Schritt zum Ausbilden eines Schlitzes durch Schneiden zum Teilen des Chips während eine kleine Dicke des Wafers zurückbleibt
(g) einen Schritt zum Entfernen des Schutzlacks auf dem Wafer durch Veraschen mit tels eines O₂-Plasmas und
(h) einen Schritt zum Teilen des Chips durch Konzentrieren einer mechanischen Span nung an dem Schlitz.

Entsprechend einem weiteren Aspekt ist ein Herstellverfahren für einen Winkelbeschleuni gungssensor mit den folgenden Verarbeitungsschritten geschaffen.

Genauer ist das Herstellverfahren für den Winkelbeschleunigungssensor dadurch gekenn zeichnet, daß es enthält:

(a) einen Schritt zum Vorbereiten eines SOI-Wafers mit einem Siliciumsubstrat, einer SiO₂-Schicht und einem Siliciumdünnfilm;
(b) einen Schritt zum Ionenimplantieren eines Dotierungsmittels an einer Stelle, die einer Halbleiterdehnungsmeßeinheit des Siliciumdünnfilms entspricht, um einen Diffusionswiderstand zu bilden, Bilden eines magnetischen Dünnfilms an einer Stelle, die einem Gewichtsteil entspricht, Ausbilden einer Detektorspule, die den magnetischen Dünnfilm umgibt, und Ausbilden von für die Schaltung auf dem Si liciumdünnfilm notwendigen Elementen;
(c) einen Schritt zum Ausbilden eines Schutzfilms auf der gesamten Oberfläche des Wafers, Öffnen eines Durchgangsloches, das den Siliciumdünnfilm durchdringt mittels Patterns und Ätzens, und Ausbilden eines Tragteils, das mit dem Ge wichtsteil verbunden ist, und eines an dem Umfang verbleibenden Halterahmen teils;
(d) während der Schutzfilm zum Ausbilden des Durchgangsloches verbleibt wie er ist, einen Schritt zum Entfernen des SiO₂-Schicht unter dem Gewichtsteil und dem Tragteil durch Naßätzen;
(e) einen Schritt zum Entfernen des Schutzfilms und Bedecken der gesamten Ober fläche des Wafers mit Schutzlack;
(f) einen Schritt zum Ausbilden eines Schlitzes durch Schneiden zum Teilen des Chips, wobei eine geringe Dicke des Wafers verbleibt;
(g) einen Schritt zum Entfernen des Schutzlacks auf dem Wafer mittels eines O₂-Plas mas durch Veraschen und
(h) einen Schritt zum Teilen des Chips durch Konzentrieren einer mechanischen Span nung an dem Schlitz.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Wirkungen, Eigenschaften und Vorteile der Erfin dung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsform zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es stellen dar:

Fig. 1A eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels eines herkömmlichen Beschleunigungssensors;

Fig. 1B eine schematische Schnittansicht, geschnitten längs der Linie IB-IB der Fig. 1A;

Fig. 2 eine schematische Aufsicht eines Teils der Struktur eines zweiten Bei spiels eines herkömmlichen Beschleunigungssensors;

Fig. 3A eine schematische Aufsicht der Struktur einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 3B einen Schnitt längs der Linie IIIB-IIIB der Fig. 3A;

Fig. 4A eine schematische vergrößerte Aufsicht eines Sensorbereiches des Be schleunigungssensors gemäß Fig. 3A und 3B;

Fig. 4B einen Schnitt längs der Linie IVB-IVB der Fig. 4A;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Beschleunigungsdetektorschaltung bei der Beschleunigung der ersten Ausführungsform;

Fig. 6A bis 6H Diagramme zur Erläuterung eines Herstellverfahrens des Beschleuni gungssensors der ersten Ausführungsform;

Fig. 7A eine schematische Aufsicht der Struktur einer zweiten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 7B eine schematische vergrößerte Aufsicht eines Sensorteils des Be schleunigungssensors gemäß Fig. 7A;

Fig. 8 ein Schaltbild, das eine Wheatstone-Brücken-Schaltung in dem Be schleunigungssensor der zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 9 eine schematische Aufsicht eines weiteren Strukturbeispiels des Sen sorteils des Beschleunigungssensors der Fig. 7A;

Fig. 10A eine schematische Aufsicht der Struktur einer dritten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 10B einen Schnitt längs der Linie XB-XB der Fig. 10A;

Fig. 10C eine schematische vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 10B;

Fig. 11 eine schematische vergrößerte Aufsicht eines Sensorteils des Be schleunigungssensors gemäß Fig. 10A;

Fig. 12A und 12B schematische Ansichten zur Erläuterung des Funktionsprinzips der dritten Ausführungsform;

Fig. 13A bis 13H Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Be schleunigungssensors gemäß der dritten Ausführungsform;

Fig. 14 eine schematische Aufsicht eines weiteren Strukturbeispiels eines Sen sorteils des Beschleunigungssensors der dritten Ausführungsform;

Fig. 15A bis 15C schematische Aufsichten der Struktur einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;

Fig. 16 ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltungsstruktur des Beschleu nigungssensors der vierten Ausführungsform zeigt;

Fig. 17 ein Schaltbild, das ein weiteres Beispiel der Schaltungsstruktur in dem Beschleunigungssensor der vierten Ausführungsform zeigt;

Fig. 18 eine schematische Aufsicht der Struktur eines Winkelbeschleunigungs sensors als eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 19 ein Schaltbild eines Beispiels einer Schaltung in dem Winkelbeschleu nigungssensor der fünften Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein SOI (Silicium-Auf-Isolator) Wafer für den Be schleunigungssensor verwendet. Es sind verschiedene SOI-Wafer-Herstellverfahren be kannt, beispielsweise ein Rekristallisationsverfahren, ein epitaxiales Wachsverfahren (SOS und ähnliches), ein Isolierschichteinbettverfahren (SIMOX und ähnliches) und ein Laminier verfahren; ein SOI-Wafer, wie er vorteilhafterweise für die Erfindung verwendet wird, wird durch eine direkte Verbindungstechnologie unter Verwendung eines Oxidfilms herge stellt. Genauer wird die Oberfläche eines 500 bis 700 µm dicken ersten Siliciumsubstrats (Haltesubstrat) zu einer Spiegelfläche poliert, wird auf der Oberfläche eines zweiten Silici umsubstrats (Substrat, das den beweglichen Teil bildet) ein einige µm dicker Oxidfilm aus gebildet, werden diese beiden Substrate zusammengebracht und die in enger Berührung be findliche Substrate in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt, um die beiden Substrate mit einander zu verbinden. Dann wird das zweite Substrat geschliffen und zu einem Präzisions spiegel poliert, um einen Oxidfilm der der zusammengefügten Fläche gegenüberliegenden Oberfläche zu entfernen und die Dicke des zweiten Substrates auf einen vorbestimmten Wert zu vermindern, beispielsweise auf 5 bis 10 µm um dadurch einen gewünschten SOI- Wafer zu erhalten.

