DE69305955T2

DE69305955T2 - Beschleunigungssensor und seine herstellung

Info

Publication number: DE69305955T2
Application number: DE69305955T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kariya-City Aichi-Pref. 448 Fujii
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2013-04-24
Also published as: US6227049B1; WO1993022690A1; US6244112B1; USRE42083E1; USRE41047E1; US6171881B1; USRE40347E1; USRE40561E1; JPH05304303A; US20010032509A1; USRE41213E1; DE69305955D1; EP0591554A4; EP0591554A1; JP3367113B2; EP0591554B1

Description

Technologisches Feld

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor, und insbesondere einen Halbleiter- Beschleunigungssensor, der für ein Airbag-Systeme, ein 10 Dämpfungs und Federungsregelsystem oder ähnliches im Automobil geeignet ist.

Hintergrund der Erfindung

Beim Herstellen eines Halbleiter-Beschleunigungssensors ist der bewegliche Teil davon bisher so hergestellt worden, daß er einen einkristallinen Silizium-Wafer durchdringt. Dementsprechend ist eine Größe erforderlich, die ausreicht,
um die Dicke des Wafers zu durchdringen, und deshalb ist es schwierig gewesen, den Beschleunigungssensor zu miniaturisieren. Zusätzlich ist ein Relaxationsteil, wie etwa ein Sockel, erforderlich gewesen, um den Sensor in eine kompakte Anordnung einzubauen, damit eine durch den Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten oder ähnliches verursachte mechanische Spannung abgebaut werden konnte.
In Nikkei Electronics, 11. November, 1991 (Nr. 540), Seiten 223 bis 231, ist allerdings ein Beschleunigungssensor beschrieben, der durch Anwendung einer Oberflächen-Mikrobearbeitungstechnik hergestellt wurde. Das heißt, eine dünne Polysiliziumschicht wird auf ein Siliziumsubstrat auflaminiert, und danach wird diese Polysiliziumschicht geätzt, wobei ein parallel zur Substratoberfläche beweglicher Ausleger gebildet wird, so daß ein Beschleunigungssensor vom differentiell kapazitiven Typ entsteht. Wird jedoch die Auslegerstruktur mit Polysilizium ausgebildet, so werden die Sensorcharakteristika instabil, wenn eine Signalverarbeitungsschaltung um die gebildete Auslegerstruktur herum aufgebaut wird. Das kommt daher, daß die Auslegerstruktur aus einem polykristallinen und einem amorphen Material gebildet wird, was zu beachtlichen Schwankungen für jedes Fertigungslos führt.
Das US-Patent Nr. 4,679,434 offenbart einen Beschleunigungssensor, in dem ein Siliziumsubstrat mit einer bei einer Beschleunigung bewegbaren trägen Masse zwischen zwei isolierenden Schichten 26 und 28 eingelegt ist. Eine Veränderung im Kondensator, die durch Annähern der trägen Masse an die isolierenden Schichten in Folge einer Beschleunigung verursacht wird, wird zum Bestimmen der Beschleunigung erfaßt.
Dementsprechend ist es immer noch wünschenswert, einen Beschleunigungssensor durch Oberflächen-Mikrobearbeitung von einkristallinem Silizium herzustellen.
Unter solchen Umständen ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Beschleunigungssensor mit einer neuartigen Struktur, durch die hohe Genauigkeit und hohe Zuverlässigkeit erzielt werden können, bereit zu stellen.
Zusätzlich ist es ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Beschleunigungssensor mit guter Ausbeute während dessen Produktionsprozeß herzustellen.

Beschreibung der Erfindung

Dieses Ziel wird durch einen im Anspruch 1 definierten Beschleunigungssensor und durch einen in Anspruch 4 oder 11 definierten Herstellungsprozeß dafür erreicht.
Das Wesentliche eines ersten Gesichtspunktes der Erfindung liegt in einem Beschleunigungssensor mit einem zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat, das auf ein erstes einkristallines Siliziumsubstrat mit einer dazwischen liegenden isolierenden Schicht durch Bondieren aufgebracht ist, wobei das zweite einkristalline Siliziumsubstrat aus einer dünnen Schicht besteht, einem auf wenigstens einem des ersten und zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats und in einer Richtung parallel zur Substratoberfläche beweglichen Ausleger und einer auf wenigstens einem des ersten und zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildeten Signalverarbeitungsschaltung zum Durchführen der Verarbeitung von durch eine Bewegung des Auslegers infolge einer Beschleunigung erzeugten Signalen.
Zudem liegt der Kern eines zweiten Gesichtspunktes der Erfindung in einem Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors, mit einem ersten Schritt zum Erzeugen einer Rille mit einer vorbestimmten Tiefe auf der Hauptoberfläche eines ersten einkristallinen Siliziumsubstrats zur Erzeugung eines Auslegers; einem zweiten Schritt zum Erzeugen einer Schicht aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder einer Mischung davon auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats, um die Rille mit der Siliziumschicht auszufüllen, und dem Glätten (Abflachen) der Oberfläche der Siliziumschicht; einem dritten Schritt zum Bondieren der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats an ein zweites einkristallines Siliziumsubstrat mit einer darauf ausgebildeten isolierenden Schicht, so daß sich die isolierende Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat befindet; einem vierten Schritt zum Polieren der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats bis zu einem vorbestimmten Grad, so daß aus dem ersten einkristallinen Substrat eine dünne Schicht wird; und einem fünften Schritt zum Erzeugen einer Signalverarbeitungsschaltung auf wenigstens einem des ersten und zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats, und danach Entfernen der Siliziumschicht aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder einer Mischung davon durch Ätzen von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats her, um einen Ausleger zu bilden.
Zudem liegt der Kern eines dritten Gesichtspunktes der Erfindung in einem Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors mit einem ersten Schritt zum Bondieren einer Hauptoberfläche eines ersten einkristallinen Siliziumsubstrats an ein zweites einkristallines Siliziumsubstrat mit einer darauf ausgebildeten isolierenden Schicht, so daß die isolierende Schicht dazwischen liegt; einem zweiten Schritt zum Polieren der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats bis zu einem vorbestimmten Grad, so daß aus dem ersten einkristallinen Siliziumsubstrat eine dünne Schicht wird; ein dritter Schritt zum Bilden einer Rille mit vorbestimmter Tiefe zur Erzeugung eines Auslegers; ein vierter Schritt zum Bilden einer Schicht aus polykristallinem Silizium, einem amorphen Silizium oder einer Mischung davon auf der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats, so daß die Rille mit der Siliziumschicht ausgefüllt wird, und zum Glätten der Oberfläche der Siliziumschicht; und ein fünfter Schritt zum Ausbilden einer Signalverarbeitungsschaltung auf wenigstens einem des ersten und des zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats und danach zum Entfernen der Schicht aus polykristallinem Silizium, amorphen Silizium oder einer Mischung davon durch Ätzen von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats her, um einen Ausleger zu erzeugen.
Wenn gemäß dem ersten Gesichtspunkt eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zur Oberfläche des bondierten einkristallinen Siliziumsubstrats auftritt, bewegt sich der auf dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildete Ausleger. Wenn sich dieser Ausleger bewegt, erfolgt eine Signalverarbeitung in der auf dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildeten Signalverarbeitungsschaltung.
Gemäß dem zweiten Aspekt wird in einem ersten Schritt eine Rille vorbestimmter Tiefe zur Herstellung eines Auslegers auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats gebildet, und als zweiter Schritt wird eine Schicht aus polykristallinem Silizium, einem amorphen Silizium oder einer Mischung davon auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet, wobei die Rille mit der Siliziumschicht aufgefüllt wird, und es wird die Oberfläche dieser Siliziumschicht geglättet. Darauf folgend wird in einem dritten Schritt die Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats mit einem zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat, das eine darauf ausgebildete Isolationsschicht aufweist, verbunden, so daß sich die Isolationsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten einkristallinen Substrat befindet, und in einem vierten Schritt wird die Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats bis zu einem vorbestimmten Grad poliert, wodurch aus dem ersten einkristallinen Siliziumsubstrat eine dünne Schicht wird. Darauf folgend wird in einem fünften Schritt eine Signalverarbeitungsschaltung auf dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat erzeugt, wonach die polykristalline, amorphe oder gemischte Siliziumschicht durch Ätzen von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats aus entfernt und ein Ausleger gebildet wird. Als Ergebnis davon entsteht ein Beschleunigungssensor gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung.
Gemäß dem dritten Gesichtspunkt wird in einem ersten Schritt die Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats mit einem zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat, auf dem eine isolierende Schicht ausgebildet ist, verbunden, so daß sich die isolierende Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat befindet, und in einem zweiten Schritt wird die Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrat bis zu einem vorbestimmten Grad poliert, so daß aus dem ersten einkristallinen Siliziumsubstrat eine dünne Schicht wird. Darauf folgend wird in einem dritten Schritt zur Erzeugung eines Auslegers auf der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats eine Rille vorbestimmter Tiefe gebildet, und in einem vierten Schritt wird eine Schicht aus polykristallinem Silizium, einem amorphen Silizium oder einer Mischung davon auf der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet, wodurch die Rille mit der Siliziumschicht aufgefüllt und die Oberfläche der Siliziumschicht geglättet wird. Darauf folgend wird in einem fünften Schritt eine Signalverarbeitungsschaltung auf dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet, wonach die polykristalline, amorphe oder gemischte Siliziumschicht durch Ätzen von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats her entfernt wird, und es entsteht ein Ausleger. Als Ergebnis erhält man einen Beschleunigungssensor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.

