DE4444149A1 - Halbleiter-Gierungsmaßsensor und Verfahren zu desen Herstellung - Google Patents
Halbleiter-Gierungsmaßsensor und Verfahren zu desen HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter-
Gierungsmaßsensor bzw. Schwankungsmaßsensor vom Transistor
typ, der zum Beispiel in einem Körpersteuerungssystem oder
einem Navigationssystem eines Fahrzeugs verwendet wird, und
ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein Vibrationsgyroskop ist in der Japanischen Patentan
meldung mit der Offenlegungsnummer 2-223817 offenbart und
ist als ein Gierungsmaßsensor bzw. Gierungsbetragsensor be
schrieben, der das Gierungsmaß bzw. den Gierungsbetrag
erfaßt, der zum Beispiel auf einen Fahrzeugkörper einwirkt.
Ein solches Vibrationsgyroskop weist einen Schwinger bzw.
Vibrator auf, bei dem ein piezoelektrisches Element mit ei
ner bestimmten Oberfläche eines quadratischen Stabs, der
aus Metall hergestellt ist, verklebt und so strukturiert
ist, daß dieses mittels eines dünnen Stabs gehalten wird.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der in der Japanischen
Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 4-142420 offen
bart ist, weist ein piezoelektrisches Element auf, das mit
einer Stimmgabel verklebt ist, die aus Metall hergestellt
ist. In allen Fällen unterziehen diese Vorrichtungen, die
zur Erfassung der Beschleunigung des Gierungsmaßes und der
gleichen verwendet werden, die Haupteinheit mittels eines
piezoelektrischen Elements einer Vibration und versuchen,
aufgrund der Änderungen in einer Spannung, die durch das
piezoelektrische Element erfaßt werden, eine durch die Co
rioliskraft, die ihrerseits vom Gierungsmaß, das Gegenstand
der Messung ist, hervorgerufen wird, erzeugte Störung zu
erfassen.
Die Leistungsfähigkeit, wie zum Beispiel die Erfass
ungsempfindlichkeit, einer in solcher Weise aufgebauten
Sensoranordnung wird durch das Halte- bzw. Stützverfahren
und die Bearbeitungspräzision des Vibrators beeinflußt. Dar
aus folgt, daß zur Herstellung eines hochwirksamen Sensor
mechanismus die Probleme eines hohen Schwierigkeitsgrades
bei dessen Bearbeitung und Montage und entsprechend hoher
Kosten bestehen, die auf die erforderliche Zeit und die
Schwierigkeit der Bearbeitung und Montage zurückzuführen
sind. Außerdem ist es aufgrund der Beschränkungen bei der
Bearbeitung und Montage schwierig, eine kleinere Größe des
Sensormechanismus zu erreichen.
Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Probleme ist es
die Aufgabe der Erfindung, einen Gierungsmaßsensor zu
schaffen, welcher leicht und mit geringem Kostenaufwand
hergestellt werden kann und welcher ebenso eine ausgeübte
Beschleunigung mit hoher Genauigkeit erfassen kann, und ein
Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Ein erfindungsgemäßer Gierungsmaßsensor beinhaltet eine
bewegliche Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat an
geordnet ist und mittels einer Brückenstruktur über einem
bestimmten Intervall aus der Oberfläche dieses Halbleiter
substrats frei versetzbar bzw. verstellbar ist. Desweiteren
ist eine feste Elektrode vorgesehen, die zur Erregung ver
wendet wird. Die Elektrode ist über dem Halbleitersubstrat
positioniert. Die feste Elektrode verwendet statische Elek
trizität, um die bewegliche Elektrode zu veranlassen, in
einem Spalt zwischen der beweglichen Elektrode über einem
bestimmten Intervall und der Oberfläche des Halbleiter
substrats zu vibrieren. Auf einem Oberflächenabschnitt des
Halbleitersubstrats sind Source- und Drainelektroden mit
Hilfe von Dotierungsdiffusionsbereichen an Orten ausgebil
det, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegen. Demge
mäß wird mittels der beweglichen Elektrode sowie mit den
Source- und Drainelektroden ein Transistor ausgebildet. Der
Gierungsbetrag bzw. Schwankungsbetrag wird mittels Stromän
derungen zwischen den zuvor genannten Source- und Drain
elektroden mittels einer Versetzung der beweglichen Elek
trode erfaßt, die die Wirkung der Corioliskraft begleitet,
die von dem Gierungsbetrag erzeugt wird.
Die bewegliche Elektrode beinhaltet einen Hauptkörper
abschnitt, der mittels einer Brücke frei und verschiebbar
bzw. versetzbar gehalten wird. Eine Erregerelektrode eines
keilförmigen Teils ragt aus dem äußeren Umfang des Haupt
körperabschnitts hinaus. Die zur Erregung verwendete feste
Elektrode ist an dem Halbleitersubstrat befestigt und bein
haltet keilförmige Teile in einer derartigen Kammzahnaus
führung, daß keilförmige Elektroden, die aus dem Hauptkör
perabschnitt der beweglichen Elektrode hervorragen, abwech
selnd über Spalten gebildet sind.
Ein auf eine solche Weise aufgebauter Gierungsmaßsensor
wird mittels eines ersten Schritts hergestellt, der eine
Opferschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
ausbildet. Ein zweiter Schritt bildet auf der Opferschicht
eine bewegliche Elektrode, die eine Mehrzahl von Brücken
zum Unterstützen einer Erregung aufweist, und eine zur Er
regung verwendete feste Elektrode aus, die dieser bewegli
chen Elektrode gegenüberliegt. Ein dritter Schritt diffun
diert bezüglich der beweglichen Elektrode selbsteinstellend
eine Dotierung in das Halbleitersubstrat ein und bildet
Source- und Drainelektroden aus, die der beweglichen Elek
trode gegenüberliegend positioniert sind. In einem vierten
Schritt wird die Opferschicht zwischen dem Halbleiter
substrat und der beweglichen Elektrode weggeätzt, wodurch
diese so strukturiert wird, daß die bewegliche Elektrode
mittels einer elektrostatischen Kraft aus der zur Erregung
verwendeten festen Elektrode vibrieren kann und daß sie
durch eine Corioliskraft verschiebbar ist, die von dem je
weiligen Maß der Gierung erzeugt wird.
Ein in einer solchen Weise aufgebauter Gierungsmaßsen
sor veranlaßt die bewegliche Elektrode, aufgrund der zur
Erregung verwendeten festen Elektrode zu vibrieren. Wenn
eine Beschleunigung aufgrund eines Gierungmaßes auf diesen
vibrierenden beweglichen Sensor einwirkt, wird die bewegli
che Elektrode von der Corioliskraft verschoben bzw. ver
setzt. Wenn die bewegliche Elektrode verschoben wird, än
dert sich der Stromfluß zwischen der Sourceelektrode, die
auf eine solche Weise einen Transistor bildet, daß die be
wegliche Elektrode die Wirkung einer Gateelektrode erhält,
und einer Drainelektrode; folglich wird das Gierungsmaß
mittels dieser Stromänderung erfaßt.
Für den Fall, daß die zur Erregung verwendete feste
Elektrode und die Erregerelektrode so aufgebaut sind, daß
sie parallele flache Platten sind, so daß sich ein Konden
satorspalt ändert, kann die ausgeübte Kraft F1 wie folgt
ausgedrückt werden:
In obiger Gleichung ist ε eine Dielektrizitätskonstante
von Luft, w eine gegenüberliegende Länge der festen Elek
trode und der Erregerelektrode, h eine gegenüberliegende
Dicke der festen Elektrode und der Erregerelektrode,
g ein Abstand (Spalt) zwischen der festen Elek
trode und der Erregerelektrode und V ist eine Spannung, die
zwischen der festen Elektrode und der Erregerelektrode an
gelegt wird.
Es versteht sich aus Gleichung (1), daß sich für den
Fall, daß die Erregerelektrode zusätzlich zur Verschiebung
der beweglichen Elektrode verschoben wird, der Spalt g än
dert und sich somit auch die Kraft F1 ändert. Zum Beispiel
wird für den Fall, daß sich der Spalt g von 4 µm auf 2 µm
ändert, die Kraft F1 vervierfacht. Um folglich eine stabi
lisierte Erregung zu erreichen, ist es notwendig, sowohl
den Spalt g als auch die angelegte Spannung V während der
Erregung zu steuern, was nicht einfach ist. Im Gegensatz
dazu wirken für den Fall, daß die zur Erregung verwendete
feste Elektrode und die Erregerelektrode in einer Kammzahn
ausführung kombiniert sind, elektrostatische Kräfte in der
Weise, daß der keilförmige Kammzahn der Erregerelektrode
gezogen wird. Aufgrund dessen ändert sich die Länge w der
gegenüberliegenden Abschnitte, ohne daß sich der Spalt g
ändert, und eine elektrostatische Kraft F2 wird wie folgt
ausgedrückt.
Es versteht sich aus dieser Gleichung (2), daß es
nichtsdestoweniger selbst dann, wenn der Kammzahn der Erre
gerelektrode durch die konstante elektrostatische Kraft F2
der festen Elektrode gezogen wird, möglich wird, in stabiler
Weise zu bewirken, daß eine Vibration auf die bewegli
che Elektrode einwirkt, indem einfach die angelegte Span
nung V geändert wird.
Außerdem nimmt das Änderungsverhältnis in der senkrech
ten Richtung gemäß einem Herstellungsverfahren eines in
dieser Weise aufgebauten Gierungsmaßsensors den Wert 10%
an, wenn der Betrag der senkrechten oder horizontalen Ver
schiebung der beweglichen Elektrode aufgrund der Coriolis
kraft zum Beispiel mit 0.05 µm angenommen wird und die
Dicke der Opferschicht mit 0.5 µm angenommen wird. Wenn
versucht wird, ein ähnliches Änderungsverhältnis ebenso be
züglich der horizontalen Richtung zu erreichen, muß die
Überlappung der beweglichen Elektrode und der Source- und
Drainelektroden so eingestellt werden, daß sie 0.5 µm be
trägt. Jedoch ist es im gegenwärtigen Herstellungsverfahren
äußerst schwierig, eine Überlappung von 0.5 µm mit hoher
Präzision zu realisieren, und es wird schwierig, die Erfas
sungsgenauigkeit des horizontalen Verschiebungsbetrags an
zuheben. Dadurch, daß die Gatebreite mittels einer Dotie
rungsdiffusion ausgebildet wird und mittels einer entspre
chenden Ausglühtemperatur und -zeit im Herstellungsverfah
ren gebildet wird, kann die Ausbildung sehr kleiner Gate
breiten gesteuert werden.
Dadurch, daß das Gierungsmaß mittels einer Stromände
rung erfaßt wird, wird es möglich, einen hochkompakten Gie
rungsmaßsensor zu schaffen. Wenn zum Beispiel der Stromwert
auf 10 µA eingestellt wird, beträgt die dafür benötigte
Größe des Transistors 10 × 10 µm oder weniger. Desweiteren
können mittels einer Oberflächen-Mikrobearbeitungstechnolo
gie, bei der eine IC-Technologie angewendet wird, die je
weiligen räumlichen und örtlichen Genauigkeiten der Brücken,
der Überlappungen, der zur Erregung verwendeten festen
Elektroden, der beweglichen Elektrode und auch der Source-
und Drainelektroden im Vergleich zu den herkömmlichen Qua
dratstab- und Abstimmgabeltypen wesentlich verbessert wer
den und es kann ein hochwirksamer Gierungsmaßsensor mit
größerer Kompaktheit und geringeren Kosten erzielt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich
nung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine ebene strukturelle Darstellung eines
Halbleiter-Gierungsmaßsensors gemäß einem ersten Aus
führungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2A, 2B und 2C Schnittansichten von Ab
schnitten, die jeweils einer Linie a-a, Linie b-b, bzw.
