DE69523475T2

DE69523475T2 - Mikromechanischer beschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE69523475T2
Application number: DE69523475T
Authority: DE
Inventors: Clyde Burgess; Hiang-Swee Chiang; Takashi Kiriyama; Heather Klaubert; Frank Moore; Narito Shibaike
Original assignee: Cambridge University Technical Services Ltd CUTS; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: KIRIYAMA, TAKASHI, SAN FRANCISCO, CALIF., US; Cambridge University Technical Services Ltd CUTS; Panasonic Corp
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: EP0800651B1; GB9426363D0; EP0800651A1; DE69523475D1; JPH11500528A; US5939632A; WO1996021157A1; JP3654905B2

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Beschleunigungsmesser, d. h. einen Beschleunigungsmesser, der vorzugsweise aus Silizium und unter Verwendung mikromechanischer Techniken gebaut wird.

Hintergrund der Erfindung

Mikrofabrizierte Silizium-Beschleunigungsmesser werden wegen der Möglichkeit einer kostengünstigenChargenherstellung intensiv entwickelt. Solche Beschleunigungsmesser umfassen eine seismische oder Prüfinasse, welche durch ein mikromechanisches Aufhängungssystem an einem Siliziumsubstrat verankert ist. Bei einem handelsüblichen Chip (ADXLSO) wird die Position der Prüfmasse durch eine Differentialkapazitätsmessung ermittelt. Unter Verwendung einer Kraft-Gleichgewichts-Konfiguration schlägt die Prüftnasse in Reaktion auf eine Beschleunigung aus, welcher der Chip unterzogen wird, wobei ein Abfilhlsignal, das aus der Differentialkapazitätsmessung kommt, verstärkt und zurückgeführt wird, um die Prüfinasse elektrostatisch auszulenken und dem Effekt der Beschleunigung entgegen zu wirken. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers ist die benötigte Rückkopplungsspannung, um dem Effekt der Beschleunigung entgegen zu wirken.
Tunnelbasierte Beschleunigungsmesser sind ebenfalls vorgeschlagen worden, wobei das Abfühlsignal von einem Tunnelstrom zwischen einer Abfühlspitze und einer Gegenelektrode erhalten wird. Solch ein tunnelbasierter Sensor ist in einem Dokument mit dem Titel "A miniature high sensitivity broad-band accelerometer based on electron tunnelling transducers" von Howard K. Rockstad u. a. vorgeschlagen und bei der 7th International Conference on Solid State Sensors and Actuators, Seiten 836 bis 839 veröffentlicht worden. Solche tunnelbasierten Beschleunigungsmesser haben eine größere Empfindlichkeit als kapazitive Beschleunigungsmesser, aber sie benötigen mehr als einen Siliziumwafer für ihre Herstellung. Bei der Anordnung, wie sie im vorgenannten Artikel von Rockstad u. a. beschrieben wurde, sind drei. Wafer notwendig, um den Beschleunigungsmesser herzustellen. Jeder Wafer umfasst Bestandteile des Beschleunigungsmessers; die sorgfältig ausgerichtet werden müssen, wenn die Wafer aneinander befestigt werden. Die Herstellungskosten solcher Beschleunigungsmesser sind wegen der Notwendigkeit der Herstellung von Bestandteilen in drei Wafern und dann der sorgfältigen Ausrichtung der Wafer während des Aufbaus des Beschleunigungsmessers hoch..
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beschleunigungsmesser bereitzustellen, welcher eine hohe Empfindlichkeit und eine Herstellung bei niedrigen Kosten kombiniert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleunigungsmesser bereitgestellt, mit: einem Substrat; einer Prüfmasse, die auf dem Substrat zur Bewegung in einer ersten Richtung senkrecht zur Ebene des Substrats befestigt ist, wobei die Prüfmasse eine erste Messelektrode trägt; und einer zweiten Messelektrode, die relativ zum Substrat befestigt ist, wobei die erste und die zweite Messelektrode Oberflächen aufweisen, welche jeweils durch das Schneiden eines einzelnen Bestandteils so ausgebildet werden, dass die Oberflächen sich in einem schrägen Winkel relativ zum Substrat erstrecken und zwischen sich eine Messlücke definieren; und wobei der Beschleunigungsmesser eine Aktivierungseinrichtung umfasst, die so angeordnet ist, dass sie eine Aktivierung zwischen dem Substrat und der Struktur, Welche die Prüfinasse ausbildet und der zweiten Elektrode aufbringt, um die Messlücke bei einer vorbestimmten Breite zu halten, wobei die Breite der Messlücke mit der Bewegung der Prüfinasse in der ersten Richtung variiert:
