JP2000031503A - Sensor structure and method of mutually connecting separated structures - Google Patents

Sensor structure and method of mutually connecting separated structures

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グアン・エックス・リ
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ポール・エル・バーグストローム
Juergen A Foerstner
ジャーガン・エー・フォーストナー
Muh-Ling Ger
ム−リン・ガー
John E Schmiesing
ジョン・イー・シュミッシング
Jr Frank A Shemansky
フランク・エー・シェマンスカイ,ジュニア
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor structure which permits required electric separation and connection without forming an oxide separation layer. SOLUTION: For a sensor 10, a bridge is built over an open trench 22, using conductive bridges 30-34, and electric connection is given between structures 24, 26 within an integrated circuit. The conductive bridge is useful in a sensor where the measurement of electric properties such as the capacity difference between the structures separated electrically. By forming an open trench around the flank, the structure is electrically separated. The bottom of the structure is electrically separated by an oxide layer. To form a conductive bridge, at first, the trench is filled with sacrificed glass to make firm foundation, and thereon a polysilicon conductor is arranged, and next the sacrificed glass is removed, and a conductive bride is made on the open trench. The open trench gives required separation, and the conductive bridge gives required electric connection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、センサ
に関し、更に特定すれば、物理的に分離され電気的に相
互接続された構造を有するセンサに関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to sensors, and more particularly, to sensors having structures that are physically separated and electrically interconnected.

【0002】[0002]

【従来の技術】センサは、変換器を用いて、物理状態を
当該物理状態を表す電気信号に変換する。センサの一種
に加速度計がある。加速度計は、加速度,減速度,また
は種々の用途においてその他の外部から加えられる力を
検出するために一般的に用いられている。例えば、加速
度計は、車両事故に付随する減速を検出し、エアーバッ
グを展開する(deploy)電気信号を発生することができ
る。あるいは、加速度計は、自動車のサスペンション,
モータの振動制御,コンピュータのための衝撃保護等に
用いられている。
2. Description of the Related Art A sensor uses a converter to convert a physical state into an electric signal representing the physical state. One type of sensor is an accelerometer. Accelerometers are commonly used to detect acceleration, deceleration, or other externally applied forces in various applications. For example, an accelerometer can detect a deceleration associated with a vehicle accident and generate an electrical signal to deploy an airbag. Alternatively, the accelerometer is a car suspension,
It is used for vibration control of motors, impact protection for computers, etc.

【0003】加速度計は、一般的に、単結晶材料に基づ
く半導体素子内に集積されている。加速度計は、かどま
たは通常構造周囲に沿った数点におけるアンカー点で支
持する、自立素子として配置された可動構造を用いる。
この可動構造は、可撓性または弾性ばねによってアンカ
ー点から懸垂され、変換器を移動自在としている。変換
器の構造は、外部から加えられる力に応答して変位す
る。変換器構造の変位は、構造の表面間の容量変化を生
じ、これが、当該変位の大きさを表す電気信号に変換さ
れる。
[0003] Accelerometers are generally integrated in semiconductor devices based on single crystal materials. Accelerometers use a movable structure, arranged as a free-standing element, supported at a corner or anchor points, usually at several points along the structure perimeter.
This movable structure is suspended from the anchor point by a flexible or elastic spring, making the transducer movable. The structure of the transducer displaces in response to externally applied forces. Displacement of the transducer structure causes a change in capacitance between the surfaces of the structure, which is converted into an electrical signal indicative of the magnitude of the displacement.

【0004】自動車の衝突において発生するような、x
軸加速度即ち慣性力を検出するために、加速度計の製造
業者は、x−軸指向変換器(x-axis oriented transduce
r)を開発した。かかるx−軸変換器は、自立本体から延
出する複数のフィンガを含む。自立本体は、典型的に両
端において、基板基礎(substrate foundation)から懸垂
されている。本体およびフィンガは、外部からx−軸力
が加えられた場合、全体として移動する。フィンガは、
櫛型構造を形成する剛構造間に対象的に交互に配されて
いる。各フィンガと剛構造の表面との間の容量は、差動
的にバランスが取られている。x−軸力によってフィン
ガと剛構造との間に生ずるあらゆる変位は、表面間の容
量のバランスを崩し、加えられた力を表す電気信号に変
化を及ぼす。
[0004] As occurs in a car collision, x
To detect axial acceleration or inertial force, accelerometer manufacturers use x-axis oriented transduces.
r) was developed. Such an x-axis converter includes a plurality of fingers extending from a free-standing body. The free-standing body is typically suspended at both ends from a substrate foundation. The body and fingers move as a whole when an x-axis force is applied from the outside. Fingers
It is symmetrically arranged between rigid structures forming a comb structure. The capacitance between each finger and the surface of the rigid structure is differentially balanced. Any displacement that occurs between the finger and the rigid structure due to the x-axis force will unbalance the capacitance between the surfaces and change the electrical signal representing the applied force.