Kurzfassung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Planskizze eines Beschleunigungssensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 ist eine Zeichnung, die einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 darstellt.
Fign. 3 bis 10 sind Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform und entsprechend die Schnittansicht für jede Produktionsstufe.
Fig. 11 ist eine Planskizze, die ein Anwendungsbeispiel der ersten Ausführungsform darstellt, und Fig. 12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 11.
Fign. 13 bis 21 sind Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsprozesses der zweiten Ausführungsform und, entsprechend, eine Schnittansicht für jede Produktionsstufe.
Fign. 22 bis 28 sind Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsprozesses der dritten Ausführungsform und, entsprechend, eine Schnittansicht für jede Produktionsstufe.
Fign. 29 bis 31 sind Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsprozesses der vierten Ausführungsform und, entsprechend, eine Schnittansicht für jede Produktionsstufe.
Fign. 32 bis 34 sind Darstellungen zur Erläuterung der Beispiele des Herstellungsprozesses, auf die die vierte Ausführungsform angewandt wird, und, entsprechend, eine Schnittansicht für jede Produktionsstufe.
Fig. 35 ist eine Planskizze, die ein Beispiel einer Sensorspitze darstellt, die unter Verwendung eines Beschleunigungssensors gemäß der vorliegenden Darstellung erzeugt wurde.
Am meisten bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Im folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erklärt.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist ein Ansichtsplan einer nach der ersten Ausführungsform des Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung hergestellten Beschleunigungssensors, und Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1. Zusätzlich werden der Sensorteil und die Signalverarbeitungsschaltung in der vorliegenden Ausführungsform aus dem selben einkristallinen Siliziumsubstrat gebildet.
Der vorliegende Beschleunigungssensor ist ein Beschleunigungssensor vom kapazitiven Typ. Wie in Fig. 2 verdeutlicht, wird ein einkristallines Siliziumsubstrat 1 durch einen SiO&sub2;-Film 9 durch Bondieren auf ein einkristallines Siliziumsubstrat 8 aufgebracht, und durch einen in das Substrat 1 eindringenden Graben 3 wird ein Ausleger 13 gebildet. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat dieser Ausleger 13 eine solche Struktur, daß sich eine Endseite davon in zwei Teile aufzweigt. Der Ausleger 13 kann in eine Richtung parallel zur Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 (Pfeilrichtung C in Fig. 1) bewegt werden. Zusätzlich ist in dem einkristallinen Siliziumsubstrat 1 eine Signalverarbeitungsschaltung 10 ausgebildet und ist vom Ausleger 13 durch einen Polysiliziumfilm 6 und einen SiO&sub2;-Film 5 elektrisch isoliert.
Im folgenden wird die erste Ausführungsform des für die Herstellung der vorher aufgezeigten Struktur geeigneten Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren 3 bis 10 erklärt.
Zuerst wird, wie in Fig. 3 verdeutlicht, ein n- leitendes (100) einkristallines Siliziumsubstrat 1 mit einem Widerstand von 1 bis 20 Ω cm bereitgestellt, und auf der Hauptoberfläche davon wird eine SiO&sub2;-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 µm durch thermische Oxidation ausgebildet, und durch photolithographische Methoden wird die SiO&sub2;- Schicht 2 in ein vorbestimmtes Muster gebracht. Dieses Muster ist ein Muster, das auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats eine als Einschnitt auszubildende Fläche aufzeigt, die wenigstens eine als bewegliche Barriere auszubildende Elektrode (Ausleger) von dem Substrat trennt, und dieses Muster ist in der vorliegenden Ausführung als ein Muster ausgeformt, das die Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats auch auf einer Fläche zum transversalen Isolieren und Trennen der Signalverarbeitungsschaltung freilegt. Darauf folgend ist auf der Seite der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 ein Graben 3 ausgebildet, der eine senkrechte Wandung einer vorbestimmten Tiefe, z.B. im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 30 µm, besitzt. Für die vorliegende Ausführungsform werden Erklärungen bezüglich des Falles gegeben, bei dem die Wanddicke etwa 3 µm ist.
Nachdem, wie in Fig. 4 dargestellt, die SiO&sub2;-Schicht 2 entfernt worden ist, wird darauffolgend unter Verwendung von Phosphor, Arsen oder ähnlichem eine n&spplus;- Diffusionsschicht 4 auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1, einschließlich der Innenwand des Grabens 3, ausgebildet, und ferner wird eine SiO&sub2;-Schicht 5 mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 µm durch thermische Oxidation oder ähnlichem aufgebracht. In diesem Fall kann, um eine Schädigung durch Ätzen zu verhindern, die sogenannte "Opfer-Oxidation" durchgeführt werden, bei der durch thermische Oxidation SiO&sub2; gebildet und vor der Erzeugung der n&spplus;-Diffusionsschicht 4 entfernt wird.
Nachfolgend wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist, eine Polysiliziumschicht 6 auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, und der Graben 3 wird mit der Polysiliziumschicht 6 aufgefüllt. Zusätzlich erlaubt in dem Fall, in dem eine Verunreinigung in die Polysiliziumschicht 6 eingebracht wird, um die Polysiliziumschicht 6 als leitfähigen Pfad zu nutzen, das Ausbilden einer dünnen Polysiliziumschicht und das Eindiffundieren von Phosphor oder ähnlichem in hoher Konzentration vor der Ausbildung der Polysiliziumschicht 6 das Einbringen dieser Verunreinigung in die Polysiliziumschicht 6.
Wie in Fig. 6 verdeutlicht, wird als nächstes die Oberfläche der Polysiliziumschicht 6 hochglanzpoliert, so daß die Dicke der Polysiliziumschicht 6 einen vorbestimmten Wert erhält. Darauf folgend werden Bor-Ionen oder andere Fremdatome in die Polysiliziumschicht 6 eingebracht, so daß in vorbestimmten Flächen p&spplus;-Diffusionsschichten gebildet werden.