Linie c-c in Fig. 1 entsprechen;
Fig. 3A bis 3I Schnittansichten, die
schrittweise ein Herstellungsverfahren des erfindungs
gemäßen Gierungsmaßsensors beschreiben;
Fig. 4 eine ebene strukturelle Darstellung eines
zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 5A bis 5D Schnittansichten, die
schrittweise ein Herstellungsverfahren des zweiten Aus
führungsbeispiels beschreiben;
Fig. 6 eine ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschreibende Schnittansicht eines Abschnitts
einer beweglichen Elektrode;
Fig. 7A und 7B Darstellungen einer Betriebs
art des dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8 eine Darstellung eines vierten Ausfüh
rungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 9 eine Darstellung eines Zustands für den
Fall, daß die Dicken einer beweglichen Elektrode und
einer zur Erregung verwendeten festen Elektrode geän
dert sind;
Fig. 10 eine ebene strukturelle Darstellung ei
nes fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 11A eine Schnittansicht eines Abschnitts,
der einer Linie a-a in Fig. 10 entspricht, und Fig. 11B
eine Schnittansicht eines Abschnitts, der in ähnlicher
Weise einer Linie b-b entspricht;
Fig. 12 eine Darstellung einer Einrichtung zum
Aufbringen einer Corioliskraft; und
Fig. 13 eine ebene strukturelle Darstellung ei
nes sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach
folgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1
stellt eine ebene Struktur eines Gierungsmaßsensors bzw.
Gierungsdetektors dar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird aus einem Siliziumwafer des p-Typs ein Halbleiter
substrat 11 ausgebildet. Anker 121 bis 124, die sich zum
Beispiel an vier Orten befinden, werden auf dem Halbleiter
substrat 11 ausgebildet und eine Überlappung (Masse) 14
wird mittels Brücken (Ausleger) 131 bis 134 gehalten bzw.
getragen, wobei ein jeweiliges Ende jeder Brücke durch die
jeweils zugehörigen Anker 121 bis 124 gehalten wird.
Auf der Überlappung 14 sind bewegliche Elektroden 151
und 152 integral bzw. einstückig in Keilausführung bzw.
Keilnutkonfiguration ausgebildet, um Gateelektroden von
Transistoren auszubilden, die veranlaßt werden, seitlich
aus zum Beispiel einem gegenüberliegenden Paar von Seiten
abschnitten hinauszuragen. Die Überlappung 14 wird als der
Hauptkörpermechanismus der beweglichen Elektroden 151 und
152 ausgebildet und ist dazu vorgesehen, einen auf das je
weilige Gierungsmaß zurückzuführenden Verschiebungsbetrag
bzw. eine Versetzung zu gewinnen. Desweiteren ragen Erre
gerelektroden 161 bis 164 aus der Überlappung 14 an bei
zwei jeweiligen Seiten der beweglichen Elektroden 151 und
152 befindlichen Orten hervor und bilden ein jeweiliges
Paar von Keilen bzw. Keilnuten in einer parallelen Kamm
zahnanordnung. Die Erregerelektroden 161 bis 164 wirken so,
daß sie die Überlappung 14 und die beweglichen Elektroden
151 und 152 in eine Vibration versetzen.
Die Anker 121 bis 124, die Brücken 131 bis 134, die
Überlappung 14, die beweglichen Elektroden 151 und 152 und
auch die Erregerelektroden 161 bis 164 sind im wesentlichen
aus einem hitzebeständigen Metall, wie zum Beispiel poly
kristallinem Silizium oder Wolfram, ausgebildet. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als typisches Materi
al polykristallines Silizium verwendet.
Die Überlappung 14, die beweglichen Elektroden 151 und
152 und die Erregerelektroden 161 bis 164, die im wesentli
chen integral bzw. einstückig miteinander ausgebildet sind,
sind auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 11
in vorbestimmten Abständen bzw. Intervallen angeordnet und
werden mit Hilfe der Anker 121 bis 124 über die Brücken 131
bis 134 gehalten.
Auf dem aus Silizium des p-Typs hergestellten Halblei
tersubstrat 11 sind entsprechend zu den jeweiligen keilför
migen beweglichen Elektroden 151 bzw. 152 Sourceelektroden
171 bzw. 172 und Drainelektroden 181 bzw. 182 ausgebildet,
die aus einer Diffusionsschicht bestehen, die durch Ein
bringen eines Dotierstoffs des n-Typs mittels Ionenimplan
tation oder dergleichen hergestellt wird, wodurch Transis
toren ausgebildet werden, bei denen die beweglichen Elek
troden 152 und 152 als jeweilige Gateelektroden wirken.
Zur Erregung dienende feste Elektroden 191 bis 194 sind
so angeordnet, daß sie den jeweiligen Erregerelektroden 161
bis 164 entsprechen. Diese zur Erregung dienenden festen
Elektroden 191 bis 194 sind jeweils in einer Höhenlage be
festigt, die identisch zu der der Erregerelektroden 161 bis
164 auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 11 ist.
Jede der festen Elektroden 191 bis 194 weist drei Keile
bzw. Keilnuten einer Kammzahnanordnung auf, wobei ihre mitt
leren Keile in einer zentralen Position der beiden Keile,
das die jeweiligen Erregerelektroden 161 bis 164 bilden,
ausgebildet sind und wobei ihre anderen zwei Keile an einer
entsprechenden Position auf der Außenseite der genannten
beiden Keile derart ausgebildet sind, daß sie gegenseitig
die Zähne eines Kamms so öffnen, daß vorbestimmte Spalten
in den gegenseitigen Zwischenräumen ihrer jeweiligen Kamm
zähne ausgebildet werden.
Die zur Erregung dienenden jeweiligen festen Elektroden
191 bis 194 sind jeweils über einen Aluminiumleiter an eine
Strom- bzw. Energieversorgung (nicht gezeigt) angeschlos
sen, werden mit einem Spannungssignal einer bestimmten Fre
quenz versorgt, bewirken die Erregung der Elektroden 161
bis 164, zwingen diese, aufgrund einer elektrostatischen
Kraft zu vibrieren, und rufen eine Vibration der Überlap
pung 14 und der beweglichen Elektroden 151 und 152 hervor.
In diesem Fall ist die integral mit den beweglichen Elek
troden 151 und 152 und den Erregerelektroden 161 bis 164
versehene Überlappung 14 über Aluminiumleiter an eine nicht
dargestellte äußere Stromerfassungsschaltung angeschlossen.
Darüber hinaus sind die Sourceelektroden 171 und 172 sowie
die Drainelektroden 181 und 182 ebenfalls über Aluminium
leiter an eine nicht gezeigte externe Stromerfassungsschal
tung angeschlossen.
Fig. 2A stellt eine Schnittstruktur eines einer Linie a-a
entsprechenden Abschnitts in Fig. 1 dar. Das Halbleitersu
bstrat 11 ist aus einem Silizium des p-Typs ausgebildet,
wobei die Sourceelektrode 172 und die Drainelektrode 182
mittels einer Diffusionsschicht aus einer Dotierung des n-
Typs auf dessen Hauptoberfläche ausgebildet ist. Eine In
versionsschicht 21 ist zwischen der Sourceelektrode 172 und
der Drainelektrode 182 mittels einer als Gate verwendeten
beweglichen Elektrode 152 ausgebildet. Demgemäß besteht ein
Isolationsfilm 22 aus einem Schichtisolationsfilm, der auf
dem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet ist, und Aluminium
leiter 231 und 232 sind an die Sourceelektrode 172 bzw. die
Drainelektrode 182 angeschlossen. Zwischen der beweglichen
Elektrode 152 und dem Halbleitersubstrat 11 ist ein Luft
spalt 24 ausgebildet, der der Dicke des Isolationsfilms 22
entspricht. Die bewegliche Elektrode 152, die als Gate ver
wendet wird, ist senkrecht zum Halbleitersubstrat 11 und
senkrecht zu der Zeichnungspapieroberfläche verschiebbar
bzw. verstellbar.
Fig. 2B stellt eine Schnittstruktur eines einer Linie b-b
entsprechenden Abschnitts in Fig. 1 dar. Die Überlappung
14, die zum Beispiel aus polykristallinem Silizium besteht,
ist so ausgebildet, daß sie durch den auf dem Halbleiter
substrat 11 ausgebildeten Isolationsfilm 22 gehalten wird.
Die Überlappung 14 wird über die Brücken 131 und 132 zwi
schen den Ankern 121 und 122 gehalten. Der Isolationsfilm
22 wird hier verwendet, um den Luftspalt 24 zu bilden, und
ist aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder etwas ähnlichem
ausgebildet.
Der Isolationsfilm 22 wird aus einer Opferschicht aus
gebildet, die zusammen mit der Überlappung 14 und den Brücken
131 bis 134 in dem Zwischenraum zwischen dem Halbleit
ersubstrat 11 und den beweglichen Elektroden 151 und 152
(in dieser Darstellung nicht gezeigt) ausgebildet ist, wo
bei die Opferschicht mit Ausnahme der Abschnitte, die den
Ankern 121 bis 124 entsprechen, weggeätzt wird, um den
Luftspalt 24 auszubilden. Zum Zeitpunkt dieses Ätzens wird
eine Ätzflüssigkeit verwendet, die lediglich den Isolati
onsfilm 22, der die Opferschicht darstellt, wegätzt, ohne
jedoch das Substrat 11 und das polykristalline Silizium,
das das Material ist, das die Überlappung 14 ausbildet, die
Brücken 131 bis 134, die beweglichen Elektroden 151 und 152
und ebenso die Anker 121 bis 124 wegzuätzen. Fig. 2C ist ei
ne Schnittstruktur eines einer Linie c-c entsprechenden Ab
schnitts in Fig. 1, wobei der Spalt 24 zwischen der Überlap
pung 14 und der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 aus
gebildet ist.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren eines auf
diese Weise aufgebauten Gierungsmaßsensors unter Bezugnahme
auf die Fig. 3A bis 3I beschrieben. In diesen Darstel
lungen ist ein Zustand gezeigt, der den in Fig. 2A gezeig
ten Abschnitt darstellt. Zusätzlich wird ein MOSFET als
Sensor-Verarbeitungsschaltung auf der rechten Hälfte darge
stellt und dessen Herstellungsverfahren wird ebenso erläu
tert.
Zuerst wird gemäß Fig. 3A der Isolationsfilm 22, der als
Opferschicht benutzt wird, die dem Abschnitt für die Sen
sorherstellung entspricht, auf der Oberfläche des Halblei
tersubstrats 11, das aus Silizium des p-Typs hergestellt
ist, ausgebildet. Der Isolationsfilm 22 kann durch das Ent
fernen eines Isolationsfilms auf einem Abschnitt für die
Transistorherstellung ausgebildet werden, nachdem zuerst
die gesamte Hauptoberfläche des Substrats 11 ausgebildet
worden ist. Demgemäß wird der Gateisolationsfilm 25, wie in
Fig. 3B gezeigt, mittels einer Gateoxidation auf der Haupt
oberfläche des Halbleitersubstrats 11, die dem Abschnitt
für die Transistorherstellung entspricht, ausgebildet.