【0005】x−軸変換器の構造をモノリシック集積素
子内に形成することに伴う共通の問題の1つに、変換器
の電気的に分離された領域と他の処理回路との間で行う
電気接続がある。容量を発生するためには、本体,フィ
ンガおよび剛構造を電気的に分離しなければならない。
例えば、各フィンガは、基板および剛構造から電気的に
分離しなければならない。容量差を発生するためには、
フィンガの一方側にある剛構造は、フィンガの他方側に
ある剛構造および基板と電気的に分離されていなければ
ならない。更に、容量変化を測定するためには、変換器
の各容量プレートは、処理回路に電気的に接続されてい
なければならない。
[0005] One of the common problems associated with forming the structure of an x-axis transducer in a monolithic integrated device is the electrical communication between the electrically isolated area of the transducer and other processing circuits. There is a connection. In order to generate capacitance, the body, fingers and rigid structure must be electrically separated.
For example, each finger must be electrically isolated from the substrate and the rigid structure. In order to generate a capacity difference,
The rigid structure on one side of the finger must be electrically isolated from the rigid structure and the substrate on the other side of the finger. Further, to measure the change in capacitance, each capacitance plate of the transducer must be electrically connected to a processing circuit.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来技術のx−軸セン
サは、剛構造および本体のばねのアンカー点周囲にトレ
ンチを形成している。剛構造およびアンカー点は、酸化
物領域または層によって包囲され、電気的に分離されて
いる。トレンチにはポリシリコンが充填され、ポリシリ
コンまたは金属導体を形成するための中実面を備え、剛
構造およびアンカー点を、基板上にある容量測定回路に
接続するためのパッドに接続する。電気的分離のために
剛構造およびアンカー点周囲に酸化物領域を形成する工
程は、製造プロセスのコストおよび複雑度の増大を招
く。
Prior art x-axis sensors have a rigid structure and a trench formed around an anchor point of a body spring. The rigid structure and the anchor points are surrounded and electrically isolated by oxide regions or layers. The trench is filled with polysilicon and has a solid surface for forming a polysilicon or metal conductor, connecting the rigid structure and anchor points to pads for connection to capacitance measuring circuits on the substrate. Forming oxide regions around the rigid structure and anchor points for electrical isolation adds to the cost and complexity of the manufacturing process.

【0007】したがって、側壁と基板との間に酸化物分
離層を形成することなく、x−軸変換器と基板との間に
電気接続を形成することが必要とされている。
Therefore, there is a need to form an electrical connection between an x-axis converter and a substrate without forming an oxide isolation layer between the sidewall and the substrate.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1を参照すると、センサ10
が、半導体製造プロセスを用いて製作した集積回路(I
C)として示されている。本例では、センサ10は、外
部から加えられる力の変化または加速度を検出し、これ
らの変化を電気信号に変換することができる変換器また
は加速度計とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG.
Has developed an integrated circuit (I
C). In this example, the sensor 10 is a converter or an accelerometer capable of detecting a change or acceleration of an externally applied force and converting the change into an electric signal.

【0009】図1は、センサ構造の平面図である。中央
質量即ち脊椎(spine)12が、種々の位置、例えば、4
点において可撓性部材によってアンカー点14に締結さ
れている。可撓性部材は、蛇行ばね16として示されて
いる。アンカー点14は、底面側で、基板20に堅固に
接続されている。複数のフィンガ18が、中央質量12
に一体化され、これから延出している。中央質量12お
よびフィンガ18は、基板20に対して自立状態にあ
る。即ち、中央質量12およびフィンガ18は、ばね1
6を介してアンカー点14に接触する以外は、基板20
とは接触しない。エリア22は、開放トレンチである。
エリア22内には、導電性物質も、半導体物質も、絶縁
性物質もない。ばね16は、中央質量12およびフィン
ガ18が、可動構造として動作し、例えば、自動車の衝
突に伴う加速度または減速度のような、外部から加えら
れる力に応答して、x−軸に沿って自由に変位すること
を可能とする。外部の力は、図1に示すようにx−軸方
向に発生する。
FIG. 1 is a plan view of the sensor structure. The central mass or spine 12 can be located at various locations, e.g.
At the point, it is fastened to the anchor point 14 by a flexible member. The flexible member is shown as a serpentine spring 16. The anchor point 14 is firmly connected to the substrate 20 on the bottom side. A plurality of fingers 18 are provided with a central mass 12.
And is extending from now on. The center mass 12 and the fingers 18 are free standing with respect to the substrate 20. That is, the center mass 12 and the fingers 18
6, except that it contacts the anchor point 14 via
Does not contact with Area 22 is an open trench.
In the area 22, there is no conductive material, no semiconductor material, no insulating material. The spring 16 allows the central mass 12 and the finger 18 to operate as a movable structure, freeing along the x-axis in response to externally applied forces, such as, for example, acceleration or deceleration associated with a vehicle collision. To be displaced. The external force is generated in the x-axis direction as shown in FIG.

