DE19954022B4

DE19954022B4 - Halbleitersensor für eine physikalische Grösse und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19954022B4
Application number: DE19954022A
Authority: DE
Inventors: Minakazu Aichi Sakai; Yukihiro Aichi Takeuchi; Inao Aichi Toyoda; Seiichiro Aichi Ishio; Toshimasa Aichi Yamamoto; Eishi Aichi Kawasaki; Minoru Aichi Murata; Hiroshi Aichi Muto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2000206142A; US6276207B1; DE19954022A1

Abstract

Halbleitersensor für eine physikalische Größe, mit: einem Sensorabschnitt (101), welcher aufweist: ein Halbleitersubstrat (1a); einen beweglichen Abschnitt (2) mit einem Gewichtsabschnitt (6), der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und eine bewegliche Elektrode (9a, 9b), welche einstückig an dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche aufweist; und eine feste Elektrode (3b, 4b), die an dem Halbleitersubstrat (1a) abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode (9a, 9b) gegenüberliegt; und einem Handhabungsabschnitt (102, 1e), der an dem Halbleitersubstrat (1a) ausgebildet ist, von dem Sensorabschnitt (101) durch einen isolierenden Abschnitt (103, 113) isoliert ist und von außen her berührbar ist, wenn der Halbleitersensor für eine physikalische Größe gehandhabt wird, wobei der bewegliche Abschnitt (2) und die feste Elektrode (3b, 4b) durch rechtwinklige Gräben (104a, 104b, 104c) voneinander...

Description

Diese Erfindung betrifft einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe, bei welchem eine bewegliche Elektrode und eine der beweglichen Elektrode gegenüberliegende feste Elektrode dadurch gebildet werden, daß in einer Halbleiterschicht eines Halbleitersubstrates ein Graben gebildet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors.
Diese Art eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe ist beispielsweise in der WO 93/22690 A1 (oder der EP 591 554 A1 ), oder der JP 9211022 A beschrieben. Diese Druckschriften offenbaren jeweils einen Halbleiter-Beschleunigungssensor des Kondensatorerkennungstyps, der einen Trägerabschnitt, gebildet durch einen elastischen Ausleger, der durch einen Ankerabschnitt an einem Halbleitersubstrat gelagert wird, einen Gewichtsabschnitt, der an dem Trägerabschnitt angeordnet ist, einen beweglichen Abschnitt, bestehend aus einer kammförmigen beweglichen Elektrode einstückig mit dem Gewichtsabschnitt und eine kammförmige feste Elektrode aufweist, welche so mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist, daß sie der beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Bei dieser Art von Halbleiter-Beschleunigungssensor, wird eine Struktur, in der der bewegliche Abschnitt und die Festelektrode voneinander gelöst werden, unter Verwendung einer Fotolithografietechnik und durch Ätzen einer Halbleiterschicht des Halbleitersubstrates gebildet.
Da bei diesem Halbleiter-Beschleunigungssensor einer von zwei Intervallen zwischen einer Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektroden und einer Erkennungsoberfläche der festen Elektroden vergrößert und der andere Intervall verringert wird, kann der Sensor eine auf ihn wirkende Beschleunigung (oder Verzögerung) dadurch erkennen, daß er eine Kapazitätsänderung aufgrund der Intervalländerungen differenzierend erfaßt.
Bei dieser Art von Halbleitersensor mit einem derartigen Aufbau kann jedoch der bewegliche Abschnitt an dem Halbleitersubstrat oder dem festen Abschnitt, beispielsweise der festen Elektrode, anhaften. Diese Anhaftung kann durch van der Waal'sche Bindungskräfte oder Wasserstoffbindungskräfte erzeugt werden, die sich an dem kontaktierenden Bereich ausbilden, da der Aufbau des Sensors auf Halbleiterbasis erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß das Anhaften im wesentlichen durch die nachfolgenden Faktoren bewirkt werden kann:
Der erste Faktor ist eine elektrostatische Kraft, welche während der Handhabung des Halbleitersensors erzeugt wird. In dem Fall, in welchem ein Halbleitersensor mit obigem Aufbau durch Fotolithografie hergestellt wird, muß er mit einer entsprechenden Haltevorrichtung gehandhabt werden und die Haltevorrichtung muß notwendigerweise irgendwo an dem Halbleitersensor angreifen. Wenn die Haltevorrichtung den Halbleitersensor berührt, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen dem beweglichen Abschnitt des Sensors und dem festen Abschnitt durch teilweise Ladungsverschiebung. Im Ergebnis wird der gegenüber dem festen Abschnitt liegende bewegliche Abschnitt von dem festen Abschnitt durch elektrostatische Kräfte angezogen und gelangt mit diesem in Berührung, und verbleibt darüberhinaus in Berührung hiermit.
Der zweite Faktor ist die Oberflächenspannung eines Ätz- oder Spülmittels, welches bei der Herstellung des Halbleitersensors verwendet wird. Allgemein gesagt, wird nach einem Ätzen oder Freigabeätzen zum Freigeben oder Lösen des beweglichen Abschnittes von dem festen Abschnitt der Halbleitersensor in eine Flüssigkeit, beispielsweise Reinstwasser getaucht, um das Lösungsmittel von dem Reinstwasser entfernen zu lassen, wonach der Halbleitersensor beispielsweise durch Verdampfung bei Raumtemperatur getrocknet wird. Hierbei werden der bewegliche Abschnitt und der feste Abschnitt durch die Oberflächenspannung der sich zwischen ihnen befindlichen und verbleibenden Flüssigkeit angezogen.
Die Anziehung bzw. Anhaftung aufgrund der Oberflächenspannung tritt mit größter Wahrscheinlichkeit zwischen einer Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode und einer Erkennungsoberfläche der festen Elektrode, welche einander mit kleinem Abstand (Erkennungsabstand) gegenüberliegen, oder zwischen einem Gewichtsabschnitt und dem festen Abschnitt, der in Bewegungsrichtung gegenüber dem Gewichtsabschnitt liegt auf. Die Gründe hierfür werden nachfolgend beschrieben.
Da es effektiv ist, die Erkennungskapazität zu vergrößern, so daß die Empfindlichkeit des Kapazitätstypsensors verbessert wird, wird bevorzugt eine Gegenüberliegungsfläche zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode vergrößert und/oder der Abstand zwischen den beiden Elektroden verringert. Weiterhin ist es effektiv, eine Federkonstante in Erkennungsrichtung oder in einer Richtung zu verkleinern, in der sich der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode ändert, um eine Versetzung aufgrund einer Beschleunigung (physikalische Größe) zu vergrößern. Mit anderen Worten, die Federkonstante in Erkennungsrichtung der beweglichen Elektrode oder des Gewichtsabschnittes wird verringert.
Es ist bekannt, daß eine Anziehungskraft aufgrund der Oberflächenspannung der zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen vorhandenen Flüssigkeit von der von der Flüssigkeit kontaktierten Fläche und dem Abstand zwischen den Oberflächen abhängt. Es ist wahrscheinlich, daß die Flüssigkeit schließlich in einem engen Bereich aufgrund des Kapillar-Phänomens verbleibt, wenn die Verdampfung der Flüssigkeit fortschreitet. Da der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode klein ist, können diese Elektroden aneinander haften, da die Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Flüssigkeit zwischen ihnen verbleibt, sowie die mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Fläche groß genug ist, eine große Oberflächenspannung zu erzeugen und die Federkonstante klein ist. Da weiterhin der Gewichtsabschnitt ebenfalls eine kleine Federkonstante hat, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß der Gewichtsabschnitt an einem gegenüberliegenden Abschnitt aufgrund der Oberflächenspannung anhaftet. Mit anderen Worten, es besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß der bewegliche Abschnitt und der feste Abschnitt aneinanderhaften, wenn der Notwendigkeit folge geleistet wird, die Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen.
Der dritte Faktor ist ein überhoher Stoß oder Schlag (Beschleunigung), der von außen auf den Halbleitersensor aufgebracht wird, wenn der Sensor beispielsweise während der Handhabung im Herstellungsprozess fallengelassen wird. Wenn ein derartiger überhoher Stoß oder Schlag auf den Halbleitersensor in einer Richtung wirkt, in der sich der bewegliche Abschnitt bewegt, haftet die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode an einem Bereich an, wo das Erkennungsintervall klein ist. Obgleich der bewegliche Abschnitt von dem festen Abschnitt durch Aufbringung einer Rückstellkraft (Federkraft) gelöst werden kann, welche größer als die Anhaftungskraft ist, um so die gesamte Anordnung wieder in ihre Ausgangslage zurück zu bringen, ist es nicht vorteilhaft, so vorzugehen, da hierdurch die Verschiebung aufgrund der (zu messenden) physikalischen Größe verringert und die Empfindlichkeit verringert werden kann.
Aus der DE 195 30 736 A1 ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe bekannt mit: einem Sensorabschnitt, welcher aufweist: ein Halbleitersubstrat; einen beweglichen Abschnitt mit einem Gewichtsabschnitt, der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und eine bewegliche Elektrode, welche einstückig an dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche aufweist; und einer festen Elektrode, die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und einem Handhabungsabschnitt, der an dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, von dem Sensorabschnitt durch einen isolierenden Abschnitt isoliert ist und von außen her berührbar ist, wenn der Halbleitersensor für eine physikalische Größe gehandhabt wird.
Ferner ist jeweils aus der DE 195 30 736 A1 und der US 5 542 295 A ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe bekannt mit einem Halbleitersubstrat; einem beweglichen Abschnitt mit einem Gewichtsabschnitt, der über einen elastischen Stützabschnitt an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und einer beweglichen Elektrode, welche einstückig mit dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche und eine nicht erkennende Oberfläche hat; und einer festen Elektrode, die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode mit einem Erkennungsintervall dazwischen gegen überliegt sowie eine nichterkennende Oberfläche hat, wobei zumindest entweder die bewegliche Elektrode oder die feste Elektrode so ausgebildet ist, daß ein Intervall zwischen der nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche kleiner als das Erkennungsintervall ist.
Die DE 693 09 426 T2 offenbart das Vorsehen von Anschlägen, welche jedoch nicht mit dem beweglichen Abschnitt verbunden, sondern durch eine isolierende Nut von der übrigen Anordnung elektrisch isoliert sind.
Aus der DE 195 37 814 A1 ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe bekannt mit einem Sensorabschnitt, welcher aufweist: ein Halbleitersubstrat; einen beweglichen Abschnitt mit einem Gewichtsabschnitt, der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen, und einer beweglichen Elektrode, welche einstückig an dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche aufweist; und eine feste Elektrode, die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Der bewegliche Abschnitt und die feste Elektrode sind durch rechtwinklige Gräben voneinander elektrisch isoliert und von einem umgebenden Abschnitt eingefaßt. Ein vom Sensorabschnitt isolierter Randbereich erstreckt sich teilweise entlang dem umgebenden Abschnitt.