Danach wird gemäß Fig. 3C ein Film aus polykristallinem
Silizium auf den Isolationsfilmen 22 und 25 ausgebildet und
sowohl eine bewegliche Elektrode 15 als auch ein Transi
storgate 26 werden durch einen photolithographischen
Schritt gemustert. Gleichzeitig werden die Anker 121 bis
124, die Brücken (Ausleger) 131 bis 134, die Überlappung
(Masse) 14 und dergleichen Elemente (die in dieser Darstel
lung nicht gezeigt sind) ausgebildet. Demgemäß wird, wie in
Fig. 3D gezeigt, ein Abdecklack bzw. Resist 28 mittels eines
photolithographischen Schritts ausgebildet, wobei Öffnungen
271 und 272 im Isolationsfilm 22 mit Hilfe einer Befenste
rung, die selbsteinstellend bezüglich der beweglichen Elek
trode 15 durchgeführt wird, ausgebildet werden.
Außerdem werden Öffnungen 291 und 292 in dem Abschnitt
für die Transistorherstellung mittels des Resists 28
selbsteinstellend befenstert. Wenn gemäß Fig. 3E auf diese
Weise befenstert wird, wird ein Dotierstoff in das Halb
leitersubstrat 11 beispielsweise mittels einer Ionenimplan
tation eingeführt, wobei eine Sourceelektrode 17 und eine
Drainelektrode 18, die aus einer Diffusionsschicht des n-
Typs bestehen und die der beweglichen Elektrode 15 entspre
chen, ausgebildet werden. Desweiteren werden eine Source
elektrode 30 und eine Drainelektrode 31 eines Transistorab
schnitts ausgebildet.
Danach wird, wie in Fig. 3F gezeigt, ein Schichtisolati
onsfilm 32 über der gesamten Oberfläche ausgebildet, um die
bewegliche Elektrode 15 und das Transistorabschnittgate 26
von den Aluminiumleitern elektrisch zu isolieren. Demgemäß
werden, wie in Fig. 3G gezeigt, Kontaktlöcher 331 bis 334,
die sowohl der Sourceelektrode 17 und der Drainelektrode 18
als auch der Sourceelektrode 30 und der Drainelektrode 31
entsprechen, bezüglich des Schichtisolationsfilms 32 er
zeugt. Wie in Fig. 3H gezeigt ist, wird Aluminium, welches
das Elektrodenmaterial ist, das jedem jeweiligen Kontakt
loch 331 bis 334 entspricht, aufgeschichtet, wodurch Alumi
niumleiter 341 bis 344 ausgebildet werden.
Daraufhin wird gemäß Fig. 3I der Isolationsfilm 22 un
terhalb der beweglichen Elektrode 15 als eine Opferschicht
genommen und so weggeätzt, daß ein Luftspalt 24 unterhalb
der beweglichen Elektrode 15 ausgebildet wird, womit der
Gierungsmaßsensor vervollständigt ist.
Nun wird die Funktionsweise eines in dieser Weise auf
gebauten Gierungsmaßsensors beschrieben. Wenn eine Spannung
an die zwischen dem Halbleitersubstrat 11 liegenden, als
Gate dienenden beweglichen Elektroden 151 und 152 angelegt
wird, wird eine Inversionsschicht 21 zwischen den Source
elektroden 171 bzw. 172 und den Drainelektroden 181 bzw.
182 ausgebildet, und ein Strom fließt wechselseitig dazwi
schen.
Außerdem wird in den Erregerelektroden 161 bis 164
durch die elektrostatische Kraft eine horizontale Vibration
erzeugt, wenn eine Erregerspannung einer bestimmten Fre
quenz zwischen den zur Erregung dienenden festen Elektroden
191 bis 194 und den Erregerelektroden 161 bis 164 angelegt
wird, und die beweglichen Elektroden 151 und 152 werden zu
sammen mit der Überlappung 14 ebenso in eine Vibration ver
setzt. Eine Corioliskraft, die von dem jeweiligen Gierungs
maß erzeugt wird, ist proportional zu der Geschwindigkeit
dieser Vibration; um die Vibrationsgeschwindigkeit zu erhö
hen, ist es vorzuziehen, eine Frequenz auszuwählen, die ei
nen Resonanzpunkt aufweist, bei dem die Amplitude groß
wird.
Wenn ein Gierungsmaß bzw. eine Gierung, die horizontal
zum Halbleitersubstrat 11 verläuft und ebenso eine senk
recht zu der Vibration liegende Achse aufweist, bezüglich
der Überlappung 14 und den beweglichen Elektroden 151 und
152 erzeugt wird, werden diese als Gates herangezogen, die
auf diese Weise erregt werden und vibrieren. Eine zur Aus
richtung des Substrats 11 senkrecht wirkende und zur Vibra
tionsgeschwindigkeit und zur Masse des Vibrationsteils pro
portionale Corioliskraft wird erzeugt und die Überlappung
14 und die beweglichen Elektroden 151 und 152 werden in
senkrechter Richtung zum Substrat 11 verschoben bzw. ver
setzt. Demgemäß ändert sich durch die als Gate verwendeten
beweglichen Elektroden 151 und 152, die in senkrechter
Richtung zum Substrat 11 verschoben werden, eine Intensität
des elektrischen Feldes und die Ströme, die zwischen den
jeweiligen Sourceelektroden 171 bzw. 172 und den Drainelek
troden 181 bzw. 182 fließen, ändern sich, so daß das jewei
lige Gierungsmaß mittels dieser Stromänderung erfaßt werden
kann.
D.h., die Trägerkonzentration der Inversionsschicht 21
fällt ab und der Strom wird reduziert, wenn die als Gate
verwendeten beweglichen Elektroden 151 und 152 in einer
Richtung z, die durch einen Pfeil in Fig. 2A angedeutet ist,
verschoben worden sind. Für den Fall, daß die beweglichen
Elektroden in der entgegengesetzten Richtung verschoben
worden sind, steigt die Trägerkonzentration der Inversions
schicht an und der Strom zwischen Source und Drain erhöht
sich. Außerdem ändert sich durch eine senkrechte Verschie
bung der beweglichen Elektroden 151 und 152 die Kapazität
des Transistors dieses Abschnitts und die Schwellwertspan
nung ändert sich; desweiteren ändert sich der Strom zwi
schen der Source und dem Drain, womit eine Art einer elek
trischen Verstärkung auftritt, die eine Erfassungsleistung
von hoher Empfindlichkeit ermöglicht. Folglich wird das
Gierungsmaß mit einem in dieser Weise aufgebauten Gierungs
maßsensor durch Anstiege und Abfälle im Betrag des Stroms
erfaßt; ebenso kann eine Verstärkungswirkung erhalten wer
den und die Leistung wird ebenso wie die Funktionsweise
verbessert.
In diesem Gierungsmaßsensor wird als Material für die
Brücken 131 bis 134 ein dünner Film bzw. Dünnfilm verwen
det, der auf dem Siliziumsubstrat 11 ausgebildet ist und
aus einem bestimmten Material besteht, wie zum Beispiel Polykristallin,
das mit Störstellen einer hohen Konzentration
dotiert ist, oder zum Beispiel aus einem Metall mit guter
Hitzebeständigkeit. Aus diesem Grund wird es möglich,
Schwankungen in der Dicke der Brücken 131 bis 134 ausrei
chend zu reduzieren. Im wesentlichen ist für den Fall, daß
eine auf einen einzigen Punkt wirkende Kraft auf einen Aus
leger oder Kragstück (Doppelausleger) ausgeübt wird, dessen
Verschiebung bzw. Versatz umgekehrt proportional zur drit
ten Potenz der Brückendicke und zur ersten Potenz der
Brückenbreite ist. Aus diesem Grund ist eine extreme Präzision
bei der Bearbeitung der Dicke der Brücke im Vergleich zur
Bearbeitung von deren Breite erforderlich.
Um eine Stromänderung aufzuheben bzw. zu kompensieren,
die auf die Wirkung der Beschleunigung zurückzuführen ist
und zu einem Rauschen führt, werden die beweglichen Elek
troden 151 und 152 in der Weise beweglich hergestellt, daß
sie einen Kreis (Ellipse) beschreiben, der bzw. die bezüg
lich der Ebene des Substrats 11 senkrecht verläuft; aus
diesem Grund werden diejenigen Zeitpunkte, bei denen sich
zum Beispiel die beweglichen Elektroden 151 und 152 dem
Substrat 11 am dichtesten annähern oder sich am weitesten
von ihm wegbewegen, unter Beibehaltung des Vibrationszyklus
konstant erfaßt, und wenn das Differential bzw. die Diffe
renz hiervon genommen wird, kann die auf die Beschleunigung
zurückzuführende Stromänderungskomponente aufgehoben wer
den.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungs
beispiel kann die Dicke der Brücken 131 bis 134 mit der Ab
lagerungsdicke des Dünnfilms gesteuert werden, wobei die
Steuerung des Dünnfilms im Vergleich zu der bekannten me
chanischen Bulkbearbeitung erheblich vorteilhafter ist.
Folglich wird die Steuerung des Betrags der Versetzung der
bewegbaren Teile, wenn durch das Gierungsmaß eine Coriolis
kraft erzeugt wird, deutlich verbessert.
Außerdem ist zur Ausbildung der Brücken 131 bis 134 ei
ne polykristalline Schicht in einer Brückenanordnung ausge
bildet worden, nachdem eine Opferschicht auf dem Halblei
tersubstrat 11 ausgebildet worden ist. Die Brücken 131 bis
134, die mit vorbestimmten Abständen bzw. Intervallen ge
bildet sind, sind auf der Oberfläche des Substrats 11 durch
Wegätzen der Opferschicht ausgebildet worden. Die Opfer
schicht bezieht sich hier auf einen Dünnfilm, der mit dem
Ziel der endgültigen Entfernung zuvor ausgebildet worden
ist. Die Trägerkonzentration der Transistorinversions
schicht ist umgekehrt proportional zur Entfernung zwischen
dem Substrat 11 und der Gateelektrode (beweglichen Elek
trode) und der Strom ist in ähnlicher Weise umgekehrt pro
portional zu dieser Entfernung.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungs
beispiel werden die Entfernungen zwischen den beweglichen
Elektroden 151 und 152, welche Gates darstellen, und dem
Halbleitersubstrat 11 mittels der Dicke der Opferschicht
gesteuert und da die Steuerung der Filmdicke der Opfer
schicht in diesem Fall vorteilhaft ist, wird die Steuerung
der Stromwerte zwischen den Sourceelektroden und den Drai
nelektroden ebenso erheblich verbessert.
Desweiteren werden bei dem vorliegenden Gierungsmaßsen
sor Source- und Drainelektroden vorgesehen, die relativ zu
den als Gate verwendeten beweglichen Elektroden 151 und 152
senkrecht liegen, und es wird eine Transistorstruktur ge
schaffen, welche einen Strom zwischen der Source und dem
Drain veranlaßt, sich in Übereinstimmung mit der Verschie
bung der beweglichen Elektroden 151 und 152 zu ändern.