Andererseits wird, wie in Fig. 7 dargestellt, ein weiteres (100) einkristallines Siliziumsubstrat 8 bereitgestellt, und auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 8 wird eine SiO&sub2;-Schicht 9 mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,0 µm ausgebildet.
Darauf folgend werden das einkristalline Siliziumsubstrat 1 und das einkristalline Siliziumsubstrat 8 in beispielsweise eine gemischte wässrige Lösung von wäßrigem Wasserstoffsuperoxid und Schwefelsäure eingetaucht, damit diese Substrate einer Behandlung zum Hydrophilisieren unterzogen werden. Danach werden die Substrate getrocknet, und danach werden die Hauptoberfläche des einkristallinen Substrats 1 und diejenige des einkristallinen Substrats 8, wie in Fig. 8 dargestellt, bei Zimmertemperatur zusammengefügt, und diese Substrate werden für eine Zeitspanne im Bereich von 0,5 bis 2 Stunden in einen Ofen mit 400 bis 1100 ºC eingebracht, um sie fest miteinander zu verbinden.
Darauf folgend wird, wie in Fig. 9 dargestellt, unter Verwendung einer wäßrigen Lösung einer Alkaliverbindung, z.B. einer wäßrigen KOH-Lösung oder ähnlichem, die Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 selektivem Polieren unterzogen. Das Polieren wird fortgesetzt, bis die SiO&sub2;-Schicht 5 freigelegt ist. Als Folge davon erreicht die Dicke des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 einen Wert, der in etwa bestimmt ist durch die Tiefe des Grabens, beispielsweise etwa 3 µm, so daß das Substrat dünn wird.
Wie in Fig. 10 dargestellt, wird darauf folgend in einer vorbestimmten Fläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 durch ein gewöhnliches CMOS-Verfahren, bipolarem Prozess o.ä. eine Signalverarbeitungsschaltung 10 ausgebildet (IC-Schaltungsteil). Zudem werden eine Diffusionsschicht zum Verbinden mit einer Verdrahtung und eine metallische Schicht aus Aluminium als Elektrode gebildet, und es werden die Verdrahtung am Sensorteil, die Verdrahtung am Schaltungsteil und die Verbindung von Sensorteil und Schaltungsteil ausgeführt. In Fig. 1 und Fig. 10 ist ein MOS-Transistor alleine als Teil der Signalverarbeitungsschaltung 10 dargestellt.
Ferner ist auf der oberen Oberfläche der Signalverarbeitungsschaltung 10 als Passivierungsschicht 11 eine Plasma-SiN-Schicht (P-SiN) ausgebildet, z.B. durch ein Plasma-CD-Verfahren. Auf der Seite des Sensorteils werden darauffolgend Fenster 12 an vorbestimmten Flächen der Passivierungsschicht 11 eröffnet, und die in den Graben eingefüllte Polysiliziumschicht 6 wird von der Oberfläche her freigelegt. Durch diese Vorgehensweise zum Eröffnen von Fenstern werden die einkristallinen Bereiche, in denen ein Ausleger oder eine feste Elektrode ausgebildet werden sollen, von den in dem Graben eingebetteten Polykristallinen Bereichen auf der Substratoberfläche abgegrenzt.
Darauf folgend wird, wie in Fig. 2 gezeigt, die Polysiliziumschicht 6 unter Verwendung einer 20%-Lösung von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) (CH&sub3;)&sub4;NOH durch Ätzen durch das Fenster 12 in der Passivierungsschicht 11 hindurch von der Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 (der oberen Seite in Fig. 2) entfernt. In diesem Fall werden die Passivierungsschicht 11 (P-SiN), die SiO&sub2;-Schicht 5, die Aluminium-Verdrahtungsschicht und die p&spplus;-Diffusionsschicht (P&spplus;-Polysiliziumschicht) 7 durch das selektive Ätzen kaum angeätzt. Dementsprechend ist die Bindung des einkristallinen Siliziumsubstrats an das untere einkristalline Siliziumsubstrat 8 durch die p&spplus;- Diffusionsschicht (p&spplus;-Polysiliziumschicht) 7 geschützt.
Wenn auch in der weiten Fläche des Auslegers 13 in Fig. 1 Gräben 3 vorbereitend gebildet werden und gleichzeitig mit der Bildung der Fenster 12 Ätzfenster 48 in einer solchen Weise bereitgestellt werden, daß die Ätzfenster 48 mit den Gräben 3 in Verbindung stehen, kann zudem die Polysiliziumschicht 6 unterhalb des beweglichen Teils (Ausleger 13) des Sensors sicherer durch Ätzen durch diese Ätzfenster 48 hindurch entfernt werden, wenn diese Polysiliziumschicht 6 durch Ätzen entfernt werden soll.
Durch die vorher aufgezeigte Vorgehensweise entsteht der Ausleger 13. In diesem Fall wird, wie in Fig. 2 dargestellt, der Ausleger 13 kleiner in der Dicke L2 in einer Richtung parallel zur Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 als in der Dicke L1 in Richtung längs der Tiefe des einkristallinen Siliziumsubstrats 1.
In einem Beschleunigungssensor vom kapazitiven Typ werden die Endabschnitte (verzweigte Abschnitte) des Auslegers 13 als bewegliche Elektroden ausgebildet, und, wie in Fig. 1 dargestellt, die den Endabschnitten des Auslegers 13 gegenüberstehenden Teile des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 werden als feste Elektroden 14,15,16 bzw. 17 ausgebildet. Zusätzlich werden, wie in Fig. 1 dargestellt, die feste Elektrode 14 und die feste Elektrode 16 durch eine Verdrahtungsschicht 18a aus Aluminium, die feste Elektrode 15 und die feste Elektrode 17 durch eine Aluminium-Verdrahtungsschicht 18b und der Ausleger 13 (bewegliche Elektrode) durch eine Verdrahtungsschicht 18c aus Aluminium abgeleitet. Diese Verdrahtungsschichten aus Aluminium 18a, 18b und 18c werden mit der Signalverarbeitungsschaltung 10 verbunden, und durch diese Signalverarbeitungsschaltung 10 wird die Signalverarbeitung durchgeführt, wenn der Ausleger (bewegliche Elektrode) 13 aufgrund einer Beschleunigung ausgelenkt wird. Zusätzlich wird durch die auf dem Ausleger 13 (bewegliche Elektroden) und den festen Elektroden 14, 15, 16 und 17 aufgebrachte n&spplus;-Diffusionsschicht (siehe Fig. 2) das elektrische Potential auf einem konstanten Wert gehalten.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein Beschleunigungssensor vom kapazitiven Typ hergestellt wird, kann ein piezoresistiver Beschleunigungssensor gebildet werden, wenn eine piezoresistive Schicht auf der Oberfläche des Wurzelbereichs des Auslegers 13 erzeugt wird. Falls diese zwei Sensortypen auf ein und demselben Substrat ausgebildet werden, kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors weiter verbessert werden.