Die US 5 817 942 A offenbart das Vorsehen eines Stoppmechanismus entsprechend einem Anschlag, welcher einer Biegung entsprechend einem Stützabschnitt gegenüberliegt.
Aus der US 4 930 042 A ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe bekannt mit: einem Halbleitersubstrat; einem beweglichen Abschnitt mit einem Gewichtsabschnitt, der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer physikalischen Größe zu bewegen; einer beweglichen Elektrode, welche einstückig mit dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche und eine nichterkennende Oberfläche hat; einer festen Elektrode, die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode mit einem dazwischen liegenden Erkennungsintervall gegenüberliegt sowie eine nichterkennende Oberfläche hat; einem Anschlag, der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und in einer Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts so angeordnet ist, daß er der beweglichen Elektrode mit einem Intervall gegenüberliegt, welches kleiner als das Erkennungsintervall dazwischen ist, wobei der Anschlag elektrisch mit dem beweglichen Abschnitt verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anhaftung eines beweglichen Abschnittes an einem festen Abschnitt aufgrund einer während der Handhabung erzeugten elektrostatischen Kraft und/oder aufgrund einer Oberflächenspannung von Flüssigkeit während der Herstellung und/oder aufgrund einer überhohen Kraft, welche von außen einwirkt, zu vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die in Anspruch 1, 4, 11 oder 13 angegebenen Merkmale.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Handhabungsabschnitt an dem Halbleitersubstrat ausgebildet, der von dem Sensorabschnitt durch einen isolierenden Abschnitt isoliert ist. In dem ein Handhabungswerkzeug oder ein Manipulator nur an dem Handhabungsabschnitt angreift, kann verhindert werden, daß der Sensorabschnitt aufgeladen wird, so daß eine Anhaftung aufgrund einer elektrostatischen Kraft, welche während der Handhabung erzeugt wird, verhinderbar ist.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist wenigstens entweder die bewegliche Elektrode oder die feste Elektrode so ausgebildet, daß ein Abstand zwischen einer nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche kleiner als der Erkennungsabstand oder das Erkennungsintervall ist. Wenn bei diesem Aufbau eine Flüssigkeit während eines Herstellungsschrittes verwendet wird, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Flüssigkeit schließlich in dem Intervall zwischen der nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche, wobei dieses Intervall kleiner als das Erkennungsintervall ist, verbleibt, jedoch nicht im Erkennungsintervall selbst. Wenn die Flüssigkeit nicht in dem Erkennungsintervall mit einer großen Fläche verbleibt, wird eine Zugbelastung aufgrund einer Oberflächenspannung, welche bei der Verdampfung der Flüssigkeit erzeugt wird, ebenfalls kleiner. Somit kann die Anhaftung exakt verhindert werden, da die Gesamtfläche, auf welche die Zugbelastung aufgrund der Oberflächenspannung wirkt, erheblich verringert werden kann, so daß eine Anhaftung aufgrund der Oberflächenspannung im Detektionsintervall oder Erkennungsintervall verhindert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Trag- oder Stützabschnitt in eine bestimmte Richtung beweglich und hat eine nichterkennende Oberfläche in einer Richtung, welche anders als die vorbestimmte Richtung ist und der Stützabschnitt ist so ausgebildet, daß ein Abstand oder Intervall zwischen der nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche kleiner als irgendein anderes Intervall ist, welches durch andere Abschnitte definiert ist. Die zwischen dem Gewichtsabschnitt und dem gegenüberliegen den Abschnitt verbleibende Flüssigkeit verbleibt schließlich in dem kleinen Intervall. Somit kann sie zwischen der nichterkennenden Oberfläche und der dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche mit dem Abstand oder Intervall kleiner als das Erkennungsintervall verbleiben, jedoch nicht in dem Erkennungsintervall selbst. Somit kann die Anhaftung aufgrund einer Oberflächenspannung von in Bewegungsrichtung verbleibender Flüssigkeit zuverlässig verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein von dem Halbleitersubstrat getragener Stopper oder Anschlag in Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnittes vorgesehen, um dem beweglichen Abschnitt mit einem Abstand oder Intervall gegenüber zu liegen, der geringer ist als das Erkennungsintervall. Wenn ein überhoher Stoß oder Schlag (Beschleunigung) von außen auf den Halbleitersensor für eine physikalische Größe einwirkt, wird der bewegliche Abschnitt durch Auflaufen an dem Anschlag angehalten. Somit berühren sich die beiden Elektronen nicht in dem engen Detektionsintervall, so daß eine Anhaftung verhindert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Restflüssigkeit, welche auf der Struktur verblieben ist, unter zur Hilfenahme einer Erwärmung der Struktur verdampft. Da die Oberflächenspannung einer Restflüssigkeit bei höheren Temperaturen kleiner als bei Raumtemperatur ist, kann eine Anhaftung verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Struktur in eine erwärmte oder erhitzte Ersatz- oder Verdrängungsflüssigkeit getaucht, um das Ätzmittel durch die Ersatzflüssigkeit zu ersetzen, wonach dann die Struktur aus der Ersatzflüssigkeit herausgenommen wird, um die Ersatzflüssigkeit verdampfen zu lassen. Da die Oberflächenspannung der Ersatzflüssigkeit bei höhereren Temperaturen kleiner als bei Raumtemperatur ist, kann eine Adhäsion oder Anhaftung verhindert werden.
Weitere vorteilhafte Aspekte, Ausgestaltungsformen, und Modifikationsmöglichkeiten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung sind gleiche oder einander entsprechende Teile oder Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
1A eine Draufsicht auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;
1B eine Schnittansicht entlang Linie IB-IB in 1A;
2 eine Draufsicht auf einen Sensorabschnitt des Halbleiter-Beschleunigungssensors der ersten Ausführungsform;
3A und 3B Schnittdarstellungen entlang den Linien IIIA-IIIA bzw. IIIB-IIIB in 2;
4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Elektrodenabschnitt in dem Halbleiter-Beschleunigungssensor der ersten Ausführungsform;
5A bis 5H Schnittdarstellungen, in welchen jeweils ein Schritt eines Herstellungsverfahrens für den Halbleiter-Beschleunigungssensor der ersten Ausführungsform gezeigt ist;
6 eine Draufsicht auf einen modifizierten Halbleiter-Beschleunigungssensor der ersten Ausführungsform;
7A und 7B vergrößerte Draufsichten auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8A bis 8I Draufsichten auf verschiedene Beispiele eines engen Abschnittes in der zweiten Ausführungsform;
9, 10A und 10B Draufsichten auf modifizierte Halbleiter-Beschleunigungssensoren der zweiten Ausführungsform;
11 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform;
12A eine Draufsicht auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12B eine Schnittdarstellung entlang Linie XIIB-XIIB in 12A;
13A und 13B schematische Darstellungen zur Veranschaulichung einer Handhabung unter Verwendung einer Pyramide-Einspannvorrichtung; und
14A und 14B gegenüber den 13A und 13B vergrößerte Darstellungen einer Pyramiden-Einspannvorrichtung.
[Erste Ausführungsform]
Bei dieser Ausführungsform wird eine Anhaftung oder eine Adhäsion aufgrund elektrostatischer Kraft, welche während der Handhabung auftritt, verhindert. 1A zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor 100, der als Halbleitersensor für eine physikalische Größe dient und 1B zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie IB-IB in 1A.
2 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Sensorabschnitt 101 des Halbleiter-Beschleunigungssensors 100. Die 3A und 3B zeigen Schnittdarstellungen entlang den Linien IIIA-IIIA bzw. IIIB-IIIB in 2. Gestrichelte Abschnitte in den Figuren 1A und 2 sind keine Schnitte, sondern sollen die Erkennbarkeit der betreffenden Elemente erleichtern.
Wie in 1B gezeigt, wird der Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 durch einen Mikrobearbeitungsprozeß unter Verwendung einer Halbleiterherstellungstechnik gebildet, und weist ein rechteckförmiges SOI-Substrat 1 (SOI = Silicon-On-Insulator) mit einer ersten Halbleiterschicht 1a (Halbleitersubstrat), einer zweiten Halbleiterschicht 1b und einer Isolierschicht 1c zwischen der ersten Halbleiterschicht 1a und der zweiten Halbleiterschicht 1b auf. Die zweite Halbleiterschicht 1b ist in den Sensorabschnitt 101 und einen Handhabungsabschnitt 102 unterteilt, der von dem Sensorabschnitt 101 durch einen rechteckförmigen Graben 103 getrennt ist.
Der Handhabungsabschnitt 102 ist derjenige Teil oder Abschnitt, wo ein Handhabungswerkzeug, ein Manipulator etc. bei einer Handhabung des Halbleiter-Beschleunigungssensors 100 angreift, und dieser Handhabungsabschnitt 102 ist von dem Sensorabschnitt 101 elektrisch isoliert, der innerhalb des Handhabungsabschnittes 102 liegt, wobei diese Isolierung durch den Graben 103, der Luft enthält und die Isolierschicht 1c erfolgt. Der die zweite Halbleiterschicht 1b isolierende Graben kann tief genug ausgeformt werden, um bis zur Isolierschicht 1c zu reichen.
Unter Bezugnahme auf die 2, 3A und 3B wird nachfolgend der Sensorabschnitt 101 näher erläutert. Der Sensorabschnitt 101 weist einen beweglichen Abschnitt 2 (Auslegerstruktur, der durch die zweite Halbleiterschicht 1b gebildet ist, ein Paar von festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 und einen umgebenden Abschnitt 5 auf, der die Abschnitte oder Strukturen 2 bis 4 umgibt oder einfaßt. Jeder der Abschnitte 2 bis 5 ist von dem anderen durch Gräben 104a, 104b und 104c getrennt.
Die erste Halbleiterschicht 1a und die isolierende Schicht 1c des SOI-Substrates 1, auf welchem der bewegliche Abschnitt 2 des Sensorabschnittes 101 und das Paar der festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 auszubilden ist, ist teilweise entfernt, so daß die zweite Halbleiterschicht 1b freiliegt. Der freiliegende Abschnitt bildet einen Öffnungsabschnitt 1d in der ersten Halbleiterschicht 1a. Hierbei sind Verunreinigungen vorab in monokristallines Silizium eindiffundiert worden, welches den beweglichen Abschnitt 2 und die festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 bildet, um die Widerstandswerte zu senken.
Der bewegliche Abschnitt 2 hat eine Struktur, in der die beiden Enden eines rechteckförmigen Gewichtsabschnittes 6 einstückig mit Verankerungsabschnitten 8a bzw. 8b über Stützabschnitte 7a bzw. 7b verbunden sind. Die Verankerungsabschnitte 8a und 8b sind an einander gegenüberliegenden Bereichen in der ersten Halbleiterschicht 1a über die Isolierschicht 1c gelagert. Somit liegen der Gewichtsabschnitt 6 und die Stützabschnitte 7a und 7b dem Öffnungsabschnitt 1d der ersten Halbleiterschicht 1a gegenüber.