Auf dem so erhaltenen SOI-Wafer wird eine Anzahl von Beschleunigungssensoren kollek tiv ausgebildet bzw. hergestellt. Genauer werden zunächst auf dem zweiten Siliciumsub strat ausgebildet: ein Sensorteil, auf dem ein bewegliches Teil mit einem Gewichtsteil und einem Tragteil ausgebildet sind, ein Halterahmenteil zum Halten der beiden Teile und eine Halbleiterdehnungsmeßeinheit, eine Verstärkerschaltung, eine digitale Einstellschaltung, eine Verdrahtung bzw. Leiterverbindungen, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse und ähnliches. Anschließend wird eine Isolierschicht (Opferoxidfilm) unter dem beweglichen Teil durch Ätzen entfernt. Dann kann der Wafer in einzelne Chips zerschnitten werden, um eine An zahl von Beschleunigungssensoren herzustellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor wird das dünnwandige bewegliche Teil auf dem zweiten Siliciumsubstrat auf dem dickwandigen ersten Siliciumsubstrat ausgebildet bzw. hergestellt, so daß bezüglich der Festigkeit aufgrund der Verwendung eines Wafers mit großem Durchmesser kein Problem besteht. Genauer wird, da das Sensorteil kleine Abmessungen hat, eine Resonanzstelle in einem hohen Frequenzbereich von etwa 40 bis 80 kHz hat und ein Wafer mit 500 bis 700 µm Dicke als das erste Siliciumsubstrat ver wendet wird, keine unzulässig hohe Verformung oder mechanische Spannung auf das dün ne Tragteil aufgrund von Resonanz des Wafers selbst ausgeübt. Daher kann eine Anzahl von Sensoren kollektiv zusammen hergestellt werden, wobei ein Wafer von großem Durch messer mit einem Durchmesser von 5, 6 oder 8 inch verwendet werden kann.

Beispiel 1

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist in den Fig. 3A, 3B und 4A und 4B dargestellt. Fig. 3A ist eine Aufsicht des Beschleunigungssensors, Fig. 3B eine Schnittansicht, geschnitten längs der Linie IIIB-IIIB der Fig. 3A, Fig. 4A ist eine vergrößerte Aufsicht des Sensorsteils und Fig. 4B ist ein Schnitt längs der Linie IVB-IVB der Fig. 4B.

Gemäß Fig. 3A und 3B ist eine SiO₂-Schicht 102 als elektrische Isolation und Opferschicht zwischen einem Siliciumsubstrat 100 und einem Siliciumdünnfilm 101 gebildet, wodurch ein Chip gebildet ist. Auf dem Siliciumdünnfilm 101 des Chips sind ein in der Mitte des Chips angeordnetes Sensorteil 103, eine digitale Einstellschaltung 104, eine Analogverstär kerschaltung 105, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 106 und digitale Einstellanschlüsse 107 ausgebildet. Die Analogverstärkerschaltung 105 dient dazu, ein Ausgangssignal des Sensor teils 103 zu verstärken. Die digitale Einstellschaltung 104 dient dazu, eine Empfindlich keitskompensation und eine Temperaturkompensation des Sensors auszuführen, die bei spielsweise als ein ROM ausgebildet ist. Die digitalen Einstellanschlüsse 107 dienen dazu, für Einstellzwecke Daten zu der digitalen Einstellschaltung 104 einzugeben.

Wie in Fig. 4A dargestellt, umfaßt das Sensorteil 103 Gewichtsteile 110 und vorstehende Teile (Tragteile 111a₁, 111a₂, 111b₁ und 111b₂) an seinen vier Ecken. Das Gewichtsteil 110 ist mit einem umgebenden Halterahmenteil 112 über die vorstehenden Teile (Tragteile) 111a₁, 111a₂, 111b₁ und 111b₂ an den vier Ecken integriert. Bei diesem Aufbau wird das Gewichtsteil 110 von zwei Sätzen von Tragteilen gehalten, d. h. auf dem Halterahmenteil 112 von einem ersten Tragteil mit den vorstehenden Teilen 111a₁ und 111a₂ und einem zweiten Tragteil mit den vorstehenden Teilen 111b₁ und 111b₂ gehalten. Bezugszeichen 108 bezeichnet Durchgangslöcher, die das zweite Siliciumsubstrat durchdringen, wobei un ter Verwendung dieser Durchgangslöcher die SiO₂-Schicht 102 unter dem Gewichtsteil 110 und den Tragteilen 111a₁, 111a₂, 111b₁ und 111b₂ durch Naßätzen (siehe Fig. 3B und 4B) entfernt wird. Im Ergebnis sind das Gewichtsteil 110 und das erste und das zweite Tragteil in eine Richtung senkrecht zu deren Oberfläche beweglich bzw. verschiebbar.