In dem derart hergestellten Beschleunigungssensor ist das einkristalline Siliziumsubstrat 1 durch eine SiO&sub2;- Schicht mit dem einkristallinen Siliziumsubstrat 8 verbunden, so daß eine SOI-Struktur entsteht. Zusätzlich ist im Ausleger 13 seine Dicke L2 in einer Richtung 10 parallel zur Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 kleiner als die Dicke L1 in einer Richtung der Tiefe des einkristallinen Siliziumsubstrats 1. Dementsprechend wird der Ausleger 13 an der Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 in einer Richtung parallel zur Oberfläche beweglich, wodurch eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zur Substratoberfläche erfaßt wird.
Wie vorher erwähnt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 ein Graben (Rille) 3 von vorbestimmter Tiefe zur Bildung des Auslegers 13 erzeugt (erster Schritt), und die Polysiliziumschicht 6 wird auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, um den Graben 3 mit dieser Polysiliziumschicht 6 auszufüllen, und die Oberfläche der Polysiliziumschicht 6 wird abgeflacht (geglättet) (zweiter Schritt).
Nachfolgend wird die Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 auf das einkristalline Siliziumsubstrat 8 mit einer darauf ausgebildeten SiO&sub2;- Schicht 9 (isolierende Schicht) durch die zwischen den Substraten 1 und 8 liegende SiO&sub2;-Schicht bondiert (dritter Schritt), wonach die Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 bis zu einem vorbestimmten Grad poliert wird, so daß aus dem einkristallinen Siliziumsubstrat eine dünne Schicht wird (vierter Schritt). Danach wird die Signalverarbeitungsschaltung 10 auf der Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet, wonach die Polysiliziumschicht 6 durch Ätzen von der Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats her entfernt wird, so daß der Ausleger 13 entsteht (fünfter Schritt).
Demgemäß wird während des Prozesses der Herstellung der Signalverarbeitungsschaltung 10 im Verlauf des Waferprozesses der Graben 3 im Oberflächenbereich des einkristallinen Siliziumsubstrats mit der Polysiliziumschicht 6 aufgefüllt, wodurch eine Verunreinigung der IC-Elemente, eine Verunreinigung der Produktionsapparatur und damit verbundener Qualitätsverlust oder Schädigung der elektrischen Eigenschaften verhindert werden können. Das bedeutet für den Waferprozess, daß wenn man daran denkt, das Entstehen von Oberflächenstrukturen wie etwa konkave Bereiche oder Durchgangslöcher auf der Waferoberfläche bei der Wärmebehandlung, photolithographischer Bearbeitung und dergleichen zu verhindern, es möglich ist, Verunreinigungen und ähnliches während des Prozesses zu verhindern, und man dadurch stetig Beschleunigungssensoren hoher Präzision erhält.
Der derart hergestellte Beschleunigungssensor umfaßt ein einkristallines Siliziumsubstrat 1, das durch eine SiO&sub2;-Schicht (isolierende Schicht) an das einkristalline Siliziumsubstrat 8 bondiert ist, und das zu einer dünnen Schicht ausgeformt ist; den Ausleger 13, der auf dem einkristallinen Silziumsubstrat 1 ausgebildet ist und der in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats beweglich ist; und die Signalverarbeitungsschaltung 10, die ebenfalls auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 1 ausgebildet ist und die die Signalverarbeitung bewerkstelligt, so wie sich der Ausleger 13 aufgrund einer Beschleunigung bewegt. Wenn eine Beschleunigung in einer Richtung parallel zur Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 anliegt, bewegt sich der auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 1 ausgebildete Ausleger. Wenn sich der Ausleger 13 bewegt, wird die Signalverarbeitung durch die auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 1 ausgebildete Signalverarbeitungsschaltung 10 durchgeführt. Auf eine wie oben beschriebene Weise entsteht durch eine Mikrobearbeitungstechnik unter Verwendung von einkristallinem Silizium ein Beschleunigungssensor, durch dessen neuartige Struktur hohe Präzision und hohe Zuverlässigkeit verwirklicht werden können.
Da die Oberfläche des vorher beschriebenen Auslegers 13 und des dem Ausleger 13 gegenüberliegenden Teils des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 mit der SiO&sub2;-Schicht 5 (Isolator) überzogen sind, kann zudem ein Elektrodenkurzschluß bei dem kapazitiven Beschleunigungssensor im Voraus verhindert werden. Zusätzlich genügt es, wenn wenigstens die Oberfläche des Auslegers 13 oder des dem Ausleger 13 gegenüberliegenden Teils des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 mit der SiO&sub2;- Schicht 5 (Isolator) überzogen ist.
Ferner kann in einer Anwendung der vorliegenden Ausführungsform, wie in den Figuren 11 und 12 verdeutlicht, der Ausleger von der Signalverarbeitungsschaltung (IC- Schaltungsteil) 10 getrennt werden, und ein freiliegender Brückendraht wird gebildet, um parasitäre Kapazitäten zu verringern. Zudem können die festen Elektroden 14, 15, 16 und 17 so ausgebildet werden, daß sie die gleiche Struktur haben, wie oben. Das kann durch Ausbilden einer p&spplus;- Polysiliziumschicht an der zum Bonden der festen Elektroden an das untere Substrat notwendigen minimalen Stelle verwirklicht werden.
Auch wenn eine Verdrahtungsschicht aus Aluminium in der vorher aufgezeigten Ausführungsform eingesetzt wird, kann der Verdrahtungsteil zudem unter Verwendung einer Polysiliziumschicht hergestellt werden. Ferner können, obwohl die beiden beweglichen Elektroden am Ende des Auslegers und gleichzeitig vier feste Elektroden 14, 15, 16 und 17 ausgebildet werden, in der vorher aufgezeigten Ausführungsform die beweglichen und die festen Elektroden ähnlich den Zähnen eines Kammes gestaltet werden, um die Empfindlichkeit des Sensors weiter zu steigern.
Zusätzlich kann anstelle der Herstellung der p&spplus;- Polysiliziumschicht 7 eine Oxidschicht gezielt ausgebildet werden.