Jeder der Stützabschnitte 7a und 7b hat Träger- oder Auslegerform und eine Federfunktion, um sich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Trägers bewegen zu können. Die Stützabschnitte 7a und 7b haben die Federfunktion, um es dem Gewichtsabschnitt 6 zu ermöglichen, sich in X-Richtung zu bewegen, wenn eine Beschleunigung mit einer Komponente in X-Richtung auf den Gewichtsabschnitt 6 einwirkt und um in die Ausgangslage bei Wegfall der Beschleunigung zurückzukehren.
Der bewegliche Abschnitt 2 ist mit einer Mehrzahl von Paaren (beispielsweise 3 Paaren) von beweglichen Elektroden 9a und 9b versehen, welche einstückig an beiden Seiten des Gewichtsabsschnittes 6 ausgebildet sind, um in einer Richtung senkrecht zum Gewichtsabschnitt 6 vorzustehen. Die beweglichen Elektroden 9a und 9b liegen ebenfalls dem Öffnungsabschnitt 1d der ersten Halbleiterschicht 1a gegenüber. Weiterhin sind die beweglichen Elektroden 9a und 9b in Form rechteckförmiger Ausleger ausgebildet.
Ein beweglicher Elektrodenverdrahtungsabschnitt 10 ist auf der ersten Halbleiterschicht 1a mit der Isolierschicht 1c dazwischen angeordnet. Der bewegliche Elektrodenverdrahtungsabschnitt 10 ist einstückig mit dem einen Verankerungsabschnitt 8b des beweglichen Abschnittes 2 verbunden. Ein Elektroden- oder Kontaktkissen 10a für eine Verdrahtung, beispielsweise aus Aluminium, ist an einer bestimmten Position des beweglichen Elektrodenverdrahtungsabschnittes 10 ausgebildet.
Die feste Elektrodenstruktur 3 weist einen festen Elektrodenverdrahtungsabschnitt 3a (Stützabschnitt) auf, der an der ersten Halbleiterschicht 1a mit der Isolierschicht 1c dazwischen angeordnet ist und dem Gewichtsabschnitt 6 gegenüberliegt, sowie eine Mehrzahl von (beispielsweise drei) festen Elektroden 3b, welche parallel zueinander an der einen Seite der bewegliche Elektrode 9a mit einem bestimmten Detektionsintervall (Detektionsspalt oder Erkennungsspalt) A1 dazwischen angeordnet sind. Der feste Elektrodenverdrahtungsabschnitt 3a und die festen Elektroden 3b sind einstückig so ausgebildet, daß jede feste Elektrode 3b von einer Seite her von dem festen Elektrodenverdrahtungsabschnitt 3a getragen ist. Somit liegt die feste Elektrode 3b dem Öffnungsabschnitt 1d der ersten Elektrodenschicht 1a gegenüber.
Die feste Elektrodenstruktur 4 weist einen festen Elektrodenverdrahtungsabschnitt 4a (Stützabschnitt) auf, der an der ersten Halbleiterschicht 1a mit der Isolierschicht 1c dazwischen angeordnet ist und dem Gewichtsabschnitt 6 gegenüberliegt, sowie eine Mehrzahl von (beispielsweise drei) festen Elektroden 4b, welche parallel zueinander an einer Seite (gegenüberliegender Seite zu dem Direktionsintervall A1 der beweglichen Elektrode 9a) der bewegliche Elektrode 9b mit einem bestimmten Detektionsintervall (Detektionsspalt) dazwischen angeordnet sind. Der feste Elektrodenverdrahtungsabschnitt 4a und die festen Elektroden 4 sind einstückig ausgebildet, so daß jede feste Elektrode 4b von einer Seite her von dem festen Elektrodenverdrahtungsabschnitt 4a getragen wird. Somit liegt die feste Elektrode 4b im Öffnungsabschnitt 1d der ersten Halbleiterschicht 1a gegenüber.
Jede der festen Elektroden 3b und 4b hat rechteckförmige Auslegerform. Elektrodenkissen 3c und 4c für eine Drahtbondierung aus beispielsweise Aluminium sind an bestimmten Positionen der festen Elektrodenverdrahtungsabschnitte 3a und 4a ausgebildet.
Wie in 4 gezeigt (obgleich in den 1A bis 3B nicht gezeigt), ist eine Mehrzahl von rechteckförmigen Durchgangsöffnungen 11 von der Seite des Öffnungsabschnittes 1d zur gegenüberliegenden Seite hin in dem Gewichtsabschnitt 6, den beweglichen Elektroden 9a und 9b und den festen Elektroden 3b und 4b ausgebildet. Auf diese Weise weisen der Gewichtsabschnitt 6, die beweglichen Elektroden 9a und 9b und die festen Elektroden 3b und 4b eine sogenannte Rahmenstruktur (ausgesteifte Rahmen) auf, in der eine Mehrzahl von rechteckförmigen Rahmen miteinander kombiniert ist. Im Ergebnis kann der bewegliche Abschnitt 2 leicht gemacht werden und seine Steifigkeit gegenüber Verformungen kann verbessert werden.
Ein Elektrodenkissen 5a für eine Drahtverbindung, welches beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist, ist an einer bestimmten Position des umgebenden Abschnittes 5 ausgebildet. Das Elektrodenkissen 5a hält einen Betrag einer elektrischen Ladung in dem umgebenden Abschnitt 5 aufrecht.
Wenn bei dem Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 gemäß diesem Aufbau der bewegliche Abschnitt 2 eine Beschleunigung in der Detektions- oder Erkennungsrichtung empfängt, bewegt sich der Gewichtsabschnitt 6 in 2 in die X-Richtung, so daß einer der Abstände oder eines der Intervalle zwischen der Detektionsoberfläche der beweglichen Elektroden 9a und der Detektionsoberfläche der festen Elektrode 3b und zwischen der Detektionsoberfläche der beweglichen Elektrode 9b und der Detektionsoberfläche der festen Elektrode 4b abnimmt und entsprechend der andere Abstand oder das andere Intervall zunimmt.
Da hierbei ein erster Kondensator zwischen der beweglichen Elektrode 9a und der festen Elektrode 3b und ein zweiter Kondensator zwischen der beweglichen Elektrode 9b und der festen Elektrode 4b gebildet ist, ändert sich die Kapazität sowohl des ersten als auch des zweiten Kondensators differenziell abhängig von der Bewegung der beweglichen Elektroden 9a und 9b als Ergebnis der Anlegung einer Beschleunigung, welche eine Komponente in X-Richtung in 2 an den Gewichtsabschnitt 6 enthält.
Die Beschleunigung kann durch Abgreifen der Kapazitätsänderungen über die Elektrodenkissen 3c, 4c und 10a erkannt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 5A bis 5H die Herstellung des Halbleiter-Beschleunigungssensors 100 gemäß obigem Aufbau näher erläutert. Hierbei zeigt 5H schematisch ein Teilschnittmodel des Halbleiter-Beschleunigungssensors 110 (aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung ist ein Schnittmodel gezeigt, in welchem die entsprechenden Schnittdarstellungen entlang den gestrichelten Linien Q1, Q2 und Q3 in 1 kombiniert sind.) Die Figuren 5A bis 5G zeigen schematische Schnittdarstellungen eines derartigen Teilschnittmodells.
Gemäß 5A wird das SOI-Substrat 1 bereitgestellt. Das SOI-Substrat 1 weist einen monokristallinen Siliziumwafer 111a (Halbleitersubstrat) als erste Halbleiterschicht 1a auf, welche die Basis ist, einen monokristallinen Siliziumdünnfilm 111b als zweite Halbleiterschicht 1b, welche auf dem monokristallinen Siliziumwafer 111a mit einem Siliziumoxidfilm 111c (Isolierschicht 1c) als Opferschicht dazwischen angeordnet ist.
Der monokristalline Wafer 111a hat eine Oberflächenausrichtung von (100), eine Dicke von wenigstens annähernd 300 μm und eine geringe Verunreinigungskonzentration. Der monokristalline Siliziumdünnfilm 111b hat ebenfalls eine Oberflächenausrichtung von (100) und eine Dicke von beispielsweise annähernd 1 μm. Verunreinigungen wie beispielsweise Phosphor werden vorab implantiert und in den monokristallinen Dünnfilm 111b mit hoher Konzentration (annähernd 1 × 10¹⁹ cm^–3 oder mehr) eindiffundiert, um den Widerstandswert zu verringern und um einen ohmschen Kontakt mit den Elektrodenkissen 3c, 4c, 5a und 10a herzustellen.
Danach wird gemäß 5B ein Elektrodenkissen-Ausbildungsschritt durchgeführt, um die Elektrodenkissen 3c, 4c, 5a und 10a zu bilden. In diesem Schritt wird, nachdem Aluminium auf der gesamten Oberfläche des monokristallinen Siliziumdünnfilms 111b mit einer Dicke von beispielsweise annähernd 1 μm abgeschieden worden ist, der Aluminiumfilm unter Verwendung einer Fotolitographie-Technik gemustert und geätzt. Als Ergebnis werden die Elektrodenkissen 3c, 4c, 5a und 10a (in 1 sind 5a und 10a gezeigt) gebildet. In diesem Schritt kann eine Temperung an dem SOI-Substrat 1 durchgeführt werden, so daß die Elektrodenkissen 3c, 4c, 5a und 10a den ohmschen Kontakt herstellen können.
Danach wird gemäß 5C ein Formeinstellungsschritt durchgeführt. In diesem Schritt wird die Dicke des monokristallinen Siliziumwafers 111a auf beispielsweise 300 μm durch Schneiden und Polieren einer Oberfläche (der Oberfläche gegenüber der Isolierschicht 1c) des monokristallinen Siliziumwafers 111a eingestellt. Danach wird an der so bearbeiteten Oberfläche eine Hochglanzendbearbeitung durchgeführt. Der Grund zum Dünnermachen des monokristallinen Siliziumwafers auf 300 μm ist, wie nachfolgend noch beschrieben wird, die Ätztiefe während der Ausbildung des Öffnungsabschnittes 1d unter Verwendung eines isotopen Ätzvorganges zu verringern und um weiterhin eine Vergrößerung der Chipauslegungsgröße aufgrund des isotropen Ätzens zu verhindern.
Nachfolgend wird gemäß 5d ein Maskenausbildungsschritt durchgeführt. In diesem Schritt wird ein Siliziumnitridfilm auf der gesamten Oberfläche des monokristallinen Siliziumwafers 111a (der hochglanzbearbeiteten Oberfläche) durch beispielsweise ein Plasma-CVD-Verfahren (chemische Dampfabscheidung) mit einer Dicke von annähernd 0,5 μm abgeschieden. Danach wird der Siliziumnitridfilm unter Verwendung einer Fotolithographie-Technik und einer Ätztechnik gemustert, um eine Maske 112a herzustellen, welche zur Ausbildung des Öffnungsabschnittes 1d durch einen Ätvorgang verwendet wird.