Das Gewichtsteil 110 und die Tragteile 111a₁, 111a₂, 111b₁ und 111b₂ haben gleiche Dicke, die beispielsweise 5 µm beträgt. Die Abmessungen des Gewichtsteils 110 sind bei spielsweise 850 µm × 600 µm und die Breite der Tragteile beträgt beispielsweise 30 µm. An den jeweiligen Halterahmenseiten und Gewichtsteilseiten an beiden Enden der Tragteile 111a₁, 111a₂, 111b₁ und 111b₂ sind insgesamt 8 Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 113a, 113b, 113c, 113d, 113e, 113f, 113g und 113h durch Diffusion eines Dotierungsmittels ausgebildet. 114 bezeichnet eine Verdrahtung bzw. Leiterbahnen zum Anschließen dieser Dehnungsmeßeinheiten und aus den Dehnungsmeßeinheiten wird eine Wheatstone-Brücke gebildet. Die Wheatstone-Brücke ist mit einer Konstantspannungsquelle V_CC und einer Erde GND verbunden und deren Ausgänge V+ und V- sind zu der Verstärkerschaltung 105 ge führt.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Beschleunigungsdetektorschaltung. Ausgänge V+ und V- der aus den acht Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 113a, 113b, 113c, 113d, 113e, 113f, 113g und 113h zusammengesetzten Wheatstone-Brücke werden der Verstärkungs schaltung 105 zugeführt und dort verstärkt. Wenn eine in Richtung des Pfeils in Fig. 4B wirkende Beschleunigung anliegt, werden die Dehnungsmeßeinheiten 113b, 113c, 113f und 113g an der Gewichtsteilseite mit einer Kompressionsspannung beaufschlagt, so daß ein Widerstandswert vermindert ist, und die halterahmenseitigen Dehnungsmeßeinheiten 113a, 113d, 113e und 113h werden mit einer Zugspannung beaufschlagt, so daß ein Widerstands wert vergrößert ist. Im Ergebnis wird von der Wheatstone-Brücke ein der Größe der Be schleunigung entsprechendes Sensorausgangssignal erhalten, das von der Verstärkerschal tung 105 verstärkt wird. Weiter werden Daten Vg zur Empfindlichkeitskompensation, Da ten TCS und eine Offset-Spannung V_off (Sensorausgangssignal bei keiner anliegenden Be schleunigung) zum Kompensieren der Temperaturcharakteristik der Empfindlichkeit, und Daten ΔV_off zum Kompensieren einer Abweichung der Offset-Spannung aus der digitalen Einstellschaltung 104 in die Verstärkerschaltung eingegeben. Das Ausgangssignal der Ver stärkerschaltung wird als ein Ausgangssignal V_out über ein Hochpaßfilter 116 und ein Tief paßfilter 117 erhalten. Auf diese Weise kann als Brückenausgangsspannung V_out ein Detek tionsergebnis abgenommen werden, das entsprechend der jeweiligen Notwendigkeit kom pensiert ist. Das Hochpaßfilter 116 und das Tiefpaßfilter 117 können externe Schaltungen sein oder Einstellungsteile von deren Frequenz empfindlichen Bereichen können in die di gitale Einstellschaltung 104 eingebaut sein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Gewichtsteil 110 mittels der beiden paralle len Tragteile 111a und 111b, die an beiden Seiten ausgebildet sind, an dem Halterahmen teil 112 beweglich gehalten. Dies verhindert einen Meßfehler aufgrund einer Torsionsde formation der Tragteile, die bei einem herkömmlichen Beschleunigungssensor gemäß Fig. 1A und 1B auftreten kann. Da an beiden Seiten der Brücke bei der vorliegenden Ausfüh rungsform zwei Dehnungsmeßeinheiten angeordnet sind, kann die Empfindlichkeit des Sen sors vergrößert werden. Da die Wheatstone-Brücke aus Halbleiterdehnungsmeßeinheiten gebildet ist, ist bei der vorliegenden Erfindung weiterhin, selbst wenn Fremdmaterial einer Größe, die die Bewegung des Gewichtsteils nicht stört, zwischen den Sensorteil 103 und das Siliciumsubstrat 100 eindringt, der Einfluß auf die Sensorcharakteristik im Gegensatz zu der kapazitiven Bauart gering.

Weiterhin ist der Beschleunigungssensor der vorliegenden Ausführungsform mit einer Funktion versehen, zu bestätigen, ob oder ob nicht die Sensorfunktion normal ist, d. h. ei ner Selbstprüffunktion. Diese wird, wie folgt, durchgeführt. Silicium mit geringem Wider stand wird als das Siliciumsubstrat 100 verwendet, eine an der Rückseite vorgesehene Elektrode 115 (in Fig. 5 ist sie der Einfachheit halber an der Oberfläche dargestellt) wird extern mit einer Spannung V_self beaufschlagt, um eine Potentialdifferenz zwischen dem Sili ciumsubstrat 100 und dem Siliciumdünnfilm 101 zu erzeugen, der Sensor 103 wird von der elektrostatischen Kraft verschoben und dabei wird von der Brücke eine Ausgangsspannung festgestellt. Der Spalt zwischen dem Siliciumsubstrat 100 und dem Siliciumdünnfilm 101 wird durch die Dicke der SiO₂-Schicht dazwischen bestimmt. Mit anderen Worten kann das Spaltmaß in einfacher Weise durch Steuern der Dicke der SiO₂-Schicht bei der Herstel lung des SOI-Wafers kontrolliert werden. Da die Größe der mittels der anliegenden Span nung erzeugten elektrostatischen Kraft in einfacher Weise und genau berechnet werden kann, ist somit eine Selbstdiagnose (Selbstprüfung) möglich, indem die Beziehung zwischen der Größe der AC oder DC Spannung an der Elektrode 115 und dem Sensoraus gangssignal geprüft wird. Da die Abmessungen des beweglichen Teils mit dem Gewichts teil und den Tragteilen bei der Konstruktion bestimmt werden, kann naturgemäß ein Span nungsbereich zum Erzeugen einer Verschiebung, die das Siliciumsubstrat nicht berührt, in einfacher Weise bestimmt werden.

Im folgenden wird ein Herstellverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6H beschrieben. Die Fig. 6A bis 6H zeigen jeweils Querschnitte längs der Linie IB-IB der Fig. 4A.

(a) Wie in Fig. 6A gezeigt, wird ein SIO-Wafer vorbereitet, der das mittels des oben be schriebenen direkten Verbindungsverfahrens hergestellte Siliciumsubstrat 100, die SiO₂-Schicht 102 und den Siliciumdünnfilm 101 umfaßt. In der vorliegenden Ausfüh rungsform wird ein Wafer mit 6 inch Durchmesser verwendet und das Siliciumsub strat 100, die SiO₂-Schicht 102 und der Siliciumdünnfilm 101 haben Dicken von 625 µm, 1 µm und 5 µm. In diesem Zustand wird Bor oder Phosphor an Stellen, die den Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 108a bis 108h des Siliciumdünnfilms 101 entspre chen, Ionen implantiert, um Diffusionswiderstände zu bilden. Die digitale Einstell schaltung 104, die analoge Verstärkerschaltung 105, die Anschlüsse 106 und 107, die Verdrahtung und andere für die Schaltung erforderlichen Komponenten werden in diesem Zustand auf dem Siliciumdünnfilm 101 ausgebildet.
(b) Wie in Fig. 6B dargestellt, wird auf der gesamten Oberfläche des Wafers ein Schutzfilm 90 vorgesehen, die Durchgangslöcher 108, die den Siliciumdünnfilm 101 durchdringen, werden durch Pattern (Bemustern) und Ätzen (Naß- oder Trocken ätzen) geöffnet, um das Gewichtsteil und die Tragteile, die den am Rand verbleiben den Halterahmen anschließen, auszubilden. Dabei werden die Durchgangslöcher 108 auch in dem Gewichtsteil ausgebildet.
(c) Wie in Fig. 6C dargestellt, bleibt der Schutzfilm 90 zum Herstellen der Durchgangs löcher 108 erhalten wie er ist und die SiO₂-Schicht 102 unter dem Gewichtsteil und den Tragteilen wird durch Naßätzen unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoff säure (HF+NH₄F) entfernt.
(d) Wie in Fig. 6D dargestellt, wird der Schutzfilm entfernt und ein Schutzlack 118 wird wiederum auf die gesamte Waferoberfläche aufgebracht, wobei eine Schleuder verwendet wird. Dieser Schutzlack dient dazu, den Sensorteil und Schaltungen bei dem nachfolgenden Schneidprozeß zu schützen, und dient weiter dazu, zu verhin dern, daß Fremdmaterial in den Spalt zwischen dem Sensorteil und dem Siliciumsub strat eindringt.
(e) Wie in Fig. 6E gezeigt, werden durch Schneiden Schlitze 119 zum Teilen des Chips ausgebildet, wobei eine kleine Dicke des Wafers verbleibt.
(f) Wie in Fig. 6F dargestellt, wird der Schutzlack auf dem Wafer durch Veraschen un ter Verwendung eines O₂-Plasmas entfernt.
(g) Wie in Fig. 6G dargestellt, wird der Chip unter Verwendung eines Werkzeugs 120 zum Konzentrieren einer mechanischen Spannung auf die Schlitze 119 geteilt.
(h) Im Ergebnis ist, wie in Fig. 6H gezeigt, ein unterteilter Chip 121 fertig.