Folglich wird die Verschiebung der beweglichen Elektroden
151 und 152 aus den Stromänderungen zwischen der Source und
dem Drain erfaßt und das Gierungsmaß wird entsprechend ge
messen. In dem Transistor wird der Drainstrom veranlaßt,
sich durch Bewirken einer Änderung einer normalen Gatespan
nung zu ändern, jedoch ändert sich die Trägerkonzentration
der Inversionschicht und der Drainstrom ändert sich sogar
mit einer Änderung in dem Spalt zwischen dem Gate und dem
Substrat, und die Verschiebung der als Gate vorgesehenen
beweglichen Elektroden 151 und 152, welche die von dem je
weiligen Gierungsmaß erzeugte Corioliskraft aufgenommen ha
ben, kann mittels des Betrags bzw. der Stärke des Stroms
zwischen den Sourceelektroden 171 und 172 und den jeweili
gen Drainelektroden 181 bzw. 182 erfaßt werden.
Außerdem existiert zusätzlich zur Feldintensität zwi
schen dem Gate und dem Substrat eine Schwellwertspannung
als ein Faktor zum Bestimmen des Drainstroms in dem Transi
stor. Die Schwellwertspannung ist eine Funktion der elek
trostatischen Kapazität zwischen dem Gate und dem Substrat
und wenn die Kapazität größer wird (d. h. wenn die Entfer
nung zwischen dem Gate und dem Substrat kleiner wird), wird
die Schwellwertspannung kleiner. Außerdem steigt der Drain
strom auch für den Fall an, daß die Feldintensität zwischen
dem Gate und dem Substrat gleich bleibt, wenn die Schwell
wertspannung kleiner wird. Folglich ändert sich die
Schwellwertspannung und aufgrund dessen ändert sich der
Drainstrom in Übereinstimmung mit dem Gierungsmaß, wenn die
beweglichen Gateelektroden von dem jeweiligen Gierungsmaß
bezüglich des Halbleitersubstrats 11 senkrecht verschoben
worden sind.
Für den Fall, daß die als Gate vorgesehenen beweglichen
Elektroden 151 und 152 in Richtung des Substrats 11 ver
schoben worden sind, wird die Schwellwertspannung aufgrund
der Erhöhung der Kapazität geringer und der Drainstrom
steigt an. Desweiteren steigt der Drainstrom an, weil die
Feldintensität zwischen dem Gate und dem Substrat größer
wird. Folglich tritt eine Änderung im Drainstrom auf, wel
che größer als der Betrag der Verschiebung der als Gate
vorgesehenen beweglichen Elektroden 151 und 152 ist.
Zum Beispiel wird dann, wenn die Entfernung zwischen
dem Gate und dem Substrat 11 auf 0.5 µm eingestellt wird,
die Gatelänge auf 2 µm eingestellt, die Source-Drain-Span
nung wird auf 5 V eingestellt, die Substratträgerkonzentra
tion wird auf 2 × 10¹⁵ cm-3 eingestellt, die relative Di
elektrizitätskonstante zwischen dem Gate und dem Substrat
wird auf 1 (d. h. es wird Luft angenommen) eingestellt und
die Gatespannung wird auf 10 V eingestellt, womit die Be
ziehung zwischen der Verschiebung des Gate und der Änderung
im Drainstromwert vorhergesagt werden kann. Wenn eine Ver
schiebung des Gates von 0.005 µm gegenüber dem Substrat
auftritt, d. h. mit einer Größe der Verschiebung von 1%, be
trägt das Maß der Drainstromänderung 4.87% und es tritt ei
ne 4.87fache Verstärkung auf.
Da sich die Feldintensität und die Schwellwertspannung
auf diese Weise aufgrund der Verschiebung der als Gate vor
gesehenen beweglichen Elektroden 151 und 152 ändern, kann
ein großer Betrag einer Drainstromänderung auch für den
Fall erreicht werden, daß die Verschiebung des Gates klein
ist.
Desweiteren sind bei der Herstellung des Gierungsmaß
sensors die Source- und Drainelektroden 171 und 172 und 181
und 182 mittels einer Diffusionsschicht, die ausgebildet
worden ist, nachdem die Anordnung der als Gate vorgesehenen
beweglichen Elektroden ausgebildet worden ist, ausgebildet
worden. Das heißt, daß nach dem Ausbilden einer Opfer
schicht auf dem Halbleitersubstrat und dem Ausbilden der
Anordnung der als Gate vorgesehenen beweglichen Elektroden
151 und 152 Fenster in einem Abschnitt erzeugt worden sind,
um die Source- und Drainelektroden zu erzeugen, und danach
eine Diffusionsschicht, die sowohl die Sourceelektroden 171
und 172 als auch die Drainelektroden 181 und 182 ausbildet,
durch Einführen eines Dotierstoffs mit Ionen in einem be
stimmten Abschnitt des Halbleitersubstrats 11 über diese
Fenster erzeugt wird.
Folglich ist es möglich, immer die als Gate vorgesehe
nen beweglichen Elektroden 151 und 152 auszubilden, die zu
verlässig in dem zentralen Abschnitt zwischen den Source
elektroden 171 und 172 und den Drainelektroden 181 und 182
liegen, wodurch Positionseinstellungsschritte im Herstel
lungsverfahren vereinfacht werden können. Außerdem sind
diese Herstellungsverfahren in und aus sich heraus alles
IC-Herstellungsverfahren und können deren Durchführung un
terstützen; ein Sensorstrukturkörper kann innerhalb eines
IC-Herstellungsverfahrens hergestellt werden und eine Inte
gration mit anderen Schaltungselementen wird einfach mög
lich.
Bei dem Gierungsmaßsensor gemäß diesem Ausführungsbei
spiel wird ein Gierungsmaßdetektor mittels einer Kragarm
konstruktion geschaffen, jedoch kann dies auch mit einer
Auslegerkonstruktion erreicht werden; desweiteren besteht
kein besonderer Bedarf, daß die Anzahl der Brücken vier
sein muß. Außerdem sind sowohl die Transistoren als auch
die Erregerelektroden auf beiden Seiten der Vibrationsrich
tung vorgesehen worden; jedoch ist es natürlich auch ak
zeptabel, wenn sich diese nur auf einer Seite befinden.
Außerdem wurde die Anzahl der Kammzähne der für die Erre
gung verwendeten festen Elektroden mit drei auf der festen
Seite und mit zwei auf der beweglichen Seite dargestellt;
jedoch ist eine Struktur, die größere Anzahlen kombiniert,
ebenso zulässig. Desweiteren wurde die Verwendung eines
Halbleiters des p-Typs als Substrat beschrieben; jedoch ist
eine Struktur, bei der dies ein Substrat des n-Typs ist,
ebenso zulässig, und für den Fall dieses n-Typs sind die
Duffusionselektroden als p-Typen aufgebaut. Desweiteren be
steht keine Notwendigkeit, daß die Überlappung 14 quadra
tisch sein muß; eine Struktur mit zum Beispiel einer Drei
ecksanordnung ist ebenso möglich.
Fig. 4 stellt eine ebene Struktur eines zweiten Ausfüh
rungsbeispiels dar. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel erfassen bewegliche Elektroden 151 und
152 einen bezüglich des Halbleitersubstrats 11 senkrecht
verlaufenden Verschiebungszustand mittels einer Coriolis
kraft, die durch ein Gierungsmaß erzeugt wird. Im Gegensatz
dazu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine horizontale
Verschiebung einer Überlappung (Masse) 14 einer quadrati
schen ebenen Anordnung erfaßt, die durch jeweilige Brücken
(Ausleger) 131 bis 134 mit Hilfe von Ankern 121 bis 124 ge
halten wird. Das heißt, eine Sourceelektrode 17 und eine
Drainelektrode 18 eines keil- bzw. keilnutförmigen Diffusi
onsabschnitts werden parallel zueinander auf einer Haupt
oberfläche des Halbleitersubstrats 11 so ausgebildet, daß
ein jeweiliger Abschnitt von jeder mit dem Boden der Über
lappung 14 überlappt. Die Brücken 131 bis 134, die die
Überlappung 14 halten, sind jeweils mittels zweier Seiten
in der x- und y-Richtung, die in der Darstellung gezeigt
sind, aufgebaut, um in der x- und y-Richtung verschoben zu
werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Größe der auf
das Gierungsmaß zurückzuführenden Verschiebung mittels der
Änderung in der Gatebreite bezüglich der Sourceelektrode 17
und der Drainelektrode 18 erfaßt. Um eine winzige Änderung
in der Gatebreite zu erfassen, wird ein kleiner Transistor
mit Gatebreite so ausgebildet, daß keine Verkleinerung des
Stromänderungsmaßes hervorgerufen wird.
Wenn der Überlappung 14 eine Vibration in der x-Rich
tung erteilt wird und an ihr ein Gierungsmaß auftritt, das
die senkrecht verlaufende Richtung des Substrats 11 als
seine Achse verwendet, wird eine in y-Richtung wirkende Co
rioliskraft an der Überlappung 14 erzeugt und es tritt eine
Verschiebung auf. Eine Überlappung der Überlappung 14, wel
che zu diesem Zeitpunkt die bewegliche Elektrode 14 wird,
mit der Sourceelektrode 17 und der Drainelektrode 18, d. h.
die Gatebreite bei Betrachtung des Transistors, ändert sich
und somit tritt eine Stromänderung auf und ein Gierungsmaß
kann mittels dieser Stromänderung erfaßt werden.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen im einzelnen die Herstel
lungsschritte des Abschnitts der Sourceelektrode 17, der
den Transistorabschnitt gemäß diesem Ausführungsbeispiel
bildet. Ein Abschnitt der Drainelektrode 18 kann in einer
ähnlichen Weise hergestellt werden, so daß auf dessen Be
schreibung verzichtet wird. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wer
den zuerst eine Opferschicht 41 und eine polykristalline
Siliziumschicht auf einem Halbleitersubstrat 11 ausgebil
det, und diese polykristalline Schicht wird bearbeitet, um
eine Überlappung 14 auszubilden, welche als eine als Gate
vorgesehene bewegliche Elektrode verwendet wird. Demgemäß
wird eine Öffnung 42 in einem Abschnitt, der als Transis
torsource verwendet wird, mittels eines photolithographi
schen Schritts ausgebildet.
Als nächstes wird, wie in Fig. 5B gezeigt ist, mittels
einer Ionenimplantation oder dergleichen eine Dotierung auf
die dem Abschnitt der Öffnung 42 entsprechende Hauptober
fläche des Halbleitersubstrats 11 eingebracht und eine Dif
fusionsschicht 43 ausgebildet. Die Diffusionsschicht 43
wird als eine Sourceelektrode verwendet und die Sourceelek
trode 17 wird selbsteinstellend bezüglich der Überlappung
14 ausgebildet, die als eine als Gate dienende bewegliche
Elektrode verwendet wird. In einem solchen Zustand werden
die Überlappung 14, die als bewegliche Elektrode verwendet
wird, und die Diffusionsschicht 43 nicht gegenüberliegend
ausgebildet und folglich befindet sich die Gatebreite des
Transistors in einem Zustand von "0".