Danach wird gemäß 5E ein Grabenausbildungsschritt durchgeführt. In diesem Schritt wird ein nicht gezeigtes Resist als Maske mit einer Anti-Trocken-Ätzcharakteristik auf dem monokristallinen Siliziumdünnfilm 111b, den Elektrodenkissen 3c, 4c, 5a und 10a ausgebildet. Nachfolgend wird ein Graben 113, der bis zu dem Siliziumoxidfilm 111c reicht, in dem monokristallinen Siliziumdünnfilm 111b unter Durchführung eines isotropen Trockenätzens in einer Trockenätzvorrichtung unter Verwendung des Resists als Maske ausgebildet.
Zur gleichen Zeit wird der Graben 103 als Isolierabschnitt zum Isolieren und elektrischen Trennen des Sensorabschnittes 101 vom Handhabungsabschnitt 102 ausgebildet. Mit anderen Worten, der monokristalline Siliziumdünnfilm 111b wird in den Handhabungsabschnitt 102 und den Sensorabschnitt 101 unterteilt, in welchem sich der bewegliche Abschnitt 2, die festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 und der umgebende Abschnitt 5 befinden.
Nachfolgend wird gemäß 5F ein erster Ätzschritt durchgeführt. In diesem Schritt wird der monokristalline Siliziumwafer 111a selektiv von der Oberflächenseite (der dem Siliziumoxidfilm 111c gegenüberliegenden Oberfläche) her unter Verwendung der Maske 112 und beispielsweise einer KOH-Lösung geätzt. Wenn hierbei der Ätzfortschritt in Richtung des Siliziumoxidfilms 111c geht, kann der Siliziumoxidfilm 111c aufgrund eines Drucks des Ätzmittels brechen, so daß der monokristalline Siliziumdünnfilm 111b ebenfalls brechen kann. Daher wird die Ätzzeit so gesteuert, daß der Ätzfortschritt den Siliziumoxidfilm 111c nicht erreichen kann.
Die Ätzzeit kann dadurch gesteuert werden, daß sie auf der Grundlage einer Dicke des monokristallinen Siliziumwafers 111a und einer Ätzrate des Ätzmittels (z. B. KOH) berechnet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ätzzeit so gesteuert, daß die Dicke des monokristallinen Siliziumwafers 111a auf annähernd 10 μm gelegt wird. Obgleich in den Figuren der Zeichnung nicht dargestellt, ist die Oberflächenseite des SOI-Substrates 1 vor dem ersten Ätzschritt mit einem Resist bedeckt worden und dieses Resist wird beispielsweise nach dem ersten Ätzschritt entfernt.
Nachfolgend wird gemäß 5G ein zweiter Ätzschritt durchgeführt. In diesem Schritt wird an der Oberflächenseite des monokristallinen Siliziumwafers 111a in einer Plasmaätzvorrichtung ein Trockenätzvorgang durchgeführt, um einen Teil des monokristallinen Siliziumwafers 111a zu entfernen, der auf dem Siliziumoxidfilm 111c während des ersten Ätzschrittes mit einer Dicke von annähernd 10 μm verblieben ist. Im Ergebnis wird eine rückwärtige Oberfläche (Bodenfläche) des Siliziumoxidfilms 111c freigelegt. Hierbei wird auch die Maske 112 während dieses Trockenätzens entfernt.
Danach wird gemäß 5H ein dritter Ätzvorgang (ein Freigebeschritt) durchgeführt. In diesem Schritt wird der Siliziumoxidfilm 11c unter Verwendung eines auf HF basierenden Ätzmittels durch Ätzen entfernt. Im Ergebnis des dritten Ätzschrittes wird der Öffnungsabschnitt 1d ausgebildet und der Gewichtsabschnitt 6, die Stützabschnitte 7a und 7b, die beweglichen Elektroden 9a und 9b des beweglichen Abschnittes 2 werden freigegeben (wobei hier der Gewichtsabschnitt 6, der Stützabschnitt 7a und die bewegliche Elektrode 9b in 5H nicht gezeigt sind).
Zur gleichen Zeit werden die festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 der festen Elektroden 3b und 4b ebenfalls freigegeben, so daß sie an den festen Elektrodenverdrahtungsabschnitten 3a und 4a von einem Ende her wie ein Ausleger gelagert sind (wobei hier die feste Elektrode 4b in 5H nicht gezeigt ist). Auf diese Weise wird die Struktur 110, in der der bewegliche Abschnitt 2 und die festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 freigegeben sind, im dritten Ätzschritt gebildet.
Nach dem dritten Ätzschritt wird die Struktur 110 in eine Flüssigkeit (Verdrängungsflüssigkeit), beispielsweise ultrareines Wasser getaucht, um das Ätzmittel durch die Flüssigkeit zu verdrängen oder zu ersetzen. Danach erfolgt ein Verdampfungs- oder Verdunstungsschritt, in welchem die Struktur 110 bei Raumtemperatur durch Verdampfung oder Verdunstung getrocknet wird. Schließlich wird ein einem Schneidschritt das SOI-Substrat 1 in eine vorherbestimmte Sensorchipform und/oder -größe geschnitten, so daß der Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 fertig ist.
Wenn hierbei der Sensorchip gehandhabt wird, muß der Chip irgendwo berührt werden. Hierbei kann die Sensorstruktur oder ein Teil gegenüber dem beweglichen Abschnitt 2 elektrisch geladen werden, so daß diese Abschnitte durch eine elektrostatische Kraft aneinander gezogen werden können und aneinander haften.
Bei dieser Ausführungsform weist jedoch der Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 den Graben 103 als isolierenden Abschnitt auf, um den Handhabungsabschnitt 102 elektrisch zu isolieren, der während der Handhabung berührt wird, wobei der Handhabungsabschnitt 102 vom Sensorabschnitt 101 getrennt oder isoliert ist. Somit wirken keine elektrischen Einflüsse auf den Sensorabschnitt 101 ein, wenn nur der Handhabungsabschnitt 102 durch das Handhabungswerkzeug oder dem Manipulator während der Handhabung berührt oder kontaktiert wird. Da somit sämtliche einander gegenüberliegende Abschnitte im Sensorabschnitt 101 auf gleiches elektrisches Potential gesetzt werden können und hier verbleiben, kann verhindert werden, daß der Sensorabschnitt 101 sich auflädt und es kann verhindert werden, daß eine Anhaftung oder Adhäsion aufgrund elektrostatischer Kräfte erfolgt, die während der Handhabung erzeugt werden.
Insbesondere während des Handhabungsschrittes des Sensorchips gibt es eine Vielzahl von Werkzeugen (z. B. eine Pinzette, einen Vakuumgreifer etc.) um einen Umfangsteil des Chips zu berühren, so daß es vorteilhaft ist, den Handhabungsabschnitt 102 am umfangsseitigen Abschnitt des Sensors auszubilden. Da in der beschriebenen Ausführungsform der Handhabungsabschnitt 102 so ausgebildet ist, daß er den gesamten umgebenden Abschnitt 5 des Sensorabschnittes 101 bildet, kann der Chip aus jeder beliebigen Richtung ergriffen und gehandhabt werden. Von daher ist es vorteilhaft, ein Handhabungsverfahren anzuwenden, bei welchem der Chip an dem umgebenden Abschnitt 5 des Sensorchips gehandhabt oder gehalten wird.
Da bei dieser Ausführungsform der Sensorabschnitt 101 und der Handhabungsabschnitt 102 aus der zweiten Halbleiterschicht 1b gebildet werden, welche auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 1a als Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und da die beiden Abschnitte 101 und 102 elektrisch voneinander durch den Graben 103 isoliert sind, der als isolierender Abschnitt zur Unterteilung der zweiten Halbleiterschicht 1b dient, können die beiden Abschnitte 101 und 102 aus dem gleichen Material gefertigt werden. Somit hat der Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 einfachen Aufbau.
Weiterhin werden bei dieser Ausführungsform der Sensorabschnitt 101, der Graben 103 und der Handhabungsabschnitt 102 im gleichen Schritt durch Ätzen des monokristallinen Siliziumdünnfilms 111b entsprechend der zweiten Halbleiterschicht 1b im Grabenausbildungsschritt erzeugt. Somit kann der Aufbau einfachst erzeugt werden, ohne daß die Schrittanzahl erhöht werden muß.
In der Ausführungsform kann der Handhabungsschritt 102 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des umgebenden Abschnittes 5 des Sensorabschnittes 101 ausgebildet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, ein Handhabungsverfahren anzuwenden, bei welchem nur die einander gegenüberliegenden beiden seitlichen Flächen oder Ränder des Sensorchips gehalten werden. Beispielsweise kann gemäß 6 der Handhabungsabschnitt 102 an den beiden einander gegenüberliegenden Abschnitten (gegenüber den festen Elektrodenstrukturseiten 3 und 4) der ersten Halbleiterschicht 1a ausgebildet werden.
[Zweite Ausführungsform]
Diese Ausführungsform wirkt dahingehend, eine Adhäsion oder Anhaftung aufgrund einer Oberflächenspannung während der Sensorherstellung zu verhindern.
Der Halbleiter-Beschleunigungssensor 200 dieser Ausführungsform stellt eine Modifikation oder Abwandlung der ersten Ausführungsform dar. Mit anderen Worten, in dieser Ausführungsform werden die beweglichen Elektroden 9a und 9b, die festen Elektroden 3b und 4b, sowie die Gewichtsabschnitte 7a und 7b modifiziert und der Graben 103 und der Handhabungsabschnitt 102 des umgebenden Abschnittes 5 des Sensorabschnittes 101 sind weggelassen. Somit ist bei dem Halbleitersensor 200 dieser Ausführungsform der Sensorabschnitt 101 gemäß den 2, 3a und 3b selbst die Basisstruktur. Abschnitte, die sich von der ersten Ausführugsform unterscheiden, werden nachfolgend beschrieben.
Hierbei ist 7A eine vergrößerte Draufsicht auf die beweglichen Elektroden 9a und 9b und die festen Elektroden 3b und 4b und 7B ist eine nochmals vergrößerte Draufsicht auf einen Spitzenabschnitt der Gewichtsabschnitte 7a und 7b.
In dieser Ausführungsform ist ein enger Intervall- oder Abstandsabschnitt mit einem Intervall oder Abstand kleiner als der Detektionsabstand oder Detektionsintervall zwischen einer nichterkennenden Oberfläche, welche die andere Oberfläche als die erkennende Oberfläche ist, zumindest an einer der beweglichen Elektroden 9a und 9b und/oder der festen Elektroden 3b und 4b und einer gegenüberliegenden Oberfläche definiert, welche der nichterkennenden Oberfläche gegenüber liegt, wie in 7A gezeigt.