Auf diese Weise kann eine Anzahl von Beschleunigungssensoren zusammen aus einem Wa fer mit großem Durchmesser hergestellt werden und es kann verhindert werden, daß Fremdmaterial in den Spalt zwischen dem Siliciumsubstrat und dem beweglichen Sensorteil während des Herstellverfahrens eindringt.

Ausführungsform 2

In den Fig. 7A und 7B ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Be schleunigungssensors gezeigt. Fig. 7A ist eine Aufsicht und Fig. 7B ist eine vergrößerte Ansicht des Sensorteils.

Gemäß Fig. 7A ist ein Chip ähnlich wie in Fig. 3A und 3B aufgebaut. Auf dem Silicium dünnfilm 101 des Chips sind in der Mitte ein Sensorteil 200, eine digitale Einstellschaltung 104, eine analoge Verstärkerschaltung 105, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 106 und digitale Einstellanschlüsse 107 ausgebildet. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Aufbau des Sensorteils und dem Layout der Halblei terdehnungsmeßeinheiten in Verbindung mit dem Sensorteilaufbau. Da andere Teile die gleichen Teile wie bei der ersten Ausführungsform sind, fehlt ihre detaillierte Beschrei bung.

Das Sensorteil 200 enthält zwei Gewichtsteile 201a und 201b und sechs Verbindungsteile 211a₁, 211a₂, 211a₃, 211b₁, 211b₂, und 211b₃ zum Verbinden der beiden Gewichtsteile mit einem Halterahmenteil 212 und zum Verbinden der beiden Gewichtsteile miteinander. Die beiden Gewichtsteile und deren Umfang sind mit Durchgangslöchern wie das Gewichtsteil der Fig. 1 ausgebildet, und die SiO₂-Schicht unter den beiden Gewichtsteilen und den sechs Verbindungsteilen ist durch Ätzen entfernt. Daher sind die beiden Gewichtsteile mit dem umlaufenden Halterahmenteil 212 über die Verbindungsteile 211a₁, 211a₃, 211b₁ und 211b₃ integriert, wodurch sie in Richtung senkrecht zur Papierebene verschiebbar sind. Bei die sem Aufbau werden die beiden Gewichtsteile 201a und 201b von dem Halterahmenteil 212 über zwei Sätze paralleler Tragteile getragen bzw. gehalten, d. h. einem ersten Tragteil, das die Verbindungsteile 211a₁, 211a₂ und 211a₃ enthält, und einem zweiten Tragteil, das die Verbindungsteile 211b₁, 211b₂ und 211b₃ enthält.

Durch Diffusion eines Dotierungsmittels sind an den Verbindungsteilen 211a₁ und 211a₂ des ersten Tragteils und an den Verbindungsteilen 211b₂ und 211b₃ des zweiten Tragteils Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 213a, 213b, 213c und 213d ausgebildet. Um die Empfind lichkeit zu erhöhen, ist die Dicke des Tragteils vorzugsweise kleiner als die Dicke des Ge wichtsteils (Dicke des Siliciumdünnfilms). Bei der vorliegenden Ausführungsform hat das Tragteil eine Dicke von 2 µm während das Gewichtsteil eine Dicke von 5 µm hat.

Der Beschleunigungssensor der vorliegenden Ausführungsform kann mit dem gleichen Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt werden. Um die Dicke des Tragteils zu vermindern, wird in der vorstehenden Verfahrensstufe (a) jedoch vor der Aus bildung der Halbleiterdehnungsmeßeinheiten, der Schaltungen und ähnlichem die Dicke des Tragteils mittels Muster- bzw. Patternätzung vermindert.

Fig. 8 zeigt die Wheatstone-Brücken-Schaltung der vorliegenden Ausführungsform. Wenn eine Beschleunigung in Richtung zum Siliciumsubstrat in Dickenrichtung des Gewichtsteils des Beschleunigungssensors gemäß Fig. 7B wirkt, wird auf die Tragteile in dem Teil, in dem die Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 213b und 213d ausgebildet sind, eine Kompres sionsspannung ausgeübt, und auf den Teil, in dem die Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 213a und 213c ausgebildet sind, wirkt eine Zugspannung. Daher nimmt der Widerstand der Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 213b und 213d ab und der Widerstand der Halbleiter dehnungsmeßeinheiten 213a und 213c nimmt zu. Unter diesen Wirkungen wird von der Wheatstone-Brücken-Schaltung eine der Beschleunigungsänderung entsprechende Span nungsänderung als Ausgangssignal abgegeben.

Fig. 9 zeigt ein weiteren Beispiel des Aufbaus des Sensorbereiches mit zwei Gewichtstei len. Im Gegensatz zu dem Sensorteil gemäß Fig. 7 sind die Gewichtsteile 201a und 201b mit dem Halterahmenteil über drei Sätze paralleler Tragteile 211c₁ und 211c₂, 211d₁ und 211d₂, 211d₁ und 211d₂ verbunden. Die Gewichtsteile 201a und 201b sind, wie im Beispiel der Fig. 7B, mit zwei parallelen Tragteilen 211a und 211b verbunden. Die Tragteile 211d₁, 211a, 211b und 211d₂ sind mit Halbleiterdehnungsmeßeinheiten 213a, 213b, 213c und 213d versehen, wodurch eine Wheatstone-Brücke gebildet ist. Da an der Oberfläche des Tragteils von einer Beschleunigung eine Dehnung bzw. Spannung hervorgerufen wird, wird zur Erhöhung der Stabilität der Verdrahtung als Verdrahtung zum Verbinden der je weiligen Dehnungsmeßeinheiten keine normale A1-Verdrahtung (A1-Verdrahtung wird auf Silicium über eine Isolierschicht ausgebildet) verwendet, sondern eine Diffusionsverdrah tung. Dabei ist die Diffusionsverdrahtung ein Schichtwiderstand und der Wert wird durch die Länge und die Breite bestimmt. Beim Beispiel der Fig. 7A und 7B sind in dem Be reich, in dem die Dehnungsmeßeinheiten des Tragteils ausgebildet sind, der das Gewichts teil und das Halterahmenteil verbindet, zwei Verdrahtungen auf einem einzigen Tragteil notwendig, wodurch die Verdrahtung eine kleine Breite erhält und der Widerstandswert des Schichtwiderstandes zunimmt und die Empfindlichkeit in diesem Ausmaß vermindert ist. Bei dem Beispiel der Fig. 9 dagegen genügt eine einzige Verdrahtung bzw. Leitung für jedes Tragteil, wodurch die Verdrahtungsbreite erhöht werden kann und eine Verdrahtung bzw. Leitung mit geringem Widerstand verwendet werden kann, wodurch die Abnahme der Empfindlichkeit vermindert wird.