【0010】フィンガ18は、電極プレート24,26
間に交互に配された櫛型構造となっている。フィンガ1
8の数およびフィンガ18の高さは変更可能であり、所
望の容量を得るように選択することができる。フィンガ
18の数を多くするか、あるいはフィンガ18を長くす
ると、容量が大きくなる。電極プレート24,26は、
底面側で基板20に堅固に接続されているので、外部か
ら力が加えられた場合、基板20に対しては移動しな
い。底面側における接触以外では、電極プレート24,
26は、開放トレンチ・エリア22によって基板20か
ら分離されている。即ち、電極プレート24,26の側
壁は、開放トレンチ・エリア22によって、互いにおよ
び基板20から電気的に分離されている。
The finger 18 is provided with electrode plates 24, 26
It has a comb structure alternately arranged between them. Finger 1
The number of eights and the height of the fingers 18 can vary and can be selected to achieve the desired volume. Increasing the number of fingers 18 or lengthening the fingers 18 increases the capacity. The electrode plates 24, 26
Since it is firmly connected to the substrate 20 on the bottom side, it does not move with respect to the substrate 20 when a force is applied from the outside. Except for contact on the bottom side, the electrode plates 24,
26 is separated from substrate 20 by open trench area 22. That is, the side walls of the electrode plates 24, 26 are electrically separated from each other and from the substrate 20 by the open trench area 22.

【0011】中立状態、即ち、外部から力が加えられて
いない状態では、いずれのフィンガ18も隣接する電極
プレートの表面との間の距離は、固定しておりしかも等
しい。例えば、フィンガ18の一方の表面18aと電極
プレート24の表面24aとの間の距離、およびフィン
ガ18の表面18bと電極プレート26の表面26aと
の間の距離は、約0.5ミクロンないし5ミクロンの範
囲である。本実施例では、この距離を1ミクロンとす
る。他のフィンガ18も、電極プレート24,26の隣
接する表面に対して、等しく離間されている。表面24
aとフィンガ18の対向する表面18aとの間には容量
C1がある。同様に、表面26aとフィンガ18の対向
する表面18bとの間には、容量C2が形成される。容
量C1,C2はバランスが取れており、等しい。したが
って、容量差C1−C2はゼロとなる。
In the neutral state, that is, when no external force is applied, the distance between any finger 18 and the surface of the adjacent electrode plate is fixed and equal. For example, the distance between one surface 18a of the finger 18 and the surface 24a of the electrode plate 24, and the distance between the surface 18b of the finger 18 and the surface 26a of the electrode plate 26 is about 0.5 to 5 microns. Range. In this embodiment, this distance is 1 micron. The other fingers 18 are equally spaced from adjacent surfaces of the electrode plates 24,26. Surface 24
There is a capacitance C1 between a and the opposing surface 18a of the finger 18. Similarly, a capacitance C2 is formed between the surface 26a and the opposing surface 18b of the finger 18. The capacitances C1 and C2 are balanced and equal. Therefore, the capacitance difference C1-C2 becomes zero.

【0012】x−軸方向の力がゼロでない場合、中央質
量12およびフィンガ18は、それらの中立位置から変
位する。変位の大きさは、加えられる力の関数である。
表面18aと表面24aとの間の距離は、もはや表面1
8bと表面26aとの間の距離とは等しくない。その結
果、容量C1はもはや容量C2とは等しくない。容量差
C1−C2はアンバランスになる。即ちゼロではなくな
る。容量差C1−C2の大きさは、中央質量12および
フィンガ18の変位の関数であり、一方この変位は、構
造の質量、ばね定数、およびx−軸方向の力の大きさに
よって決定される。容量差C1−C2の大きさは、同様
に基板20上に位置する容量−電圧変換回路28によっ
て測定され、その動作を変更する。あるいは、回路28
を別個の基板(図示せず)上に配置することも可能であ
る。中央質量12,フィンガ18および電極プレート2
4,26の挙動は、x−軸変換器として動作し、x−軸
に沿った加速度のような物理状態を、当該物理状態を表
す電気信号に変換する。
If the x-axis force is not zero, the central mass 12 and the fingers 18 will be displaced from their neutral position. The magnitude of the displacement is a function of the applied force.
The distance between surface 18a and surface 24a is no longer
The distance between 8b and surface 26a is not equal. As a result, the capacitance C1 is no longer equal to the capacitance C2. The capacitance difference C1-C2 becomes unbalanced. That is, it is not zero. The magnitude of the capacitance difference C1-C2 is a function of the displacement of the central mass 12 and the fingers 18, while the displacement is determined by the mass of the structure, the spring constant, and the magnitude of the x-axis force. The magnitude of the capacitance difference C1-C2 is similarly measured by the capacitance-voltage conversion circuit 28 located on the substrate 20, and changes its operation. Alternatively, the circuit 28
Can be placed on a separate substrate (not shown). Central mass 12, finger 18 and electrode plate 2
The behavior of 4, 26 operates as an x-axis converter, converting a physical state such as acceleration along the x-axis into an electrical signal representing the physical state.