Die bewegliche Elektroden 9a und 9b, welche in Ausleger- oder Trägerform von dem Gewichtsabschnitt 6 vorstehend und sich hiervon erstreckend ausgebildet sind, und die beweglichen Elektroden 3b und 4b, welche in Träger- oder Auslegerform von dem festen Elektrodenverdrahtungsabschnitt 3a und 4a gegenüber dem Gewichtsabschnitt 6 vorstehen und sich hiervon erstrecken sind so angeordnet, daß jede in Längsrichtung gesehene Oberfläche der Träger einer anderen mit dem Detektionsintervall A1 gegenüberliegt. Hierbei ist ein enger Intervall oder Abstandsabschnitt 20, mit einem Intervall ode Abstand B1 kleiner (enger) als das Intervall A1 zwischen einem Spitzenabschnitt als nichterkennender Oberfläche der beweglichen Elektroden 9a und 9b und den festen Elektrodenverdrahtungsabschnitten 3a und 4a ausgebildet. Weiterhin ist ein enger Intervall oder Abstandsabschnitt 21, mit einem Intervall oder Abstand B1 kleiner (enger) als das Erkennungsintervall A1 zwischen einem Spitzenabschnitt als nichterkennende Oberfläche der festen Elektroden 3b und 4b und dem gegenüberliegenden Gewichtsabschnitt 6 definiert.
Weiterhin ist in dieser Ausführungsform der enge Intervallabschnitt mit einem Intervall oder einer Weite enger als alle anderen Intervalle zwischen den Gewichtsabschnitten 7a und 7b und einem hier gegenüberliegenden Abschnitt definiert, der in einer anderen Richtung als die Bewegungsrichtung der Gewichtsabschnitte 7a und 7b liegt, wie in 7B gezeigt. Hierbei umfassen ”alle anderen Intervalle” Intervalle oder Abstände, welche zwischen jeder der beweglichen Elektroden 9a und 9b und der festen Elektroden 3b und 4b, einander benachbart und einander gegenüberliegend, definiert sind.
Wie oben beschrieben sind die Gewichtsabschnitte 7a und 7b in Auslegerform ausgebildet, um sich in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Trägers (X-Richtung in 2) zu bewegen. In dieser Bewegungsrichtung ist ein Intervall oder Abstand (Bewegungsintervall) A2 zwischen den Gewichtsabschnitten 7a und 7b und dem hier gegenüberliegenden umgebenden Abschnitt 5 ausgebildet. Weiterhin ist ein enger Intervallabschnitt 22 mit einem Intervall B2 kleiner als das Bewegungsintervall A2 zwischen den Gewichtsabschnitten 7a und 7b und dem hier gegenüberliegenden Abschnitt 5 ausgebildet, und zwar zwischen den Spitzenabschnitten der Gewichtsabschnitte 7a und 7b, welche in einer anderen Richtung als die Bewegungsrichtung ausgerichtet sind und die umgebenden Abschnitte 5, der hier gegenüberliegt.
Bei dieser Ausführungsform wird jedes Intervall an den Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b und den Gewichtsabschnitten 7a und 7b so festgelegt, daß die Beziehung A1 > B1 und A2 > B2 erfüllt sind (beispielsweise sind A1 und A2 zweimal so groß wie B1 und B2). In dem Trocknungsschritt nach dem dritten Ätzschritt (Freigabeschritt) sammelt sich das Ätzmittel nicht in den weiteren Abschnitten A1 und A2, sondern bewegt sich in die engeren Abschnitte B1 und B2 aufgrund des Kapillarphänomens, wenn die Trocknung fortschreitet, und trocknet schließlich in den engeren Abschnitten B1 und B2.
Da sich das Ätzmittel in den engeren Intervallabschnitten B1 und B2 sammelt, deren Flächen klein sind, läßt sich die Gesamtfläche, an der Oberflächenspannung auftritt, im Vergleich zu dem Fall wesentlich verringern, in welchem sich das Ätzmittel an den Erkennungsabschnitten A1 und A2 sammelt, deren Flächen groß sind.
Weiterhin ist eine Richtung, welche eine Zugbelastung aufgrund der Oberflächenspannung in Längsrichtung einer jeden Elektrode 3b, 4b, 9a und 9b und der Gewichtsabschnitte 7a und 7b bewirkt unterschiedlich zu der Erkennungsrichtung (Bewegungsrichtung der beweglichen Elektroden 9a und 9b) und der Bewegungsrichtung der Gewichtsabschnitte 7a und 7b. Von daher kann eine Federkonstante in die Richtung, in der die Zugspannung auf jede Elektrode 3b, 4b, 9a und 9b und die Gewichtsabschnitte 7a und 7b wirkt, leicht vergrößert werden, so daß der Sensor, der die Zugspannung übersteigt, leicht konstruiert werden kann.
Bei dieser Ausführungsform läßt sich Adhäsion zuverlässig verhindern, da die Gesamtfläche, in der Zugbelastungen aufgrund der Oberflächen Spannungen einwirken, wesentlich verringert werden kann, und die Federkonstante der Sensorstruktur in der Richtung, in der die Zugbelastung wirkt, vergrößert werden kann.
Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform, da der Erkennungsintervall A1 zwischen den beweglichen Elektroden 9a und 9b und den festen Elektroden 3b und 4b kein Faktor der Adhäsion oder Anhaftung wird, die Empfindlichkeit des Sensors durch Erhöhen der Detektionsfläche am Detektionsintervall A1 verbessert werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Detektionsintervall oder der Detektionsabstand zwischen den beweglichen Elektroden 9a und 9b und der einen Seite der festen Elektroden 3b und 4b ausgebildet; das Erkennungsintervall kann jedoch genausogut zwischen den beweglichen Elektroden und beiden Seiten der festen Elektrode ausgebildet sein.
Jede Form der engen Intervallabschnitte 20, 21 und 22 und die Formen der gegenüberliegenden Abschnitte können modifiziert werden, um den Effekt der engen Intervallabstände noch zu verbessern. Die 8A bis 8I zeigen modifizierte Ausbildungen dieser engen Intervallabschnitte. Hierbei zeigt jede Figur den engen Intervallabschnitt 20, jedoch kann jede dieser Strukturen auch auf die engen Intervallabschnitte 21 und 22 angewendet werden.
8A zeigt eine Abwandlung, in der ein vorspringender Abschnitt 20a an der Spitze der beweglichen Elektroden 9a und 9b ausgebildet ist, so daß der Intervall oder der Abstand des engen Intervallabstandes 20 zwischen dem vorspringenden Abschnitt 20a und dem gegenüberliegenden Abschnitt definiert ist. Im Gegensatz hierzu zeigt 8B eine Abwandlung, bei der ein vorspringender Abschnitt 20b an der Spitze der festen Elektroden 3a und 4a ausgebildet ist und das Intervall oder der Abstand des engen Intervallabschnittes 20 ist zwischen dem vorspringenden Abschnitt 20b und dem gegenüberliegenden Abschnitt definiert. Die Oberflächenspannung kann reduziert werden, in dem die einander gegenüberliegenden Flächenabschnitte durch Anbringen der vorspringenden Abschnitte 20a oder 20b an jeweils nur einer Seite klein gemacht wird.
8C zeigt eine Abwandlung, bei der ein Paar von vorspringenden Abschnitten 20c und 20d an den einander gegenüberliegenden Abschnitten (d. h. den Spitzen der beweglichen Elektroden 9a und 9b und den festen Elektrodenverdrahtungsabschnitten 3a und 4a) ausgebildet ist. Der Abstand oder das Intervall des engen Intervallabstandes 20 ist zwischen den beiden vorspringenden Abschnitten 20c und 20d definiert. Die Oberflächenspannung kann dadurch verringert werden, daß die Flächenbereiche einander gegenüberliegender Abschnitte weiter durch Ausbilden der vorspringenden Abschnitte 20c und 20d an beiden Seiten weiter verringert wird.
8D zeigt eine Modifikation, bei der die Spitze der beweglichen Elektrode 9a und 9b abgeschrägt oder zugespitzt ist, um so einen abgeschrägten oder zugespitzten vorspringenden Abschnitt zu erhalten. Somit läßt sich eine noch kleinere gegenüberliegende Fläche erhalten, so daß die Oberflächenspannung weiter verringert wird, ohne die Breiten der beweglichen Elektroden 9a und 9b, der festen Elektroden 3b und 4b oder der Gewichtsabschnitte 7a oder 7b zu verringern, das heißt, ohne die jeweilige Steifigkeit zu verringern, indem einfach die zugespitzte oder abgeschrägte Spitze des vorspringenden Abschnittes bereitgestellt wird.
8E zeigt eine Abwandlung, in der die Spitze des abgeschrägten oder zugespitzten Bereiches, wo der enge Intervallabstand 20 vorhanden ist, seitliche Abschrägungen erfährt, um eine flache Oberfläche zu erhalten.
8F zeigt eine Abwandlung, bei der die Spitze des abgeschrägten Abschnittes, wo der enge Intervallabschnitt 20 definiert ist, abgerundet ist, um eine runde Endoberfläche zu erhalten. Da in diesem Fall die Spitze abgerundet ist, kann sich das Ätzmittel widerstandsfrei und leicht zu dem Spitzenabschnitt bewegen, so daß Zugbelastungen weiter verhindert sind.
Die 8G, 8H und 8I zeigen Abwandlungen, bei denen jeweils eine schräg verlaufende Wandoberfläche 20e, 20f oder 20g vorhanden ist, welche in einem Abschnitt ausgebildet ist, welche dem Spitzenabschnitt der beweglichen Elektroden 9a und 9b benachbart ist. Jede dieser Oberflächen 20e, 20f und 20g ist so geneigt, daß sie sich vom umgebenden Abschnitt in Richtung des Spitzenabschnittes erstreckt. Auch in diesem Fall kann das Ätzmittel widerstandsfrei und leicht sich zu dem Spitzenbereich bewegen, so daß Zugbelastungen weiter verhindert sind.
9 zeigt eine Abwandlung dieser Ausführungsform. In dieser Abwandlung ist ein enger Intervallabschnitt 23 an einem Teil eines Abschnittes gegenüber dem Erkennungsintervall A3 der beiden Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b definiert. Die Formgebungen der beweglichen Elektroden 9a, 9b und der festen Elektroden 3b, 4b sind geändert.
Gemäß 9 haben die beweglichen Elektroden 9a und 9b in ihren mittigen Abschnitten einen weiten Bereich oder Abschnitt, das heißt, sie haben Rauten- oder Rhombusform. Die festen Elektroden 3b, 4b, welche den Detektionsoberflächen der beweglichen Elektroden 9a und 9b gegenüberliegen, haben gekrümmte oder gebogene Form, um teilweise zwischen die beweglichen Elektroden 9a und 9b zu passen, um so die Detektionsintervalle A3 zu bilden.