Zweite Ausführungsform

Als nächstes werden Erklärungen über den Herstellungsprozess in der zweiten Ausführungsform gegeben, wobei die Betonung auf den Punkten liegt, die unterschiedlich zu jenen in der ersten Ausführungsform sind. Zudem werden in der nachfolgend erläuterten zweiten Ausführungsform Erklärungen anhand von Beispielen für den Fall gegeben, daß ein Sensor eine Struktur hat, wie sie in den Fign. 1 und 2 verdeutlicht und in der obengenannten ersten Ausführungsform erläutert ist, und es wird eine dem Schnitt A-A in Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung gegeben.
In der obigen ersten Ausführungsform wird, um den Ausleger 13 herzustellen, die p&spplus;-Diffusionsschicht (p&spplus;- Polysiliziumschicht) zum Abtrennen des Auslegerbereiches von dem einkristallinen Substrat in einem vorbestimmten Abstand erzeugt, aber in der jetzigen Ausführungsform wird ein konkaver Bereich vor der Bildung eines Grabens erzeugt, um den Ausleger vom Substrat in einem vorbestimmten Abstand abzutrennen.
In den Fign. 13 bis 21 wird der Herstellungsprozess erläutert.
Zuerst wird, wie in Fig. 13 verdeutlicht, ein nleitendes (100) einkristallines Siliziumsubstrat 20 bereitgestellt, und auf der Hauptoberfläche dieses einkristallinen Siliziumsubstrats 20 wird ein konkaver Bereich 21 mit einer vorbestimmten Tiefe, beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 5 µm ausgebildet. Darauf folgend wird, wie in Fig. 14 verdeutlicht, auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 20 eine SiO&sub2;-Schicht 22 ausgebildet, und mit einer photolithographischen Einrichtung wird auf die gleiche Art und Weise wie in der oben dargestellten ersten Ausführungsform ein Muster erzeugt. Danach wird auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 20, einschließlich dem Boden des konkaven Bereichs 21, durch Trockenätzen oder ähnliches ein Graben mit einer Tiefe im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 30 µm (3 µm in der vorliegenden Ausführungsform) gebildet.
Danach wird, wie in Fig. 15 verdeutlicht, auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 20, einschließlich der inneren Wandung des Grabens 23, eine n&spplus;- Diffusionsschicht 24 erzeugt, und durch thermische Oxidation wird eine SiO&sub2;-Schicht 25 gebildet. Danach wird, wie in Fig. 16 verdeutlicht, durch das LPCVD-Verfahren in dem Graben 23 eine Polysiliziumschicht 26 abgeschieden.
Wie in Fig. 17 dargestellt, wird darauffolgend die Oberfläche der Polysiliziumschicht 26 unter Ausnutzung der SiO&sub2;-Schicht als Ätzstopper poliert, um die Oberfläche zu glätten. Obwohl es wünschenswert ist, daß die Oberflächen der Polysiliziumschicht 26 und der SiO&sub2;-Schicht 25 glatt werden, entstehen im obigen Fall sogar dann keine Schwierigkeiten beim nachfolgenden Wafer-Zementieren, wenn die Polysiliziumschicht 26 ziemlich gekerbt ist, solange nur die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht glatt wird.
Andererseits wird, wie in Fig. 18 verdeutlicht, ein anderes (100) einkristallines Siliziumsubstrat 27 bereit gestellt, und auf der Hauptoberfläche des Substrats 27 wird eine SiO&sub2;-Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,0 µm durch thermische Oxidation des Substrats ausgebildet. Darauf folgend werden die einkristallinen Substrate 20 und 27 in beispielsweise eine wässrige Lösung aus Wasserstoffsuperoxid und Schwefelsäure eingetaucht, um sie so einer Behandlung zur Verleihung hydrophiler Eigenschaften zu unterziehen. Anschließend werden die Substrate getrocknet, und danach werden die Hauptoberflächen der zwei einkristallinen Siliziumsubstrate 20 und 27 bei Raumtemperatur zusammengesetzt und für eine Zeitspanne von 0,5 bis 2 Stunden in einen Ofen mit 400 bis 1100 ºC eingebracht, um die beiden Oberflächen fest miteinander zu verbinden.
Anschließend wird, wie in Fig. 19 verdeutlicht, die Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 20 einem gezielten Polieren unter Verwendung einer wässrigen alkalischen Lösung, z.B. einer wässrigen KOH-Lösung, unterzogen. Das selektive Polieren wird so lange durchgeführt, bis die SiO&sub2;-Schicht 25 an der Oberfläche erscheint. Als Folge davon wird die Dicke des einkristallinen Siliziumsubstrats 20 beispielsweise etwa 3 µm, so daß sich eine Dünnschicht ergibt.
Darauf folgend wird, wie in Fig. 20 verdeutlicht, eine Signalverarbeitungsschaltung (IC-Kreisteil) 10 durch einen üblichen CMOS-Prozess, bipolaren Prozess oder ähnliches erzeugt. Ferner ist auf der oberen Oberfläche der Signalverarbeitungsschaltung 10 als Passivierungsschicht 11 eine Plasma-SiN-Schicht (P-SiN-Schicht) durch beispielsweise Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht. Danach werden auf vorbestimmten Flächen der Passivierungsschicht 11 Fenster 12 geöffnet, und die Polysiliziumschicht 20 wird im Sensorbereich freigelegt.
Danach wird, wie in Fig. 21 verdeutlicht, unter Verwendung einer 20%-Lösung von TMAH (Tetraethylammoniumhydroxid) (CH&sub3;)&sub4;NOH die Polysiliziumschicht 26 durch Ätzen von der Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 20 her durch die Fenster 12 auf der Passivierungsschicht 11 hindurch entfernt. Im obigen Fall werden die Passivierungsschicht 11 (P-SiN), die SiO&sub2;-Schicht und die Verdrahtungsschicht aus Aluminium durch das gezielte Ätzen kaum angeätzt.