Die vorliegende Erfindung ist zwar mit einer solchen Wheatstone-Brücke konstruiert; es kann jedoch jedwelche Kombination verwendet werden, die eine entsprechende Meßwert änderung liefert, so daß die Erfindung nicht auf das Layout und die Kombination gemäß den Fig. 7A und 7B, Fig. 9 und Fig. 8 beschränkt ist.

Ausführungsform 3

Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist in den Fig. 10A, 10B und 10C dargestellt. Fig. 10A ist eine Aufsicht, Fig. 10B ist eine Schnitt ansicht, geschnitten längs der Linie XB-XB der Fig. 10A und Fig. 10C ist eine vergrößerte Ansicht des Sensorteils der Fig. 10B.

Wie bei der ersten Ausführungsform ist eine SiO₂-Schicht 102 zur elektrischen Isolation und als Opferschicht zwischen dem Siliciumsubstrat und dem Siliciumdünnfilm 101 ausge bildet, wodurch ein Chip gebildet ist. Auf dem Siliciumdünnfilm 101 sind ein Sensorteil 300, eine digitale Einstellschaltung 104, eine Analogverstärkerschaltung 105, Eingangs-/ Ausgangsanschlüsse 106 und digitale Einstellanschlüsse 107 ausgebildet. Die SiO₂-Schicht unter dem in der Mitte des Chips angeordneten Sensorteil 300 ist durch Ätzen entfernt, wie bei den Ausführungsformen 1 und 2. Wie im folgenden beschrieben, kann das Sensor teil zum Selbsttest durch Aniegen einer Spannung zwischen das Siliciumsubstrat 100 und den Sensorteil 300 verschoben werden.

Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf das Sensorteil. Das Sensorteil 300 enthält ein Gewichtsteil 302 in dem ein magnetischer Dünnfilm 301 des NbFeB-Typs oder des SmCo- Typs oder ähnliches als ein dünner Filmmagnet auf der Oberfläche des Siliciumdünnfilms mittels eines Vakuumabscheideverfahrens oder eines Sputter-Verfahrens oder auf ähnliche Weise aufgebracht ist, und ein elastisches Tragteil 303 zum Verbinden des Gewichtsteils und des Halterahmenteils 112. Das SiO₂ unter dem Sensorteil 300 wird, wie oben beschrie ben, entfernt, und der Siliciumdünnfilm am Umfang des Sensorteils wird ebenfalls ent fernt, um ein Durchgangsloch für die Opferschichtätzung zu bilden. Das Gewichtsteil 302 mit dem magnetischen Dünnfilm 301 auf der Oberfläche ist mit dem Halterahmenteil über das elastische Tragteil 303 integriert; wenn eine Beschleunigung senkrecht zur Papierfläche auf das Gewichtsteile 302 wirkt, wird das elastische Tragteil 303 verbogen und das Ge wichtsteil kann verschoben werden. Auf dem Halterahmenteil ist am Umfang des Durch gangsloches 108 eine Detektorspule 304, die das Gewichtsteil umgibt, unter Verwendung einer Dünnfilmtechnik ausgebildet.

Fig. 12A und 12B sind Diagramme zur Erläuterung des Funktionsprinzips der vorliegen den Erfindung. Wenn gemäß Fig. 12A eine Beschleunigung auf den Sensor und das Ge wichtsteil 302 wirkt und sich der magnetische Dünnfilm 301 entsprechend aufwärts be wegt, fließt entsprechend der Lenz'schen Regel ein Strom I in der Detektorspule 304 ent sprechend einer Änderung der Beschleunigung des magnetischen Dünnfilms 301. Wenn der magnetische Dünnfilm dagegen gemäß Fig. 12B abwärts bewegt wird, fließt ein Strom in Gegenrichtung zur Fig. 12A in der Detektorspule 304. Der so erzeugte Induktionsstrom kann einer Integrationsschaltung oder ähnlichem zugeführt werden, um eine Beschleuni gung zu erfassen, zu einer 2-stufigen Integrationsschaltung, um eine Geschwindigkeit zu erfassen, und zu einer 3-stufigen Integrationsschaltung, um eine Verschiebung zu erfassen.

Ein Produktionsverfahren für die vorliegende Ausführungsform ist in den Fig. 13A bis 13H gezeigt. Fig. 13A bis 13H sind Schnittansichten, die der Fig. 10B entsprechen.

(a) Gemäß Fig. 13A wird ein SOI-Wafer vorbereitet, der das nach dem vorstehend be schriebenen direkten Verbindungsverfahren hergestellte Siliciumsubstrat 100, die SiO₂-Schicht und den Siliciumdünnfilm 101 enthält. In diesem Zustand wird der magnetische Dünnfilm 301 mittels eines Vakuumablagerungsverfahrens oder eines Sputterverfahrens an der Stelle aufgebracht, die dem Gewichtsteil des Siliciumdünn films entspricht, und am Umfang wird eine Detektorspule ausgebildet. Die digitale Einstellschaltung 104, die Analogverstärkerschaltung 105, die Anschlüsse 106 und 107, die Verdrahtung und andere für die Schaltung notwendige Einrichtungen wer den in diesem Zustand auf dem Siliciumdünnfilm 101 ausgebildet.
(b) Wie in Fig. 13B gezeigt, wird ein Schutzfilm 90 auf die gesamte Oberfläche des Wafers aufgebracht, die Durchgangslöcher 108, die den Siliciumdünnfilm 101 durch dringen, werden durch Pattern (Musterbildung) und Ätzen (Naß- oder Trockenätzen) geöffnet, um das Gewichtsteil 302 und das elastische Tragteil 303 auszubilden, das die Verbindung mit dem Halterahmenteil bildet.
(c) Wie in Fig. 13C dargestellt, bleibt der Schutzfilm 90 zur Ausbildung der Durch gangslöcher 108 wie er ist und wird die Siliciumschicht 102 unter dem Gewichtsteil und dem Tragteil durch Naßätzen unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoff säure entfernt.
(d) Wie in Fig. 13D gezeigt, wird der Schutzfilm entfernt und ein Schutzlack 118 wird wiederum auf die gesamte Waferoberfläche unter Verwendung einer Schleuder auf gebracht. Dieser Schutzlack dient dazu, das Sensorteil und die Schaltungen im nach folgenden Schneidprozeß zu schützen und verhindert, daß Fremdmaterial in den Spalt zwischen dem Sensorteil und dem Siliciumsubstrat eindringt.
(e) Wie in Fig. 13E dargestellt, werden durch Schneiden Schlitze 119 zum Teilen des Chips ausgebildet, wobei eine kleine Dicke des Wafers bleibt.
(f) Gemäß Fig. 13F wird der Schutzlack auf dem Wafer durch Veraschen mittels eines O₂-Plasmas entfernt.
(g) Gemäß Fig. 13G wird der Chip unterteilt, wobei ein Werkzeug 120 zum Konzentrie ren einer mechanischen Spannung auf die Schlitze 117 verwendet wird.
(h) Als Ergebnis ist gemäß Fig. 13H ein geteiltes Chip 121 fertiggestellt.