Aus diesem Grund wird gemäß Fig. 5C die Aktivierung der
eingebrachten Dotierung mittels Ausglühen durchgeführt und
mittels der der Aktivierung begleitenden Diffusion wird ei
ne der Gatebreite äquivalente bzw. entsprechende Überlap
pung 44 an der Diffusionsschicht 43 und der Überlappung 14,
die als bewegliche Elektrode verwendet wird, ausgebildet
und es wird eine Transistorstruktur erhalten, die als Sour
ceelektrode 17 wirkt. In einem solchen Zustand wird, wie in
Fig. 5D gezeigt, erreicht, daß die Überlappung 14, die die
als Gate dienende bewegliche Elektrode darstellt, ver
schiebbar wird, wenn die Opferschicht durch Wegätzen ent
fernt wird, und wenn die Überlappung 14 durch eine Corio
liskraft, wie durch den Pfeil gezeigt, verschoben wird, än
dert sich die Gatebreite des Transistors (Überlappung 44)
und es wird eine dem Verschiebungsbetrag der Überlappung 14
entsprechende Stromänderung zwischen der Source- und der
Drainelektrode erzeugt. Das heißt, die Gatebreite wird mit
tels des Diffusionsabstands in der Diffusionsschicht 43 ge
bildet und folglich wird ein Transistor mit winziger Gate
breite auf einfache Weise mit hoher Reproduzierbarkeit er
halten.
Mittels einer einer Änderung in der Gatebreite entspre
chenden Stromerfassung wird ein konstant linearer Strom
wert, der der Höhe des Gierungsmaßes (Corioliskraft) ent
spricht, erfaßt. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird
ein Gierungsmaß mittels Änderungen im Abstand zwischen den
als Gate vorgesehenen beweglichen Elektroden 151 und 152
und einem Halbleitersubstrat 11 erfaßt und somit können die
Höhe des Gierungsmaßes und der Stromänderung von einem li
nearen Verhältnis abweichen, wenn der Betrag der Änderung
groß wird. Dies wird dadurch verursacht, daß der Ausdruck
des Stroms umgekehrt proportional zum Abstand bzw. dem In
tervall des Luftspalts 24 ist. Wenn sich jedoch gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel die Überlappung der Überlappung
14, die als eine bewegliche Elektrode verwendet wird, ei
nerseits und der Sourceelektrode 17 und der Drainelektrode
18 andererseits erhöht, steigt der Strom zwischen der Sour
ce und dem Drain proportional dazu an und wenn sich umge
kehrt die Überlappung verkleinert, verringert sich der
Strom demgemäß, und die Höhe des Gierungsmaßes wird im
Strom zwischen der Source und dem Drain genauestens widergespiegelt.
Außerdem wird eine Dotierung selbsteinstellend bezüg
lich der Überlappung 14, die eine als Gate dienende Elek
trode ist, eingebracht und mittels dieser Diffundierung
werden die Sourceelektrode 17 und die Drainelektrode 18
ausgebildet und gleichzeitig damit wird eine Gatebreite ge
bildet, die der Überlappung mit der Überlappung 14 aufgrund
der Diffusion entspricht, und somit kann eine Transistor
herstellung, bei der beim Herstellungsverfahren kein Bedarf
nach einer Positionierung besteht und das zusätzlich eine
winzige Gatebreite aufweist, durchgeführt werden. Aus die
sem Grund kann jeder hergestellte Sensor mit hoher Genauig
keit eine winzige Verschiebung der Überlappung 14, welche
die bewegliche Elektrode ist, ohne eine Abweichung im
Drainstrom zuverlässig erfassen.
Desweiteren stellt Fig. 4 einen Fall dar, bei dem nur
ein Satz, der eine Sourceelektrode 17 und eine Drainelek
trode 18 aufweist, die bezüglich der Überlappung 14 ausge
bildet sind, aber es ist ebenso zulässig, eine weitere
Sourceelektrode und Drainelektrode zum Beispiel auf der der
Überlappung 14 gegenüberliegenden Seite auszubilden. In
diesem Fall kann das Gierungsmaß mittels einer Differenz im
Drainstrom an bzw. in den beiden gegenüberliegenden Transi
storen erfaßt werden. In diesem Fall kann eine senkrecht
zum Substrat verlaufende Beschleunigung, welche die Rausch
komponente darstellt, eliminiert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ändert sich für den
Fall, daß eine Beschleunigung in bezüglich der Ebene des
Halbleitersubstrats 11 senkrecht verlaufender Richtung er
zeugt wird, der Abstand zwischen dem Halbleitersubstrat 11
und der Überlappung 14, welche als bewegliche Elektrode
verwendet wird, die Drainströme der zwei gegenüberliegend
gebildeten Transistorsätze ändern sich gleichphasig und für
den Fall, daß das Gierungsmaß in horizontaler Richtung er
zeugt wird, ändern sich die Drainströme der zwei Transisto
ren gegenphasig. Aus diesem Grund wird es ebenso möglich,
die Beschleunigung und das Gierungsmaß mittels eines Sen
sormechanismus zu erfassen und zu messen. Dies wird dadurch
ermöglicht, daß sich die Drainströme der zwei Transistoren
in gleicher Phase und gleichen Beträgen mit der senkrecht
zum Substrat verlaufenden Verschiebung ändern und keine
Differenz auftritt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt,
daß die Beschleunigung in gleicher Phase und das Gierungs
maß in entgegengesetzter Phase verläuft.
Außerdem sind gemäß dem Ausführungsbeispiel eine ein
zige Sourceelektrode bzw. Drainelektrode in Kombination
bezüglich eines einzigen Transistors gebildet, jedoch kann
auch eine solche Struktur vorgesehen werden, bei der eine
Mehrzahl von Sourceelektroden bzw. Drainelektroden in pa
ralleler Anordnung ausgebildet sind.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel unter
Bezugnahme auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Aus
führungsbeispiel beschrieben. Fig. 6 stellt dessen Struktur
dar. Isolationsfilme 451 und 452 werden in einem bestimmten
Abstand auf einem Halbleitersubstrat 11, das aus Silizium
mit einem hohen Widerstand besteht, ausgebildet und jewei
lige zur Erregung dienende feste Elektroden 461 und 462
werden auf diesen Isolationsfilmen 451 bzw. 452 ausgebil
det. Demgemäß wird eine bewegliche Elektrode, die aus Sili
zium mit einem niedrigen Widerstand besteht, in dem gegen
seitigen Zwischenraum zwischen den zur Erregung dienenden
festen Elektroden 461 und 462 angeordnet. Außerdem ist die
Dicke D der zur Erregung dienenden festen Elektroden 461
und 462 größer als die Dicke d der beweglichen Elektrode
47, so daß die bewegliche Elektrode 47 mittels der Corio
liskraft leicht vertikal verschoben werden kann. In diesem
Fall wird die bewegliche Elektrode 47 so hergestellt, daß
sie in der Richtung der Dicke der festen Elektroden 461 und
462 im wesentlichen zentral angeordnet ist.
Gemäß dem auf diese Weise aufgebauten Gierungsmaßsensor
wird eine Spannung an die bewegliche Elektrode 47 angelegt,
wobei sich eine Inversionsschicht, die der Schicht 21 in
Fig. 2A entspricht, ausbildet und ein Strom zwischen den Dif
fusionsschichten 172 und 182 (Fig. 1) fließt, welche als
Sourceelektrode und Drainelektrode verwendet werden. Außer
dem wird ein Spannungssignal einer bestimmten Frequenz an
die zur Erregung dienenden festen Elektroden angelegt und
die bewegliche Elektrode 47 wird veranlaßt, in einer paral
lel zur Ebene des Substrats 11 verlaufenden horizontalen
Richtung 11 mittels einer elektrostatischen Kraft zu vi
brieren.
Wenn die bewegliche Elektrode in diesem Zustand eine
Corioliskraft aufgrund einer Gierung aufnimmt und in der
senkrecht zur Ebene des Substrats 11 verlaufenden z-Rich
tung verschoben wird, erhöht sich der Strom zwischen den
Diffusionsschichten 172 und 182, die als feste Elektroden
verwendet werden. Folglich wird eine Corioliskraft mittels
Änderungen im Betrag des Stroms zwischen den Diffusions
schichten 172 und 182 erfaßt und ein Gierungsmaß bestimmt.
Wenn die bewegliche Elektrode 47 und die zur Erregung
dienenden festen Elektroden 461 und 462 mittels einer äqui
valenten bzw. gleichgroßen Filmdicke ausgebildet werden,
wird selbst dann eine Anziehungskraft entgegengesetzt der
z-Richtung zwischen der beweglichen Elektrode 47 und den
festen Elektroden 461 und 462 ausgeübt, wenn die bewegliche
Elektrode eine Kraft in der z-Richtung aufgrund der Corio
liskraft aufnimmt; hierdurch wird bezüglich der Verschie
bung der bewegbaren Elektrode 47 eine Brechkraft ausgeübt.
Aus diesem Grund ist die Filmdicke D der festen Elektroden
461 und 462 so gewählt, daß sie größer als die Filmdicke d
der beweglichen Elektrode 47 ist, so daß dazwischen keine
Anziehungskraft ausgeübt wird.
Diese Wirkungsweise wird nun mit Bezugnahme auf Fig. 7A
detailliert beschrieben, welche einen Fall darstellt, bei
dem die Dicken der beweglichen Elektrode 47 und der zur Er
regung dienenden festen Elektroden 461 und 462 identisch
sind. Wenn in diesem Zustand die bewegliche Elektrode 47
gegenüber dem Substrat verschoben wird, verkleinert sich
die Elektrodenzwischenkapazität der beweglichen Elektrode
47 und der zur Erregung dienenden festen Elektroden 461 und
462. Folglich wirkt für den Fall, daß eine Spannung zwi
schen der beweglichen Elektrode 47 und den zur Erregung die
nenden festen Elektroden 461 und 462 angelegt wird, eine
aufwärtsgerichtete Kraft auf die bewegliche Elektrode 47,
die sie zwischen die zur Erregung dienenden festen Elektro
den 461 und 462 zieht.
Fig. 7B stellt ein Beispiel dar, bei dem die Dicke der
zur Erregung dienenden festen Elektroden 461 und 462 dicker
hergestellt worden ist, als die Dicke der beweglichen Elek
trode 47. Wenn sie auf diese Weise aufgebaut ist, ist die
Dicke der zur Erregung dienenden festen Elektroden 461 und
462 bezüglich der beweglichen Elektrode 47 ausreichend dick
und es ändert sich - wenn man die gegenseitige Kapazität
der zur Erregung dienenden festen Elektroden 461 und 462
betrachtet - die Elektrodenzwischenkapazität auch dann
nicht, wenn die bewegliche Elektrode 47 verschoben wird.
Folglich wird die bewegliche Elektrode 47 nicht zwischen
die zur Erregung dienenden festen Elektroden 461 und 462
gezogen. Durch das derartige Verändern der Dicke der beweg
lichen Elektrode und der zur Erregung dienenden festen
Elektroden kann somit erreicht werden, daß die bewegliche
Elektrode 47 nicht zu den zur Erregung dienenden festen
Elektroden 461 und 462 hingezogen wird.
Fig. 8A stellt ein viertes Ausführungsbeispiel dar, wel
ches in erster Linie im Hinblick auf die Unterschiede zu
den drei vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläutert
werden wird. Isolationsfilme 451 und 452 sind in einem be
stimmten Abstand auf dem Halbleitersubstrat 11, das aus Si
lizium mit einem hohen Widerstand besteht, ausgebildet und
jeweilige zur Erregung dienende feste Elektroden 461 und
462 sind auf den Isolationsfilmen 451 bzw. 452 ausgebildet.