【0013】図1に示し先に論じたように、中央質量1
2およびフィンガ18は、ばね16を介して以外は、基
板20と接触しない。電極プレート24,26は、以下
で説明するように、それらの底面で基板20と接触す
る。電極プレート24,26の側壁は、開放トレンチ・
エリア22によって、基板20から離別、即ち、物理的
に分離されている。開放トレンチ・エリア22は、電気
的な分離を与え、従来技術においては一般的な、電極プ
レート24,26と基板20との間の酸化物絶縁層の必
要性をなくす。電極24,26の側壁からあらゆる酸化
物層を除去することにより、センサ10の製造プロセス
の簡略化を図る。
As shown in FIG. 1 and discussed above, the central mass 1
The 2 and the finger 18 do not contact the substrate 20 except through the spring 16. The electrode plates 24, 26 contact the substrate 20 at their bottom surfaces, as described below. The side walls of the electrode plates 24 and 26 have open trenches.
The area 22 separates from the substrate 20, that is, is physically separated. Open trench area 22 provides electrical isolation and eliminates the need for an oxide insulating layer between electrode plates 24, 26 and substrate 20, which is common in the prior art. By removing any oxide layers from the sidewalls of the electrodes 24, 26, the manufacturing process of the sensor 10 is simplified.

【0014】回路28がフィンガ18と電極プレート2
4,26との間の容量変化を測定する、即ち、これに応
答するためには、フィンガ18と回路28との間、電極
プレート24と回路28との間、および電極プレート2
6と回路28との間に、電気接続がなければならない。
更に、容量差を測定するためには、電極プレート24,
電極プレート26,およびフィンガ18は各々、互いに
および基板20から電気的に分離されていなければなら
ない。
The circuit 28 comprises the finger 18 and the electrode plate 2
In order to measure, ie, respond to, the change in capacitance between the finger 18 and the circuit 28, the electrode plate 24 and the circuit 28, and the electrode plate 2
There must be an electrical connection between 6 and the circuit 28.
Further, in order to measure the capacitance difference, the electrode plate 24,
Electrode plate 26 and finger 18 must each be electrically isolated from each other and from substrate 20.

【0015】本発明の一部として、電極プレート24間
に導電性マイクロブリッジ30を形成して、開放トレン
チ・エリア22および基板20上のコンタクト・パッド
を橋架し、導電路を通じて回路28の入力に導く。回路
28は、基板20上、あるいはマルチ・チップ・モジュ
ールまたはプリント回路ボード上に接続された別個の基
板上に配置することができる。電極プレート26を互い
に連結し更に基板20上のコンタクト・パッドに連結す
る、別の導電性マイクロブリッジ32を形成し、導電路
を通じて回路28の入力に導く。アンカー点14と基板
20のコンタクト・パッドとの間には、更に別の導電性
マイクロブリッジ34を形成し、導電路を通じて回路2
8の入力に導く。導電性ブリッジ30ないし34は、隣
接する電極プレート間、および電極プレートまたはアン
カー点と基板20との間で、開放トレンチ・エリア22
を橋架する。
As part of the present invention, a conductive microbridge 30 is formed between the electrode plates 24 to bridge the open trench area 22 and the contact pads on the substrate 20 and to connect to the input of the circuit 28 through conductive paths. Lead. The circuit 28 can be located on the substrate 20 or on a separate substrate connected to a multi-chip module or printed circuit board. Another conductive microbridge 32 is formed, connecting the electrode plates 26 together and further to the contact pads on the substrate 20, leading to the inputs of the circuit 28 through the conductive paths. A further conductive microbridge 34 is formed between the anchor point 14 and the contact pad of the substrate 20, and the circuit 2 is connected through a conductive path.
Leads to the input of 8. The conductive bridges 30-34 form an open trench area 22 between adjacent electrode plates and between the electrode plates or anchor points and the substrate 20.
To bridge.

【0016】電極プレート24は、導電性ブリッジ30
を通じて回路28と接触する。開放トレンチ・エリア2
2は、電極プレート24を、電極プレート26およびフ
ィンガ18から電気的に分離した状態に保持する。電極
プレート26は、導電性ブリッジ32を通じて回路28
と接触する。開放トレンチ・エリア22は、電極プレー
ト26を、電極プレート24,フィンガ18から電気的
に分離した状態に保持する。フィンガ18は、導電性ブ
リッジ34を通じて回路28と接触する。開放トレンチ
・エリア22は、フィンガ18を、電極プレート24,
26から電気的に分離した状態に保持する。導電性ブリ
ッジ30ないし34を介して回路28に電気的に接続す
ることにより、容量差を、センサ10に加えられた物理
状態を表す電圧VOUTに変換することが可能となる。
The electrode plate 24 includes a conductive bridge 30
Through the circuit 28. Open trench area 2
2 keeps the electrode plate 24 electrically separated from the electrode plate 26 and the fingers 18. The electrode plate 26 is connected to a circuit 28 through a conductive bridge 32.
Contact with. Open trench area 22 holds electrode plate 26 electrically isolated from electrode plate 24 and fingers 18. Finger 18 contacts circuit 28 through conductive bridge 34. The open trench area 22 connects the fingers 18 to the electrode plates 24,
26 and is kept electrically separated from it. By electrically connecting to the circuit 28 through the conductive bridges 30 to 34, it is possible to convert the capacitance difference into a voltage V OUT representing the physical state applied to the sensor 10.

【0017】センサ10を製造する微細製作処理につい
ての説明を、図2から開始する。図2は、図1における
参照点Aを通る、センサ10の断面図である。単結晶シ
リコン層40を、約600ミクロンの厚さに形成即ち成
長させる。シリコン層40に、P型ドーパントをドープ
する。あるいは、シリコン層40は、N+型半導体物質
とすることも可能である。シリコン層40は、図1にお
ける基板20の基礎を形成する。埋め込み酸化物層42
は、シリコン層40上に約1ないし6ミクロンの厚さに
形成した電気的絶縁物質である。酸化物層42上に、約
2ないし200ミクロンの厚さで単結晶シリコン層44
を形成するが、これより厚さを大きくしても、本発明の
範囲内である。シリコン層44にP型またはN型ドーパ
ントのいずれかをドープする。シリコン層44および酸
化物層42は、絶縁物上シリコン(SOI)構造を与え
る。
The description of the microfabrication process for manufacturing the sensor 10 will begin with FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor 10 passing through a reference point A in FIG. A single crystal silicon layer 40 is formed or grown to a thickness of about 600 microns. The silicon layer 40 is doped with a P-type dopant. Alternatively, silicon layer 40 can be an N + type semiconductor material. The silicon layer 40 forms the basis of the substrate 20 in FIG. Buried oxide layer 42
Is an electrically insulating material formed on the silicon layer 40 to a thickness of about 1 to 6 microns. On the oxide layer 42, a single crystal silicon layer 44 having a thickness of about 2 to 200 microns.
Is formed, but a thickness larger than this is within the scope of the present invention. The silicon layer 44 is doped with either a P-type or N-type dopant. Silicon layer 44 and oxide layer 42 provide a silicon-on-insulator (SOI) structure.

【0018】シリコン層44上に二酸化シリコンまたは
窒化シリコンの層を成長または堆積することによって、
硬質マスクを形成する。二酸化シリコン層上に、フォト
レジスト層を塗布し、マスク・パターンにしたがって紫
外線光に露出させ、フォトレジストの部分を硬化させ
る。フォトリソグラフ・プロセスの間に、フォトレジス
トの硬化されなかったエリアを現像によって除去し、下
地の二酸化シリコンのエリアをエッチングによって除去
する。二酸化シリコンを除去するには、典型的にドライ
・エッチングが用いられる。何故なら、これは精度の高
い制御が可能であるからである。硬化したフォトレジス
トを、アッシング(ashing)即ちプラズマ酸化によって剥
離即ち除去し、図2に示すような酸化物硬質マスクを残
す。二酸化シリコン・エリア46は、典型的に、幅約3
ミクロンであり、技術の進歩に伴って拡縮が可能となっ
ている。二酸化シリコン・エリア46は、電極プレート
24を規定する。二酸化シリコン・エリア48は、幅が
約1ミクロンであり、フィンガ18を規定する。二酸化
シリコン・エリア50は、幅が約3ミクロンであり、電
極プレート26を規定する。
By growing or depositing a layer of silicon dioxide or silicon nitride on silicon layer 44,
A hard mask is formed. A layer of photoresist is applied over the silicon dioxide layer and exposed to ultraviolet light according to a mask pattern to cure portions of the photoresist. During the photolithographic process, the uncured areas of the photoresist are removed by development and the underlying silicon dioxide areas are removed by etching. Dry etching is typically used to remove silicon dioxide. This is because highly accurate control is possible. The hardened photoresist is stripped or removed by ashing or plasma oxidation, leaving an oxide hard mask as shown in FIG. The silicon dioxide area 46 typically has a width of about 3
Micron and can be scaled as technology advances. Silicon dioxide area 46 defines electrode plate 24. Silicon dioxide area 48 is approximately 1 micron in width and defines finger 18. Silicon dioxide area 50 is approximately 3 microns wide and defines electrode plate 26.