Hierbei ist der enge Intervallabschnitt 23 zwischen den beiden nichterkennenden Oberflächen gegenüber dem Detektionsintervall A3 definiert, wo der breite mittige Abschnitt einer jeden beweglichen Elektrode 9a und 9b dem gebogenen Abschnitt einer jeden festen Elektrode 3b und 4b gegenüberliegt. Von daher sind gegenüberliegende Flächen in dem engen Intervallabschnitt 23 viel größer als gegenüberliegende Flächen im Detektionsintervall A3. Weiterhin haben das Detektionsintervall A3 und das Intervall des engen Intervallabschnittes B3 eine Beziehung von A3 > B3 (z. B. ist A3 zweimal so groß wie B3).
Durch eine derartige Konstruktion sammelt sich während des Trocknungsschrittes das Ätzmittel nicht in dem weiteren Abschnitt A3, sondern bewegt sich zu den engeren Abschnitten B3, wenn die Trocknung fortschreitet, was aufgrund des Kapillarphänomens erfolgt, und trocknet schließlich in den engeren Abschnitten B3 sowie in den engen Intervallabschnitten 20, 21 und 22.
In dem engen Intervallabschnitt 23 läßt sich jedoch die Zugbelastung wesentlich verringern, da eine Gesamtfläche, an der die Zugbelastung (X-Richtung in 9) angreifen kann, im Vergleich zu dem Fall erheblich verringert ist, in welchem das Ätzmittel in dem Detektionsintervall A3 mit der großen Fläche trocknet. Weiterhin wird eine Rückstellkraft der Gewichtsabschnitte 7a und 7b angelegt, so daß eine Adhäsion oder Anhaftung im engen Intervallbereich 23 verhindert werden kann.
Auf diese Weise läßt sich die gegenüberliegende Fläche oder lassen sich gegenüberliegende Flächen in dem engen Intervallabschnitt 23, d. h. eine Adhäsionsfläche an der nichterkennenden Oberfläche, dadurch erheblich verringern, daß die Rauten- oder Rhombusform und die gekrümmte Form der Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b kombiniert werden. Weiterhin kann verhindert werden, daß sich parasitäre Kapazitäten zwischen den nichterkennenden Oberflächen bilden bzw. hier anwachsen, indem diese von den Elektrodenintervallen getrennt sind welche nicht der enge Intervallabschnitt 23 sind. Auf Seiten der Erkennungsoberfläche kann eine Anfangskapazität erhöht werden, da die Erkennungsoberflächen (kapazitätsbildender Abschnitt) der beiden Elektroden gebogen oder aufgeweitet sind, um ineinander zu passen.
In der Abwandlung gemäß 9 haben die beweglichen Elektroden 9a und 9b die Rauten- oder Rhombusform und die festen Elektroden 3b und 4b haben einen gekrümmten Verlauf; genausogut können jedoch die festen Elektroden 3b und 4b in Rauten- oder Rhombusform sein und die beweglichen Elektroden 9a und 9b können einen gekrümmten Verlauf haben, wie in 10A gezeigt, wo eine weitere Abwandlungsform dargestellt ist. Hiermit lassen sich die gleichen Ergebnisse erzielen.
Weiterhin kann eine Kombination aus Rauten- oder Rhombusform und gekrümmter Form an den Elektroden bei allen Elektroden angewendet werden. Dieses Beispiel ist in 10B gezeigt, wo eines oder mehrere derartiger Paarungen in einer Richtung vorgesehen sind, in der Adhäsion zu verhindern ist. In diesem Falle ist es besonders wirksam, eine derartige Kombination oder Paarung dort vorzusehen, wo rein Verbleib des Ätzmittels am wahrscheinlichsten ist.
Der enge Abschnitt 23, der in einem Intervall gegenüber dem Direktionsintervall A3 aus den Intervallen zwischen den Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b angeordnet ist, kann so ausgebildet werden, daß vorstehende Abschnitte zumindest an einer der gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b ausgebildet werden. Hierbei kann der Sensor 200 dieser Ausführungsform mit den gleichen Schritten wie in der ersten Ausführungsform hergestellt werden.
[Dritte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform dient dazu, die Adhäsion oder Anhaftung eines beweglichen Abschnittes an einem festen Abschnitt aufgrund einer überhohen, von außen einwirkenden Kraft zu verhindern.
Gemäß 11 stellt der Halbleiter-Beschleunigungssensor 300 dieser Ausführungsform eine Modifikation der ersten Ausführungsform dar. Mit anderen Worten, in dieser Ausführungsform fehlen der Graben 103 und der Handhabungsabschnitt, der den Sensorabschnitt 101 umgibt; anstelle hiervon sind Anschläge 30 und 31 vorgesehen. Somit ist bei dem Halbleitersensor 300 gemäß dieser Ausführungsform der Sensorabschnitt 101 gemäß den 2, 3A und 3B selbst eine Grundstruktur. Die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Abschnitte werden nachfolgend näher erläutert.
Die Anschläge 30 und 31 sind über die Verankerungsabschnitte 8a und 8b an der ersten Halbleiterschicht 1a (Halbleitersubstrat) befestigt und sind elektrisch mit dem beweglichen Abschnitt 2 verbunden. Die Anschläge 30 und 31 sind aus der zweiten Halbleiterschicht 1b hergestellt und einstückig mit den Ankerabschnitten 8a und 8b in dem Grabenausbildungsschritt von 5E ausgebildet. Die Anschläge 30 und 31 werden in diesem Schritt mit den verbleibenden Strukturen ausgebildet.
Der Anschlag 30 umfaßt eine äußere Seite des Gewichtsabschnittes 7a ausgehend von dem Verankerungsabschnitt 8e und liegt der nichterkennenden Oberfläche der beweglichen Elektrode 9a mit einem Intervall oder Abstand B4 kleiner als das Erkennungsintervall A1 in Bewegungsrichtung (X1 und X2 in der Figur) des beweglichen Abschnittes 2 gegenüber. Der Anschlag 31 umfaßt eine Außenseite des Gewichtsabschnittes 7b ausgehend vom Verankerungsabschnitt 8b und liegt der nichterkennenden Oberfläche der beweglichen Elektrode 9b mit einem Abstand oder Intervall B4 kleiner als das Direktionsintervall A1 in Bewegungsrichtung (X1 und X2 der Figur) des beweglichen Abschnittes 2 gegenüber.
An den Oberflächen der jeweiligen Anschläge 30 und 31, welche den beweglichen Elektroden 9a und 9b gegenüberliegen, sind vorspringende Abschnitte 30a und 31a ausgebildet, welche von den entsprechenden Oberflächen in Richtung der beweglichen Elektroden 9a und 9b vorstehen. Diese Anschläge 30 und 31 dienen dazu, das Anhaften oder die Adhäsion der Elektroden 3b, 4b, 9a und 9b im Direktionsintervall A1 zu verhindern, wenn ein überhoher Stoß oder Schlag (eine Beschleunigung) von außen auf den Halbleitersensor einwirkt, wobei die Wirkungsweise wie folgt ist:
Wenn eine überhohe Beschleunigung von außen in X1-Richtung wirkt, schlägt der bewegliche Abschnitt 2 durch Auflaufen an dem Anschlag 31 an, und wenn die überhohe Beschleunigung von außen in X2-Richtung anliegt, schlägt der bewegliche Abschnitt 2 durch Auflaufen an dem Anschlag 30 an. Von daher kann keine der Elektroden 3b, 4b, 9a oder 9b mit einer anderen über das Direktionsintervall A1 hinweg in Kontakt gelangen, so daß eine Anhaftung oder Adhäsion verhindert werden kann.
Da hierbei die Anschläge 30 und 31 die vorspringenden Abschnitte 30a und 31a an ihren den beweglichen Elektroden 9a und 9b gegenüberliegenden Oberflächen haben, können die aufeinander zuweisenden Flächenbereiche zwischen den beweglichen Elektroden 9a und 9b und den Anschlägen 30 und 31 verringert werden. Von daher wird eine Kontaktkraft aufgrund einer Adhäsion zwischen den Anschlägen 30 und 31 und den beweglichen Elektroden 9a und 9b so klein, daß aneinander anhaftende Abschnitte durch die Rückstellkraft der Gewichtsabschnitte 7a und 7b wieder voneinander gelöst werden können.
Da weiterhin die Anschläge 30 und 31 elektrisch mit den beweglichen Elektroden 9a und 9b über die Verankerungsabschnitte 8a und 8b verbunden sind, liegen die Abschnitte 30, 9a, 31 und 9b auf gleichen Potentialen, so daß Zugbelastungen aufgrund der elektrostatischen Kraft verhindert werden können. Da in dieser Ausführungsform die Anschläge 30 und 31 bestimmten beweglichen Abschnitten 9a und 9b gegenüberliegen, nämlich denjenigen, welche am Ende der Reihe der beweglichen Elektroden 9a und 9b liegen, können die Anschläge 30 und 31 mit den Verankerungsabschnitten 8a und 8b ohne Überbrückung der anderen beweglichen Elektroden 9a und 9b und der festen Elektroden 3b und 4b verbunden werden, so daß der Gesamtaufbau einfach ist.
Einer der Anschläge 30 oder 31 kann weggelassen werden. Mit anderen Worten, es ist möglich, nur einen der Anschläge 30 oder 31 zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, die vorspringenden Abschnitte 30a oder 31a nur an dem Anschlag 30 oder dem Anschlag 31 zu verwenden.
[Vierte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform verhindert eine Adhäsion oder Anhaftung eines beweglichen Abschnittes 2 an einem festen Abschnitt aufgrund einer Oberflächenspannung eines Fluides während der Herstellung des Halbleitersensors für eine physikalische Größe. Die Halbleiter-Beschleunigungssensoren 100, 200 und 300, welche in den voranstehenden Ausführungsformen beschrieben wurden, können durch die in den 5A bis 5H gezeigten Schritte hergestellt werden.
Hierbei erfolgen nach Ausbildung der Struktur 110, wo der bewegliche Abschnitt 2 und die festen Elektrodenstrukturen 3 und 4 voneinander gelöst oder freigegeben werden (im dritten Ätzschritt oder Freigabeschritt), der Waschvorgang unter Verwendung einer Spülflüssigkeit (für gewöhnlich ultrareines Wasser), das Trocknen und dann das Verdampfenlassen der Waschflüssigkeit. Bei dem Verdampfungsvorgang kann, wenn Flüssigkeit (Waschflüssigkeit) zwischen den festen Elektroden 3b und 4b und den beweglichen Elektroden 9a und 9b verbleibt, möglicherweise eine Zugbelastung zwischen den Elektroden aufgrund der Oberflächenspannung auftreten, wenn die Verdampfung der Flüssigkeit fortschreitet, so daß nach dem vollständigen Trocknen eine Adhäsion oder ein Anhaften dieser Elektroden erfolgen kann.