Demgemäß wird eine bewegliche Elektrode 47, die aus Silizi
um mit einem niedrigen Widerstand besteht, in dem gegensei
tigen Zwischenraum zwischen den zur Erregung dienenden fe
sten Elektroden 461 und 462 angeordnet.
Eine Dicke D der zur Erregung dienenden festen Elektro
den 461 und 462 ist so gewählt, daß sie dünner als eine
Dicke d der beweglichen Elektrode 47 ist, so daß die beweg
liche Elektrode 47 mittels einer Corioliskraft vertikal
leicht verschoben werden kann. Desweiteren wird die beweg
liche Elektrode 47 so hergestellt, daß sie sich im wesent
lichen in der Richtung der Dicke der festen Elektroden 461
und 462 mittig befindet.
In Fig. 9 ist die Filmdicke der zur Erregung dienenden
festen Elektroden so ausgebildet, daß sie kleiner als die
Filmdicke der beweglichen Elektrode 47 ist. Für den Fall,
daß die Filmdicke der zur Erregung dienenden festen Elek
troden 461 und 462 auf diese Weise dünner als die Filmdicke
der beweglichen Elektrode 47 ist, ändert sich auch dann,
wenn die gegenseitige Kapazität der zur Erregung dienenden
festen Elektroden 461 und 462 betrachtet wird, keine der
Elektrodenzwischenkapazitäten dazwischen, selbst wenn die
bewegliche Elektrode 47 verschoben wird. Folglich wird die
bewegliche Elektrode 47 nicht zwischen die zur Erregung
dienenden festen Elektroden 461 und 462 gezogen und durch
die derartige Änderung der Dicke der Elektrodenabschnitte
kann erreicht werden, daß die bewegliche Elektrode 47 nicht
zwischen die zur Erregung dienenden festen Elektroden 461
und 462 gezogen wird.
Fig. 10 und die Fig. 11A und 11B stellen ein fünftes
Ausführungsbeispiel dar, welches in erster Linie im Hin
blick auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wird. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
wird, weil die bewegliche Elektroden, die Überlappung und
darüber hinaus die Brücken mittels leitfähigem polykri
stallinem Silizium hergestellt sind, eine Inversionsschicht
zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode ausge
bildet und es wird, wenn dazwischen ein Stromfluß hervorge
rufen wird, ein Potentialunterschied zwischen dem Substrat
und den Überlappungs- und Brückenabschnitten zusätzlich zu
den beweglichen Elektroden erzeugt, so daß notwendigerweise
eine elektrostatische Kraft dazwischen erzeugt wird.
Um diese elektrostatische Kraft abzuschätzen, sei auf
folgendes hingewiesen: wenn zum Beispiel der Potentialun
terschied zwischen der beweglichen Elektrode und dem
Substrat mit 10 V angenommen wird und der Spalt mit 0.5 µm
angenommen wird, wird die elektrostatische Kraft 1,771 N
pro Quadratmeter, und wenn die bewegliche Elektrode mittels
polykristallinem Silizium mit einer Dicke von 1 µm ausge
bildet ist, wird diese ungefähr das 80,000fache der Ruhe
last.
Folglich werden die Abschnitte der beweglichen Elek
trode, der Überlappung (Masse) und der Brücke (Ausleger) am
Substrat durch eine äußerst große Kraft verzogen; damit die
beweglichen Elektroden nicht bezüglich des Substrats be
rührt werden, ist es somit notwendig, daß die Brücken sta
bil sind, d. h. daß die Federkonstante der Brücken groß ge
macht wird. Dies macht jedoch den Verschiebungsbetrag der
beweglichen Elektrode für den Fall klein, daß eine Corio
liskraft aufgenommen wird, und eine Erfassung der Coriolis
kraft, d. h. eine Erfassung des Gierungsmaßes, wird er
schwert. Um den Einfluß der elektrostatischen Kraft zu re
duzieren, ist es notwendig, die Fläche derjenigen Oberflä
che zu reduzieren, in der die elektrostatische Kraft er
zeugt wird.
Dieses Ausführungsbeispiel löst dieses Problem und bil
det einen Abschnitt aus, welcher nicht als eine bewegliche
Elektrode wirkt; daß heißt, bezüglich des Halbleiter
substrats 11 untere Elektroden 601 bis 603 entsprechen ei
ner Überlappung (Masse) 14, Brücken (Ausleger) 131 bis 134
und dergleichen. Die unteren Elektroden 601 bis 603 sind
jeweils über Kontaktlöcher 611 bis 613 an Aluminiumleiter
621 bis 623 angeschlossen; durch die derartige Ausbildung
der unteren Elektroden wird die Fläche der Oberfläche, die
die elektrostatische Kraft erzeugt, minimiert und ein Kon
takt mit dem Substrat 11 durch die beweglichen Elektroden
151 und 152 wird verhindert.
Die Größe der Corioliskraft wird größtenteils durch die
Masse des beweglichen Abschnitts beeinflußt und um eine
große Kraft mittels einer Corioliskraft zu erreichen und
einen großen Verschiebungsbetrag zu erzielen, kann eine
weitere Überlappung (Zusatz- oder Hilfsmasse) 140 aus Me
tall, das ein großes spezifisches Gewicht aufweist, wie zum
Beispiel Gold, Wolfram oder dergleichen, auf der Überlap
pung (Masse) 14 gemäß Fig. 12 hinzugefügt werden.
Fig. 13 stellt ein sechstes Ausführungsbeispiel dar,
welches insbesondere im Hinblick auf die Unterschiede zum
zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wird. Gemäß dem in
Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die
beweglichen Elektroden, die Überlappung und die Brücken im
wesentlichen durch polykristallines Silizium ausgebildet.
Aus diesem Grund wird dann, wenn eine Inversionsschicht
zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode ausge
bildet wird, dazwischen ein Stromfluß hervorgerufen; ebenso
wird ein Potentialunterschied zwischen dem Substrat und der
Überlappung zusätzlich zu den beweglichen Elektroden er
zeugt, so daß eine elektrostatische Kraft unvermeidlich er
zeugt wird. Folglich tritt durch eine äußerst große Kraft
eine zu dem Substrat hin gerichtete Zugkraft auf und um zu
erreichen, daß die beweglichen Elektroden das Substrat
nicht berühren, ist es somit notwendig, daß die Brücken
stabil hergestellt werden, so daß deren Federkonstante groß
wird.
Wenn die Brücken jedoch so aufgebaut sind, daß sie
diese Bedingung erfüllen, wird der Verschiebungsbetrag der
beweglichen Elektroden für den Fall klein, daß eine umge
kehrte Corioliskraft aufgenommen wird, und eine Erfassung
der Corioliskraft, d. h. die Empfindlichkeit einer Erfassung
des Gierungsmaßes, wird reduziert. Um den Einfluß dieser
elektrostatischen Kraft zu reduzieren, ist es notwendig,
die Fläche derjenigen Oberfläche, welche die elektrostati
sche Kraft erzeugt, zu reduzieren.
Aus diesem Grund ist in diesem Ausführungsbeispiel eine
untere Elektrode 604, welche nicht als bewegliche Elektrode
dient, auf derjenigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats
11a ausgebildet, die einer Überlappung (Masse) 14, Brücken
(Auslegern) 131 bis 134 und dergleichen entspricht. Die un
tere Elektrode 604 ist in einem solchen Maße ausreichend
vibrationsfest ausgebildet, daß sie sich auch dann in einem
gegenüberliegenden Abschnitt befindet, wenn der bewegliche
Abschnitt vibriert.
Die untere Elektrode 604 ist von einer Sourceelektrode
17 und einer Drainelektrode 18 elektrisch isoliert und die
untere Elektrode 604 ist über ein Kontaktloch (nicht darge
stellt) an einen Aluminiumleiterabschnitt angeschlossen.
In der zuvor beschriebenen Weise kann ein erfindungsge
mäßer Halbleiter-Gierungsmaßsensor leicht und mit geringem
Kostenaufwand aufgebaut werden; ferner kann eine ausgeübte
Beschleunigung mit hoher Genauigkeit gemessen werden; auch
kann dieser Sensor zum Beispiel in einem Auto oder derglei
chen angebracht werden und wirkungsvoll in der Fahrzeug
steuerung und Navigation oder dergleichen eingesetzt wer
den. Da insbesondere das Gierungsmaß mit hoher Genauigkeit
mittels eines Transistoraufbaus in Übereinstimmung mit
Stromwerten, welche sich durch das jeweilige Gierungsmaß
ändern, erfaßt werden kann, wird es möglich, eine Fahrzeug
steuerung oder etwas ähnliches mit hoher Genauigkeit auszu
führen. Außerdem kann dieser Halbleiter-Gierungsmaßsensor
sehr einfach durch Anwendung eines gewöhnlichen IC-Herstel
lungsverfahrens hergestellt werden und insbesondere die
Transistorstruktur, welche das Gierungsmaß erfaßt, kann mit
großer Präzision im Verhältnis zu den Teilen, die durch die
Wirkung der Gierung verschoben werden, hergestellt werden
und somit kann ein Gierungsmaßsensor mit hoher Empfindlich
keit und größter Zuverlässigkeit leicht erhalten werden.
Desweiteren werden bei dem Gierungsmaßsensor gemäß den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine charakteristische
Schicht auf dem Substrat, bewegliche Elektroden und feste
Elektroden und schließlich Source- und Drainbereiche
selbsteinstellend bezüglich dieser beweglichen Elektroden
ausgebildet; jedoch ist dies nicht notwendig der Fall und
es ist statt dessen möglich, zunächst Source- und Drainab
schnitte und anschließend bewegliche Elektroden und feste
Elektroden auszubilden.
Vorstehend wurde ein Halbleiter-Gierungsmaßsensor be
schrieben, welcher mittels eines IC-Herstellungsverfahrens
einfach hergestellt werden kann, so daß ein Gierungsmaß-Er
fassungssignal aufgrund eines Stromwerts mittels eines
Transistoraufbaus erhalten wird. Eine Überlappung, die
durch Brücken gehalten wird, ist in einem bestimmten Ab
stand von einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats ange
ordnet, und bewegliche Elektroden und Erregerelektroden
sind im wesentlichen mit der Überlappung ausgebildet. Feste
Elektroden zur Erregung sind an dem Substrat in Ent
sprechung zu den Erregerelektroden befestigt. Damit zu
sammen sind sowohl Sourceelektroden als auch Drainelek
troden mittels einer Diffusionsschicht auf einer Oberfläche
des Substrats an den beweglichen Elektroden gegenüber
liegenden Positionen so ausgebildet, daß sich ein Drain
strom in Entsprechung zur Verschiebung der beweglichen
Elektroden mittels einer Corioliskraft aufgrund eines Gie
rungsmaßes ändert, wobei das Gierungsmaß durch diesen Strom
erfaßt wird.