【0019】異方性反応性イオン・エッチャントを用い
て、図3に示すように、二酸化シリコン・エリア46,
48,50間に、高度の方向精度(directional precisi
on)でトレンチを作成する。トレンチは、シリコン層4
4を貫通し、埋め込み酸化物層42に達する。トレンチ
は、二酸化シリコン・エリア46の下に、シリコン層4
4の列52を形成する。また、トレンチは、二酸化シリ
コン・エリア48の下にシリコン層44の列54を形成
し、二酸化シリコン・エリア50の下にシリコン層44
の列56を形成する。別の実施例では、列54に多孔構
造(perforatedstructure)を形成し、可動構造12の剛
度を高める。
Using an anisotropic reactive ion etchant, as shown in FIG.
Between 48 and 50, a high degree of directional precisi
on) to create a trench. The trench is a silicon layer 4
4 and reaches the buried oxide layer 42. The trench is formed below the silicon dioxide area 46 by the silicon layer 4.
Four rows 52 are formed. The trench also forms a row 54 of silicon layers 44 under the silicon dioxide area 48 and a silicon layer 44 under the silicon dioxide area 50.
Is formed. In another embodiment, a perforated structure is formed in the row 54 to increase the rigidity of the movable structure 12.

【0020】例えば、フォスフォシリケート・ガラス
(PSG)またはボロフォスフォシリケート・ガラス
(BPSG)のような、一時的犠牲ガラスでトレンチ内
を充填する。これは、二酸化シリコン・エリア46,4
8,50の上まで達する。犠牲ガラスは、強固な表面を
与え、その上に導電性ブリッジ32を形成する。犠牲ガ
ラスの表面には、窒化物の層でパシベートする。
The trench is filled with a temporary sacrificial glass, such as, for example, phosphosilicate glass (PSG) or borophosphosilicate glass (BPSG). This is the silicon dioxide area 46,4
It reaches up to 8,50. The sacrificial glass provides a solid surface on which to form conductive bridges 32. The surface of the sacrificial glass is passivated with a layer of nitride.

【0021】列56とのコンタクトを形成するために、
犠牲ガラスおよび二酸化シリコン・エリア50を切除し
てビアを形成する。ビア形成のための切除を行うには、
フォトレジストの層にパターニングを行い、現像したエ
リアをエッチングによって除去する。次に、余分なフォ
トレジストを除去し、ポリシリコン層を堆積しパターニ
ングすることにより、所望のコンタクトを形成し導電性
ブリッジを所望の経路に導く。ポリシリコンの代わりと
して、タングステン,硅化タングステン,プラチナ,硅
化プラチナ,銅,銅合金,タンタル,硅化タンタル,チ
タン,硅化チタン,窒化チタン,アルミニウム,アルミ
ニウム・シリコン,アルミニウム銅,硅化アルミニウム
銅,導電性ポリイミド,導電性エポキシ,および鉛/錫
のような他の材料も、導電性ブリッジに用いることが可
能である。別の窒化物層を堆積し、ポリシリコンをパシ
ベートする。アンカー点によって、導電性ブリッジ32
をシリコン層44の列56に接続する。他のアンカー点
は、最終的に電極プレート26となる列56間に電気的
相互接続を与えるための電気コンタクトを形成する。
To form a contact with column 56,
The sacrificial glass and silicon dioxide areas 50 are cut to form vias. To perform a cut to form a via,
The photoresist layer is patterned and the developed areas are removed by etching. Next, the excess photoresist is removed, the polysilicon layer is deposited and patterned to form the desired contacts and guide the conductive bridge to the desired path. Instead of polysilicon, tungsten, tungsten silicide, platinum, platinum silicide, copper, copper alloy, tantalum, tantalum silicide, titanium, titanium silicide, titanium nitride, aluminum, aluminum silicon, aluminum copper, aluminum copper silicide, conductive polyimide Other materials such as, conductive epoxy, and lead / tin can also be used for the conductive bridge. Deposit another nitride layer and passivate the polysilicon. The anchor point allows the conductive bridge 32
Is connected to the column 56 of the silicon layer 44. Other anchor points form electrical contacts to provide electrical interconnection between rows 56 that will eventually become electrode plates 26.

【0022】図4に移り、犠牲酸化物エッチャントを投
与して、犠牲ガラスを除去する。一旦犠牲ガラスを除去
したなら、導電性ブリッジ32が開放トレンチ・エリア
22を橋架した状態で残る。導電性ブリッジ32は、複
数の列56間に電気接続を与え、更に回路28に接続す
るための基板20上のパッドにも電気接続を与える。図
2ないし図4において先に説明したのと同じ微細製作プ
ロセスを用いて、導電性ブリッジ30,34を形成す
る。
Turning to FIG. 4, a sacrificial oxide etchant is administered to remove the sacrificial glass. Once the sacrificial glass has been removed, the conductive bridge 32 remains open over the open trench area 22. The conductive bridge 32 provides electrical connections between the plurality of columns 56 and also provides electrical connections to pads on the substrate 20 for connection to the circuit 28. The conductive bridges 30, 34 are formed using the same microfabrication process as previously described in FIGS.