Auf diese Weise kann eine Anzahl von Beschleunigungssensoren zusammen aus einem Wa fer mit großem Durchmesser hergestellt werden und es kann verhindert werden, daß Fremdmaterial in den Spalt zwischen dem Siliciumsubstrat und dem beweglichen Sensorteil bei der Herstellung eindringt.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Konstruktionsbeispiel des Sensorteils. Das Gewichtsteil mit dem auf seiner Oberfläche ausgebildeten magnetischen Dünnfilm wird von einer Mehrzahl elastischer Tragteile 303a und 303b getragen. Eine Verschiebung des Gewichtsteils und entsprechend des magnetischen Dünnfilms 301 geschieht in diesem Fall in einer Richtung senkrecht zur Papierebene.

Ausführungsbeispiel 4

Eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist in den Fig. 15A, 15B und 15C gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Sensorteile der vor stehend beschriebenen dritten Ausführungsform in Serie miteinander verbunden. Wenn ein Signal eines einzigen Sensors verstärkt wird, wird es bei einem Sensor mit einer gewöhnli chen Halbleiterdehnungsmeßeinheit, einem Sensor der elektrostatischen kapazitiven Bauart oder ähnlichem im allgemeinen von einer Verstärkerschaltung verstärkt. Bei dem Beschleu nigungssensor der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch aufgrund seiner grundsätzli chen Charakteristik durch Verbinden einer Mehrzahl von Sensoren in Reihe möglich, eine Verstärkung entsprechend der Anzahl der miteinander verbundenen Sensoren zu erreichen. Fig. 15A zeigt einen Sensor 401 für niedrige Beschleunigung, bei dem eine große Zahl von Sensorteilen 300 miteinander verbunden sind; Fig. 15B zeigt einen Sensor 402 für mittlere Beschleunigung, bei dem eine mittlere Anzahl von Sensorteilen 300 verbunden sind, und Fig. 15C zeigt einen Sensor 403 für große Beschleunigungen, der nur ein einzi ges Sensorteil 300 aufweist. Wenn eine Mehrzahl von Sensoren mit unterschiedlichem Er fassungsbereich auf einem einzigen Chip ausgebildet sind, und die Ausgänge der Mehrzahl der Sensoren selektiert werden und einem Verstärker zugeführt werden, kann ein einziger Beschleunigungssensor zum Erfassen von Beschleunigungen über einen weiten Bereich ver wendet werden.

Ein Beispiel einer Schaltung der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 16 und 17 ge zeigt. In beiden Figuren sind der Einfachheit halber nur zwei Detektorspulen von zwei Sensorteilen gezeigt. Ein in der Detektorspule 304 des Sensorteils 300 induzierter Induk tionsstrom wird von einem Spannungsumwandlungswiderstand 411 in eine Ausgangsspan nung umgewandelt und über eine Verstärkerschaltung 105 mit einer Einstellfunktion durch die digitale Einstellschaltung 104, ein Hochpaßfilter 116, ein Tiefpaßfilter 117 und ähnli ches nach außen abgegeben. Fig. 16 zeigt ein Beispiel, bei dem die digitale Einstellschal tung 104 und die Verstärkerschaltung 105 nicht auf dem Chip vorgesehen sind, auf dem das Sensorteil ausgebildet ist, und Fig. 17 zeigt ein Beispiel, bei dem diese Teile auf dem gleichen Chip wie das Sensorteil ausgebildet sind.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 10C gezeigt, eine Selbstprüfung möglich, bei der der Sensor von einer elektrostatischen Kraft bewegt wird, die erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen das Siliciumsubstrat 100 und das Sensorteil 300 gelegt wird, und ein Induktionsstrom, der entsprechend der dabei erfolgenden Bewegung des Sen sorteils in der Detektorspule induziert wird, wird von der Verstärkerschaltung 105 ver stärkt. Weiter ist es bei der vorliegenden Ausführungsform auch möglich, eine Selbstprü fung durchzuführen, indem Wahlschalter 412 und 413 zum Wählen zwischen einer norma len Beschleunigungsdetektion und einer Selbstprüfung verwendet werden. Die Schalter werden so gewählt bzw. geschaltet, daß ein Strom zu den Erfassungsanschlüssen 414 und 415 und zu dem Selbstprüfanschluß 416 beim Selbstprüfen fließt. Beim Selbstprüfen wer den die Detektorspulen 304 mit einem Pulsausgangssignal beaufschlagt, um das Sensorteil 300 mit einer impulsförmigen elektromagnetischen Kraft zu beaufschlagen und das Ge wichtsteil 302 zu bewegen; eine dabei erfolgende Antwort wird verarbeitet und von Schal tungen nach der Verstärkerschaltung geprüft, wodurch die Selbstprüfung durchgeführt wird. Entsprechend diesen Verfahren kann die Selbstprüffunktion mittels einer einfacheren Sensorkonstruktion durchgeführt werden. Weiter ist es zusätzlich zu den vorstehend be schriebenen Verfahren auch möglich, die Selbstprüfung durch ein Verfahren durchzufüh ren, bei dem ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet in der Nähe des Sensorteils 300 angeordnet ist, ein Magnetfeld von außen auf das Sensorteil aufgebracht wird und ein von dem Detektorspulen 304 erzeugter Induktionsstrom erfaßt wird, wenn das Sensorteil von dem Magnetfeld bewegt wird.

Es ist überflüssig zu sagen, daß diese Selbstprüffunktionen bei dem Beschleunigungssensor der dritten Ausführungsform vorgesehen sein können.

Ausführungsform 5

Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 18 dargestellt. Diese Ausführungsform kombiniert zwei Einheiten der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 10 oder der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 15 zum Erfassen einer Winkelbeschleuni gung. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Einheiten jedes der Sensoren 300L und 300R symmetrisch an der linken und der rechten Seite einer Erfassungsachse 500 an geordnet. Wenn sich eine Winkelbeschleunigung um die Erfassungsachse herum ändert, bewegt sich beispielsweise das Gewichtsteil in dem linksseitigen Sensor aufwärts und das Gewichtsteil in dem rechtsseitigen Sensor abwärts.