Bei der nun beschriebenen Ausführungsform wird der Verdampfungsschritt aus der ersten Ausführungsform wie folgt modifiziert: Nach dem Ätzen mit der HF-Lösung (dritter Ätzschritt) wird die Struktur 110 durch ultrareines Wasser gründlich gespült. Danach wird die Struktur 110 in Alkohol (Verdrängungsflüssigkeit) getaucht, damit die Flüssigkeit, welche das Ätzmittel ersetzt hat (ultrareines Wasser), ihrerseits verdrängt wird und nicht an den Elektroden und dergleichen verbleibt.
Danach wird der Alkohol durch Erwärmen oder Erhitzen des Alkoholes vor dem Herausnehmen der Struktur 110 getrocknet und danach die Struktur 110 herausgenommen, um bei Raumtemperatur fertig zu trocken oder indem die Struktur 110 nach dem Herausnehmen aus dem Alkohol erwärmt wird. Es läßt sich auch eine Kombination dieser Trocknungsschritte verwenden.
Die Oberflächenspannung nimmt ab, wenn die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt. Beispielsweise ist im Falle von Wasser die Oberflächenspannung bei 100°C um ungefähr 20% kleiner als bei Raumtemperatur. Somit kann die Zugbelastung aufgrund von Oberflächenspannungen durch Erwärmen oder Erhitzen der Flüssigkeit oder der Struktur gemäß obiger Beschreibung verringert werden, da die Temperatur der Flüssigkeit, welche auf der Struktur 110 verbleibt, während des Trocknungsvorganges (der Verdampfung) steigt.
Da ein Alkohol eine um ein Drittel bis ein Viertel geringere Oberflächenspannung als ultrareines Wasser hat, lassen sich Zugbelastungen verringern. Weiterhin kann ein Alkohol in den Herstellungsschritten leicht angewendet werden, da Alkohol Eigenschaften hat, wie beispielsweise leichte Löslichkeit im Wasser und leichte Substitution, wobei hochreiner Alkohol für die Halbleiterherstellung leicht bezogen werden kann. Der Alkohol ist beispielsweise ein Ethylalkohol, ein Methylalkohol oder ein Isopropylenalkohol. Anstelle des Alkohols läßt sich auch ultrareines Wasser verwenden.
Bei dieser Ausführungsform wird somit die Oberflächenspannung der Flüssigkeit im Vergleich zum Trocknungsvorgang bei Raumtemperatur in dem Verdampfungsschritt verringert, so daß eine Adhäsion oder ein Anhaften verhindert werden kann. Diese Ausführungsform läßt sich auch bei anderen Halbleitersensoren für physikalische Größen anstelle des oben beschriebenen Sensortyps verwenden, beispielsweise bei einem Gierratensensor.
[Fünfte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform, wobei der Handhabungsabschnitt modifiziert ist. Sich von der ersten Ausführungsform unterscheidende Abschnitte werden nachfolgend erläutert. 12A ist eine Draufsicht auf den Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 und 12B ist eine Schnittdarstellung entlang Linie XIIB-XIIB in 12A.
Bei dieser Ausführungsform wird in der Struktur, bei der die zweite Halbleiterschicht 1b auf der ersten Halbleiterschicht 1a als das Halbleitersubstrat mit der dazwischenliegenden Isolierschicht 1c ausgebildet wird, der Sensorabschnitt 101 von der zweiten Halbleiterschicht 1b gebildet, und die Isolierschicht 1c wird durch Entfernen der zweiten Halbleiterschicht 1b außerhalb des Sensorabschnittes 101 freigelegt. Von daher wird ein rahmenförmiger Abschnitt, in welchem die Isolierschicht 1c freiliegt, als umfangsseitiger Abschnitt 113 definiert, und eine umfangsseitige Endoberfläche 1e des umfangsseitigen Abschnittes 113 ist als Handhabungsabschnitt definiert.
Da bei dieser Ausführungsform die umfangsseitige Endoberfläche 1e des umfangsseitigen Abschnittes 113 als Handhabungsabschnitt definiert ist, ist die zweite Halbleiterschicht 1b, welche den Sensorabschnitt 101 bildet, im Ergebnis vom Handhabungsabschnitt 1e durch die Isolationsschicht 1c als Isolationsabschnitt elektrisch getrennt oder isoliert. Der umfangsseitige Abschnitt 113 wird durch Entfernen der zweiten Halbleiterschicht 1b zur gleichen Zeit wie der Grabenausbildungsschritt gemäß 5E erzeugt.
Von daher kann der Handhabungsabschnitt 1e genauso wie in der ersten Ausführungsform problemlos hergestellt werden, so daß verhindert werden kann, daß der Sensorabschnitt 101 geladen wird und eine Adhäsion aufgrund während der Handhabung erzeugter elektrostatischer Kräfte verhindert werden kann. Hierbei ist in dieser Ausführungsform der umfangsseitige Abschnitt 113 am gesamten Umfangsabschnitt des Sensorabschnittes 101 ausgebildet, so daß die umfangsseitige Endfläche 1e des umfangsseitigen Abschnittes 113 als Handhabungsabschnitt definiert ist; der umfangsseitige Abschnitt 113 kann jedoch auch beispielsweise an zwei einander gegenüberliegenden Seiten im Umgebungsbereich des Sensorabschnittes 101 ausgebildet werden.
Der Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 wird durch einen Schneidvorgang in die einzelnen Chips unterteilt. Da bei dieser Ausführungsform keine zweite Halbleiterschicht 1b im Schnittbereich liegt, werden während des Schnittvorganges keine Späne aus der zweiten Halbleiterschicht 1b erzeugt. Diese Späne der zweiten Halbleiterschicht 1b können Kurzschlüsse verursachen, wenn sie sich beispielsweise an einer beweglichen Elektrode festsetzen. Bei dieser Ausführungsform tritt dieser Nachteil jedoch nicht auf, da der Sensor in der Oberfläche der Isolationsschicht 1c geschnitten wird.
Der zu einem Chip vereinzelte Sensor (Halbleiter-Beschleunigungssensor) 100 wird unter Verwendung einer pyramidenförmigen Hülse K1 gemäß 13A gehandhabt. Die 13A und 13B zeigen die Handhabung eines Chips unter Verwendung einer derartigen pyramidenförmigen Hülse. Gestrichelte Bereiche sind Schnittflächen. Die Hülse K1 ist eine Vorrichtung zum Anhaften oder Ansaugen am äußeren Abschnitt des Sensorchips 100 an einer schrägen Oberfläche K3 durch Vakuum oder Unterdruck über eine Öffnung K2.
Die 14A und 14B zeigen den Effekt dieser Ausführungsform, bei der der Sensorchip 100 unter Verwendung der Hülse K1 gehandhabt wird. Hierbei entspricht 14A der ersten Ausführungsform und 14B der vorliegenden Ausführungsform. Die beiden Figuren zeigen eine Beziehung zwischen der Hülse K1 und dem Sensorchip 100 schematisch vereinfacht im Schnitt. Gemäß 14A ist der Handhabungsabschnitt 102 am Umgebungsabschnitt des Sensorabschnittes (äußerer Umfangsabschnitt des Sensorchips) in Kontakt oder Anlage mit der Oberfläche K3 der Hülse K1. Im Gegensatz hierzu ist gemäß 14B die umfangsseitige Endoberfläche 1e des umfangsseitigen Abschnittes 113 am Umfangsabschnitt des Sensorabschnittes (äußerer Umfangsabschnitt des Sensorchips) in Kontakt mit der schrägen Oberfläche K3 der Hülse K1.
Im ersteren Fall ist der Handhabungsabschnitt 102 in Form eines Vorsprungs durch Bereitstellen des Grabens 103 in der Umgebung des Sensorabschnittes 101 gebildet. Im letzteren Fall ist der Handhabungsabschnitt 102 als der äußere Umfangsabschnitt der Isolierschicht 1c mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche aufgebaut. Wenn daher eine Druckkraft der schrägen Oberfläche K3 der Hülse K1 in Betracht gezogen wird, ist die mechanische Haltbarkeit des Handhabungsabschnittes 1e der aktuellen Ausführungsform im Vergleich zu derjenigen der ersten Ausführungsform relativ groß. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform der Sensorabschnitt 101 zuverlässig und sicher elektrisch vom Handhabungsabschnitt 1e durch Ausbilden des umfangsseitigen Abschnittes 113 isoliert.
[Weitere Abwandlungen]
In den zweiten und dritten Ausführungsformen können der Graben 103 und der Handhabungsabschnitt 102 gemäß der ersten Ausführungsform bei jedem der Sensoren 200 bzw. 300 vorgesehen werden. Weiterhin kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Halbleitersensoren für physikalische Größen angewendet werden, welche einen beweglichen Abschnitt und einen festen Abschnitt haben, beispielsweise bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor oder dergleichen; die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Halbleiter-Beschleunigungssensor beschränkt.
Beschrieben wurde ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe, insbesondere ein Halbleiter-Beschleunigungssensor, bei dem verhindert wird, daß sich ein beweglicher Abschnitt an einem festen Abschnitt aufgrund einer elektrostatischen Kraft anlegt und dort haftenbleibt, wobei die elektrostatische Kraft während der Handhabung des Sensors erzeugt wird. Der Beschleunigungssensor weist einen Sensorabschnitt und einen Handhabungsabschnitt auf. Der Sensorabschnitt umfaßt eine erste Halbleiterschicht; einen beweglichen Abschnitt mit einem Gewichtsabschnitt, der an der ersten Halbleiterschicht zur Bewegung abhängig von einer von außen einwirkenden Beschleunigung abgestützt ist, sowie bewegliche Elektroden, welche einstückig mit dem Gewichtsabschnitt ausgebildet sind; und feste Elektroden mit einer Erkennungsoberfläche, welche einer Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektroden gegenüberliegt und an der ersten Halbleiterschicht abgestützt ist. Der Handhabungsabschnitt kann während der Handhabung des Sensors kontaktiert oder berührt werden und ist den Sensorabschnitt umgebend mit einem Graben dazwischen angeordnet. Der Sensorabschnitt wird von dem Handhabungsabschnitt durch den Graben elektrisch isoliert oder getrennt.