【0023】エッチャントを十分長く投与して、犠牲ガ
ラスおよびシリコン層44の列54の下にある埋め込み
酸化物層42の全部分を除去する。列52,56は列5
4よりも広いので、エッチング・プロセスでは、シリコ
ン層44の列52,56の下にある埋め込み酸化物層4
2の全てが除去されることはない。したがって、列5
2,56は、物理的に、そして基板20に堅固に接続さ
れた状態で残る。列52,56は、酸化物層42および
開放トレンチ・エリア22によって、互いにおよび基板
20から電気的に分離されている。列54は、開放トレ
ンチ・エリア22によって、列52,56から電気的に
分離されている。
The etchant is administered long enough to remove the sacrificial glass and the entire portion of the buried oxide layer 42 under the row 54 of silicon layers 44. Columns 52 and 56 are column 5
4 so that the etching process involves the buried oxide layer 4 under columns 52, 56 of silicon layer 44.
Not all of 2 are removed. Therefore, column 5
2,56 remain physically and firmly connected to the substrate 20. Columns 52 and 56 are electrically isolated from each other and from substrate 20 by oxide layer 42 and open trench area 22. Row 54 is electrically separated from rows 52 and 56 by open trench area 22.

【0024】列54はフィンガ18となる。中央質量1
2およびフィンガ18を分離し、ばね16によって規定
されるアンカー点14を除く全てのエリアにおいて、基
板20から解放する。列52は電極プレート24とな
り、列56は電極プレート26となる。フィンガ18
は、外部からの力が加えられると、自由に移動すること
ができる。フィンガ18の移動によって、電極プレート
24,26の表面に対して、非ゼロの容量差が発生し、
これが力の大きさを表す。
The row 54 becomes the finger 18. Central mass 1
2 and finger 18 are separated and released from substrate 20 in all areas except anchor point 14 defined by spring 16. The row 52 becomes the electrode plate 24 and the row 56 becomes the electrode plate 26. Finger 18
Can move freely when an external force is applied. The movement of the finger 18 causes a non-zero capacitance difference with respect to the surfaces of the electrode plates 24, 26,
This indicates the magnitude of the force.

【0025】この容量差は、3つ以上の電気接続部を有
する回路28によって測定可能である。電極プレート2
4は、導電性ブリッジ30によって回路28に接続され
ている。電極プレート26は、開放トレンチ・エリア2
2を橋架する導電性ブリッジ32によって相互接続され
ている。電極プレート26は、更に、同じ導電性ブリッ
ジ32によって回路28に接続されている。フィンガ1
8は、ばね16および導電性ブリッジ34によって電気
的に接続されている。この電気接続によって、回路28
は、容量差の変化を測定し即ちこれに応答することによ
り、加えられた力を表す出力信号VOUTを与えることが
可能となる。
This capacitance difference can be measured by a circuit 28 having three or more electrical connections. Electrode plate 2
4 is connected to the circuit 28 by a conductive bridge 30. The electrode plate 26 is open trench area 2
Interconnected by a conductive bridge 32 bridging the two. The electrode plate 26 is further connected to the circuit 28 by the same conductive bridge 32. Finger 1
8 are electrically connected by a spring 16 and a conductive bridge 34. This electrical connection allows the circuit 28
Can provide an output signal V OUT representative of the applied force by measuring or responding to the change in capacitance difference.

【0026】また、導電性ブリッジは、その他の半導体
構造においても、開放トレンチ上に導電性経路を備える
ことが必要な場合またはそうすると便利な場合にも適用
可能である。
The conductive bridge is also applicable in other semiconductor structures where it is necessary or convenient to provide a conductive path on the open trench.

【0027】要約すると、本発明は、集積回路内におけ
る構造間の電気接続のために、開放トレンチを橋架する
導電性ブリッジを提供する。導電性ブリッジは、電気的
に分離された構造間の容量差を測定する必要のあるセン
サにおいて有用である。これらの構造は、側壁周囲に開
放トレンチを形成することによって、電気的に分離され
る。構造の底面は、酸化物層によって、基板に堅固に接
続され、しかも基板から電気的に分離されている。導電
性ブリッジを形成するには、最初に犠牲ガラスでトレン
チを充填して強固な基板を備え、その上にポリシリコン
導体を配し、次いで犠牲ガラスを除去して、開放トレン
チ上に導電性ブリッジを残す。
In summary, the present invention provides a conductive bridge that bridges open trenches for electrical connection between structures in an integrated circuit. Conductive bridges are useful in sensors that need to measure the capacitance difference between electrically isolated structures. These structures are electrically isolated by forming open trenches around the sidewalls. The bottom surface of the structure is firmly connected to the substrate and electrically isolated from the substrate by an oxide layer. To form a conductive bridge, first fill the trench with sacrificial glass and provide a rigid substrate, place a polysilicon conductor over it, then remove the sacrificial glass and place the conductive bridge over the open trench. Leave.