Wie in Fig. 19 gezeigt, sind diese Sensoren so verdrahtet, daß sie eine geschlossene Schleife bilden, so daß die Ströme in den Detektorspulen 304L und 304R der linken und rechten Sensoranordnung in gleicher Richtung fließen, wenn eine Änderung der Winkelbe schleunigung um die Erfassungsachse 500 auftritt. Dieser Strom wird, wie bei der vierten Ausführungsform, mittels des Spannungswandlungswiderstandes 411 in eine Spannung um gewandelt, integriert und verstärkt. Dies ermöglicht, daß der Sensor als Winkelbeschleuni gungssensor zum Feststellen einer Winkelbeschleunigung um die Erfassungsachse 500 ver wendet werden kann.

Wie vorstehend beschrieben, hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:

1. Da die Beschleunigungssensoren unter Verwendung eines Wafers mit großem Durchmesser hergestellt werden können, ist eine Kostenreduzierung möglich.
2. Beim Schneidprozeß zum Teilen des Wafers in die jeweiligen Chips mit den darauf ausgebildeten Beschleunigungssensoren ist das Eindringen von Fremdmaterial in die Sensorstruktur vermindert, wodurch eine hohe Ausbeute beim Herstellverfahren erzielt wird.
3. Da ein Detektionsprinzip mittels einer Halbleiterdehnungsmeßeinheit oder eines magnetischen Dünnfilms oder einer Spule verwendet wird, ist der Einfluß auf das Sensorsignal gering, wenn kleine Fremdmaterialien von einer Größe, die die Bewegung der Sensorstruktur nicht stört, in dem Spalt vorhanden sind.
4. Es kann ein Beschleunigungssensor mit einem großen Meßbereich und einer großen Empfindlichkeit zur Verfügung gestellt werden.
5. Da massives bzw. Siliciumsubstrat für die Sensorstruktur verwendet wird, kann ein hochverläßlicher Beschleunigungssensor mit Wiederholbarkeit der mechanischen Eigenschaften geschaffen werden.
6. Die Erfindung kann für einen Winkelbeschleunigungssensor verwendet werden.

Die Erfindung wurde im Detail bezüglich bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Aus dem Vorstehenden ist es für den Fachmann klar, daß Änderungen und Modifizierun gen durchgeführt werden können, ohne grundsätzlich von der Erfindung abzuweichen und die Erfindung gemäß den Ansprüchen deckt alle solche Änderungen und Modifizierungen ab, die innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens liegen.

Claims

1. Beschleunigungssensor, enthaltend
ein Halterahmenteil (112; 212) und eine Sensorstruktur (103; 200) mit wenigstens einem verschiebbaren Gewichtsteil (110; 201a, 201b) und einem Tragteil (111; 211) zum Verbinden des Gewichtsteils mit dem Halteteil, welches Halterahmenteil und welche Sensorstruktur auf einem Siliciumsubstrat (100) über einer Isolierschicht (102) ausgebildet sind,
wobei die Isolierschicht (102) zwischen der Sensorstruktur (103; 200) und dem Siliciumsubstrat (100) entfernt ist, das Tragteil (111; 211) eine Mehrzahl von Sätzen von Trägern (111a₁, 111a₂, 111b₁, 111b₂; 211a₁, 211a₂, 211a₃; 211b₁, 211b₂, 211b₃) aufweist, die parallel zueinander sind, das Gewichtsteil (110; 201, 201b) mit dem Halterahmenteil (112; 212) über die Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger verbunden ist und wenigstens zwei Halbleiterdehnungsmeßeinheiten (113; 213) auf der Oberfläche wenigstens eines Satzes der Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger ausgebildet sind.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsteil (110) eine Einheit ist, die Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger (111a₁, 111a₂, 111b₁, 111b₂) an vier Eck bereichen des Gewichtsteils vorstehend ausgebildet ist, vier Halbleiterdehnungsmeßein heiten (113) an den Oberflächen der Mehrzahl von Sätzen von Trägern ausgebildet sind, wodurch eine Wheatstone-Brücke gebildet ist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei zwei Einheiten der Gewichtsteile (201a, 201b) vorgesehen sind, die Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger (211a₁, 211a₂, 211a₃; 211b₁, 211b₂, 211b₃) zwischen den beiden Gewichtsteilen und dem Halterahmenteil (212) und zwischen den beiden Gewichtsteilen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Halbleiterdehnungsmeßeinheit (213a, 213b, 213c, 213d) an jeder Oberfläche wenigstens eines der Träger zwischen einem der beiden Gewichtsteile (201a, 201b) und dem Halterahmenteil (212) der Mehrzahl von Sätzen paralleler Träger, wenigstens einem der Träger zwischen dem anderen der beiden Gewichtsteile und dem Halterahmenteil und einem Träger zwischen den beiden Gewichtsteilen ausgebildet ist, wo durch eine Wheatstone-Brücke gebildet ist.

4. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke des Tragteils (211) kleiner ist als die des Gewichtsteils (201a, 201b).

5. Beschleunigungssensor, enthaltend
ein Halterahmenteil (112), und
eine Sensorstruktur (300) mit einem verschiebbaren Gewichtsteil (302) mit einem an der Oberfläche ausgebildeten magnetischen Dünnfilm (301) und einem Tragteil (303) zum Verbinden des Gewichtsteils mit dem Halterahmenteil,
welches Halterahmenteil und welche Sensorstruktur auf einem Siliciumsubstrat (100) über einer Isolierschicht (202) ausgebildet sind,
wobei die Isolierschicht (202) zwischen der Sensorstruktur (300) und dem Sili ciumsubstrat (100) entfernt ist und an dem Halterahmenteil (112) an dem Umfang des Gewichtsteils (302) eine Spule (304) ausgebildet ist, die das Gewichtsteil umgibt.

6. Beschleunigungssensor enthaltend
ein Halterahmenteil (112) und eine Mehrzahl von Sensorstrukturen (300) mit verschiebbaren Gewichtsteilen, auf deren Oberflächen magnetische Filme ausgebildet sind, und
Tragteilen zum Verbinden der Gewichtsteile mit dem Halterahmenteil, welches Halterahmenteil und welche Sensorstrukturen auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolier schicht ausgebildet sind,
wobei die Isolierschicht zwischen der Mehrzahl von Sensorstrukturen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, Spulen jeweils so auf dem Halterahmenteil an dem Umfang der Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die Gewichtsteile umgeben, und
die Mehrzahl von Spulen in Reihe geschaltet ist.

7. Beschleunigungssensor, enthaltend
eine Mehrzahl von auf einem gleichen Halbleiterchip ausgebildeten Sensorgruppen,
wobei die Mehrzahl von Sensorgruppen jeweils die Mehrzahl von Sensorstrukturen und die Mehrzahl von in Reihe geschalteten Detektorspulen gemäß Anspruch 6 enthält, und sich in der Anzahl der Sensorstrukturen und Detektorspulen zwischen der Mehrzahl von Sensorgruppen unterscheidet.

8. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter enthaltend eine Vorrichtung (115; 412, 413, 416) zum Durchführen einer Selbstdiagnose.

9. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Verstär kerschaltung (105) und eine digitale Einstellschaltung (107) auf dem Halbleiterchip, auf dem der Beschleunigungssensor ausgebildet ist, ausgebildet sind.

10. Winkelbeschleunigungssensor, enthaltend eine erste Sensorgruppe (300L) mit einem ersten Halterahmenteil und einer Mehrzahl von ersten Sensorstrukturen mit verschiebbaren ersten Gewichtsteilen, auf deren Oberflächen magnetische Dünnfilme ausgebildet sind, und ersten Tragteilen zum Verbinden der ersten Gewichtsteile mit dem ersten Halteteil, welches erste Halterahmenteil und erste Sensorstrukturen auf einem Siliciumsubstrat über einer Isolierschicht ausgebildet sind, wobei die Isolierschicht zwischen der Mehrzahl von ersten Sensorstrukturen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, erste Detektorspulen derart auf dem ersten Halterahmenteil an den jeweiligen Umfängen der ersten Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die ersten Gewichtsteile umgeben, und die Mehrzahl der ersten Detektorspulen in Reihe geschaltet ist;
eine zweite Sensorgruppe (300R) mit einem zweiten Halterahmenteil und einer Mehrzahl von zweiten Sensorstrukturen mit verschiebbaren zweiten Gewichtsteilen, auf de ren Oberflächen magnetischen Dünnfilme ausgebildet sind, und zweiten Tragteilen zum Verbinden der zweiten Gewichtsteile mit dem zweiten Halterahmenteil, welches zweite Halterahmenteil und Sensorstrukturen auf dem Siliciumsubstrat über einem Isolierfilm aus gebildet sind,
wobei der Isolierfilm zwischen der Mehrzahl von Sensorstrukturen und dem Siliciumsubstrat entfernt ist, zweite Detektorspulen jeweils derart auf dem zweiten Halteteil an den jeweiligen Umfängen der zweiten Gewichtsteile ausgebildet sind, daß sie die zweiten Gewichtsteile umgeben, und die Mehrzahl der zweiten Detektorspulen in Reihe geschaltet ist, welche erste und zweite Sensorgruppen auf dem gleichen Halbleiterchip aus gebildet sind;
wobei die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe die gleiche Anzahl von Sensorstrukturen aufweisen und die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe symmetrisch um eine Erfassungsachse (500) als eine Symmetrieachse angeordnet sind;
die ersten und die zweiten Detektorspulen der ersten und zweiten Sensorgruppen geschlossene Schleifen bilden, so daß die durch die Mehrzahl der ersten und zweiten De tektorspulen der ersten und zweiten Sensorgruppen fließenden Ströme die gleichen Rich tung haben, wenn eine Winkelbeschleunigung um die Erfassungsachse entsteht;
und eine Einrichtung (105) zum Verstärken der Signale aus der Mehrzahl der ersten und zweiten Detektorspulen und eine Einrichtung zum Integrieren der Ausgangssignale der Mehrzahl der Detektorspulen zum Ausgeben eines Winkelbeschleunigungssignals.

11. Herstellverfahren für einen Beschleunigungssensor, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält:

(a) einen Schritt zum Herstellen eines SOI-Wafers mit einem Siliciumsubstrat (100), einer SiO₂-Schicht (102) und einem Siliciumdünnfilm (101);
(b) einen Schritt zum Ionenimplantieren eines Dotierungsmittels an einer Stelle, die einer Halbleiterdehnungsmeßeinheit des Siliciumdünnfilms entspricht, um einen Diffusionswiderstand auszubilden, und Ausbilden von für die Schaltung auf dem Siliciumdünnfilm erforderlichen Bausteinen;
(c) einen Schritt zum Aufbringen eines Schutzfilms (90) auf die gesamte Oberfläche des Wafers, Öffnen eines Durchgangslochs (108), das den Si liciumdünnfilm durchdringt, mittels Patterns und Ätzens, und Ausbilden eines Gewichtsteils und eines Tragteils, das mit einem am Umfang zurückbleibenden Halterahmenteil verbindet;
(d) während der Schutzfilm, wie er zum Ausbilden des Durchgangsloches vorhanden ist, zurückbleibt, einen Schritt zum Entfernen der SiO₂-Schicht unter dem Gewichtsteil und dem Tragteil durch Naßätzen;
(e) einen Schritt zum Entfernen des Schutzfilms und Bedecken der gesamten Oberfläche des Wafers mit einem Schutzlack;
(f) einen Schritt zum Ausbilden eines Schlitzes (119) durch Schneiden zum Teilen des Chips während eine kleine Dicke des Wafers zurückbleibt;
(g) einen Schritt zum Entfernen des Schutzlacks auf dem Wafer durch Veraschen mittels eines O₂-Plasmas und
(h) einen Schritt zum Teilen des Chips durch Konzentrieren einer mechanischen Spannung an dem Schlitz.

12. Herstellverfahren für einen Winkelbeschleunigungssensor, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält:

(a) einen Schritt zum Vorbereiten eines SOI-Wafers mit einem Siliciumsubstrat (100), einer SiO₂-Schicht (102) und einem Siliciumdünnfilm (101);
(b) einen Schritt zum Ionenimplantieren eines Dotierungsmittels an einer Stelle, die einer Halbleiterdehnungsmeßeinheit des Siliciumdünnfilms entspricht, um einen Diffusionswiderstand zu bilden, Bilden eines magnetischen Dünnfilms (301) an einer Stelle, die einem Gewichtsteil entspricht, Ausbilden einer Detektorspule, die den magnetischen Dünnfilm umgibt, und Ausbilden von für die Schaltung auf dem Siliciumdünnfilm notwendigen Elementen;
(c) einen Schritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (90) auf der gesamten Oberfläche des Wafers, Öffnen eines Durchgangsloches (108), das den Siliciumdünnfilm durchdringt, mittels Patterns und Ätzens, und Ausbilden eines Tragteils, das mit dem Gewichtsteil verbunden ist, und eines an dem Umfang verbleibenden Halterahmenteils;
(d) während der Schutzfilm zum Ausbilden des Durchgangsloches verbleibt wie er ist, einen Schritt zum Entfernen des SiO₂-Schicht unter dem Gewichtsteil und dem Tragteil durch Naßätzen;
(e) einen Schritt zum Entfernen des Schutzfilms und Bedecken der gesamten Oberfläche des Wafers mit Schutzlack (118);
(f) einen Schritt zum Ausbilden eines Schlitzes (119) durch Schneiden zum Teilen des Chips, wobei eine geringe Dicke des Wafers verbleibt;
(g) einen Schritt zum Entfernen des Schutzlacks auf dem Wafer mittels eines O₂-Plasmas durch Veraschen und
(h) einen Schritt zum Teilen des Chips durch Konzentrieren einer mechanischen Spannung an dem Schlitz.