DE4206173C2 - Mikromechanischer Beschleunigungssensor - Google Patents
Mikromechanischer BeschleunigungssensorInfo
- Publication number
- DE4206173C2 DE4206173C2 DE4206173A DE4206173A DE4206173C2 DE 4206173 C2 DE4206173 C2 DE 4206173C2 DE 4206173 A DE4206173 A DE 4206173A DE 4206173 A DE4206173 A DE 4206173A DE 4206173 C2 DE4206173 C2 DE 4206173C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- silicon
- plates
- layer
- acceleration sensor
- silicon plates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von mikromechanischen
Beschleunigungssensoren nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche. Aus der EP 0 369 352 A1 sind bereits derartige
mikromechanische Beschleunigungssensoren bekannt, bei denen
mehrere Siliziumplatten durch chemische Vorbehandlung,
Aufeinanderlegen und Erwärmen miteinander verbunden sind.
Teilweise weisen dabei die einzelnen Siliziumplatten eine
Oberfläche aus Siliziumoxid oder Kleber oder verschiedenen
Glasschichten auf.
Aus der US 4 882 933 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Beschleunigungssensoren bekannt, bei dem in einem
Zwischenschritt Siliziumwafer, von denen einer eine Oberfläche aus
Siliziumnitrid aufweist, miteinander verbunden werden.
Methoden zur Vorbehandlung von Oberflächen vor einem
Bondprozeß werden beispielsweise in der GB 22 42 313 A
beschrieben. In der Zeitschrift Electronic Letters,
5.7.1990, Bd. 26 Nr. 14, Seiten 1045 bis 1046 wird das
Verbinden von Silizium unter Zuhilfenahme einer
Siliziumnitridschicht beschrieben. In der Zeitschrift
Electronic Letters, 20.6.1991, Bd. 27, Nr. 13, Seiten 1153
bis 1155 wird die Verbindung von Silizium unter
Zuhilfenahme von Platinsilizid beschrieben.
Bei der Verbindung von Wafern, die auf der Oberfläche eine
Schicht aus Siliziumoxid aufweisen, hat es sich gezeigt,
daß bereits beim Aufeinanderlegen der Siliziumwafer eine
gewisse Verbindung der Wafer zustandekommt. Wird diese
Anfangsadhäsion durch mechanisches Auseinanderziehen der
Wafer wieder getrennt, so kommt es beim Wieder
aufeinanderlegen und Tempern nur zu einer sehr schlechten
oder keiner Verbindung der Siliziumwafer. Bei der
Verwendung von Siliziumoxid als Oberfläche beim Verbinden
der Wafer ist es daher erforderlich die Wafer bereits
justiert aufeinander zu legen. Dies erfordert erheblichen
apparativen Aufwand. Bei der Verwendung von Siliziumnitrid
als Oberfläche bei der Verbindung von Wafern hat es sich
gezeigt, daß eine Korrektur der Lage der Wafer relativ zu
einander durch Trennung und Neujustierung möglich ist,
ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Qualität der
Verbindung kommt.
Die erfindungsgemäßen Sensoren mit den kennzeichnenden
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber
den Vorteil, daß die mikromechanischen Prozesse zur
Herstellung der Sensoren durch die Verwendung des
erfindungsgemäßen Schichtaufbaus vereinfacht werden und
die Qualität der fertigen Sensoren verbessert wird. Die
Siliziumoxidschicht stellt eine gute Haftung des
Siliziumnitrids auf dem Silizium sicher. Da Siliziumnitrid
und somit der verwendete Schichtaufbau gegen Flußsäure
beständig ist, können die mikromechanischen Strukturen für
die Sensoren vor der chemischen Vorbehandlung in Flußsäure
getaucht werden. Durch diesen Schritt werden überflüssige
Siliziumoxidschichten entfernt, die bei mikromechanischen
Beschleunigungssensoren die mit einer Kapazitätsänderung
arbeiten wegen der an der Grenzfläche von Silizium
oxid gespeicherten Ladungen zu einer Drift der
Kennlinie führen können. Es wird somit eine gute
Verbindung der Siliziumplatten sichergestellt und die
Meßbarkeit des Sensorsignals wird verbessert. Weiterhin
ist vorteilhaft, daß Siliziumnitrid und Siliziumoxid
gängige Materialien der Siliziummikromechanik sind und
somit die Verträglichkeit des Schichtaufbaus mit den
mikromechanischen Bauteilen gewährleistet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Die Figur zeigt die Herstellung eines
Beschleunigungssensors.
In der Figur ist die Herstellung eines erfindungsgemäßen
Beschleunigungssensors
gezeigt. Der Sensor wird aus drei Siliziumplatten 1, 2, 3
aufgebaut, wobei aus der mittleren Platte 2 eine
Biegefeder 7 mit einer daran aufgehängten seismischen
Masse 6 herausstrukturiert ist. Die Siliziumplatten 1, 2,
3 können auch
Teile von größeren Siliziumwafern sein, im Herstellungsverfahren
werden dann erst die ganzen Wafer verbunden, und durch Zerteilen der
Wafer werden dann die einzelnen Siliziumplatten 1, 2, 3 gebildet.
Die obere Siliziumplatte 1 ist auf der der mittleren Platte 2 zuge
wandten Seite mit einer Schicht 5 aus Siliziumoxid und einer Schicht
4 aus Siliziumnitrid bedeckt. Die untere Platte 3 besteht nur aus
Silizium, allenfalls eine ca. 2 nm starke Schicht von sogenanntem
natürlichem Siliziumoxid ist auf der Oberfläche vorhanden. Die
mittlere Platte 2 weist ebenfalls strukturierte Schichten aus
Siliziumoxid und strukturierte Schichten 4 aus Siliziumnitrid auf.
Die Schichten 5 aus Siliziumoxid weisen eine Dicke von 50 Nanometern
bis ca. 1 Mikrometer auf und sind beispielsweise durch thermische
Oxidation hergestellt. Auf der oberen Platte 1 dienen sie nur dazu,
eine gute Haftung der Schicht 4 aus Siliziumnitrid sicherzustellen.
Auf der mittleren Platte 2 wurden sie weiterhin dazu verwendet, um
die Biegefeder 7 und die seismische Masse 6 aus der mittleren Platte
2 herauszustrukturieren. Silizium, Siliziumoxid und Siliziumnitrid
sind die drei Grundmaterialien der Siliziummikromechanik, insbe
sondere wird die Tatsache genutzt, daß sich diese drei Materialien
alle selektiv gegeneinander ätzen lassen. Beispielsweise ist es
möglich, Siliziumnitrid zu ätzen, ohne daß eine Schicht aus
Siliziumoxid oder Silizium angegriffen wird. Durch die Verwendung
von Siliziumnitrid als Material für die oberste Schicht kann bei
spielsweise die Entfernung dieser Schicht vor dem Verbinden als
Prozeßschritt eingespart werden.
Die Verbindung der drei Platten 1, 2, 3 erfolgt durch chemische Vor
behandlung, Aufeinanderlegen und Erwärmen. Die mittlere Platte 2
wird dabei sowohl mit der Siliziumoberfläche der Platte 3 wie auch
mit der Siliziumnitridoberfläche der Platte 1 verbunden.
Die chemische Vorbehandlung erfolgt durch
Eintauchen in eine NH₄OH/H₂O₂/H₂O-Lösung oder rauchende
Salpetersäure, mit nachfolgender Spülung und Trocknung. Die auf
einandergelegten Platten werden dann auf Temperaturen über 300°C
erwärmt.
Durch Eintauchen der mikromechanischen Strukturen in Flußsäure wird
Siliziumoxid entfernt, ohne daß es dabei zu einer nennenswerten
Ätzung des Siliziums oder des Siliziumnitrids kommt. Wenn auf der
seismischen Masse 6 des Beschleunigungssensors noch Reste eines
Oxidfilms vorhanden sind, so kann es beim Betrieb des fertigen
Sensorchips in diesem Bereich zu einer Speicherung von Ladungen
kommen. Solche auf der seismischen Masse 6 gespeicherten Ladungen
führen zu einem Drift der Kennlinie der Sensoren und beeinträchtigen
somit die Qualität der Beschleunigungsmessung.
Claims (2)
1. Beschleunigungssensor, der aus mehreren miteinander verbundenen
Siliziumplatten (1, 2, 3) aufgebaut ist, wobei aus mindestens einer
der Siliziumplatten (1, 2, 3) eine bewegliche seismische Masse (6),
die an Biegefedern (7) aufgehängt ist, herausstrukturiert ist, wobei
die einzelnen Siliziumplatten (1, 2, 3) gegeneinander elektrisch
isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Siliziumplatten (1, 2, 3) eine Doppelschicht (4) aus einer
Siliziumoxid-Schicht und einer Siliziumnitrid-Schicht angeordnet ist.