Als Folge davon entsteht ein Ausleger 13.
Ebenfalls erhält man durch die vorliegende Ausführungsform die gleiche Wirkung wie in der vorher genannten ersten Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Als nächstes werden Erklärungen über den Herstellungsprozess in der dritten Ausführungsform gegeben, wobei die Betonung auf die unterschiedlichen Punkte zwischen der ersten und der dritten Ausführungsform gelegt wird.
Obwohl in den vorher genannten ersten und zweiten Ausführungsformen der Graben vor dem Bonden der Wafer mit Polysilizium aufgefüllt wird, wird der Graben in der vorliegenden Ausführungsform nach dem Bonden der Wafer mit Polysilizium aufgefüllt, und in der Endstufe wird das derart eingefüllte Polysilizium entfernt, um so einen Beschleunigungssensor herzustellen.
In den Fign. 22 bis 28 wird der Herstellungsprozess verdeutlicht.
Zuerst wird, wie in Fig. 22 verdeutlicht, ein nleitendes (100) einkristallines Siliziumsubstrat 30 bereit gestellt, und auf der Hauptoberfläche dieses einkristallinen Siliziumsubstrats 30 wird auf die gleiche Weise wie in der obigen zweiten Ausführungsform ein konkaver Bereich 31 in einer Tiefe im Bereich von 0,1 bis 5 µm ausgebildet. Andererseits wird, wie in Fig. 23 verdeutlicht, ein einkristallines Siliziumsubstrat 32 bereit gestellt, und auf der Hauptoberfläche dieses einkristallinen Siliziumsubstrats 32 wird eine SiO&sub2;-Schicht durch thermische Oxidation erzeugt. Danach wird die Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 mit der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 32 verbunden.
Danach wird, wie in Fig. 24 verdeutlicht, die Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 einem Spiegelpolieren bis zu einer vorbestimmten Dicke (0,1 bis 30 µm) unterzogen. Danach wird, wie in Fig. 25 dargestellt, eine SiO&sub2;-Schicht bis zu einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 2 µm ausgebildet, wonach die SiO&sub2;-Schicht einer Mustergebung unterzogen und ein Graben 35 durch Ätzen erzeugt wird. Dadurch entstehen ein Ausleger 13 und eine durch transversale Isolierung abgetrennte Fläche des Teils der Signalverarbeitungsschaltung.
Als nächstes wird durch thermische Diffusion oder ähnliches eine n-leitende Verunreinigung aus Arsen oder Phosphor bei hoher Konzentration eingebracht, und in dem Siliziumbereich, der nicht mit SiO&sub2;-Schichten 33 und 34 belegt ist, entsteht eine hochkonzentrierte n&spplus;-Schicht 36.
Darauf folgend wird, wie in Fig. 26 verdeutlicht, auf den Seitenwandungen des Grabens 35 und dergleichen eine thermische Oxidationsschicht erzeugt, wonach eine Polysiliziumschicht 37 auf der Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 ausgebildet wird, und der Graben 35 wird mit der Polysiliziumschicht 37 aufgefüllt. Danach wird, wie in Fig. 27 verdeutlicht, die Oberfläche der Polysiliziumschicht 37 gezielt poliert und geglättet, bis die SiO&sub2;-Schicht an der Oberfläche erscheint. Ferner wird, wie in Fig. 28 verdeutlicht, eine Signalverarbeitungsschaltung 10 erzeugt, und schließlich wird die Polysiliziumschicht 37 durch Ätzen von der Rückseite (obere Seitenfläche) des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 aus entfernt, so daß der Ausleger 13 wieder vom Substrat getrennt wird, um ihn bewegbar zu machen.
Wie oben beschrieben wird in der vorliegenden dritten Ausführungsform die Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 mit dem einkristallinen Siliziumsubstrat 32 mit der darauf ausgebildeten SiO&sub2;- Schicht (isolierende Schicht) 33 durch diese zwischen den Substraten 30 und 32 eingesetzte SiO&sub2;-Schicht verbunden (erster Schritt), und die Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats wird bis auf ein vorbestimmtes Maß poliert, um so aus dem einkristallinen Siliziumsubstrat 30 eine dünne Schicht zu machen (zweiter Schritt). Danach wird auf der Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 ein Graben (Rille) 35 mit einer vorbestimmten Tiefe zur Bildung eines Auslegers 13 erzeugt (dritter Schritt), und der Graben 35 wird mit der Polysiliziumschicht 37 30 aufgefüllt, und die Oberfläche der Polysiliziumschicht 37 wird geglättet (vierter Schritt). Darauf folgend wird auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 30 eine Signalverarbeitungsschaltung erzeugt, wonach die Polysiliziumschicht 37 durch Ätzen von der Rückseite des einkristallinen Siliziumsubstrats 30 her entfernt wird, um so einen Ausleger 13 zu erzeugen (fünfter Schritt).
Im Vorgang für die Erzeugung der Signalverarbeitungsschaltung 10 im Wafer wird daher der Graben 35 mit der Polysiliziumschicht 37 im oberen Oberflächenteil des einkristallinen Siliziumsubtrats 30 aufgefüllt, wodurch eine Verunreinigung der IC-Elemente, eine Verunreinigung der Produktionsapparatur und damit verbundener Qualitätsverlust oder Schädigung der elektrischen Eigenschaften verhindert werden können. Das bedeutet, daß wenn man daran denkt, nicht eine Oberflächenstruktur wie etwa konkave Bereiche oder eine Perforierung auf der Waferoberfläche bei der Wärmebehandlung, photolithographischer Bearbeitung oder dergleichen im Verlauf des Wafer-Prozesses zu erzeugen, der Wafer-Prozess stabilisiert wird und damit die Gewinnung von Beschleunigugssensoren hoher Präzision erreicht werden kann.