Es sollte offensichtlich sein, dass die zweite Messelektrode im Allgemeinen relativ zum Substrat in einer Weise befestigt sein wird, welche relativ starr ist im Vergleich mit der Befestigung der Prüfmasse an dem Substrat.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Prüfmasse freitragend befestigt, d. h. mit einem Ende eines Auslegers befestigt am Substrat, wobei das andere Ende des Ausleger sich in der ersten Richtung frei bewegen kann. Bei einer Ausführungsform kann der Ausleger selbst die Prüfmasse bilden. Bei einer anderen Ausführungsform trägt der Ausleger einen Bereich mit größerem Querschnitt, welcher die Prüfmasse ausbildet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist ein Bereich mit einem größeren Querschnitt, der die Prüfinasse ausbildet, relativ zu dem Substrat unter Verwendung von zwei Auslegern an jeder Seite der Prüfmasse befestigt. Diese Anordnung ist in einer Ebene parallel zur Ebene des Substrats steifer bzw. starrer. Die Aktivierung, welche aufgebracht wird, kann verschiedenen Typs sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Spannung zwischen der Prüfinasse und dem Substrat angelegt, um die Breite der Messlücke auf einen Abstand zu bringen, wo ein Tunnelstrom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode fließt.
Der Beschleunigungsmesser kann eine Schaltung zum Messen der Variationen der Breite der Messlücke umfassen. Bei der beschriebenen Ausführungsform erfasst die Messschaltung Veränderungen im Tunnelstrom zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode. Anordnungen, bei welchen die Prüfmasse durch einen Bereich eines größeren Querschnittes bereitgestellt wird, sind in dieser Hinsicht vorteilhaft, weil sie eine leichtere Aufbringung einer Spannung gestatten, die ausreicht, um das benötigte elektrische Feld zu erzeugen, um zu bewirken, dass die Messlücke eine Breite annimmt, bei der ein Tunnelstrom resultiert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Messelektrode an dem Substrat an einer Stelle befestigt, die innerhalb einer umgebenden Prüfinasse liegt. Die Prüfmasse kann eine perforierte Membran umfassen, die zur Bewegung in der ersten Richtung relativ zum Substrat abgehängt bzw. aufgehängt ist.
Ein Beschleunigungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung kann sehr viel leichter und · billiger hergestellt werden als Beschleunigungsmesser gemäß dem Stand der Technik, weil die Prüfinasse, die erste Messelektrode und die zweite Messelektrode als Bestandteile in einem einzigen Wafer ausgebildet werden können. Die Prüfmasse, die erste Messelektrode und die zweite Messelektrode können in einem Silizium-Einkristall ausgebildet werden.
Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers bereit mit den folgenden Schritten: Ausbilden eines Bestandteils, der an gegenüberliegenden Endbereichen hinsichtlich eines Substrats gestützt wird und von dem Substrat an seinem Mittelbereich beabstandet ist; Schneiden einer Lücke in dem Bestandteil in einem Einfallswinkel zur Ebene des Substrates, um zwei gewinkelte Oberflächen auszubilden, welche sich jeweils in einem schrägen Winkel relativ zum Substrat erstrecken und welche erste und zweite Messelektroden ausbilden, die zwischen sich eine Messlücke definieren; und Aufbringen einer Aktivierung zwischen dem Substrat und der Struktur, welche das Bestandteil ausbildet, um die Messlücke, welche mit der Bewegung mindestens eines Teils der Struktur variiert, bei einer vorbestimmten Breite zu halten.