Claims

Halbleitersensor für eine physikalische Größe, mit: einem Sensorabschnitt (101), welcher aufweist: ein Halbleitersubstrat (1a); einen beweglichen Abschnitt (2) mit einem Gewichtsabschnitt (6), der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und eine bewegliche Elektrode (9a, 9b), welche einstückig an dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche aufweist; und eine feste Elektrode (3b, 4b), die an dem Halbleitersubstrat (1a) abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode (9a, 9b) gegenüberliegt; und einem Handhabungsabschnitt (102, 1e), der an dem Halbleitersubstrat (1a) ausgebildet ist, von dem Sensorabschnitt (101) durch einen isolierenden Abschnitt (103, 113) isoliert ist und von außen her berührbar ist, wenn der Halbleitersensor für eine physikalische Größe gehandhabt wird, wobei der bewegliche Abschnitt (2) und die feste Elektrode (3b, 4b) durch rechtwinklige Gräben (104a, 104b, 104c) voneinander elektrisch isoliert sind, der bewegliche Abschnitt (2) und die feste Elektrode (3b, 4b) von einem umgebenden Abschnitt (5) eingefaßt sind, und ein äußerer Rand des umgebenden Abschnitts (5) von dem Handhabungsabschnitt (102, 1e) durch einen Graben (103) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsabschnitt (102, 1e) den umgebenden Abschnitt (5) einfaßt und entlang des gesamten Umfangsabschnittes des Sensorabschnittes (101) mit dem isolierenden Abschnitt (103, 113) dazwischen ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht (1b) an einer Oberfläche des Halbleitersubstrates (1a) ausgebildet ist, der isolierende Abschnitt einen Graben (103) zur Unterteilung der Halbleiterschicht aufweist, und der Sensorabschnitt (101) und der Handhabungsabschnitt (102) aus der Halbleiterschicht gefertigt sind mit dem Graben dazwischen und elektrisch voneinander durch den Graben isoliert sind.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht (1b) an einer Oberfläche des Halbleitersubstrates (1a) mit einer Isolierschicht (1c) dazwischen angeordnet ist, wobei der Sensorabschnitt (101) aus dem Halbleiter gemacht ist, die Isolierschicht, welche außerhalb des Sensorabschnittes liegt, teilweise durch teilweises Entfernen der Halbleiterschicht freigelegt ist, wobei die freiliegende Isolierschicht einen umfangsseitigen Endabschnitt (1e) hat, und der Handhabungsabschnitt (113) durch den umfangsseitigen Endabschnitt (1e) der Isolierschicht definiert ist.
Halbleitersensor für eine physikalische Größe, mit: einem Halbleitersubstrat (1a); einem beweglichen Abschnitt (2), mit einem Gewichtsabschnitt (6), der über einen elastischen Stützabschnitt (7a, 7b) an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und einer beweglichen Elektrode (9a, 9b), welche einstückig mit dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche und eine nichterkennende Oberfläche hat; und einer festen Elektrode (3b, 4b), die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode mit einem Erkennungsintervall dazwischen gegenüberliegt sowie eine nichterkennende Oberfläche hat, wobei zumindest entweder die bewegliche Elektrode oder die feste Elektrode so ausgebildet ist, daß ein Intervall (B1, B2) zwischen der nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche kleiner als das Erkennungsintervall ist, wobei die nichterkennende Oberfläche und die dieser nichterkennenden Oberfläche mit dem Intervall dazwischen gegenüberliegende Oberfläche einen im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engeren Intervallabschnitt (20, 21, 22) definieren, wobei die bewegliche Elektrode (9a, 9b) eine Auslegerform hat und von dem Gewichtsabschnitt (6) vorsteht und sich hiervon erstreckt, die feste Elektrode (3b, 4b) eine Auslegerform hat und von einem Stützabschnitt (3a, 4a) vorsteht und sich von diesem erstreckt, der an dem Halbleitersubstrat (1a) abgestützt ist und dem Gewichtsabschnitt (6) gegenüberliegt, beide Längsflächen der Auslegerform von sowohl beweglicher Elektrode als auch fester Elektrode (3b, 4b) einander mit dem Erkennungsintervall dazwischen gegenüberliegen, und der im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engere Intervallabschnitt (20) in einem Spitzenbereich der beweglichen Elektrode (9a, 9b) und einer Oberfläche des Stützabschnittes liegt, welche der Spitze der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenbereich der beweglichen Elektrode (9a, 9b) abgeschrägt ist, um eine flache Oberfläche oder eine Rundung zu bilden, und die Oberfläche des Stützabschnittes, welcher der Spitze der beweglichen Elektrode (9a, 9b) gegenüberliegt, eine schräge Oberfläche hat, welche so geneigt ist, daß sie sich von einem Umgebungsabschnitt des Spitzenabschnittes zu dem Spitzenabschnitt hin annähert.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Elektrode (9a, 9b) eine Auslegerform hat und von dem Gewichtsabschnitt (6) vorsteht und sich hiervon erstreckt, die feste Elektrode (3b, 4b) eine Auslegerform hat und von einem Stützabschnitt (3a, 4a) vorsteht und sich von diesem erstreckt, der an dem Halbleitersubstrat (1a) abgestützt ist und dem Gewichtsabschnitt gegenüberliegt, beide Längsflächen der Auslegerform von sowohl beweglicher Elektrode (9a, 9b) als auch fester Elektrode (3b, 4b) einander mit dem Erkennungsintervall dazwischen gegenüberliegen, und der im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engere Intervallabschnitt (21) in einem Spitzenbereich der festen Elektrode (3b, 4b) und einer Oberfläche des Stützabschnittes liegt, welche der Spitze der beweglichen Elektrode (9a, 9b) gegenüberliegt.
Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Elektrode (9a, 9b) eine Auslegerform hat und von dem Gewichtsabschnitt (6) vorsteht und sich hiervon erstreckt, die feste Elektrode (3b, 4b) eine Auslegerform hat und von einem Stützabschnitt (3a, 4a) vorsteht und sich von diesem erstreckt, der an dem Halbleitersubstrat (1a) abgestützt ist und dem Gewichtsabschnitt (6) gegenüberliegt, beide Längsflächen der Auslegerform von sowohl beweglicher Elektrode als auch fester Elektrode (3b, 4b) einander mit dem Erkennungsintervall dazwischen gegenüberliegen, die nichterkennende Oberfläche der beweglichen Elektrode die der Längsfläche gegenüberliegende Oberfläche ist, die nichterkennende Oberfläche der festen Elektrode (3b, 4b) die der Längsfläche gegenüberliegende Oberfläche ist, und der im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engere Intervallabschnitt (21) zwischen den nichterkennenden Oberflächen der beweglichen Elektrode (9a, 9b) und der festen Elektrode (3b, 4b) vorgesehen ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützabschnitt in eine bestimmte Richtung beweglich ist und eine nichterkennende Oberfläche in einer Richtung hat, welche nicht die bestimmte Richtung ist, wobei der Stützabschnitt so ausgebildet ist, daß ein Intervall (B1, B2) zwischen seiner nichterkennenden Oberfläche und einer dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche kleiner als irgendein anderes Intervall ist, welches durch andere Abschnitte definiert ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engere Intervallabschnitt (20, 21, 22) einen Vorsprungsabschnitt (20a–20d) hat, der zumindest entweder von der nichterkennenden Oberfläche wenigstens entweder der beweglichen Elektrode (9a, 9b) oder der festen Elektrode (3b, 4b) oder der dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche vorsteht, und der Abstand des im Vergleich zum Intervall (A1, A2) engeren Intervallabschnittes zwischen dem vorspringenden Abschnitt und der diesem vorspringenden Abschnitt gegenüberliegenden Oberfläche definiert ist.
Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprungsabschnitt (20a–20d) von einer der nichterkennenden Oberfläche zumindest entweder der beweglichen Elektrode (9a, 9b) oder der festen Elektrode (3b, 4b) oder der dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche vorsteht.
Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprungsabschnitt (20a–20d) von beiden nichterkennenden Oberflächen zumindest entweder der beweglichen Elektrode (9a, 9b) oder der festen Elektrode (3b, 4b) und der Oberfläche, welche dieser nichterkennenden Oberfläche gegenüberliegt, vorsteht.
Halbleitersensor für eine physikalische Größe, mit: einem Halbleitersubstrat (1a); einem beweglichen Abschnitt (2) mit einem Gewichtsabschnitt (6), der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und einer beweglichen Elektrode (9a, 9b), welche einstückig mit dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche und eine nichterkennende Oberfläche hat; einer festen Elektrode (3b, 4b), die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode mit einem dazwischenliegenden Erkennungsintervall gegenüberliegt sowie eine nichterkennende Oberfläche hat; und einem Anschlag (30, 31), der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und in einer Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnittes so angeordnet ist, daß er der beweglichen Elektrode (9a, 9b) mit einem Intervall gegenüberliegt, welches kleiner als das Erkennungsintervall dazwischen ist, wobei der Anschlag (30, 31) elektrisch mit dem beweglichen Abschnitt (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts (2) parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats (1a) verläuft; und der bewegliche Abschnitt (2) und der Anschlag (30, 31) dasselbe Potential aufweisen.
Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (30, 31), der dem beweglichen Abschnitt (2) gegenüberliegt, einen vorspringenden Abschnitt (30a, 31a) hat, der in Richtung des beweglichen Abschnittes vorsteht.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe, mit: einem Sensorabschnitt (101), welcher aufweist: ein Halbleitersubstrat (1a); einen beweglichen Abschnitt (2) mit einem Gewichtsabschnitt (6), der an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist, um sich abhängig von einer hieran anliegenden physikalischen Größe zu bewegen; und eine bewegliche Elektrode (9a, 9b), welche einstückig an dem Gewichtsabschnitt ausgebildet ist und eine Erkennungsoberfläche aufweist; und eine feste Elektrode (3b, 4b), die an dem Halbleitersubstrat abgestützt ist und eine Erkennungsoberfläche hat, welche der Erkennungsoberfläche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; und einem Handhabungsabschnitt (102, 1e), der an dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, von dem Sensorabschnitt (101) durch einen Graben (103) isoliert ist, der die Halbleiterschicht unterteilt und von außen her berührbar ist, wenn der Halbleitersensor für eine physikalische Größe gehandhabt wird, wobei der Sensorabschnitt (101) und der Handhabungsabschnitt (102) aus der Halbleiterschicht mit dem dazwischenliegenden Graben gefertigt und voneinander durch den Graben (103) isoliert sind, wobei das Verfahren aufweist: Ätzen der Halbleiterschicht (1b), um den Sensorabschnitt (101), den Graben (103) und den Handhabungsabschnitt (102, 1e) zur gleichen Zeit zu bilden, elektrisches Isolieren des beweglichen Abschnitts (2) und der festen Elektrode (3, 4) voneinander durch Ausbilden von rechtwinkligen Gräben (104a, 104b, 104c), Einfassen des beweglichen Abschnitts (2) und der festen Elektrode (3b, 4b) von einem umgebenden Abschnitt (5), elektrisches Isolieren eines äußeren Rands des umgebenden Abschnitts (5) von dem Handhabungsabschnitt (102, 1e) durch den Graben (103), wobei der Handhabungsabschnitt (102, 1e) den umgebenden Abschnitt (5) einfaßt, und Ausbilden des Handhabungsabschnitts (102, 1e) entlang des gesamten Umfangsabschnittes des Sensorabschnittes (101) mit dem isolierenden Abschnitt (103, 113) dazwischen.