【0028】従来技術では、電気的分離のための酸化物
層を含む固体材料によって、電極プレートを基板から分
離していた。固体材料は、容量測定または検出回路との
電気接続を行う導電性チャネルを配するための基礎を与
える。本発明では、開放トレンチ上に導電性ブリッジを
橋架することにより、製造プロセスの簡略化を図る。何
故なら、電極プレートの側壁と基板との間に、電気的分
離用酸化物層を備える必要がないからである。開放トレ
ンチは必要な分離を与え、導電性ブリッジは必要な電気
接続を与える。
In the prior art, the electrode plate was separated from the substrate by a solid material containing an oxide layer for electrical isolation. Solid materials provide the basis for arranging conductive channels that make electrical connections with the capacitance measurement or detection circuits. According to the present invention, a manufacturing process is simplified by bridging a conductive bridge on an open trench. This is because there is no need to provide an oxide layer for electrical isolation between the side wall of the electrode plate and the substrate. Open trenches provide the necessary isolation and conductive bridges provide the necessary electrical connections.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】集積回路パッケージ内のセンサの平面図。FIG. 1 is a plan view of a sensor in an integrated circuit package.

【図2】図1のセンサを製造するプロセスを示す図。FIG. 2 is a diagram showing a process for manufacturing the sensor of FIG. 1;

【図3】図1のセンサを製造するプロセスを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a process for manufacturing the sensor of FIG. 1;

【図4】図1のセンサを製造するプロセスを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a process for manufacturing the sensor of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 センサ 12 中央質量 14 アンカー点 16 ばね 18 フィンガ 20 基板 22 開放トレンチ・エリア 24,26 電極プレート 28 容量−電圧変換回路 30,32,34 導電性マイクロブリッジ 40 単結晶シリコン層 42 埋め込み酸化物層 44 単結晶シリコン層 46,48,50 二酸化シリコン・エリア 54,56 列 Reference Signs List 10 sensor 12 central mass 14 anchor point 16 spring 18 finger 20 substrate 22 open trench area 24, 26 electrode plate 28 capacitance-voltage conversion circuit 30, 32, 34 conductive microbridge 40 single-crystal silicon layer 42 buried oxide layer 44 Single crystal silicon layer 46,48,50 Silicon dioxide area 54,56 rows

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グアン・エックス・リ アメリカ合衆国アリゾナ州ギルバート、ウ エスト・リー・レーン1698 (72)発明者 ポール・エル・バーグストローム アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 サウス・チェスナット・プレイス2408 (72)発明者 ジャーガン・エー・フォーストナー アメリカ合衆国アリゾナ州メサ、ノース・ フレイザー・ドライブ539 (72)発明者 ム−リン・ガー アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 ウエスト・ダブリン・レーン6293 (72)発明者 ジョン・イー・シュミッシング アメリカ合衆国アリゾナ州テンピ、ウエス ト・シテーション・レーン35 (72)発明者 フランク・エー・シェマンスカイ,ジュニ ア アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 イースト・マウンテン・スカイ・アベニュ ー1905 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing the front page (72) Inventor Guan X Li 1698, West Lee Lane, Gilbert, Arizona, USA (72) Inventor Paul El Bergstrom South Chestnut, Chandler, Arizona, USA Place 2408 (72) Inventor Jargan A. Forstner 539 (72) Inventor North Fraser Drive, Mesa, Arizona, USA John E. Schisming West Citation Lane 35, Tempe, Arizona, United States of America Frank 72. Lee, junior United States Phoenix, Arizona, East Mountain Sky Abenyu over 1905

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体構造であって:基板(20);前記
基板に接続された第1領域(26);前記基板に接続さ
れ、開放トレンチ(22)によって前記第1領域から分
離された第2領域(26);および前記開放トレンチ上
に形成され、前記第1および第2領域間に電気接続を与
える導電性ブリッジ(32);から成ることを特徴とす
る半導体構造。
1. A semiconductor structure comprising: a substrate (20); a first region (26) connected to the substrate; a first region connected to the substrate and separated from the first region by an open trench (22). A semiconductor structure comprising: two regions (26); and a conductive bridge (32) formed over the open trench and providing electrical connection between the first and second regions.
【請求項2】変換器であって:開放トレンチ(22)に
よって分離された第1および第2領域(26)を有する
半導体構造;および前記開放トレンチ上に形成された導
電性ブリッジ(32);から成ることを特徴とする変換
器。
2. A transducer comprising: a semiconductor structure having first and second regions (26) separated by an open trench (22); and a conductive bridge (32) formed on said open trench. A converter comprising:
【請求項3】開放トレンチによって分離されている半導
体構造の第1および第2領域を相互接続する方法であっ
て:前記開放トレンチ上に導電性ブリッジを形成し、前
記第1および第2領域間に電気接続を備える段階;から
成ることを特徴とする方法。
3. A method for interconnecting first and second regions of a semiconductor structure separated by an open trench, comprising: forming a conductive bridge over the open trench, between the first and second regions. Providing an electrical connection to the method.
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