Unter Verwendung dieser Schritte kann der Beschleunigungsmesser in einem Wafer aus einem einzigen Bestandteil ausgebildet werden, das ein Siliziumsubstrat umfasst, eine Schicht Siliziumdioxid und eine obere Schicht aus Silizium. Während dies spezielle Vorteile bietet; sollte es ohne Weiteres klar sein, dass der Beschleunigungsmesser in einem herkömmlichen Wafer ausgebildet werden kann, auf dessen Oberteil eine Schicht Siliziumdioxid und eine Schicht Silizium aufgebracht worden sind.
Der Schritt des Schneidens kann unter Verwendung eines fokussierten, Hochenergie- Ionenstrahls oder eines Lasers durchgeführt werden.
Diese Techniken stellen einen winkligen Schnitt in einfacher und, kostensparender Weise zur Verfügung.
Zur besseren Verständlichkeit der vorliegenden Erfindung, um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt werden kann, wird nun zur beispielhaften Darstellung auf die beiliegenden Zeichnungen bezuggenommen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a und 1b sind eine Aufsicht und eine Seitenansicht von Messelektroden in einem Beschleunigungsmesser;
Fig. 2a und 2b sind eine Aufsicht und eine Seitenansicht einer Prüfinasse mit Messelektroden in einem Beschleunigungsmesser;
Fig. 3a und 3b sind eine Aufsicht und eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Prüfmasse mit Messelektroden in einem Beschleunigungsmesser;
Fig. 4 ist eine Aufsicht einer alternativen Anordnung einer Prüfmasse in einem Beschleunigungsmesser;
Fig. 5 ist eine weitere alternative Anordnung einer Prüfinasse in einem Beschleunigungsmesser; die Fig. 6a und 6b sind eine Aufsicht und eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform von Messelektroden in einem Beschleunigungsmesser;
Fig. 7 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Messschaltung für ein Beschleunigungsmesser; und
Fig. 8a und 8b sind Schnitte durch einen Wafer während verschiedener Schritte in der Herstellung eines Beschleunigungsmessers.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 1a und 1b zeigen das Konzept, das den Beschleunigungsmessern gemäß der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. In Fig. 1a und 1b bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein Bestandteil, das mit einer Prüfinasse verbunden ist und welches eine erste Messelektrode in Form einer Messspitze 4 aufweist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Bestandteil, welches an dem Substrat befestigt ist und welches eine zweite Messelektrode in Form einer Gegenelektrode 8 aufweist. In Fig. 1a sind die Bestandteile 2 und 6 in einer Ebene parallel zur Ebene des Substrats ausgebildet. Somit ist aus Fig. 1b ersichtlich, dass die Messspitze 4 und die Gegenelektrode 8 jeweils eine Oberfläche umfassen, die sich in einem Winkel relativ zum Substrat erstreckt. Die Oberflächen der Messspitze 4 und der Gegenelektrode 8 definieren zwischen sich eine Messlücke 10, deren Breite variiert, wenn der Bestandteil 2 sich gegenüber dem Bestandteil 6 bewegt: Der Winkel der Oberfläche der Messspitze 4 und der Gegenelektrode 8 kann beispielsweise zwischen 30º und 60º zur Ebene des Substrates liegen, und in einer speziell bevorzugten Ausführungsform kann der Winkel zwischen 53º und 55º zur Ausrichtung mit der Kristall(III)-Richtung liegen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen in einer Aufsicht und in einer Seitenansicht jeweils eine Ausführungsform eines Beschleunigungsmessers unter Verwendung einer Messspitze und einer Gegenelektrode mit angewinkelten Oberflächen wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1a und 1b beschrieben. In Fig. 2a bezeichnet das Bezugszeichen 21 ein Substrat, welches auf einem Ausleger 25 einer Prüfinasse 23 befestigt ist. Die Prüfmasse 23 trägt eine Messspitze 24, welche eine Oberfläche umfasst, die winklig gegenüber dem Substrat in derselben Weise angeordnet ist; wie die Messspitze 4 in Fig. 1b. Der Beschleunigungsmesser umfasst einen Bestandteil 26, welcher an dem Substrat 21 befestigt und welcher relativ steif ist im Vergleich zu dem Ausleger 25, der die Prüfmasse trägt. Der Bestandteil 26 trägt eine Gegenelektrode 28, welche ebenfalls eine angewinkelte Oberfläche hat, und zwar in derselben Weise wie die Gegenelektrode 8 der Fig. 1b. Wenn der Beschleunigungsmesser der Fig. 2a und 2b einer Beschleunigungskraft unterzogen wird, bewegt sich die Prüfinasse in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrats (d. h. in die Ebene des Papiers in Fig. 2a hinein und aus dieser heraus). Diese Bewegung bewirkt, dass die Breite eine Messlücke 30; die zwischen der Messspitze 24 und der Gegenelektrode 28 definiert ist, variiert. Diese Variation wird in einer Weise gemessen, die im Weiteren vollständiger beschrieben wird.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine alternative Ausführungsform eines Beschleunigungsmessers, bei welcher die Befestigung der Prüfinasse eine größere Steifigkeit parallel zur Ebene des Substrats bereitstellt, als bei der Ausführungsform, die in Fig. 2a gezeigt ist. In Fig. 3a bezeichnet das Bezugszeichen 33 die Prüfmasse, welche freitragend auf zwei Auslegern 35a; 35b gegenüber dem Substrat 31 (Fig. 3b) befestigt ist. Die Prüfinasse 33 trägt eine Messspitze 34. Ein Bestandteil 36, der an dem Substrat befestigt und relativ steif gegenüber der Prüfmassenbefestigung ist, trägt eine Gegenelektrode 38. Wie oben hinsichtlich der Fig. 1a und 1b und der Fig. 2a und 2b beschrieben wurde, umfassen die Messspitze 34 und die Gegenelektrode 38 Oberflächen, die gegenüber dem Substrat angewinkelt sind und dazwischen eine Messlücke 40 definieren.
Bei der Anordnung der Fig. 2a und 2b und der Fig. 3a und 3b ist der relativsteife Bestandteil 26, 36 extern gegenüber der Prüfmasse 23, 33 angeordnet.
Die Fig. 4 zeigt in einer Aufsicht eine Ausführungsform, wo die Prüfmasse, die durch das Bezugszeichen 43 bezeichnet ist, symmetrisch um ein Bauteil herum aufgebaut ist, das durch das Bezugszeichen 46 bezeichnet ist und welches an dem Substrat so befestigt ist, dass es relativ steif gegenüber der Befestigung der Prüfinasse ist. In derselben Weise wie schon beschrieben worden ist, trägt das relativ steife Bestandteil 36 eine Gegenelektrode 38, und die Prüfinasse 43 trägt eine Messspitze 44. Die Messspitze 44 und die Gegenelektrode 48 definieren zwischen sich eine Messlücke 50. Die Anordnung der Fig. 4 hat eine höhere Flächensteifigkeit als diejenigen der Fig. 2a und 2b und der Fig. 3a und 3b.
Die Fig. 5 zeigt in einer Aufsicht eine Anordnung; bei der die Prüfinasse, dargestellt durch das Bezugszeichen 53, als eine durchgehende Membran ausgebildet ist, die gegenüber dem Substrat gehalten wird. Ein Bestandteil 56 ist wiederum in der Mitte der Membran an dem Substrat befestigt; und zwar in einer solchen Weise, die relativsteif im Vergleich mit der Befestigung der Prüfmasse ist, und er trägt eine Gegenelektrode 58, die mit einer Messspitze 54, welche an der Prüfinasse 53 vorgesehen ist, eine Messlücke 60 definiert. Bei der Anordnung der Fig. 4 und 5 haben die Messspitze 44 und 54 und die Gegenelektrode 48, 58 gewinkelte Oberflächen, wie oben schon unter Bezugnahme auf die Fig. 1a; 1b, 2a, 2b und 3a, 3b erörtert worden ist.
Die Fig. 6a und 6b sind eine Aufsicht und eine Seitenansicht, jeweils für eine andere Ausführungsform der Messelektroden, bei welcher die Messspitze eine Spitze 74 umfasst, die eine gewinkelte Oberfläche 74a in der Seitenansicht aufweist, und die Gegenelektrode 78 eine gewinkelte Flächenoberfläche 78a hat. Die Schärfe der Spitze kann eingestellt werden und mehrere Spitzen können verwendet werden.
Die Messspitze 74 und die Gegenelektrode 78 der Fig. 6a und 6b können anstelle der Flächenwinkel-Oberflächen der vorhergehenden Figuren verwendet werden.
Die Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer Rückkopplungsschleife, welche die Schaltung ausbildet, die verwendet wird, um Veränderungen in der Breite der Messlücke der vorhergehenden Anordnungen zu messen. Eine Spannung wird zwischen der Struktur, welche die Prüfmasse und den Ausleger bildet, und dem Substrat angelegt, um die Breite der Messlücke auf einen Abstand zu bringen, bei dem ein Tunnelstrom zwischen der Messspitze und der Gegenelektrode fließen wird. Beispielsweise kann eine Spannung von ungefähr 8 V angelegt werden, um die Messlücke bei einer Breite von ungefähr 5 nm zu halten. Wenn der Beschleunigungsmesser einer Beschleunigungskraft unterzogen wird, bewegt sich die Prüfinasse in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats und ändert so die Breite der Messlücke. Diese Veränderung in der Breite verändert die Größe des Tunnelstroms und verändert somit die Spannung, die zwischen dem Substrat und der Messspitze anliegt. Die Veränderung der Spannung verändert das elektrische Feld in einer Richtung, welche die Lücke wieder in ihrer ursprünglichen Breite herstellt. Der Ausgang des Sensors ist die Veränderung der Größe der Spannung als Resultat der Veränderung des Tunnelstroms, welche proportional zur Quadratwurzel der Beschleunigungskraft ist.
In Fig. 7 repräsentiert g(s) die Beschleunigungskraftfunktion, die auf die Prüftnasse 23 aufgebracht wird. Die resultierende Kraft auf die Prüfmasse Fq(s) wird in einem Rückkopplungs- Komparator 80 eingegeben, der ebenfalls eine Rückkopplungskraft Fo(s) aufnimmt. Die resultierende Kraft Fs(s) wird zu, einer Verschiebung y(s) umgesetzt, die von der Steifigkeit des Auslegers 25 abhängt, der verwendet wird, um die Prüfruasse 23 zu tragen. Die Verschiebung y(s) bewirkt eine entsprechende Veränderung in dem Tunnelstrom i(s), welcher einem Strom/Spannungs-Wandler 82 zugeführt wird, dessen Ausgang v(s) die Ausgabe des Beschleunigungsmessers ist. Der Ausgang v(s) wirkt ebenfalls durch den Aktivierungsarm der Rückkopplungsschleife, um die Rückkopplungskraft Fo(s) zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, bewirkt der Unterschied der Spannung, die zwischen der Struktur, welche den Ausleger und die Prüfinasse bildet, und dem Substrat angelegt wird, ein lokales elektrisches Feld, welches so wirkt, dass es die Lücke in Abwesenheit einer Beschleunigung auf ungefähr 5 um hält. Dies ist das sogenannte elektrostatische Ziehen. Das elektrostatische Ziehen könnte durch andere Formen der Aktivierung, wie zum Beispiel piezoelektrische, ersetzt werden. Die Ausgangsspannung würde zurück in ein piezoelektrisches Material geführt, und die durch dieses Material erzeugte Spannung würde die Lückenbreite wieder herstellen, anstelle von Kräften aus dem elektrischen Feld. Andere Aktivierungsverfahren können ebenfalls verwendet werden.
Ein Überlastschutz für den Beschleunigungsmesser wird durch körperliche Endstopper bereitgestellt. Das Siliziumsubstrat 21 selbst verhindert eine übermäßige Bewegung nach unten. Eine weitere Glasplatte, beispielsweise in. Fig. 2b mit 27 bezeichnet, nämlich im Wesentlichen ein zweites Substrat, obwohl nicht notwendigerweise ein Einkristall, kann bereitgestellt werden, um die Bewegung nach oben zu begrenzen. Obwohl das zweite Substrat bereitgestellt werden kann, um die Bewegung nach oben zu begrenzen, besteht keine Notwendigkeit, weitere Bestandteile in dem zweiten Substrat auszubilden, und somit besteht keine Notwendigkeit, das zweite Substrat sorgfältig mit dem Substrat auszurichten, das die Beschleunigungsmesser- Bestandteile trägt.
Ein weiterer Schutz gegen die Möglichkeit eines Überlastschadens an den Messelektroden kann dadurch bereitgestellt werden, die Federkonstante des Außenabschnittes des Auslegers 25 in Fig. 2a, der am nächsten zur Messspitze 24 in Fig. 2(a) liegt, so zu verringern, dass er sich biegt, wenn der Prüfmassenbestandteil 43 in das Substrat prallt. In gleicher Weise kann dies ebenfalls für die Ausdehnung der Prüfinasse 33 umgesetzt werden, welche die Messspitze 34 in Fig. 3(a) trägt.
Ein weiterer Schutz gegen die Möglichkeit eines Überlastschadens an den Messelektroden kann bereitgestellt werden durch das Verringern der Fehlerkonstante des Bestandteils 26 in Fig. 2(a), so dass er sich biegt, wenn der Prüfmassenbestandteil 23 in das Substrat hineinprallt. Auf diese gleiche Weise kann dies ebenfalls für den Bestandteil 36 in Fig. 3(a) umgesetzt werden.
Nunmehr wird auf die Figuren Ba bis 8e bezuggenommen, um ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. In Fig. 8a bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Wafer aus einem einzigen Bestandteil mit einem Siliziumsubstrat 102, einer Schicht Siliziumdioxid auf dem Substrat 104 und einer oberen Schicht aus Silizium 106. Die Dicke des Substrats im beschriebenen Beispiel ist 500 um (100)Si, die Dicke der Oxidschicht 104 ist 2 um und die Dicke der oberen Siliziumschicht 106 ist 7 um. Verbundwafer mit dieser Struktur sind im Handel erhältlich. Die obere Schicht 106 könnte ein Einkristall-Silizium oder Polysilizium sein. Einkristall-Silizium könnte durch das Ablagern von Silizium und die Rekristallisierung nach der Ablagerung hergestellt werden, oder durch das Bondierung zweier oxidierter Wafer und das Ausdünnen einer Seite. Eine Schicht 108 aus Silizium-Nitrid wird auf die Oberseite der oberen Siliziumschicht 106 aufgebracht. Ein Fotoresist 110 wird verwendet, um ein Muster zu definieren; das aus dem Silizium geätzt werden soll, beispielsweise dasjenige, das in der Aufsicht in Fig. 2a gezeigt ist. Die Siliziumnitridschicht 108 wird unter Verwendung des Fotoresists 110 als Maske geätzt, um die Struktur auszubilden, die in Fig. 8b gezeigt ist. Die Siliziumnitridschicht wird dann als ein Ätzstopp für ein abfolgendes Ätzen durch die obere Siliziumschicht verwendet, welches die Form der Prüfmasse und der tragenden Ausleger sowie der fixierten Kontaktbestandteile definieren wird. Im Querschnitt ist die Struktur eine solche, wie sie in Fig. 8c gezeigt ist. Ein Nassätzen unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure wird dann verwendet, um die Oxidschicht von unterhalb der oberen Siliziumschicht zu entfernen, um Siliziumbestandteile bereitzustellen, die in freitragender Weise gestützt und durch einen unterschnittenen Bereich 103 vom Substrat beabstandet sind. Dies ist im Schnitt in Fig. 8d gezeigt. Die Fig. 8a bis 8d sind Schnitte, die entlang einer Linie verlaufen, die in den Fig. 2a und 2b auf dem Papier nach oben und unten laufen. Die Fig. 8 ist ein Schnitt, der quer zu diesen Schnitten verläuft und welcher sich durch die freitragenden und festen Bestandteile erstreckt, bevor ein Schnittgemacht wird, um die Spitze und die Gegenelektrode zu definieren. Der Ort und der Winkel des Schnittes ist beispielsweise durch den Pfeil A dargestellt. Der Schnitt wird unter Verwendung eines fokussierten Hochenergie-Ionenstrahls oder eines Lasers gemacht, um zwei gewinkelte, parallele Oberflächen zu definieren, welche die Messelektroden des Beschleunigungsmessers ausbilden. Der anfängliche Schnitt kann eine Breite von ungefähr 200 nm haben und er wird wie oben erörtert durch das Anlegen eines elektrischen Feldes auf eine Breite geschlossen, welche es einem Tunnelstrom erlaubt, zu fließen, beispielsweise

Claims

1. Beschleunigungsmesser mit:

- einem Substrat (21; 31);

- einer Prüfinasse (23; 33; 43; 53), die auf dem Substrat zur Bewegung in einer ersten Richtung senkrecht zur Ebene des Substrats befestigt ist, wobei die Prüfmasse eine erste Messelektrode (24; 34; 44; 54; 74) trägt; und

- einer zweiten Messelektrode (28; 38; 48; 58; 78), die relativ zum Substrat befestigt ist,

wobei die erste und die zweite Messelektrode Oberflächen aufweisen, welche jeweils durch das Schneiden eines einzelnen Bestandteils so ausgebildet werden, dass die Oberflächen sich in einem schrägen Winkel relativ zum Substrat erstrecken und zwischen sich eine Messlücke definieren;

und wobei der Beschleunigungsmesser eine Aktivierungseinrichtung umfasst, die so angeordnet ist, dass sie eine Aktivierung zwischen dem Substrat und der Struktur, welche die Prüfinasse ausbildet, und der zweiten Elektrode aufbringt; um die Messlücke bei einer vorbestimmten Breite zu halten, wobei die Breite der Messlücke mit der Bewegung der Prüfmasse in der ersten Richtung variiert.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, bei dem die Prüfruasse und die erste und die zweite Messelektrode als Bestandteile in einem einzigen Wafer (100) ausgebildet sind.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, welcher in einem Silicium-Einkristall ausgebildet ist.

4. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Schaltung (82) zum Messen der Variationen in der Breite der Messlücke umfasst.

5. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 4, bei dem die. Messschaltung Veränderungen in einem Tunnelstrom zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode erfasst.

6. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Messelektrode (44; 54) an dem Substrat an einer Stelle befestigt ist, die innerhalb einer umgebenden Prüfinasse (43; 53) liegt.

7. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 6, bei dem die Prüfmasse eine perforierte Membran (53) umfasst, die zur Bewegung in der ersten Richtung relativ zum Substrat abgehängt ist.

8. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Begrenzungsplatte (27) umfasst, die so angeordnet ist, dass sie die Bewegung der Prüfmasse von dem Substrat weg begrenzt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers mit den folgenden Schritten:

Ausbilden eines Bestandteils, der an gegenüberliegenden Endbereichen hinsichtlich eines Substrates gestützt wird und von dem Substrat an seinem Mittelbereich beabstandet ist;

Schneiden einer Lücke in dem Bestandteil in einem Einfallswinkel zur Ebene des Substrates, um zwei gewinkelte Oberflächen auszubilden, welche sich jeweils in einem schrägen Winkel relativ zum Substrat erstrecken und welche erste und zweite Messelektroden ausbilden, die zwischen sich eine Messlücke definieren;

Aufbringen einer Aktivierung zwischen dem Substrat und der Struktur, welche das Bestandteil ausbildet, um die Messlücke, welche mit der Bewegung mindestens eines Teils der Struktur variiert, bei einer vorbestimmten Breite zu halten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Beschleunigungsmesser in einem Wafer aus einem einzigen Bestandteil ausgebildet wird, der ein Silicium-Substrat umfasst, eine Schicht Siliciumdioxid und eine obere Schicht aus Silicium.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem der Schritt des Schneidens das Schneiden unter Verwendung eines fokussierten Hochenergie-Ionenstrahls umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Schritt des Schneidens das Schneiden unter Verwendung eines Lasers umfasst.