Claims (28)
1. Halbleiter-Gierungsmaßsensor mit:
einem Halbleitersubstrat (11);
einer eine Brückenstruktur aufweisenden beweglichen Elektrode (151; 152), die über dem Halbleitersubstrat (11) in einem vorbestimmten Intervall davon angeordnet ist;
einer zur Erregung dienenden ersten festen Elektrode (161; 162; 163; 164; 191; 192; 193; 194), die über einen vorbestimmten Spalt mit der beweglichen Elektrode (151; 152) angeordnet ist, um eine Erregung der beweglichen Elek trode (151; 152) in einem vorbestimmten Zyklus mittels einer elektrostatischen Kraft zu verursachen; und
einer zur Stromerfassung dienenden zweiten festen Elektrode (171; 172; 181; 182), die über dem Halbleiter substrat (11) gegenüberliegend der beweglichen Elektrode (151; 152) vorgesehen ist;
wobei ein Gierungsmaß auf der Grundlage einer Änderung in einem Strom, die an der zweiten festen Elektrode (171; 172; 181; 182) durch eine Änderung in der Relativlage zwischen der beweglichen Elektrode (151; 152) und der zwei ten festen Elektrode (171; 172; 181; 182) hervorgerufen wird, erfaßbar ist, wenn das zu erfassende Gierungsmaß, welches als eine Achse eine Richtung aufweist, die eine Er regungsrichtung der beweglichen Elektrode (151; 152) schneidet, auf die bewegliche Elektrode (151; 152) ein wirkt.
einem Halbleitersubstrat (11);
einer eine Brückenstruktur aufweisenden beweglichen Elektrode (151; 152), die über dem Halbleitersubstrat (11) in einem vorbestimmten Intervall davon angeordnet ist;
einer zur Erregung dienenden ersten festen Elektrode (161; 162; 163; 164; 191; 192; 193; 194), die über einen vorbestimmten Spalt mit der beweglichen Elektrode (151; 152) angeordnet ist, um eine Erregung der beweglichen Elek trode (151; 152) in einem vorbestimmten Zyklus mittels einer elektrostatischen Kraft zu verursachen; und
einer zur Stromerfassung dienenden zweiten festen Elektrode (171; 172; 181; 182), die über dem Halbleiter substrat (11) gegenüberliegend der beweglichen Elektrode (151; 152) vorgesehen ist;
wobei ein Gierungsmaß auf der Grundlage einer Änderung in einem Strom, die an der zweiten festen Elektrode (171; 172; 181; 182) durch eine Änderung in der Relativlage zwischen der beweglichen Elektrode (151; 152) und der zwei ten festen Elektrode (171; 172; 181; 182) hervorgerufen wird, erfaßbar ist, wenn das zu erfassende Gierungsmaß, welches als eine Achse eine Richtung aufweist, die eine Er regungsrichtung der beweglichen Elektrode (151; 152) schneidet, auf die bewegliche Elektrode (151; 152) ein wirkt.
2. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 1, bei dem
die in dem vorbestimmten Intervall über dem Halbleiter
substrat angeordnete bewegliche Elektrode mindestens einen
Abschnitt eines Brückenstrukturkörpers, der einen Über
lappungsabschnitt aufweist, auf welchen das zu erfassende
Gierungsmaß einwirkt und ihn verschiebt, und eine Brücken
struktur beinhaltet, die den Überlappungsabschnitt trägt,
und bei dem der Brückenstrukturkörper eine Mehrfachaus
legerstruktur, die aus mindestens zwei Brückenabschnitten
gebildet ist.
3. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem ein Erregungsbereich der beweglichen Elektrode ein
Bereich ist, in dem gegenüberliegende Flächen einer Ober
fläche der beweglichen Elektrode und der zweiten festen
Elektrode gleichförmig bleiben.
4. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 3, bei dem die bewegliche Elektrode aus einer Spin
delanordnung ausgebildet ist und eine längenmäßige Breite
der beweglichen Elektrode länger als eine Breite der zwei
ten festen Elektrode ist.
5. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 4, bei dem die erste feste Elektrode eine Elektrode
mit der gleichen Höhe wie die der beweglichen Elektrode ist
und über den vorbestimmten Spalt von der beweglichen Elek
trode beabstandet ist.
6. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 5, bei dem die zur Stromerfassung dienende zweite
feste Elektrode eine Mehrzahl von eine Dotierungsdiffu
sionsschicht beinhaltenden Elektroden beinhaltet, die auf
dem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats gegenüber
liegend der beweglichen Elektrode ausgebildet sind.
7. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 6, bei dem:
die bewegliche Elektrode eine Elektrode einer Spin delanordnung ist, die mittels eines Brückenstrukturkörpers gehalten wird;
die zur Stromerfassung dienende zweite feste Elektrode eine eine Dotierungsdiffusionsschicht beinhaltende Elek trode ist, die auf einem Oberflächenabschnitt des Halb leitersubstrats an zwei Seiten der beweglichen Elektrode gegenüberliegend der beweglichen Elektrode ausgebildet ist; und
ein zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode ausgebildeter Transistor sowohl bezüglich der beweglichen Elektrode als auch bezüglich der zweiten festen Elektrode so angeordnet ist, daß eine Gatebreite des Transistors sich selbst durch eine Vibration der beweg lichen Elektrode nicht ändert, sofern das zu erfassende Gierungsmaß nicht erzeugt wird.
die bewegliche Elektrode eine Elektrode einer Spin delanordnung ist, die mittels eines Brückenstrukturkörpers gehalten wird;
die zur Stromerfassung dienende zweite feste Elektrode eine eine Dotierungsdiffusionsschicht beinhaltende Elek trode ist, die auf einem Oberflächenabschnitt des Halb leitersubstrats an zwei Seiten der beweglichen Elektrode gegenüberliegend der beweglichen Elektrode ausgebildet ist; und
ein zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode ausgebildeter Transistor sowohl bezüglich der beweglichen Elektrode als auch bezüglich der zweiten festen Elektrode so angeordnet ist, daß eine Gatebreite des Transistors sich selbst durch eine Vibration der beweg lichen Elektrode nicht ändert, sofern das zu erfassende Gierungsmaß nicht erzeugt wird.
8. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 7, der desweiteren einen zwischen der beweglichen
Elektrode und der zweiten festen Elektrode ausgebildeten
Transistor aufweist und bei dem ein Verschiebungsbetrag,
der an der beweglichen Elektrode für einen Fall erzeugt
wird, bei dem das zu erfassende Gierungsmaß auf einer
Achse, die parallel zu einer Ebene des Halbleitersubstrats
in einer Richtung, die eine Erregungsrichtung der beweg
lichen Elektrode schneidet, verläuft, erzeugt wird, anhand
einer Stromänderung der zweiten festen Elektrode erfaßt
wird.
9. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 8, bei dem
die zweite feste Elektrode mindestens zwei Elektroden bein
haltet und das zu erfassende Gierungsmaß mittels einer Än
derung im Strom, der wechselseitig zwischen den mindestens
zwei Elektroden fließt, erfaßt wird.
10. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 9, bei dem:
ein Transistor zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode ausgebildet ist; und
ein Verschiebungsbetrag, der an der beweglichen Elek trode für einen Fall erzeugt wird, bei dem das zu er fassende Gierungsmaß auf einer zu einer Ebene des Halb leitersubstrats senkrecht verlaufenden Achse in einer Rich tung, die eine Richtung einer Erregung der beweglichen Elektrode schneidet, anhand einer Stromänderung der beweg lichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode erfaßt wird.
ein Transistor zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode ausgebildet ist; und
ein Verschiebungsbetrag, der an der beweglichen Elek trode für einen Fall erzeugt wird, bei dem das zu er fassende Gierungsmaß auf einer zu einer Ebene des Halb leitersubstrats senkrecht verlaufenden Achse in einer Rich tung, die eine Richtung einer Erregung der beweglichen Elektrode schneidet, anhand einer Stromänderung der beweg lichen Elektrode und der zweiten festen Elektrode erfaßt wird.
11. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 10, bei dem
die zweite feste Elektrode mindestens zwei Elektroden bein
haltet und das zu erfassende Gierungsmaß mittels einer
zwischen den mindestens zwei Elektroden wechselseitigen
Stromänderung, die eine Änderung einer Inversionsschicht
begleitet, erfaßt wird.
12. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 11, bei dem ein Hauptkörperabschnitt der beweglichen
Elektrode so ausgebildet ist, daß er mindestens einen Rand
einer linearen Anordnung aufweist, wobei die zur Stromer
fassung dienende feste Elektrode mindestens zwei Elektroden
beinhaltet und so ausgebildet ist, daß ein Ende jeder der
mindestens zwei Elektroden derart in einer Spindelanordnung
angeordnet ist, daß es in den Randabschnitt der beweglichen
Elektrode eingreift.
13. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 1, bei dem
die bewegliche Elektrode so ausgebildet ist, daß sie zwei
Ränder an gegenüberliegenden Orten aufweist, und die zweite
feste Elektrode derart in Entsprechung zu den jeweiligen
Endabschnitten passend ausgebildet ist, daß sie jeweils in
diese zwei Endabschnitte eingreift.
14. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 13, bei dem:
die bewegliche Elektrode aus einem Hauptkörperab schnitt ausgebildet ist, der so mittels einer Mehrzahl von Brücken abgestützt ist, daß sie frei vibriert, wobei ein spindelförmiges Teil in einen Außenumfangsabschnitt des Hauptkörperabschnitts hinausragt;
eine Erregerelektrode aus einem spindelförmigen Teil ausgebildet ist, das aus dem Hauptkörperabschnitt hinaus ragt, und die Erregerelektrode über einen Spalt auf der er sten festen Elektrode gebildet ist, die fest auf dem Halb leitersubstrat ausgebildet ist; und
die erste feste Elektrode eine Mehrzahl von spindel förmigen Teilen beinhaltet, die in einer Kammzahnanordnung angeordnet sind, um die Erregerelektrode beidseitig zu um fassen.
die bewegliche Elektrode aus einem Hauptkörperab schnitt ausgebildet ist, der so mittels einer Mehrzahl von Brücken abgestützt ist, daß sie frei vibriert, wobei ein spindelförmiges Teil in einen Außenumfangsabschnitt des Hauptkörperabschnitts hinausragt;
eine Erregerelektrode aus einem spindelförmigen Teil ausgebildet ist, das aus dem Hauptkörperabschnitt hinaus ragt, und die Erregerelektrode über einen Spalt auf der er sten festen Elektrode gebildet ist, die fest auf dem Halb leitersubstrat ausgebildet ist; und
die erste feste Elektrode eine Mehrzahl von spindel förmigen Teilen beinhaltet, die in einer Kammzahnanordnung angeordnet sind, um die Erregerelektrode beidseitig zu um fassen.
15. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
1 bis 14, bei dem das Halbleitersubstrat in einem Bereich,
der der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, und in einem
Bereich, worin mindestens die zweite feste Elektrode nicht
existiert, eine untere Elektrode beinhaltet und die beweg
liche Elektrode und die untere Elektrode bei gleichem Po
tential so ausgerichtet sind, daß keine elektrostatische
Anziehungskraft zwischen der beweglichen Elektrode und der
unteren Elektrode ausgeübt wird.
16. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 1, bei dem:
die bewegliche Elektrode einen Hauptkörperabschnitt und ein auf eine Seite des Hauptkörperabschnitts hinaus ragendes spindelförmiges Teil beinhaltet;
die erste feste Elektrode ein festes Elektrodenteil beinhaltet, das an einem Ort auf beiden Seiten eines spin delförmigen Teils angeordnet ist, das die bewegliche Elek trode bildet;
eine Dicke des festen Elektrodenteils sich von einer Dicke der beweglichen Elektrode in Form des spindelförmigen Teils unterscheidet; und
ein gegenüberliegender Oberflächenbereich der beweg lichen Elektrode und der festen Elektrode sich auch dann nicht ändert, wenn das bewegliche Teil verschoben wird.
die bewegliche Elektrode einen Hauptkörperabschnitt und ein auf eine Seite des Hauptkörperabschnitts hinaus ragendes spindelförmiges Teil beinhaltet;
die erste feste Elektrode ein festes Elektrodenteil beinhaltet, das an einem Ort auf beiden Seiten eines spin delförmigen Teils angeordnet ist, das die bewegliche Elek trode bildet;
eine Dicke des festen Elektrodenteils sich von einer Dicke der beweglichen Elektrode in Form des spindelförmigen Teils unterscheidet; und
ein gegenüberliegender Oberflächenbereich der beweg lichen Elektrode und der festen Elektrode sich auch dann nicht ändert, wenn das bewegliche Teil verschoben wird.
17. Halbleiter-Gierungsmaßsensor mit:
einem Halbleitersubstrat;
einer beweglichen Elektrode, die in einem ersten In tervall oberhalb einer Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet, und so abgestützt ist, daß sie über einen Brückenstrukturkörper frei verschiebbar ist;
einer zur Erregung dienenden festen Elektrode, die in einem zweiten Intervall oberhalb der Halbleitersubstrat oberfläche angeordnet ist und über einen vorbestimmten Spalt von der beweglichen Elektrode derart beabstandet ist, daß sie statische Elektrizität verwendet, um eine Erregung der beweglichen Elektrode zu verursachen; und
Source- und Drainelektroden, die mittels einer Dotie rungsdiffusionsschicht auf einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats an der beweglichen Elektrode gegenüber liegenden Orten ausgebildet sind;
wobei ein Transistor durch die bewegliche Elektrode und die Source- und Drainelektroden ausgebildet ist, wobei eine Stromänderung zwischen den Source- und Drainelektroden mittels einer Verschiebung der beweglichen Elektrode, die eine Erregung mit einem bestimmten Zyklus durch die feste Elektrode begleitet, erzeugt wird und ein Gierungsmaß an hand der Stromänderung erfaßt wird.
einem Halbleitersubstrat;
einer beweglichen Elektrode, die in einem ersten In tervall oberhalb einer Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet, und so abgestützt ist, daß sie über einen Brückenstrukturkörper frei verschiebbar ist;
einer zur Erregung dienenden festen Elektrode, die in einem zweiten Intervall oberhalb der Halbleitersubstrat oberfläche angeordnet ist und über einen vorbestimmten Spalt von der beweglichen Elektrode derart beabstandet ist, daß sie statische Elektrizität verwendet, um eine Erregung der beweglichen Elektrode zu verursachen; und
Source- und Drainelektroden, die mittels einer Dotie rungsdiffusionsschicht auf einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats an der beweglichen Elektrode gegenüber liegenden Orten ausgebildet sind;
wobei ein Transistor durch die bewegliche Elektrode und die Source- und Drainelektroden ausgebildet ist, wobei eine Stromänderung zwischen den Source- und Drainelektroden mittels einer Verschiebung der beweglichen Elektrode, die eine Erregung mit einem bestimmten Zyklus durch die feste Elektrode begleitet, erzeugt wird und ein Gierungsmaß an hand der Stromänderung erfaßt wird.
18. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 17, bei dem
die bewegliche Elektrode, die in dem ersten Intervall ober
halb des Halbleitersubstrats angeordnet ist, mindestens
einen Bereich eines Brückenstrukturkörpers, der einen Über
lappungsabschnitt aufweist, auf welchen das Gierungsmaß
wirkt und ihn verschiebt, und einen Brückenabschnitt bein
haltet, der den Überlappungsabschnitt hält, wobei der
Brückenstrukturkörper eine Mehrfachauslegerstruktur mittels
mindestens zwei der Brückenstrukturen beinhaltet.
19. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach Anspruch 17 oder 18,
bei dem die bewegliche Elektrode in einer Spindelanordnung
ausgebildet ist und eine längenmäßige Breite der beweg
lichen Elektrode einer Spindelanordnung in einem derartigen
Zustand angeordnet ist, daß sie länger als eine Breite der
Source- und Drainelektroden ist.
20. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 19, bei dem die feste Elektrode eine Elektrode ist,
die oberhalb des Halbleitersubstrats positioniert ist, die
in dem zweiten Intervall von der Halbleitersubstratober
fläche sowie in der gleichen Höhe, wie die bewegliche Elek
trode, angeordnet ist und über den vorbestimmten Spalt von
der beweglichen Elektrode beabstandet ist.
21. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 20, bei dem die bewegliche Elektrode in einer Spin
delanordnung ausgebildet ist und die Source- und Drainelek
troden so angeordnet sind, daß sich eine Gatebreite selbst
durch eine Vibration der beweglichen Elektrode nicht än
dert, sofern ein zu erfassendes Gierungsmaß nicht erzeugt
wird.
22. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 21, bei dem ein Verschiebungsbetrag, der bei der be
weglichen Elektrode in einem Zustand erzeugt wird, bei dem
das zu erfassende Gierungsmaß auf einer zu einer Ebene des
Halbleitersubstrats senkrecht verlaufenden Achse mittels
einer zwischen der beweglichen Elektrode und den Drain- und
Sourceelektroden wechselseitigen Stromänderung, die eine
Änderung eines Inversionsbereichs begleitet, erfaßt wird.
23. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 22, bei dem ein Hauptkörperabschnitt der beweglichen
Elektrode so ausgebildet ist, daß er mindestens einen Rand
einer linearen Anordnung aufweist, und die Source- und
Drainelektroden so ausgebildet sind, daß ein Ende von jeder
derart in einer Spindelanordnung angeordnet ist, daß sie in
den Randabschnitt der beweglichen Elektrode eingreift.
24. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 23, bei dem die bewegliche Elektrode so ausgebildet
ist, daß sie zwei Ränder an gegenüberliegenden Orten auf
weist, und die Source- und Drainelektroden derart in Ent
sprechung zu diesen Rändern ausgebildet sind, daß sie je
weils in diese zwei Ränder eingreifen.
25. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 24, bei dem:
die bewegliche Elektrode einen Hauptkörperabschnitt beinhaltet, der mittels einer Mehrzahl von Brücken so ge halten wird, daß er frei vibriert, und ein spindelförmiges Teil in den Außenumfangsabschnitt des Hauptkörperabschnitts hinausragt, wobei eine Erregerelektrode mittels eines spin delförmigen Teils, das aus dem Hauptkörperabschnitt hinaus ragt, ausgebildet ist und die Erregerelektrode über einen Spalt auf der festen Elektrode, die fest auf dem Halb leitersubstrat ausgebildet ist, gebildet ist; und
die feste Elektrode eine Mehrzahl von spindelförmigen Teilen beinhaltet, die in einer Kammzahnanordnung angeord net sind, die die Erregerelektrode beidseitig umfaßt.
die bewegliche Elektrode einen Hauptkörperabschnitt beinhaltet, der mittels einer Mehrzahl von Brücken so ge halten wird, daß er frei vibriert, und ein spindelförmiges Teil in den Außenumfangsabschnitt des Hauptkörperabschnitts hinausragt, wobei eine Erregerelektrode mittels eines spin delförmigen Teils, das aus dem Hauptkörperabschnitt hinaus ragt, ausgebildet ist und die Erregerelektrode über einen Spalt auf der festen Elektrode, die fest auf dem Halb leitersubstrat ausgebildet ist, gebildet ist; und
die feste Elektrode eine Mehrzahl von spindelförmigen Teilen beinhaltet, die in einer Kammzahnanordnung angeord net sind, die die Erregerelektrode beidseitig umfaßt.
26. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 25, bei dem das Halbleitersubstrat eine untere Elek
trode beinhaltet, die in einem Bereich, der der beweglichen
Elektrode gegenüberliegt, und in einem Bereich, worin min
destens die Source- und Drainelektroden nicht existieren,
angeordnet ist, und die bewegliche Elektrode und die untere
Elektrode bei gleichen Potentialen so ausgerichtet sind,
daß keine elektrostatische Anziehungskraft dazwischen aus
geübt wird.
27. Halbleiter-Gierungsmaßsensor nach einem der Ansprüche
17 bis 26, bei dem die bewegliche Elektrode einen Hauptkör
perabschnitt und ein spindelförmiges Teil beinhaltet, das
auf eine Seite des Hauptkörperabschnitts hinausragt, wobei
die feste Elektrode ein festes Elektrodenteil beinhaltet,
das an einem Ort auf beiden Seiten des spindelförmigen
Teils, das die bewegliche Elektrode bildet, gebildet ist,
wobei eine Dicke des festen Elektrodenteils sich von einer
Dicke des spindelförmigen Teils der beweglichen Elektrode
unterscheidet und gegenüberliegende Oberflächenbereiche der
beweglichen Elektrode und des festen Elektrodenteils sich
auch dann nicht ändern, wenn die bewegliche Elektrode ver
schoben wird.
28. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Gierungsmaß
sensors, mit den folgenden Schritten:
Ausbilden einer Opferschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats;
Ausbilden einer beweglichen Elektrode auf der Opfer schicht, wobei die bewegliche Elektrode eine Mehrzahl von Brücken zum Unterstützen einer Erregung aufweist, und Aus bilden einer zur Erregung dienenden festen Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt;
Diffusionsdotieren in einer selbsteinstellenden Weise in dem Halbleitersubstrat bezüglich der beweglichen Elek trode und Ausbilden von Source- und Drainelektroden, die gegenüberliegend der beweglichen Elektrode angeordnet wer den; und
Wegätzen der Opferschicht zwischen dem Halbleiter substrat und der beweglichen Elektrode auf eine solche Weise, daß eine Verschiebung der beweglichen Elektrode be gleitende Stromänderungen zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode erfaßbar sind;
wobei die bewegliche Elektrode mittels einer elektro statischen Kraft aus der festen Elektrode zum Vibrieren ge bracht wird und mittels einer Corioliskraft, die durch das Gierungsmaß erzeugt wird, verschoben wird.
Ausbilden einer Opferschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats;
Ausbilden einer beweglichen Elektrode auf der Opfer schicht, wobei die bewegliche Elektrode eine Mehrzahl von Brücken zum Unterstützen einer Erregung aufweist, und Aus bilden einer zur Erregung dienenden festen Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt;
Diffusionsdotieren in einer selbsteinstellenden Weise in dem Halbleitersubstrat bezüglich der beweglichen Elek trode und Ausbilden von Source- und Drainelektroden, die gegenüberliegend der beweglichen Elektrode angeordnet wer den; und
Wegätzen der Opferschicht zwischen dem Halbleiter substrat und der beweglichen Elektrode auf eine solche Weise, daß eine Verschiebung der beweglichen Elektrode be gleitende Stromänderungen zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode erfaßbar sind;
wobei die bewegliche Elektrode mittels einer elektro statischen Kraft aus der festen Elektrode zum Vibrieren ge bracht wird und mittels einer Corioliskraft, die durch das Gierungsmaß erzeugt wird, verschoben wird.
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