Vierte Ausführungsform

Im folgenden werden Erklärungen zum Produktionsprozess der vierten Ausführungsform gegeben, wobei die Betonung auf die Unterschiede zwischen dieser Ausführungsform und der dritten Ausführungsform gelegt wird.
Die vorliegende Ausführungsform dient dazu, einen Beschleunigungssensor bei niedrigeren Kosten als im Produktionsprozess der dritten Ausführungsform herzustellen.
In den Fign. 29 bis 31 ist der Herstellungsprozess verdeutlicht.
Zuerst wird, wie in Fig. 29 verdeutlicht, eine SiO&sub2;- Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 2 µm auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 40 ausgebildet, und ein einkristallines Siliziumsubstrat 42 wird an das Substrat 40 gebunden, so daß sich die SiO&sub2;- Schicht 41 zwischen den Substraten 40 und 42 befindet. Nachfolgend wird, wie in Fig. 30 verdeutlicht, die obere Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42 poliert, so daß die Dicke des einkristallinen Siliziumsubstrats einen vorgegebenen Wert erreicht. Das heißt, die Dicke des einkristallinen Siliziumsubstrats wird auf beispielsweise etwa 3 µm verringert. Danach wird eine hochkonzentrierte n&spplus;-Diffusionsschicht 43 auf der oberen Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42 erzeugt, und ferner wird darauf eine SiO&sub2;-Schicht 44 ausgebildet. Es genügt, wenn diese hochkonzentrierte n&spplus;- Diffusionsschicht 43 entsprechend den Teilen des Sensors, die als bewegliche Elektroden und feste Elektroden ausgebildet werden, erzeugt wird.
Danach erfogt, wie in Fig. 31 verdeutlicht, wie in der dritten Ausführungsform eine Musterbildung auf eine SiO&sub2;- Schicht, und auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 42 entsteht ein Graben 45. Danach wird die SiO&sub2;-Schicht 41 unterhalb dieses Grabens 45 teilweise durch Ätzen mit einer wässrigen Flußsäure entfernt. In diesem Fall wird ein Teil der SiO&sub2;-Schicht 41 unterhalb des Bereiches, der als Ausleger 13 ausgebildet werden soll, vollständig entfernt, und ein anderer Bereich der SiO&sub2;-Schicht 41 unterhalb des Bereiches, der als feste Elektroden ausgebildet werden soll und des Bereiches der Signalverarbeitungsschaltung bleibt übrig. Weil der untere Bereich des Teils als Ausleger 13 ausgebildet werden soll, ist er schmäler als in den anderen Teilen. Zudem wird im obigen Fall die hochkonzentrierte n&spplus;- Diffusionsschicht 43 in den Ausleger 13 und die festen Elektroden unterteilt.
Darauf folgend werden durch den gleichen Prozess, wie er in den Fign. 26 bis 28 verdeutlicht wird, ein kapazitiver Beschleunigungssensor hergestellt.
Im folgenden werden Anwendungsbeispiele der vierten Ausführungsform mit Bezug auf die Fign. 32 bis 34 erklärt.
Zuerst wird, wie in Fig. 32 verdeutlicht, eine SiO&sub2;- Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 2 µm auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 40 ausgebildet, und in dem Bereich der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42, auf dem ein Ausleger erzeugt werden soll, wird ein konkaver Teil 47 mit einer Tiefe im Bereich von 0,1 bis 3 µm erzeugt. Nachfolgend wird die Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42 mit der Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 40 verbunden, wobei sich die SiO&sub2;-Schicht 41 dazwischen befindet. Zudem wird, wie in Fig. 33 verdeutlicht, die obere Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42 poliert, so daß das einkristallinen Siliziumsubstrat 42 eine vorgegebene Dicke erhält. Das heißt, die Dicke des einkristallinen Siliziumsubstrat 42 wird auf einen Wert von etwa 3 µm verringert. Danach wird die vorgenannte hoch konzentrierte Diffusionsschicht 43 auf der oberen Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 42 ausgebildet, und darauf wird eine SiO&sub2;-Schicht 44 aufgebracht.
Darauf folgend wird, wie in Fig. 34 verdeutlicht, auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat 42 ein Graben 45 erzeugt, der sich bis zu den konkaven Bereichen 47 erstreckt, und es entstehen Ausleger 13.
Danach wird ein kapazitiver Beschleunigungssensor durch den gleichen Prozess, wie in den Fign. 26 bis 28 verdeutlicht, hergestellt.
Indem man die vorgenannten Prozeduren ausführt, kann die elektrische Isolierung sicherer gemacht werden, als in dem Fall, bei dem die SiO&sub2;-Schicht teilweise durch Ätzen entfernt wird. Zudem kann die mechanische Festigkeit des Sensors verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist zudem nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt und ist zusätzlich zu einer Ausführung mit einer Auslegerfeder auf eine Ausführung mit einer Doppelhebelfeder oder einer Mehrhebelfeder anwendbar.
Zusätzlich ist es, wie in Fig. 35 verdeutlicht, möglich, zwei Beschleunigungssensoren 13a und 13b auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat 50 auszubilden, um die Beschleunigung in X-Richtung mit dem Beschleunigungssensor 13a und die Beschleunigung in Y-Richtung mit dem Beschleunigungssensor 13b zu erfassen. Ferner ist es möglich, einen Beschleunigungssensor, der in der Lage ist, eine Beschleunigung in einer Richtungsoberfläche senkrecht zu diesen Beschleunigungssensoren 13a und 13b für die X- und Y-Richtung zu erfassen, auf dem selben Substrat aufzubauen, damit eine Beschleunigung in drei Dimensionen erfaßt werden kann. Wenn der vorliegende Beschleunigungssensor als kapazitiver Beschleunigungssensor eingesetzt wird, so ist es zudem möglich, die Eigenschaften durch Ausbilden des vorliegenden Beschleunigungssensors als sogenannten "Servo"-Sensor (mit einem geschlossenen Regelkreis) weiter zu stabilisieren.
In den vorgenannten Ausführungsformen werden die Gräben (Rillen) 3, 23 und 35 mit Polysiliziumschichten 6, 26 bzw. 37 aufgefüllt, zudem kann jedoch eine Schicht aus Polysilizium, amorphem Silizium oder einem gemischten Silizium, das Polysilizium und amorphes Silizium enthält, verwendet werden.
Werden in den vorgenannten Ausführungsformen ein Sensorbereich und ein Signalverarbeitungsbereich in dem einkristallinen Siliziumsubstrat, das die obere Seite darstellen soll, erzeugt, so ist jedoch der vorliegende Beschleunigungssensor nicht auf eine solche Struktur beschränkt, und es ist möglich, ebenfalls ein einkristallines Siliziumsubstrat zu verwenden, das als Grundplatte ausgestaltet ist und einen Sensorbereich und einen Signalverarbeitungsbereich im unteren Substrat auszuformen.
Wie vorher im Detail beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausgestalten einer neuartigen Struktur hohe Präzision und hohe Zuverlässigkeit verwirklicht werden. Wenn eine Signalverarbeitungsschaltung auf dem selben Chip wie ein beweglicher Ausleger vorgesehen wird, so ist es zudem möglich, die Verarbeitung stabil zu bekommen, da während des Herstellungsprozesses weder ein Hohlraum noch eine Rille erzeugt wird. Der bewegbare Ausleger wird im letzten Schritt beweglich bezüglich dem Substrat gemacht, wodurch in dem Fall, in dem der bewegliche Ausleger an das untere, als Sockel dienende Substrat gebunden wird oder in dem Fall, in dem eine Schaltung erzeugt wird, oder ähnliches, die winzigen Ausleger vor dem Zerbrechen bewahrt werden können und die Ausbeute davon erhöht werden kann. Da eine Mikrobearbeitungstechnik die Gestalt des vorliegenden Beschleunigungssensors bestimmt, kann zudem der vorliegende Beschleunigungssensor mit hoher Präzision hergestellt werden.

Industrielle Verfügbarkeit

Wie im Vorherigen beschrieben ist die vorliegende Erfindung nützlich für die Herstellung eines Halbleiter- Beschleunigungssensors, der sehr kleine bewegliche Teile aufweist, und der vorliegende Beschleunigungssensor ist geeignet als Beschleunigungssensor zum Einsatz in Airbag- Systemen, Gurtbetätigungssysteme, oder ähnliches, im Automobil. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung als kapazitiver Beschleunigungssensor für die Erfassung einer Beschleunigung in mehreren Richtungen ausgestaltet werden.

Claims

1. Beschleunigungssensor, gekennzeichnet durch:

ein zweites einkristallines Siliziumsubstrat (8; 27; 32; 40), das auf ein erstes einkristallines Siliziumsubstrat (1; 20; 30; 42) durch Bondieren aufgebracht ist, wobei zwischen den Substraten ein isolierender Film (9; 28; 33; 41) eingeschoben ist;

einen beweglichen Ausleger (13), der auf wenigstens dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet und der in einer Richtung ( C ) parallel zur Oberfläche des Substrates beweglich ist; und

eine Signalverarbeitungs-Schaltung (10), die auf wenigstens dem ersten oder zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet ist, zum Ausführen der Verarbeitung von Signalen, die durch eine durch Beschleunigung verursachte Bewegung des Auslegers erzeugt werden.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, worin der Ausleger (13) in Richtung parallel zur Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats (1, 8; 20, 27; 30, 32; 40, 42) eine geringere Dicke als in Richtung der Tiefe des einkristallinen Siliziumsubstrats aufweist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, worin wenigstens die Oberfläche des Auslegers (13) oder die dem Ausleger gegenüberliegende Oberfläche des zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats (8; 27; 32; 40) mit einem Isolator (5, 9; 25, 28; 33, 34) belegt ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors, umfassend:

einen ersten Schritt zum Ausbilden eines Einschnittes mit einer vorbestimmten Tiefe an einer einen zu bildenden, beweglichen Ausleger (13) umgebenden Fläche auf einer Hauptoberfläche eines ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (1; 20);

einen zweiten Schritt zum Abscheiden eines Films (6; 26) aus einem polykristallinen Silizium, amorphen Silizium oder einer Mischung daraus auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Substrats (1; 20), so, daß der Einschnitt mit dem Siliziumfilm ausgefüllt wird, und zum Glätten der Oberfläche des Siliziumfilms;

einen dritten Schritt zum Bondieren der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (1; 20) an ein zweites einkristallines Siliziumsubstrat (8; 27) mit einem dazwischen eingelegten isolierenden Film (9; 28);

einen vierten Schritt zum Polieren der Oberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (1; 20) auf der Rückseite, die die der Hauptoberfläche davon gegenüber liegende Seite ist, bis zu einem vorbestimmten Grad, so, daß das erste einkristalline Siliziumsubstrat ein dünner Film wird; und

einen fünften Schritt zum Bilden einer Signalverarbeitungsschaltung 10 auf wenigstens einem der beiden einkristallinen Siliziumsubstrate (1, 8; 20, 27), und danach zum Entfernen des Siliziumfilms (6; 26) aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder einer Mischung davon durch Ätzen von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (1; 20) aus, um den Ausleger (13) zu bilden.

5 Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 4, worin im ersten Schritt die vorbestimmte Tiefe gemäß der Dicke des Auslegers (13) in der vertikalen Richtung davon gewählt wird.

6. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 4, worin im dritten Schritt der isolierende Film (9; 28) auf der Oberfläche des zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats (8; 27) ausgebildet wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 4, worin im zweiten Schritt der flache Siliziumfilm (6) auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (1) zurückbleibt.

8. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 7, worin dem dritten Schritt vorausgehend ein Schritt hinzugefügt wird, bei dem der auf der Hauptoberfläche des einkristallinen Silizlumsubstrats (1) verbleibende Siliziumfilm (6) beständig gegen das Ätzen im fünften Schritt gemacht wird, mit Ausnahme des auf einer 20 den beweglichen Ausleger (13) umgebenden Fläche befindlichen Siliziumfilms (6).

9. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 4, worin der erste Schritt zusätzlich einen Schritt zum Bilden eines konkaven Teils (21) auf der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (20) einschließt, an einer Stelle, an der der Ausleger (13) ausgebildet werden soll.

10. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 4, worin dem fünften Schritt vorausgehend ein Schritt zum Bilden eines Halbleiterelements (10) auf dem ersten (1; 20) oder zweiten (8; 27) einkristallinen Siliziumsubstrat hinzu gefügt wird.

11. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors, umfassend:

einen ersten Schritt zum Bondieren der Hauptoberfläche eines ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (30; 42) an ein zweites einkristallines Siliziumsubstrat (32; 40), mit einem dazwischen eingesetzten isolierenden Film (33; 41);

einen zweiten Schritt zum Polieren der Oberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (30; 42) auf der Rückseite, die die der Hauptoberfläche davon gegenüberliegende Seite ist, bis zu einem vorbestimmten Grad, so, daß aus dem ersten einkristallinen Siliziumsubstrat ein dünner Film gemacht wird;

einen dritten Schritt zum Bilden eines Einschnittes in dem ersten einkristallinen Siliziumsubstrat (30; 42), wobei sich der Einschnitt in einer einen zu bildenden beweglichen Ausleger (13) umgebenden Fläche von der Rückseite des Substrats (30; 42) bis zu dem isolierenden Film (33; 41) erstreckt;

einen vierten Schritt zum Abscheiden eines Films (37) aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder einer Mischung daraus, von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (30; 42) aus, so, daß der Einschnitt mit dem Siliziumfilm ausgefüllt wird, und zum Glätten der Oberfläche des Siliziumfilms; und

einen fünften Schritt zum Bilden einer Signalverarbeitungsschaltung (10) auf wenigstens einem von dem ersten und dem zweiten einkristallinen Siliziumsubstrat (30, 32; 40, 42), und danach Entfernen des Films (37) aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder einer Mischung daraus von der Rückseite des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (30; 42) aus, um den Ausleger (13) zu bilden.

12. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 11, worin im ersten Schritt der isolierende Film (33; 41) auf der Oberfläche des zweiten einkristallinen Siliziumsubstrats (32; 40) gebildet wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemiß dem Anspruch 11, worin der fünfte Schritt einen Schritt zum Entfernen des isolierenden Films (41) an einer Stelle einschließt, die der Stelle, an der der Ausleger (13) gebildet wird, entspricht.

14. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors gemäß dem Anspruch 11, worin der erste Schritt einen Schritt zum dem Bondieren vorhergehenden Bilden eines konkaven Teils (47) in einer Fläche der Hauptoberfläche des ersten einkristallinen Siliziumsubstrats (42) einschließt, die der Stelle, an der der Ausleger (13) gebildet werden soll, entspricht.