2. Beschleunigungssensor, der aus mehreren miteinander verbundenen
Siliziumplatten (1, 2, 3) aufgebaut ist, wobei aus mindestens einer
der Siliziumplatten (1, 2, 3) eine bewegliche seismische Masse (6),
die an Biegefedern (7) aufgehängt ist, herausstrukturiert ist, wobei
die einzelnen Siliziumplatten (1, 2, 3) gegeneinander elektrisch
isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Siliziumplatten (1, 2, 3) eine Dreifachschicht (4) aus zwei
Siliziumoxid-Schichten mit einer dazwischenliegenden
Siliziumnitrid-Schicht angeordnet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4206173A DE4206173C2 (de) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Mikromechanischer Beschleunigungssensor |
JP5038253A JPH065883A (ja) | 1992-02-28 | 1993-02-26 | マイクロメカニクス部材の製法及び加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4206173A DE4206173C2 (de) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Mikromechanischer Beschleunigungssensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4206173A1 DE4206173A1 (de) | 1993-09-02 |
DE4206173C2 true DE4206173C2 (de) | 1995-01-26 |
Family
ID=6452807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4206173A Expired - Fee Related DE4206173C2 (de) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Mikromechanischer Beschleunigungssensor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH065883A (de) |
DE (1) | DE4206173C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6105427A (en) * | 1998-07-31 | 2000-08-22 | Litton Systems, Inc. | Micro-mechanical semiconductor accelerometer |
US6647794B1 (en) * | 2002-05-06 | 2003-11-18 | Rosemount Inc. | Absolute pressure sensor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4882933A (en) * | 1988-06-03 | 1989-11-28 | Novasensor | Accelerometer with integral bidirectional shock protection and controllable viscous damping |
JPH0623782B2 (ja) * | 1988-11-15 | 1994-03-30 | 株式会社日立製作所 | 静電容量式加速度センサ及び半導体圧力センサ |
DE4013319A1 (de) * | 1990-04-26 | 1991-10-31 | Pagendarm Gmbh | Vorrichtung zum auftragen einer schicht auf eine substratbahn |
-
1992
- 1992-02-28 DE DE4206173A patent/DE4206173C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5038253A patent/JPH065883A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH065883A (ja) | 1994-01-14 |
DE4206173A1 (de) | 1993-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0585256B1 (de) | Direktes substratbonden | |
DE3743080C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Druckfühlers | |
DE4009090C2 (de) | ||
DE69912376T2 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements | |
DE69216672T2 (de) | Gegen Überlast geschützter Differenzdrucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE69305955T2 (de) | Beschleunigungssensor und seine herstellung | |
DE4244450C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors | |
DE2913772C3 (de) | Halbleiter-Druckwandler | |
DE69838709T2 (de) | Verfahren zur herstellung eines beschleunigungsaufnehmers | |
EP0721587B1 (de) | Mikromechanische vorrichtung und verfahren zu deren herstellung | |
DE2705068A1 (de) | Feststoffenergiewandler und verfahren zu dessen herstellung | |
DE2503781C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl später voneinander zu trennender Druckmeßwandler in Halbleiterbauweise | |
DE69209743T2 (de) | Struktur mit differentieller Kapazität und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE4203833C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Siliziumhalbleiter-Beschleunigungsmesser-Bauelementen | |
CH684131A5 (de) | Verfahren zur Herstellung von Beschleunigungssensoren und Beschleunigungssensor. | |
WO1999035477A1 (de) | Mikromechanisches bauelement | |
DE4030466C2 (de) | Piezo-Widerstandsvorrichtung | |
WO2018069028A1 (de) | Mikromechanischer sensor mit stressentkopplungsstruktur | |
DE3853432T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Sensoren auf Siliziumgrundlage. | |
DE4206173C2 (de) | Mikromechanischer Beschleunigungssensor | |
DE3814950A1 (de) | Beschleunigungsaufnehmer | |
CH687568A5 (de) | Beschleunigungssensor. | |
DE60201408T2 (de) | Verfahren zum Verstärken einer mechanischen Mikrostruktur | |
DE4222472C2 (de) | Beschleunigungssensor | |
DE4445177A1 (de) | Verfahren zur Herstellung polykristalliner Siliziumschichten mit einstellbaren Schichtspannungen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |