DE69626972T2 - Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE69626972T2
DE69626972T2 DE69626972T DE69626972T DE69626972T2 DE 69626972 T2 DE69626972 T2 DE 69626972T2 DE 69626972 T DE69626972 T DE 69626972T DE 69626972 T DE69626972 T DE 69626972T DE 69626972 T2 DE69626972 T2 DE 69626972T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wafer
movable
sensor
semiconductor
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69626972T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69626972D1 (de
Inventor
Paolo Ferrari
Mario Foroni
Benedetto Vigna
Flavio Villa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SRL filed Critical STMicroelectronics SRL
Application granted granted Critical
Publication of DE69626972D1 publication Critical patent/DE69626972D1/de
Publication of DE69626972T2 publication Critical patent/DE69626972T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterintegrierten kapazitiven Beschleunigungssensor sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
  • Wie bekannt ist, werden Beschleunigungssensoren in breitem Umfang in der Automobilindustrie eingesetzt: Airbags, ABS, aktive Fahrwerke (Engl.: active suspensions), Motorsteuerung und ASR (Anti Slip Rotation).
  • In jüngerer Zeit wurden unter Einsatz der Mikroelektroniktechnologie hergestellte elektromechanische Siliziummikrostrukturen zur Verwendung als Beschleunigungssensoren vorgeschlagen unter Berücksichtigung der vielfältigen Vorteile, die diese im Vergleich zu herkömmlichen makroskopischen trägen mechanischen Schaltern bieten: niedrige Kosten, ein hoher Grad an Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit, ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis, die Integration in Speicherkreise zur Bildung intelligenter Sensoren und von Online-Selbsttestsystemen, sowie eine größere Reproduzierbarkeit und Empfindlichkeit.
  • Prototypen Silizium-integrierter Beschleunigungssensoren werden gegenwärtig in sechs Typen hergestellt, die sich hinsichtlich der Betriebsweise wesentlich unterscheiden
    • – piezoelektrisch: Eine Masse, die durch Beschleunigung bewegt wird, komprimiert oder dehnt einen dünnen Film eines piezoelektrischen Materials, über welches eine Spannung nachgewiesen werden kann;
    • – piezoresistiv: Eine Trägheitsverschiebung eines Siliziumdiaphragmas bringt eine Wheatstone-Brücke, welche in dem Diaphragma diffundierte piezoresistive Elemente aufweist, aus dem Gleichgewicht;
    • – kapazitiv: Eine Beschleunigung induziert eine Verschiebung einer seismischen Masse, die die bewegliche Elektrode eines einzigen Kondensators bildet (absolute Änderung der Kapazität), oder einer Elektrode, die zwei elektrisch verbundenen Kondensatoren gemeinsam ist, um die zwei Kapazitäten in entgegengesetzten Richtungen zu variieren (differenzielle Änderung der Kapazität);
    • – Schwellwert: eine beschleunigungsinduzierte Beugung eines Silizium-Mikrostrahls schließt einen elektrischen Stromkreis;
    • – resonant: eine Beschleunigung verschiebt die intrinsische Frequenz einer oszillierenden, aufgehängten bzw. getragenen mikromechanischen Struktur;
    • – Tunneleffekt: eine Beschleunigung variiert die Entfernung zwischen zwei Elektroden, von denen eine beweglich ist, und induziert damit den Quanten-Tunnelstrom.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen differenziellen kapazitiven Beschleunigungssensor.
  • Traditionell wurden integrierte Mikrostrukturen vorzugsweise unter Einsatz der Massenmikrobearbeitungstechnik hergestellt, wobei ein Siliziumwafer auf beiden Seiten prozessiert wird, um die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von monokristallinem Silizium auszuschöpfen. Die Prozessierung der Vorder- und Rückseite sowie das Erfordernis einer bestimmten Handhabung der Wafer macht die Massenmikrobearbeitung jedoch mit der gegenwärtigen Herstellungstechnologie integrierter Schaltkreise inkompatibel.
  • In der Mitte der 80iger wurde daher die Oberflächen-Mikrobearbeitung vorgeschlagen, wobei ein sensitives Element aus polykristallinem Silizium gebildet wird, und aufgehängte bzw. getragene Strukturen durch Abscheidung und anschließende Entfernung von Opferschichten geboldet werden. Details hierzu können beispielsweise in dem Artikel von W. Kuehnel und S. Sherman mit dem Titel „A surface micromachined silicon accelerometer with on-chip detection circuitry" in Sensors and Actuators, A 45 (1994) S. 7-16 gefunden werden, sowie im Patent EP-A-0543901, angemeldet von Analog Devices Inc. Trotz Kompatibilität mit der planaren Mikroelektronik-Technologie werfen die beschriebenen Lösungen ernsthafte Probleme bei der Freigabe der aufgehängten Strukturen auf (d. h. diese werden von dem Rest des Halbleiterkörpers abgelöst), aufgrund der Tendenz der Mikrostrukturen infolge der Kapillarität und der beteiligten Van der Waals-Kräfte zu kollabieren. (Details hierzu können beispielsweise in „Stiction of surface micromachined structures after rinsing and drying: model and investigation of adhesion mechanisms" von R. Legtenberg, H.A.C. Tilmans, J. Elders und M. Elwenspoek, Sensors and Actuators A, 43 (1994), S. 230–238 gefunden werden).
  • Andere hochspezialisierte Techniken, wie beispielsweise das „Waferlösen" (Engl.: „wafer dissolving"), gewährleisten die Bildung von Silizium-Mikrostrukturen mittels bestimmter Verfahren, die vollständig inkompatibel mit der planaren Standard-Mikroelektroniktechnologie sind. In gewissem Sinne bestehen diese „ad-hoc"-Verfahren einfach in der Übertragung von dem, was gegenwärtig unter Verwendung anderer Materialen durchgeführt wird, auf Silizium, und sie gewährleisten nur die Herstellung des sensitiven Teils, so dass die Prozessierung und der Steuerkreis auf einem separaten Chip gebildet werden müssen.
  • Für Sensoren eines anderen Typs wurden bestimmte SOI(Silicon-On-Insulator)-Substrate vorgeschlagen, wobei der Ausgangswafer einen Stapel von Silizium-Silizium Oxid-Silizium aufweist, wobei das Oxid selektiv an dem Sensorbereich entfernt wird, um einen Luftspalt zu bilden. Die von der Vorderseite des Wafers nach Kontaktieren des Luftspalts gebildeten Gräben gewährleisten die Bildung der aufgehängten bzw. getragenen Struktur. Details hierfür in Bezug auf einen Scherbeanspruchungs-Sensor können beispielsweise in dem Artikel mit dem Titel „A Microfabricated Floating-Element Shear Stress Sensor Using Wafer-Bonding Technology" von J. Shajii, Kay-Yip Ng und M. A. Schmidt, Journal of Microelectrmechanical Systems, Vol. 1, N. 2, Juni 1992, S. 89–94, gefunden werden. Die eingesetzte Verbindungstechnik (ausgenommen die Bildung des Luftspalts) ist auch in dem Artikel mit dem Titel „Silicon-on-Insulator Wafer Bonding-Wafer Thinning Technological Evaluations" von J. Hausman, G. A. Spierings, U. K. P. Bierman und J. A. Pals, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 28, N. 8, August 1989, S. 1426–1443, beschrieben.
  • EP-A-605303, worauf sich die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 11 beziehen, offenbart einen aus einem SOI-Substrat hergestellten Sensor, wobei der obere Wafer nur durch monokristallines Silizium des P-Typs gebildet wird, und die Sensorregion von dem Rest des oberen monokristallinen Bereichs durch einen Graben isoliert ist, wodurch die Kon takte zum Anlegen einer Vorspannung bzw. Bias-Spannung an den Sensor in dem Sensorbereich gebildet werden und nicht nach außen gebracht werden können. Weiterhin weist der bekannte Sensor ein SOI-Substrat auf, das gemäß der SIMOX-Technik hergestellt wurde, wobei im Anschluss an die Definition des Sensors durch ein zeitgesteuertes Ätzen ein Luftspalt gebildet wird.
  • EP-A-591554 offenbart einen Beschleunigungssensor, der unter Verwendung eines komplizierten Verfahrens hergestellt wurde, bei dem keine Kontaktisolation zur Isolation des Sensors von dem Rest des monokristallinen Bereichs verwendet wird.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Beschleunigungssensor und ein diesbezügliches Herstellungsverfahren bereitzustellen, der/das so ausgelegt ist, dass die typischerweise mit den gegenwärtig vorgeschlagenen Lösungen verbundenen Nachteile überwundeten werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein integrierter kapazitiver Halbleiterbeschleunigungssensor und ein diesbezügliches Herstellungsverfahren bereitgestellt, wie in den Ansprüchen 1 und 11 beansprucht.
  • Beispielhaft wird eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei: Die 1–5 Querschnitte eines Halbleitermaterial-Wafers an aufeinanderfolgenden Schritten in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 6 eine perspektivische Teileinsicht des Wafers der 1–5 zeigt, wobei der Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
  • 7 eine obere Teilebenenansicht in einem größeren Maßstab des Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8 ein vergrößertes Detail von 7 zeigt.
  • Eine Siliziumoxidschicht 2 wird gebildet, z. B. thermisch auf einem ersten Wafer 1 aus monokristallinem Silizium (1) aufgewachsen; die Oxidschicht 2 wird maskiert und geätzt, um selektiv einen Teil zu entfernen und eine Öffnung 3 zur Bildung eines „Luftspalts" zu bilden ( 2); und ein zweiter Wafer 4 aus monokristallinem Silizium, in dem gezeigten Beispiel vom P-Typ, wird mit der Oxidschicht 2 verbunden, wobei beispielsweise das in dem obigen Artikel von J. Hausman, G. A. Spierings, U.K.P. Bierman und J. A. Pals beschriebene Verfahren verwendet wird, um ein bestimmtes SOI-Substrats 50 zu bilden, in welchem der Luftspalt 3 an der Oberseite und der Unterseite durch zweite und dritte Wafer 4 und 1 und lateral durch die Oxidschicht 2 begrenzt ist.
  • An diesem Punkt wird das SOI-Substrat 50 wie üblich zur Bildung bipolarer integrierter Schaltkreis- und elektronischer MOS-Komponenten prozessiert. Genauer (4) weist der zweite Wafer 4 Übergangs- oder dielektrische Isolations-Bereiche 5 auf, die sich von der oberen Oberfläche 6 des zweiten Wafers 4 zur Oxidschicht 2 erstrecken, und einen MOS-Transistor, der in einer N-Wanne 10 gebildet ist und Source- und Drain-Bereiche 11 vom P-Typ aufweist, sowie einen Steuer-Gate-Bereich 12, der von dem zweiten Wafer 4 durch eine Gate-Oxidregion 14 isoliert ist. Wenn die elektronischen Komponenten gebildet werden, wird auch eine N-Wanne 15 gebildet, die sich bis zu dem Luftspalt 3 tief ausdehnt und praktisch den gesamten Bereich über dem Luftspalt 3 bedeckt. In der Praxis definiert die Wanne 15 einen Bereich (zur Aufnahme des Sensors beabsichtigt), der lateral durch den Rest (4') des zweiten Wafers 4 und an der Unterseite durch den Luftspalt 3 begrenzt ist, und vorzugsweise gleichzeitig mit dem N- oder P-Wannen-Implantierungsschritt gebildet wird (in dem gezeigten Beispiel bei der Implantierung der Vertiefung 10), wobei eine geeignet gemusterte Maske verwendet wird.
  • Eine dielektrische Schutzschicht 16 (z. B. aus Siliziumnitrid oder BPSG – Bor-Phosphor-Silizium-Glas) wird anschließend abgeschieden, die Kontakte werden geöffnet, und eine Metallschicht wird abgeschieden und definiert zur Bildung von Kontaktelektroden 17 über dem zweiten Wafer 4, wobei so die in 4 gezeigte Zwischenstruktur erhalten wird.
  • An diesem Punkt werden Gräben in dem zweiten Wafer 4 aus monokristallinem Silizium gebildet, um die bewegliche Masse des Beschleunigers freizusetzen, die befestigten von den beweglichen Elektroden zu trennen und die Bereiche mit unterschiedlichem Potential zu isolieren, mit Hilfe eines phototechnischen und chemischen Ätzschritts, um Teile der dielektrischen Schicht 16 und des zweiten Wafers 4 über dem Luftspalt 3 zu entfernen, und so die Gräben 20 zu bilden.
  • Die tatsächliche Form der Gräben bzw. Vertiefungen 20 ist in den perspektivischen und oberen Ebenenansichten in den 6 und 7 gezeigt. Genauer definieren ein erster und zweiter Graben 20a, 20b elektrische Isolationsgräben in Zickzackform zur Trennung der beweglichen von den befestigten Elektroden des Sensors. Ein dritter und vierter Graben 20c, 20d definieren Freigabe-Vertiefungen zur Freigabe der beweglichen Struktur, die als ganzes durch 23 gekennzeichnet ist; und die Vertiefungen 20 verlaufen alle durch die N-Wanne 15, der Dicke nach von der dielektrischen Schicht 16 (eingeschlossen) zu dem Luftspalt 3 ( 5), und der Länge nach bis zu dem äußeren Teil 4' des zweiten Wafers 4, hinter dem PN-Übergang, um eine effektive Isolation der Elektroden zu gewährleisten, obwohl dies im Fall der Gräben 20c, 20d nicht strikt erforderlich ist.
  • Genauer weist die bewegliche Struktur 23 eine H-Form auf und umfasst eine balkenförmige bewegliche Masse 24 und ein Paar querverlaufender Arme 25 zur Befestigung der beweglichen Masse 24 mit dem Substrat 50. Die querverlaufenden Arme 25 – bekannt als „Federn" durch Wiederherstellen der beweglichen Masse 24 zur ausbalancierten Position – sind an den vertikalen Endseiten, angezeigt durch Pfeile 27 in 7, mit dem Substrat 50 verbunden, wobei die vertikalen Seiten 27 die Befestigungen der beweglichen Struktur 23 definieren und lateral durch die Vertiefungen 20, an der Oberseite durch die Oberfläche der Vorrichtung und an der Unterseite durch den Luftspalt 3, begrenzt sind. Eine Anzahl von querverlaufenden Wänden 28a, 28b erstrecken sich von jeder Seite der beweglichen Masse 24, definieren die elektrischen Elektroden des kapazitiven Sensors und wechseln kammartig mit den jeweiligen Querwänden 29a, 29b, die die festen Elektroden definieren, ab.
  • Die festen Elektroden 29a, 29b werden mit zwei verschiedenen Bias-Spannungen bzw. Vorspannungen V+ und V- durch die jeweiligen Kontakte 17a, 17b versehen, während die beweglichen Elektroden 28a, 28b durch vier Kontakte 17c, benachbart zu den Enden der querverlaufenden Arme 25 mit einer Bias-Spannung V versehen werden, wobei V- < V < V+.
  • Jede bewegliche Elektrode 28a, 28b ist durch verschiedene Abstände von den zwei befestigten gegenüberliegenden Elektroden 29a, 29b getrennt. Wie in der vergrößerten Detailansicht einer Elementarzelle in 8 gezeigt ist, ist im ausbalancierten Zustand jede bewegliche Elektrode 28a durch die Abstände d1, d2 (wobei d1 > d2) von den gegenüberliegenden (in 8) zwei festen Elektroden 29a in einer ersten Richtung (aufwärts), angegeben durch Pfeil A, und in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Richtung, getrennt. Weiterhin ist jede bewegliche Elektrode 28b durch die Abstände d2, d1 von den entsprechenden festen Elektroden 29b getrennt (d. h. jeweils gegenüberliegend in der ersten und zweiten Richtung).
  • Jede bewegliche Elektrode 28a, 28b bildet daher zwei parallele Kondensatoren, wobei die zwei festen Elektroden 29a, 29b mit den Abständen d1 und d2 gegenüberliegen; und aufgrund des Unterschieds der zwei Abstände ist der wirksame Kondensator für jede bewegliche Elektrode 28a, 28b derjenige, der mit der festen Elektrode 29a, 29b mit dem Abstand d2 definiert ist (C1 links und C2 rechts in 8). So weist der Sensor zwei Kondensatoren auf, die in Reihe zwischen den Anschlüssen 17a und 17b verbunden sind, und die einen gemeinsamen Anschluss 17c aufweisen, und jeder Kondensator weist wiederum eine parallele Verbindung einer Anzahl von elementaren Kondensatoren C1, C2 mit den Elektroden (in Ruhe) auf, getrennt durch den Anstand d1.
  • Bei Vorliegen einer Beschleunigung A (gezeigt durch den Pfeil in 8) parallel zur Richtung der beweglichen Masse 24 und daher geeignet, diese aus der Ruheposition zu einer Beschleunigungsposition zu bewegen, nimmt der Abstand d1 des Kondensators C1 ab und der Abstand d1 des Kondensators C2 nimmt zu, wodurch die Kapazität von C1 erhöht und die Kapazität von C2 vermindert wird. Diese Änderung der Kapazität wird durch den bekannten Signalverarbeitungsschaltkreis, der in den gleichen Chip integriert ist, erkannt, und wird in eine Spannung für eine weitere Verarbeitung gemäß der Anwendung umgewandelt.
  • Die Vorteile des Beschleunigungssensors und des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind die folgenden. Die Bildung der beweglichen Masse aus monokristallinem Silizium schaltet die Zug- und Druckbeanspruchung aus, welcher der Sensor typischerweise im Fall von abgeschiedenen Filmen, z. B. aus polykristallinem Silizium, ausgesetzt ist, und da sie in einem monokristallinem Siliziumwafer gebildet ist, ist die bewegliche Masse dicker verglichen mit den abgeschiedenen Filmen, so dass der Sensor eine höhere Kapazität aufweist, empfindlicher ist und weniger Signalverarbeitungsprobleme mit sich bringt.
  • Die beschriebene Struktur liefert einen hohen Grad an Biegesteifigkeit und wird daher, ungleich Strukturen, die durch Entfernung einer Opferschicht gebildet werden, mit geringerer Wahrscheinlichkeit bei dem Trocknungsschritt, der der Bildung der Gräben folgt, auf das Substrat kollabiert.
  • Die Herstellung des Sensors ist vollständig mit der planaren Mikroelektroniktechnologie kompatibel, wodurch die gleichen Vorteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit ausgeschöpft werden können. Der Beschleunigungssensor und die Signalverarbeitung und Steuerkreise können monolithisch (in einem Stück) in einem Chip integriert werden, und das Verfahren erfordert im Vergleich mit gegenwärtig eingesetzten Analog/Digital-Herstellungsverfahren nur zwei zusätzliche Masken (d. h. zur Definition des Luftspalts und zur Bildung der Gräben), und ist daher auch wirtschaftlich.
  • Es ist klar, dass an dem hier beschriebenen und erläuterten Sensor und dem Herstellungsverfahren Änderungen vorgenommen werden können, ohne jedoch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere können die in den gleichen Chip integrierten elektronischen Komponenten bipolar und MOS sein, und die Leitfähigkeit der verschiedenen Bereiche können anders sein als gezeigt.

Claims (16)

  1. Integrierter kapazitiver Beschleunigungssensor mit einem Halbleitermaterialkörper (50), welcher eine bewegliche Masse (24) mit beweglichen Kontakten (28a, 28b), welche entsprechenden festen Kontakten (29a, 29b) gegenüberliegen, definiert, wobei der Halbleitermaterialkörper (50) von einem SOI-Substrat, d. h. einem Silicon-on-Insulator-Substrat, gebildet wird, welches einen ersten Halbleiterbereich (1) aus monokristallinem Material aufweist; eine isolierende Materialschicht (2) über dem ersten Halbleiterbereich; und einen zweiten Halbleiterbereich(4) aus monokristallinem Material über der Isoliermaterialschicht (2); wobei der zweite Halbleiterbereich (4) einen monokristallinen Sensorbereich (15) aufweist, welcher die bewegliche Masse, bewegliche und feste Kontakte bildet, und wobei die Isoliermaterialschicht (2) an einem Luftspalt (3) unterbrochen ist, welcher unter der beweglichen Masse, den beweglichen und den festen Kontakten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbereich (15) von dem Rest (4') des zweiten Halbleiterbereichs durch eine Übergangsisolation isoliert ist.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das SOI-Substrat (50) von einem speziellen Typ ist, und die ersten und zweiten Halbleiterbereiche (1, 4) Halbleiter-Wafer sind, die durch die Isoliermaterialschicht (2) miteinander verbunden sind.
  3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wafer (4) einen ersten Leitfähigkeitstyp (P) aufweist, und der Sensorbereich eine Wanne (15) aus ei nem zweiten Leitfähigkeitstyp (N) aufweist, der in dem zweiten Wafer (4) zwischen einer oberen Oberfläche (6) des zweiten Wafers und dem Luftspalt (3) verläuft, und lateral durch einen äußeren Teil (4') des zweiten Wafers begrenzt ist.
  4. Sensor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anzahl an Isolations- und Freigabe-Vertiefungen (20a, 20b, 20c, 20c), welche von der oberen Oberfläche (6) zu dem Luftspalt (3) durch die Wanne (15) verlaufen.
  5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsvertiefungen (20a, 20b) Enden aufweisen, welche in dem äußeren Teil (4') des zweiten Wafers (4) ausgebildet sind.
  6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Masse (24) lateral durch die Isolations- und Freigabe-Vertiefungen (20a, 20b, 20c, 20d) begrenzt ist, und mit der Wanne (15) durch elastische Arme (25), welche monolithisch an Endseiten (27) verbunden sind, befestigt ist.
  7. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die befestigten und die beweglichen Elektroden (28a, 28b, 29a, 29b) Halbleitermaterialwände aufweisen, die kammartig angeordnet sind, und dass jede bewegliche Elektrode (28a, 28b) in Ruheposition mit zwei verschiedenen Abständen (d1, d2) von den befestigten Elektroden (29a, 29b), welche den beweglichen Elektroden (28a, 28b) gegenüberliegen, angeordnet ist.
  8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Masse (24) balkenförmig ist und eine erste und zweite Seite aufweist, die jeweils eine erste (28a) und eine zweite (28b) Vielzahl von Wänden eines beweglichen Halbleitermaterials aufweisen, die die beweglichen Elektroden bilden und kammartig angeordnet sind, wobei eine erste (29a) und eine zweite (29b) Anzahl an festen Halbleitermaterialwänden die festen Elektroden bilden; dass jede bewegliche Wand (28a) in der ersten Vielzahl einen ersten Abstand (d1) von einer festen Wand (29a), die der beweglichen Wand (28a) in einer ersten Richtung (A) gegenüberliegt, aufweist, und einen zweiten Abstand (d2) von einer festen Wand (29a), die der beweglichen Wand (28a) in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung gegenüberliegt; und dass jede bewegliche Wand (28b) in der zweiten Vielzahl den zweiten Abstand (d2) von einer befestigten Wand (29b), welche der beweglichen Wand (28b) in der ersten Richtung (A) gegenüberliegt, aufweist, und den zweiten Abstand (d1) von einer festen Wand (29b), welche der beweglichen Wand (28b) in der zweiten Richtung gegenüberliegt.
  9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vielzahl der festen Wände (29a) mit einer ersten Bias-Spannung (V-) versehen wird, die erste und zweite Vielzahl der beweglichen Wände (28a, 28b) mit einer zweiten Bias-Spannung (V) versehen werden, die größer ist als die erste Spannung, und die zweite Vielzahl fester Wände (29b) mit einer dritten Bias-Spannung (V+) versehen wird, die höher ist als die zweite Spannung.
  10. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial Silizium ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines integrierten kapazitiven Beschleunigungssensors mit den Schritten: – Bilden eines Halbleitermaterialkörpers (50) als ein SOI-Substrat, d. h. als ein Silizium-on-Insulator-Substrat, einschließlich eines ersten Halbleiterbereichs (1) aus monokristallinem Material; einer Isoliermaterialschicht (2) über dem ersten Halbleiterbereich; und eines zweiten Halbleiterbereichs (4) aus monokristallinem Material über der Isoliermaterialschicht (2); – Bilden eines monokristallinen Sensorbereichs (15) in dem ersten Halbleiterbereich; – Bilden eines Luftspalts unter dem Sensorbereich; und – Bilden von Vertiefungen (20), um eine bewegliche Masse (24) mit beweglichen Kontakten (28a, 28b) und festen Elektroden, die zugehörigen festen Kontakten (29a, 29b) gegenüberliegen, zu definieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens eines Sensorbereichs die Schritte des Bildens einer Übergangsisolation umfasst, welche den zweiten Sensorbereich (15) von dem Rest (4') des zweiten Halbleiterbereichs isoliert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens eines Halbleitermaterialkörpers die Schritte aufweist: – Bilden einer Isoliermaterialschicht (2) auf einem ersten Wafer (1) aus monokristallinem Halbleitermaterial; – selektives Entfernen eines Teils der Isoliermaterialschicht (2); und – Binden eines zweiten Wafers (4) aus monokristallinem Halbleitermaterial auf die Isoliermaterialschicht, um zusammen mit dem ersten Wafer (1) und der Isoliermaterialschicht (2) den Luftspalt (3) zu definieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wafer (4) einen ersten Leitfähigkeitstyp (P) aufweist, und der Schritt des Bildens eines Sensorbereichs auch den Schritt des Bildens einer Wanne (15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (N) in dem zweiten Wafer umfasst, wobei sich die Wanne von einer oberen Oberfläche (6) des zweiten Wafers zu dem Luftspalt (3) erstreckt, und lateral durch einen äußeren Teil (4') des zweiten Wafers begrenzt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens einer Wanne (15) durch den Schritt des selektiven Entfernens von Teilen der Wanne gefolgt wird, um eine Vielzahl an Isolations- und Freigabe-Vertiefungen (20) zu bilden, welche sich von der Oberfläche (6) des zweiten Wafers (4) zu dem Luftspalt (3) erstrecken.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsvertiefungen (20a, 20b) Enden aufweisen, die in dem äußeren Teil (4') des zweiten Wafers (4) gebildet sind, wobei die bewegliche Masse mit der Vertiefung (15) durch elastische Arme (25), welche monolithisch an den Endseiten (27) gebunden sind, befestigt ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial Silizium ist.
DE69626972T 1996-07-31 1996-07-31 Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung Expired - Fee Related DE69626972T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP96830438A EP0822415B1 (de) 1996-07-31 1996-07-31 Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69626972D1 DE69626972D1 (de) 2003-04-30
DE69626972T2 true DE69626972T2 (de) 2004-01-08

Family

ID=8225989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69626972T Expired - Fee Related DE69626972T2 (de) 1996-07-31 1996-07-31 Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (2) US6104073A (de)
EP (1) EP0822415B1 (de)
JP (1) JPH10142254A (de)
CN (1) CN1126173C (de)
DE (1) DE69626972T2 (de)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990072936A (ko) * 1998-02-27 1999-09-27 가나이 쓰도무 아이솔레이터및그것을사용하는모뎀장치
US8928967B2 (en) * 1998-04-08 2015-01-06 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method and device for modulating light
WO1999052006A2 (en) 1998-04-08 1999-10-14 Etalon, Inc. Interferometric modulation of radiation
US7335965B2 (en) * 1999-08-25 2008-02-26 Micron Technology, Inc. Packaging of electronic chips with air-bridge structures
US6677209B2 (en) * 2000-02-14 2004-01-13 Micron Technology, Inc. Low dielectric constant STI with SOI devices
DE10007868B4 (de) * 2000-02-21 2010-02-18 Robert Bosch Gmbh Elektronische Steuerschaltung
US6890847B1 (en) * 2000-02-22 2005-05-10 Micron Technology, Inc. Polynorbornene foam insulation for integrated circuits
JP3606164B2 (ja) * 2000-06-02 2005-01-05 株式会社村田製作所 静電容量型外力検出装置
US6792804B2 (en) 2001-10-19 2004-09-21 Kionix, Inc. Sensor for measuring out-of-plane acceleration
KR100477103B1 (ko) * 2001-12-19 2005-03-18 삼성에스디아이 주식회사 금속유도화 측면결정화방법을 이용한 멀티플 게이트 박막트랜지스터 및 그의 제조방법
EP1594800B1 (de) * 2003-02-11 2007-01-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Verfahren zur herstellung einer elektronischen vorrichtung und elektronische vorrichtung
AU2003901914A0 (en) * 2003-04-22 2003-05-08 Quantum Precision Instruments Pty Ltd Quantum tunnelling transducer device
JP4367165B2 (ja) * 2004-02-13 2009-11-18 株式会社デンソー 半導体力学量センサの検査方法
US7038150B1 (en) * 2004-07-06 2006-05-02 Sandia Corporation Micro environmental sensing device
CN1332205C (zh) * 2004-07-19 2007-08-15 西北工业大学 单质量平板三轴微机械加速度计
WO2006079870A1 (en) 2005-01-31 2006-08-03 Freescale Semiconductor, Inc Method of fabricating a silicon-on-insulator structure
FI121539B (fi) 2005-06-03 2010-12-31 Valtion Teknillinen Menetelmä mikromekaanisten komponenttien valmistamiseksi sekä tällaisella menetelmällä valmistettu piimikromekaaninen rakenne ja sen käyttö
JP2007178420A (ja) * 2005-11-30 2007-07-12 Denso Corp 容量式物理量センサおよびその診断方法
US7916980B2 (en) * 2006-01-13 2011-03-29 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Interconnect structure for MEMS device
JP4787648B2 (ja) * 2006-03-29 2011-10-05 パナソニック株式会社 コンデンサマイクロホンの製造方法およびコンデンサマイクロホン
US7412892B1 (en) 2007-06-06 2008-08-19 Measurement Specialties, Inc. Method of making pressure transducer and apparatus
KR100937599B1 (ko) * 2007-12-17 2010-01-20 한국전자통신연구원 반도체 장치 및 그 형성 방법
US8266962B2 (en) 2009-01-28 2012-09-18 Infineon Technologies Ag Acceleration sensor
US8196475B2 (en) * 2009-03-16 2012-06-12 Kavlico Corporation Cointegrated MEMS sensor and method
US20100248424A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Intellectual Business Machines Corporation Self-Aligned Chip Stacking
CN101861051B (zh) * 2009-04-13 2012-05-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 软性电路板
US8569092B2 (en) * 2009-12-28 2013-10-29 General Electric Company Method for fabricating a microelectromechanical sensor with a piezoresistive type readout
CN102130063B (zh) * 2010-01-13 2014-03-12 中国科学院微电子研究所 半导体器件及其制作方法
US8530985B2 (en) 2010-03-18 2013-09-10 Chia-Ming Cheng Chip package and method for forming the same
JP5974425B2 (ja) * 2010-05-20 2016-08-23 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその製造方法並びに電子機器
US8975106B2 (en) 2010-07-09 2015-03-10 Chien-Hung Liu Chip package and method for forming the same
FR2964789A1 (fr) * 2010-09-10 2012-03-16 Commissariat Energie Atomique Circuit intégré comportant un dispositif a élément mobile vertical intégré dans un substrat de support et procédé de réalisation du dispositif a élément mobile
DE102010062056B4 (de) * 2010-11-26 2018-09-27 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil
CN102156203B (zh) * 2011-03-15 2013-07-24 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems惯性传感器及其形成方法
WO2013165348A1 (en) * 2012-04-30 2013-11-07 Hewlett-Packard Development Company Control signal based on a command tapped by a user
WO2013165346A1 (en) * 2012-04-30 2013-11-07 Hewlett-Packard Development Company Notification based on an event identified from vibration data
US9010200B2 (en) 2012-08-06 2015-04-21 Amphenol Thermometrics, Inc. Device for measuring forces and method of making the same
DE102012217133A1 (de) * 2012-09-24 2014-03-27 Robert Bosch Gmbh Mikroelektronisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
CN104118845B (zh) * 2014-07-17 2016-02-03 华中科技大学 一种在soi硅片上制备微机械悬空结构的方法
CN108020687B (zh) * 2018-02-06 2024-03-19 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种mems加速度计
CN109490575B (zh) * 2018-11-01 2020-10-16 杭州电子科技大学 一种低阻尼电容式加速度传感器及其制备方法
EP3654041B1 (de) * 2018-11-16 2022-10-19 Siemens Industry Software NV Volumenbeschleunigungssensorkalibrierung

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2580389B2 (fr) * 1985-04-16 1989-03-03 Sfena Accelerometre micro-usine a rappel electrostatique
DE3727142C2 (de) * 1987-08-14 1994-02-24 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren zur Herstellung von Mikrosensoren mit integrierter Signalverarbeitung
US5473945A (en) * 1990-02-14 1995-12-12 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Micromechanical angular accelerometer with auxiliary linear accelerometer
US5677560A (en) * 1990-05-29 1997-10-14 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Micromechanical component and process for the fabrication thereof
US5620931A (en) * 1990-08-17 1997-04-15 Analog Devices, Inc. Methods for fabricating monolithic device containing circuitry and suspended microstructure
JPH0644008B2 (ja) * 1990-08-17 1994-06-08 アナログ・ディバイセス・インコーポレーテッド モノリシック加速度計
US5408112A (en) * 1991-06-03 1995-04-18 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor strain sensor having improved resistance to bonding strain effects
JPH05102494A (ja) * 1991-06-14 1993-04-23 Miyazaki Oki Electric Co Ltd シリコンダイアフラム圧力センサの製造方法
US5349855A (en) * 1992-04-07 1994-09-27 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Comb drive micromechanical tuning fork gyro
JP3367113B2 (ja) * 1992-04-27 2003-01-14 株式会社デンソー 加速度センサ
FR2700012B1 (fr) * 1992-12-28 1995-03-03 Commissariat Energie Atomique Accéléromètre intégré à axe sensible parallèle au substrat.
DE4309206C1 (de) * 1993-03-22 1994-09-15 Texas Instruments Deutschland Halbleitervorrichtung mit einem Kraft- und/oder Beschleunigungssensor
US5610335A (en) * 1993-05-26 1997-03-11 Cornell Research Foundation Microelectromechanical lateral accelerometer
US5616514A (en) * 1993-06-03 1997-04-01 Robert Bosch Gmbh Method of fabricating a micromechanical sensor
DE19638373B8 (de) * 1995-09-19 2007-08-09 Denso Corp., Kariya Halbleitersensor und sein Herstellungsverfahren
US5747353A (en) * 1996-04-16 1998-05-05 National Semiconductor Corporation Method of making surface micro-machined accelerometer using silicon-on-insulator technology

Also Published As

Publication number Publication date
US6232140B1 (en) 2001-05-15
EP0822415B1 (de) 2003-03-26
EP0822415A1 (de) 1998-02-04
CN1180934A (zh) 1998-05-06
DE69626972D1 (de) 2003-04-30
CN1126173C (zh) 2003-10-29
JPH10142254A (ja) 1998-05-29
US6104073A (en) 2000-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69626972T2 (de) Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE69624645T2 (de) Verfahren zum Herstellen einer monolithischen Halbleiteranordnung mit integrierten mikrogefertigten Oberflächenstrukturen
DE19537814B4 (de) Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
DE69432074T2 (de) Mikromechanischer querbeschleunigungsmesser
DE4000903C1 (de)
DE69305955T2 (de) Beschleunigungssensor und seine herstellung
DE69627645T2 (de) Integrierter piezoresistiver Druckwandler und Herstellungsverfahren dazu
DE602004004513T2 (de) Verfahren zur herstellung einer elektronischen vorrichtung und elektronische vorrichtung
EP0679878B1 (de) Mikrosystem mit integrierter Schaltung und mikromechanischem Bauteil und Herstellverfahren
DE69838709T2 (de) Verfahren zur herstellung eines beschleunigungsaufnehmers
DE69925803T2 (de) Mikromechanischer halbleiter-beschleunigungssensor
DE102008043524B4 (de) Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69632950T2 (de) Integrierte Mikrostrukturen aus Halbleitermaterial und ein Verfahren zu deren Herstellung
DE19906067A1 (de) Halbleitersensor für physikalische Größen und dessen Herstellungsverfahren
DE102005056759A1 (de) Mikromechanische Struktur zum Empfang und/oder zur Erzeugung von akustischen Signalen, Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und Verwendung einer mikromechanischen Struktur
WO2005118463A1 (de) Mikromechanisches bauelement mit mehreren kammern und herstellungsverfahren
WO2006105898A1 (de) Mikromechanisches bauelement, verfahren zur herstellung und verwendung
DE4400127A1 (de) Kapazitiver Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2008052762A2 (de) Halbleiteranordnung und verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung
DE102005059905A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Herstellungsverfahren
DE102005043645A1 (de) Halbleitersensor für eine physikalische Grösse und Verfahren zur Herstellung eines solchen
DE102016208925A1 (de) Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors
DE102015217918A1 (de) Mikromechanisches Bauelement
EP1105344B1 (de) Mikromechanischer sensor und verfahren zu seiner herstellung
WO2018069028A1 (de) Mikromechanischer sensor mit stressentkopplungsstruktur

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee