JP4276708B2 - レートセンサを製造するための方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動構造(Schwingstruktur)及び該振動構造のための懸架部(Aufhaengung)を備えたレートセンサを製造するための方法であって、振動構造が少なくとも部分的に櫛形構造を備えた加速度センサとして構成されており、第１の層、絶縁性の第２の層及び第３の層を備えたサブストレートから成っている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願明細書第１９５３０７３６.４号明細書に、レートセンサを製造するための方法が記載されている。レートセンサは３層構造で構成されている。レートセンサ及び導体路が第３の層から構造化(herausstruktieren)されている。導体路は切欠きを介して第３の層の別の領域に対して電気的に絶縁され、かつ電気的に絶縁性の第２の層を介して第１の層に対して電気的に絶縁されている。第３の層からのレートセンサ及び導体路の構造化がドライエッチング法を用いて行われる。レートセンサの領域で第１の層が付加的に薄くされる。このことは化学的なウエットタイプ(nasschemisch)のエッチングによって、例えば軽く加熱された水酸化カリウム溶液内で行われる。エッチングプロセスによって規定されて第１の層にエッチングを設けて、該エッチングマスクが酸化シリコン及び亜硝酸塩(Nitrit)から成っていて構造化される中間層によって形成されている。
【０００３】
【発明の効果】
本発明に基づく手段によって、利点として、レートセンサ及び電気的な供給部が１つの３層構造によって形成され、この場合、すべてのシリコン・エッチング段階(Silizium-Aetzschritt)が同一のエッチング法によって行われる。これによって、製造方法が特に簡単になり、従ってレートセンサが経済的に製造される。
【０００４】
SOI-層構造が第１の層として用いられると、利点として、絶縁層がエッチングストッパとして関与させられる。このことは有利であり、それというのは振動質量がエッチング時間の規定によってエッチング深さを規定しているエッチングに際して著しく目標値に近い値を占めるからである。
【０００５】
化学的なウエットタイプのエッチングプロセスの省略によって、第１の層の切除(Abtragen)も最後に行われる。このことは有利であり、それというのはサブストレートの取り扱いが容易になるからであり、従来は不可能であったのであり、それというのはエッチング溶液が第３の層を巻き添えにするからである。
【０００６】
さらに、エッチングマスクがラッカ若しくは酸化珪素から成っており、これによって高価なプラズマ窒化プロセスが省略される。さらに別の利点として、液状のエッチング剤による構造の汚れが避けられる。さらに、化学的なウエットタイプのエッチングのためのエッチング容器内へのウエハーの組み込みが省略され、ひいては処理の困難なプロセス段階が省略される。加速度センサの製造のために最小の方法でもっぱら３つのマスク段階が必要であるだけである。
【０００７】
導体路の導電性が有利な形式で、導電性の層をボンドパッド(Bondpad)及び供給導線の形で導体路上に設けることによって改善される。商業的に入手可能な絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造をサブストレートとして用いると、合理的でかつ有利である。
【０００８】
さらに利点として、珪素・酸化珪素・珪素・サブストレート(Silizium-Siliziumoxid-Silizium-Substrat)によって、異方性のエッチングのための良好に改善された簡単な方法が用いられる。第１の層の切除の後の絶縁層の除去は有利であり、それというのは除去によって、第１の層を形成する３層構造の機械的な内部応力が減少させられるからである。これによってセンサの耐用年数が増大され、振動質量の固有振動数が減少される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は加速度センサ６を示しており、該加速度センサ(Beschleunigungssensor)は３層構造(Dreischichtsystem)で構成されている。この実施例では絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造(Silicon-on-Insulator-Schichtsystem)が用いられる。別の３層構造も考えられ、この場合、最上の層が構造化可能(strukturierbar)で、かつ中央の層が構造化可能であって側方をエッチング可能でかつ絶縁されていなければならない。
【００１０】
支持プレートとして、珪素(Silizium)から成る第１の層１が用いられている。第１の層１上に、酸化珪素から成る第２の層２が形成されている。第３の層３は同じく珪素から成っている。第３の層３の中央に変位可能な質量体７を構造化してあり、該質量体(Masse)は長尺の支持体(Traeger)から成っており、支持体は両方の縦側面にそれぞれ３つのプレートを有している。プレートは支持体の長手方向に対して直角に配置されている。変位可能な質量体７は各端部でたわみウエブ(Biegesteg)１７を介して保持部(Halterung)１８と支持体の長手方向に変位可能に結合されている。保持部１８は第２の層２を介して第１の層１に堅く結合されている。変位可能な質量体７及びたわみウエブ１７の下側で第２の層２は除去されている。このことはSiO2においてエッチング法によって行われる。変位可能な質量体の構造は、ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９８４４号明細書に記載の構造に相応している。
【００１１】
変位可能な質量体７の支持体に対して平行に、第３の層３から成る長尺の保持ビーム１９を形成してあり、該保持ビームが３つのプレートを有しており、プレートは変位可能な質量体７の支持体の方向に垂直に向けられている。保持ビーム１９は第２の層２を介して第１の層１に堅く結合されている。保持ビーム１９のプレートはそれぞれ、変位可能な質量体７の左側に配置されている。変位可能な質量体７が変位すると、変位可能な質量体７の一方の側に配置されたプレートと第１の保持ビームのプレートとの間の間隔が縮小し、同時に、変位可能な質量体７の他方の側に配置されたプレートと第２の保持ビーム１９のプレートとの間の間隔が増大する。両方の保持ビーム１９から導体路(Leiterbahn)４が加速度センサの共通の縁部に導かれている。導体路４は第３の層３から形成されていて、第２の層２を介して第１の層１に対して電気的に絶縁されている。導体路４は切欠き(Ausnehmung)を介して第３の層３の別の領域に対して電気的に絶縁されている。同じく１つの導体路４が第３の層３から形成され、変位可能な質量体７から加速度センサの１つの縁部に導かれていて、第２の層２を介して第１の層１に対して電気的に絶縁され、かつ切欠き１０を介して第３の層３の別の領域に対して同じく絶縁されている。切欠き１０の形成及び絶縁層としての第２の層２の使用によって、第３の層３内に導体路４を形成することが可能であり、該導体路が加速度センサの接触のために用いられる。
【００１２】
導体路４の導電性のさらなる改善が、導体路４に導電性の層２４を形成することによって達成される。導電性の層としては例えばアルミニウムのような材料が用いられる。変位可能な質量体７の変位に際して、該変位可能な質量体７のプレートと１つの保持ビームのプレートとの間の間隔が減少され、かつ該質量体のプレートと別の保持ビームのプレートとの間の間隔が増大されることによって、２つの測定信号(Messsignal)が得られる。２つの測定信号は評価されて、変位可能な質量体７のプレートと保持ビーム１９のプレートとの間の容量の変化に基づき質量体７の変位、ひいては有効な力が算出される。導体路４は接点２０に導かれる。接点２０では加速度センサの測定信号が取り出される。
【００１３】
ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９８４４号明細書により公知の加速度センサにおいては、運動可能な各プレートが定置の２つのプレート間に配置されている。このようなセンサは導体路交差(Leiterbahnueberkreuzung)が可能である場合にのみ実現できる。このような導体路交差はセンサ製造の際の大きな費用につながる。本発明に基づくセンサにおいては導体路交差は必要ではなく、それというのは変位可能な質量体７に懸架された運動可能な各プレートにもっぱら１つの定置のプレートしか配属されていないからである。個々の領域の相互の絶縁は上側の層３内への溝のエッチング形成によって行われる。下側の層１に対する絶縁は非導電性の中間層２によって保証されている。このようなセンサは特に簡単に製造される。
【００１４】
図２はレートセンサ(Drehratensensor)を示しており、該レートセンサのフレーム８内にはウエブ９を介して振動質量(Schwingmasse)５が振動可能に配置されている。振動質量５は駆動手段２１によって直線的な振動に励起される。駆動手段としては例えば電気的、磁気的若しくは圧電式の駆動装置が用いられる。適当な駆動手段が例えばヨーロッパ特許第５３９３９３号明細書により公知である。振動質量５には加速度センサ６が図１に対応して取り付けられている。加速度センサ６は振動質量５の振動方向に対して直角に検出方向に配置されている。保持ビーム及び変位可能な質量体７から出発している導体路４は、ウエブ９を介してフレーム８に案内されている。該センサは加速度センサに相応して第１、第２及び第３の層から構成されている。導体路４が第３の層３から形成されている。導体路４はフレーム８内で切欠き１０によってフレーム８の第３の層３から電気的に絶縁されている。さらに導体路４はフレーム８の第２の層２を介してフレーム８の第１の層１から電気的に絶縁されている。該加速度センサは概略的にしか示されておらず、それというのは層構造は既に図１で詳細に述べてあるからである。
【００１５】
ウエブ９は上側の層３からも下側の層１からも形成されている。このことを図３及び図４でさらに詳細に述べる。縁部８に配置された導体路４は直接にウエブ９に移行しており、その結果、ウエブ９を介して、振動質量５に配置された加速度センサの電気的な接触が行われる。振動質量５上でウエブ９が終わる領域に、同じく絶縁溝１０が上側の層３内に設けられており、従ってこの場合にもウエブ９を介して振動質量５へ若しくは振動質量から導かれる信号の電気的な絶縁が保証される。
【００１６】
前記形式により、加速度センサの費用の高い電気接触を行うことなしに、レートセンサを構成することが可能である。導体路４がフレーム８内まで電気的に絶縁して導かれていることによって、フレーム８内での導体路４の電気的な簡単な接触が行われ得る。別の利点としてレートセンサが加速度センサを用いる方法で３層構造、有利には絶縁体・オン・シリコン・層構造によって形成されている。
【００１７】
図３はレートセンサの製造のための方法の段階を示している。図３の（１）には、第１の層１及び該層上に形成された第２の層２を有する３層構造が示してある。第２の層２上には第３の層３が配置されている。第１の層１は珪素から成り、第２の層２は酸化珪素(Siliziumoxid)から成り、第３の層３は珪素から成っている。別の３層構造を用いることもでき、該３層構造、例えばSiO2, Si3N4,Al2O3 、ポリイミド、テフロン及び炭化珪素(Si-Karbid) は選択的に切除され得る。出発材料(Ausgangsmaterial)として、例えば絶縁体・オン・シリコン(SOI)・ウエハーが用いられ、第３の層３はｐ++若しくはｎ++のドーピングされた珪素から成っていて、ほぼ１５μmの厚さを有している。第２の層２は酸化珪素から成っていて、μm-範囲の厚さを有している。第１の層１はシリコンウエハーによって示されていて、厚さは標準的には５００マイクロメートルである。薄いウエハーは有利であるものの、安定性の不足に基づき取り扱いの問題が生じる。同じくエピ・ポリ・ウエハー(Epi-Poly-Wafer)も使用され、エピ・ポリ・ウエハーの製造及びセンサのための使用が既にドイツ連邦共和国特許出願第４３１８４６６号明細書に記載されている。第３の層３のために、ｐ-若しくは n-ドーピングされたシリコン層を用いて、該シリコン層は第２の層２としての数μmの厚さの酸化シリコン層上に取り付けられている。エピ・ポリシリコン層(Epi-Polysiliziumschicht)はほぼ１２μmの厚さである。
【００１８】
SOI-ウエハー若しくはエピ・ポリ・ウエハー(Epi-Poly-Wafer)においては第３の層３上の導体路の領域にアルミニウムが蒸着若しくはスパッタリングされている。設けられたアルミニウムはフォトリトグラフ段階及びエッチング法によって導体路４の形で導電性の層２４として形成される。
【００１９】
次いで第１の層１４にフォトラッカ(Fotolack)を塗布してあり、フォトラッカは振動質量５の組み立てられる所定の領域で再び除去される。これによって、構造化された第１のカバー層(Abdeckschicht)１１が生じる（図３の（２））。
【００２０】
さらに、第３の層３にフォトラッカ３０が塗布してあり、レートセンサの櫛形構造(Kammstruktur)に相応して構造化される。次いで第３の層３内にレートセンサの櫛形構造がエッチング成形される。この場合、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書に記載された異方性のシリコンエッチング法(anisotropes Siliziumaetzverfahren)が用いられる。これにより、大きな相比を有する櫛形構造が形成される。さらに、第１の層１がドライエッチング法(Trockenaetzverfahren)によってほぼ１００μmの残留厚さにエッチングされる。このことは図３の（３）に示してある。ドライエッチング法は櫛形構造の製造のための方法にほぼ相応している。
【００２１】
次いで、酸化珪素から形成されていてレートセンサの櫛形構造１３の下側で犠牲酸化物として用いられる第２の層２がエッチングされる。これによって、第２の層２上に変位可能に設けられた１つの櫛形構造１３が維持される。このような櫛形構造は図１に基づくレートセンサを表している。しかしながら図３には、図面を見易くするためにレートセンサのほんらいの構造のみが示してある。引き続く処理のために第２の層２が櫛形構造１３の下側で除去される。レートセンサに適した運動可能な構造が形成される。横方向の大きな寸法に基づき、第２の層２は上側の層３の別の領域の下側では除去されない。引き続く段階でフォトラッカ層(Fotolackschicht)３０が除去され、かつ新たなフォトラッカ層３０が施されて構造化される。この新しいフォトラッカ層の構造は溝をエッチングするために利用され、該溝は上側の層３、第２の層２及び第１の層１を貫通している。エッチングされた溝はウエブ９及び振動質量５を複数層のサブストレートからエッチング形成するために用いられてよい。このことは図３の（４）に示してある。形成された溝１０によって振動質量５の寸法が規定される。振動質量５に加速度センサの櫛形構造１３が形成されている。さらにウエブ９が示してあり、ウエブの寸法が同じく溝１０によって規定されている。溝１０のエッチングは複数段階のプロセスで行われる。まず例えばフッ素プラズマ(Fluorplasma)で上側の層３が構造化される。別のエッチング段階、例えば塩素を含むプラズマで第２の層２が構造化される。別のエッチング段階、例えば同じくフッ素プラズマで第１の層１の構造化が行われる。次いでこのようなプロセスのためのエッチングマスク(Aetzmaske)として役立つフォトラッカ層が再び除去される。
【００２２】
図３の（４）には、実際のレートセンサを通ることのない横断面が概略的に示してある。しかしながら図２のレートセンサのすべてのエレメント、例えばウエブ９、振動エレメント(Schwingelement)５、加速度センサ１３のための櫛形構造が示されているので、プロセス段階の図示の順序で図２のレートセンサの製造が明らかである。縁部領域に導体路４を示してあり、該導体路はもっぱら上側のシリコン層３から構造化されている。導体路は例えば櫛形構造１３と同じプロセス段階で形成されてよい。しかしながら導体路４の横方向の大きな寸法により、導体路４の下側にある第２の層２のエッチングを行わないことが保証されねばならない。選択的に櫛形構造１３の形成の後に、もっぱら導体路構造(Leiterbahn-struktur)４の形成のために用いられる別のフォトラッカ層を施して構造化することも可能である。このことはしかしながらセンサの製造のための費用を増大させる。層１の図３の（３）に示す背面エッチング(Rueckseitenaetzung)は、振動体５若しくはウエブ９の領域で下側のシリコン層１を薄くするために役立つ。このような処置によって、層１に溝１０をエッチングして完全に貫通させるために必要なエッチング時間が短くされる。
【００２３】
図３の（５）はフレーム８の接続部２０の領域の横断面Ａ−Ａを示している。この場合、フレーム８の第３の層３の切欠き(Ausnehmung)１０による接続部２０の絶縁が明らかに見て取れる。
【００２４】
図３の（６）を用いてレートセンサの製造のための製造変化例を説明する。この場合、層１のすべての構造化段階は省略してある。図３の（２）の構造から出発して、図３の（３）で既に述べたように、フォトラッカ層３０が表面に施され、フォトマスクによって構造化されている。次いでエッチング段階が行われ、例えばフッ素プラズマエッチングプロセス(Fluorplasmaaetzprozess)によって溝１０が上側のシリコン層３内に形成される。この溝は第２の層２まで達している。引き続くエッチング段階で、酸化珪素から成る第２の層２がエッチングされる。このことは、フッ化水素酸水溶液(waessrige Flusssaeureloesung)内で若しくはフッ化水素酸を含むガス内で行われてよい。このようなエッチング段階によって、第２の層が櫛形構造１３のための微細にエッチングされた溝構造の下側で完全に除去される。しかしながら横方向の比較的大きな寸法を有している導体路４のための構造は、層２によって機械的に第１の層１に堅く結合されたままである。このエッチング段階においてフォトマスク３０が表面上に留まっているので、例えば金属構造２４もエッチング媒体の作用に対して保護されていて、従ってアルミニウムから成っていてよい。レートセンサを製造するためのこのようなプロセスは特に、用いられる少ないプロセス段階によって特徴付けられる。著しく経済的なレートセンサが製造される。
【００２５】
図４はレートセンサを製造するための別の方法を示している。この場合に用いられる３層構造は第１の層１、第２の層２及び第３の層３から成っている。第１の層１は珪素から成っており、第２の層２は酸化珪素から成っており、第３の層３は強くｐドーピング(p-dotiert)若しくはｎドーピング(n-dotiert)された珪素から成っている。第３の層３上に、有利には導体路４の領域に金属導体路２４が設けられている。このことは、スパッタリング若しくは蒸着及び最終的な構造化によって行われる。次いで、金属導体路２４及び第３の層３の上に酸化珪素から成る第３のカバー層１４が施される。第１の層１にラッカから成る第１のカバー層１１が施されて構造化される。次いで、第３のカバー層１４が加速度センサの櫛形構造１３に対応して、導体路４及びウエブ９の形に対応して構造化される。構造化された第３のカバー層１４にフォトラッカの形の第４のカバー層１６が施される。第４のカバー層１６はウエブ９の形で除去される。このことは図４の（３）に示してある。さらに、第１の層１がフレーム８の内側で所定の１００μｍの厚さまでエッチング除去され、不活性層(Passivierungsschicht)１７でカバーされる。このことは図４の（４）に示してある。次いで１つのエッチングプロセスで溝が形成される。この溝のために、構造化された第４のカバー層１６がエッチングマスクとして役立つので、まずウエブ９の幾何学的な形だけがエッチングされる。この溝は、層３及び２が完全に貫通されかつ層１がエッチングによって同じく部分的に貫かれるように深くエッチングされる。このようなエッチングは、残された厚さが層３の厚さにほぼ相応するまで、層１内に深く行われる。このことは図４の（５）に示してある。次いで、第４のカバー層１６が除去されて、エッチングプロセスが続けられる。この場合、構造化された第３のカバー層１４が、ウエブ９のための構造、櫛形構造１３及び導体路４を含むエッチングマスクとして作用する。この場合、層３の珪素材料だけをエッチングして、層２若しくは１７をエッチングしないエッチングプロセスが用いられる。このようなエッチングはウエブ９のための溝が不活性層１７に達し、かつ櫛形構造１３若しくは導体路４のための溝が第２の層２に達するまでの間、継続される。次いで、第２の層２が櫛形構造１３の下側でエッチング除去される。この場合、同時に第２の層２からウエブ９がエッチング成形される。ウエブ９は、第２の層２を介して該ウエブ９と第１の層１とを堅く結合するように幅広に形成されている。次いで不活性層２３がエッチング除去される。このようにして、図２に対応するレートセンサが保たれる。このことは図４の（７）に示してある。
【００２６】
図５にはレートセンサの別の製造方法が示してある。この製造方法は、エッチング可能な層２、例えば酸化珪素を施されたシリコンサブストレート(Silizium-substrat)１から出発する。さらに選択的に層２にはポリシリコンスタート層(Polysiliziumstartsicht)４０が施されていてよい。次いで第２の層２、場合によっては該層上に施されたポリシリコンスタート層４０の構造化が行われる。次いで、析出によって別のシリコン層３が形成される。この別のシリコン層３０は、ドイツ連邦共和国特許出願第４３１８４６６号明細書に記載してあるように、エピタクシー反応器(Epitaxiereaktor)内で析出されてよい。層３が直接にシリコンサブストレート１に接触する領域内で、シリコン層３は単結晶のシリコン層として成長する。別の領域ではポリシリコンスタート層４０が多結晶のシリコン層の成長のためのスタート層として作用する。このように形成された層構造は図５の（２）に示してある。次いで、エッチングマスク及びエッチング段階を行うことによって、溝構造が上側のシリコン層３及びポリシリコンスタート層内に形成されて、第２の層２まで達する。次いで、溝は加速度センサのための櫛形構造１３も形成する。さらに、背面から出発して凹所がエッチング形成されて、第１のシリコン層１の厚さが減少される。このことは前に述べたようにドライエッチングによって行われてよく、このようにして形成された構造は図５の（３）に示してある。図５の（４）には、溝構造１０がどのようにして設けられるか示してあり、該溝構造は上側の層３、ポリシリコン層４０、第２の層２及び第１の層１を貫いて延びている。これによって、振動体(Schwinger)５及びウエブ９が形成される。このエッチングプロセスのために、ほぼ珪素のみをエッチングするエッチングプロセスが用いられる。これによって上側の層３及び下側の層１がエッチングされる。溝構造１０のためのマスキングが第２の層２の既に形成された構造の上に位置しているので、このようなエッチングプロセスによってサブストレート全体が貫通させられる。この場合、上側の層３の寸法だけがエッチングマスクによってコントロールされる。下側の層１の幾何学的な寸法は、既に層２内に形成された構造によって規定される。このことは、構造化された層２が下側に位置する層１のエッチングのためのエッチングマスクとして役立つことに起因する。このことは、層２の構造に対するエッチングマスクの調節誤差を補償するためにも用いられる。このために、溝１０のためのエッチングマスクの幾何学的な寸法が層２の構造よりもいくらか大きく選ばれている。このプロセスにおいて重要なことは、第１の層１の構造の精度が図５の（１）に示してあるように層２の構造の精度にほぼ左右されることである。層２の図５の（１）に示してある構造は、特に高い精度で行われ、その結果、振動エレメント５若しくはウエブ９の幾何学的な寸法も極めて正確である。上側の層３の厚さが１０μｍの寸法であり、下側の層１の厚さが５０μｍの寸法であるので、振動体５及びウエブ９の幾何学的な寸法が特に高い精度で生ぜしめられる。さらに有利には、層２の前構造化によって溝１０のエッチング法が唯一のプロセス段階で行われる。これによって構造化も簡単になる。
【００２７】
図５の（３）及び図５の（４）の説明で述べるエッチングは、図３で既に述べたように複数のフォトラッカを用いるか、若しくは図４で既に述べたように上下に配置された複数のマスクを用いて行われる。
【００２８】
図５の（１）について述べると、同じく析出されたポリシリコンスタート層４０も構造化される。この場合、上側のシリコン層３は単結晶のシリコン領域を有している。選択的に、第２の層２の構造化を既に行った後にはじめてポリシリコンスタート層４０を設けることも可能である。この場合には、上側のシリコン層３が完全に多結晶のシリコン層として成長する。
【００２９】
図５の（４）に示す処置状態から出発して、櫛形構造１３をアンダーエッチング(unteraetzen)するために、さらに第２の層２のエッチングが行われる。
【００３０】
図６にはレートセンサのための別の製造方法が示してある。この製造方法は図５の（２）に示してあるようにサブストレートから出発している。エッチングマスク(Aetzmaskierung)４１を設け、該エッチングマスクは例えば酸化珪素から成っていてよい。しかしながら、例えばフォトラッカから成る別のエッチングマスクも考えられる。エッチングマスク４１は構造４２を有しており、該構造は完全にシリコン層３まで達している。さらに、溝４３を設けてあり、該溝は層３までは達していない。構造２は、エッチングがサブストレートを貫いて背面まで完全に行われたい箇所に設けられている。構造４３は、上側のシリコン層３のエッチングが行われたい所に設けられている。図６の（１）に基づくサブストレートのエッチングによって、レートセンサが図５の（４）に示すように形成される。図６の（２）はこのエッチング法の中間段階を示している。マスキング層４１の除去をも行うエッチング法が用いられる。選択的に、マスキング層４１の除去を行う中間エッチング段階を用いることも可能である。シリコン表面の所定の領域が始めから露出しているので、該領域が、エッチングプロセスの経過中にようやく露出される領域よりも早く行われる。このことは図６の（２）に示してある。エッチングマスクの構造４２に相応する溝１０がエッチングの中間段階で既に完全に上側のシリコン層３を貫通していて、部分的に深く第１のシリコン層１内に達している。エッチングマスク４１の構造４３に相応する櫛形構造１３は、わずかにしか上側のシリコン層３内に達していない。エッチングプロセスの継続に際して図５の（４）に示すような構造が生じる。
【００３１】
エッチングマスク層４１の形成は例えば酸化珪素から成るエッチングマスク層の製造のための２段階の方法によって行われる。このために、シリコン層がまず完全に平らに分離される。次いで第１のフォトラッカを用いた処理によって、構造４３がエッチング成形される。次いで第２のフォトラッカマスクが設けられて、構造４２がエッチング成形される。次いでフォトラッカマスクの除去の後に、図６の（１）に示す２段階のエッチング層が用いられる。この方法において、エッチングマスク４１の形成の後に上面に別のフォトラッカプロセスを必要としないことは有利である。この種のフォトラッカプロセスは常にある程度の危険を伴って既に形成された構造に結合されているので、プロセスの安全性が改善される。
【００３２】
製造方法の有利な別の実施例が図７の（１〜４）に示してある。図５に示した方法に対して異なる点が第１の層としての(SOI)-層構造の使用にある。この場合、第１の層が第１のシリコン層１００、酸化物１０１及び第２のシリコン層１０２から形成される。別の相違点が２層のマスクの使用にある。
【００３３】
この方法は第１の層１で開始され、該層は第１のシリコン層１００、酸化物１０１及び第２のシリコン層１０２から成っている。図５の（１）の記載から明らかな形式で、ここでは両方の層４０，２から成る第２の層が設けられて、構造化される。中間製品が図７の（１）に示してある。
【００３４】
図５の（２）の記載から明らかな形式で、第３の層３が設けられて、酸化物ハードマスク(Oxidhardmaske)１０５を備えている。酸化物ハードマスク１０５は、図７の（２）に示すように、櫛形構造及び溝構造のための窓を有している。
【００３５】
さらに、フォトラッカから成る第２のマスク１０６を設け、該マスクは溝構造のための窓を有している。さらに、マスク１１を第１の層の背面に設け、該マスクは１つの窓を備えており、該窓は少なくとも振動質量の横方向の寸法を有している。次いで、第１の層の切除が水酸化カリウムエッチング(Kaliumhydroxid-aetzen)若しくはドライエッチングによって行われ、この場合、SOI-層構造の酸化物１０１がエッチングストッパ(Aetzstop)として役立つ。従って、第１の層の切除がほぼ珪素１００内で行われる。これによって、特に正確なエッチング深さ及び振動質量の特に正確な寸法が可能である。第１の層１を酸化物１０１まで切除した後の中間製品は図７の（３）に示してある。
【００３６】
次いで、エッチングプロセスに応じてラッカ若しくは酸化物、若しくはシリコン窒化物を含む酸化物（最後のダブルマスクがKOH-エッチングに際して用いられる）から成る背面のマスクが酸化物１０１の露出する部分と一緒に除去される。安定性を維持するために、第１の層の切除部が部分的にラッカ１１０で満たされ、該ラッカは第３の層３上の第２のマスク１０６のラッカと異なる溶媒内で溶解可能である。次いで第３の層３から出発して第３、第２及び第１の層から溝構造１０が加工形成され、前面のラッカマスク１０６の除去の後に櫛形構造１３がエッチングされる。両方のエッチングプロセスは有利にはドライエッチングによって行われる。この状態の構成部分が図７の（４）に示してある。
【００３７】
センサ構造を最終的に維持するために別の２つのプロセス段階が必要であり、該プロセス段階はここでは示されておらず、それというのは該プロセス段階は前の実施例と関連して示してあるからである。
【００３８】
この場合、一方ではラッカ１１０の除去が例えばストリップ(Strippen)によって行われる。他方では、最後の段階で第２の層２が櫛形構造３の下側でガス相エッチング(Gasphasenaetzen)によって除去される。さらにこのようなプロセスにおいて、もっぱらドライエッチングの使用によって、有利であると認められる段階の交換の可能性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加速度センサの概略斜視図
【図２】レートセンサの平面図
【図３】レートセンサの第１の製造方法を示す図
【図４】レートセンサの第２の製造方法を示す図
【図５】レートセンサの別の製造方法を示す図
【図６】レートセンサの別の製造方法を示す図
【図７】レートセンサの別の製造方法を示す図
【符号の説明】
１，２，３ 層、 ４ 導体路、 ５ 振動質量、 ６ 加速度センサ、 ７質量体、 ８ フレーム、 ９ ウエブ、 １３ 櫛形構造、 １７ たわみウエブ、 １８ 保持部、 １０ 切欠き、 １４，１６ 第４のカバー層、 １７ 不活性層、 １９ 保持ビーム、 ２０ 接点、 ２１ 駆動手段、 ２４ 層、 ４０ ポリシリコンスタート層、 ４１ エッチングマスク、 ４２，４３ 構造
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動構造(Schwingstruktur)及び該振動構造のための懸架部(Aufhaengung)を備えたレートセンサを製造するための方法であって、振動構造が少なくとも部分的に櫛形構造を備えた加速度センサとして構成されており、第１の層、絶縁性の第２の層及び第３の層を備えたサブストレートから成っている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願明細書第１９５３０７３６.４号明細書に、レートセンサを製造するための方法が記載されている。レートセンサは３層構造で構成されている。レートセンサ及び導体路が第３の層から構造化(herausstruktieren)されている。導体路は切欠きを介して第３の層の別の領域に対して電気的に絶縁され、かつ電気的に絶縁性の第２の層を介して第１の層に対して電気的に絶縁されている。第３の層からのレートセンサ及び導体路の構造化がドライエッチング法を用いて行われる。レートセンサの領域で第１の層が付加的に薄くされる。このことは化学的なウエットタイプ(nasschemisch)のエッチングによって、例えば軽く加熱された水酸化カリウム溶液内で行われる。エッチングプロセスによって規定されて第１の層にエッチングを設けて、該エッチングマスクが酸化シリコン及び亜硝酸塩(Nitrit)から成っていて構造化される中間層によって形成されている。
【０００３】
【発明の効果】
本発明に基づく手段によって、利点として、レートセンサ及び電気的な供給部が１つの３層構造によって形成され、この場合、すべてのシリコン・エッチング段階(Silizium-Aetzschritt)が同一のエッチング法によって行われる。これによって、製造方法が特に簡単になり、従ってレートセンサが経済的に製造される。
【０００４】
SOI-層構造が第１の層として用いられると、利点として、絶縁層がエッチングストッパとして関与させられる。このことは有利であり、それというのは振動質量がエッチング時間の規定によってエッチング深さを規定しているエッチングに際して著しく目標値に近い値を占めるからである。
【０００５】
化学的なウエットタイプのエッチングプロセスの省略によって、第１の層の切除(Abtragen)も最後に行われる。このことは有利であり、それというのはサブストレートの取り扱いが容易になるからであり、従来は不可能であったのであり、それというのはエッチング溶液が第３の層を巻き添えにするからである。
【０００６】
さらに、エッチングマスクがラッカ若しくは酸化珪素から成っており、これによって高価なプラズマ窒化プロセスが省略される。さらに別の利点として、液状のエッチング剤による構造の汚れが避けられる。さらに、化学的なウエットタイプのエッチングのためのエッチング容器内へのウエハーの組み込みが省略され、ひいては処理の困難なプロセス段階が省略される。加速度センサの製造のために最小の方法でもっぱら３つのマスク段階が必要であるだけである。
【０００７】
導体路の導電性が有利な形式で、導電性の層をボンドパッド(Bondpad)及び供給導線の形で導体路上に設けることによって改善される。商業的に入手可能な絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造をサブストレートとして用いると、合理的でかつ有利である。
【０００８】
さらに利点として、珪素・酸化珪素・珪素・サブストレート(Silizium-Siliziumoxid-Silizium-Substrat)によって、異方性のエッチングのための良好に改善された簡単な方法が用いられる。第１の層の切除の後の絶縁層の除去は有利であり、それというのは除去によって、第１の層を形成する３層構造の機械的な内部応力が減少させられるからである。これによってセンサの耐用年数が増大され、振動質量の固有振動数が減少される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は加速度センサ６を示しており、該加速度センサ(Beschleunigungssensor)は３層構造(Dreischichtsystem)で構成されている。この実施例では絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造(Silicon-on-Insulator-Schichtsystem)が用いられる。別の３層構造も考えられ、この場合、最上の層が構造化可能(strukturierbar)で、かつ中央の層が構造化可能であって側方をエッチング可能でかつ絶縁されていなければならない。
【００１０】
支持プレートとして、珪素(Silizium)から成る第１の層１が用いられている。第１の層１上に、酸化珪素から成る第２の層２が形成されている。第３の層３は同じく珪素から成っている。第３の層３の中央に変位可能な質量体７を構造化してあり、該質量体(Masse)は長尺の支持体(Traeger)から成っており、支持体は両方の縦側面にそれぞれ３つのプレートを有している。プレートは支持体の長手方向に対して直角に配置されている。変位可能な質量体７は各端部でたわみウエブ(Biegesteg)１７を介して保持部(Halterung)１８と支持体の長手方向に変位可能に結合されている。保持部１８は第２の層２を介して第１の層１に堅く結合されている。変位可能な質量体７及びたわみウエブ１７の下側で第２の層２は除去されている。このことはSiO2においてエッチング法によって行われる。変位可能な質量体の構造は、ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９８４４号明細書に記載の構造に相応している。
【００１１】
変位可能な質量体７の支持体に対して平行に、第３の層３から成る長尺の保持ビーム１９を形成してあり、該保持ビームが３つのプレートを有しており、プレートは変位可能な質量体７の支持体の方向に垂直に向けられている。保持ビーム１９は第２の層２を介して第１の層１に堅く結合されている。保持ビーム１９のプレートはそれぞれ、変位可能な質量体７の左側に配置されている。変位可能な質量体７が変位すると、変位可能な質量体７の一方の側に配置されたプレートと第１の保持ビームのプレートとの間の間隔が縮小し、同時に、変位可能な質量体７の他方の側に配置されたプレートと第２の保持ビーム１９のプレートとの間の間隔が増大する。両方の保持ビーム１９から導体路(Leiterbahn)４が加速度センサの共通の縁部に導かれている。導体路４は第３の層３から形成されていて、第２の層２を介して第１の層１に対して電気的に絶縁されている。導体路４は切欠き(Ausnehmung)を介して第３の層３の別の領域に対して電気的に絶縁されている。同じく１つの導体路４が第３の層３から形成され、変位可能な質量体７から加速度センサの１つの縁部に導かれていて、第２の層２を介して第１の層１に対して電気的に絶縁され、かつ切欠き１０を介して第３の層３の別の領域に対して同じく絶縁されている。切欠き１０の形成及び絶縁層としての第２の層２の使用によって、第３の層３内に導体路４を形成することが可能であり、該導体路が加速度センサの接触のために用いられる。
【００１２】
導体路４の導電性のさらなる改善が、導体路４に導電性の層２４を形成することによって達成される。導電性の層としては例えばアルミニウムのような材料が用いられる。変位可能な質量体７の変位に際して、該変位可能な質量体７のプレートと１つの保持ビームのプレートとの間の間隔が減少され、かつ該質量体のプレートと別の保持ビームのプレートとの間の間隔が増大されることによって、２つの測定信号(Messsignal)が得られる。２つの測定信号は評価されて、変位可能な質量体７のプレートと保持ビーム１９のプレートとの間の容量の変化に基づき質量体７の変位、ひいては有効な力が算出される。導体路４は接点２０に導かれる。接点２０では加速度センサの測定信号が取り出される。
【００１３】
ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９８４４号明細書により公知の加速度センサにおいては、運動可能な各プレートが定置の２つのプレート間に配置されている。このようなセンサは導体路交差(Leiterbahnueberkreuzung)が可能である場合にのみ実現できる。このような導体路交差はセンサ製造の際の大きな費用につながる。本発明に基づくセンサにおいては導体路交差は必要ではなく、それというのは変位可能な質量体７に懸架された運動可能な各プレートにもっぱら１つの定置のプレートしか配属されていないからである。個々の領域の相互の絶縁は上側の層３内への溝のエッチング形成によって行われる。下側の層１に対する絶縁は非導電性の中間層２によって保証されている。このようなセンサは特に簡単に製造される。
【００１４】
図２はレートセンサ(Drehratensensor)を示しており、該レートセンサのフレーム８内にはウエブ９を介して振動質量(Schwingmasse)５が振動可能に配置されている。振動質量５は駆動手段２１によって直線的な振動に励起される。駆動手段としては例えば電気的、磁気的若しくは圧電式の駆動装置が用いられる。適当な駆動手段が例えばヨーロッパ特許第５３９３９３号明細書により公知である。振動質量５には加速度センサ６が図１に対応して取り付けられている。加速度センサ６は振動質量５の振動方向に対して直角に検出方向に配置されている。保持ビーム及び変位可能な質量体７から出発している導体路４は、ウエブ９を介してフレーム８に案内されている。該センサは加速度センサに相応して第１、第２及び第３の層から構成されている。導体路４が第３の層３から形成されている。導体路４はフレーム８内で切欠き１０によってフレーム８の第３の層３から電気的に絶縁されている。さらに導体路４はフレーム８の第２の層２を介してフレーム８の第１の層１から電気的に絶縁されている。該加速度センサは概略的にしか示されておらず、それというのは層構造は既に図１で詳細に述べてあるからである。
【００１５】
ウエブ９は上側の層３からも下側の層１からも形成されている。このことを図３及び図４でさらに詳細に述べる。縁部８に配置された導体路４は直接にウエブ９に移行しており、その結果、ウエブ９を介して、振動質量５に配置された加速度センサの電気的な接触が行われる。振動質量５上でウエブ９が終わる領域に、同じく絶縁溝１０が上側の層３内に設けられており、従ってこの場合にもウエブ９を介して振動質量５へ若しくは振動質量から導かれる信号の電気的な絶縁が保証される。
【００１６】
前記形式により、加速度センサの費用の高い電気接触を行うことなしに、レートセンサを構成することが可能である。導体路４がフレーム８内まで電気的に絶縁して導かれていることによって、フレーム８内での導体路４の電気的な簡単な接触が行われ得る。別の利点としてレートセンサが加速度センサを用いる方法で３層構造、有利には絶縁体・オン・シリコン・層構造によって形成されている。
【００１７】
図３はレートセンサの製造のための方法の段階を示している。図３の（１）には、第１の層１及び該層上に形成された第２の層２を有する３層構造が示してある。第２の層２上には第３の層３が配置されている。第１の層１は珪素から成り、第２の層２は酸化珪素(Siliziumoxid)から成り、第３の層３は珪素から成っている。別の３層構造を用いることもでき、該３層構造、例えばSiO2, Si3N4,Al2O3 、ポリイミド、テフロン及び炭化珪素(Si-Karbid) は選択的に切除され得る。出発材料(Ausgangsmaterial)として、例えば絶縁体・オン・シリコン(SOI)・ウエハーが用いられ、第３の層３はｐ++若しくはｎ++のドーピングされた珪素から成っていて、ほぼ１５μmの厚さを有している。第２の層２は酸化珪素から成っていて、μm-範囲の厚さを有している。第１の層１はシリコンウエハーによって示されていて、厚さは標準的には５００マイクロメートルである。薄いウエハーは有利であるものの、安定性の不足に基づき取り扱いの問題が生じる。同じくエピ・ポリ・ウエハー(Epi-Poly-Wafer)も使用され、エピ・ポリ・ウエハーの製造及びセンサのための使用が既にドイツ連邦共和国特許出願第４３１８４６６号明細書に記載されている。第３の層３のために、ｐ-若しくは n-ドーピングされたシリコン層を用いて、該シリコン層は第２の層２としての数μmの厚さの酸化シリコン層上に取り付けられている。エピ・ポリシリコン層(Epi-Polysiliziumschicht)はほぼ１２μmの厚さである。
【００１８】
SOI-ウエハー若しくはエピ・ポリ・ウエハー(Epi-Poly-Wafer)においては第３の層３上の導体路の領域にアルミニウムが蒸着若しくはスパッタリングされている。設けられたアルミニウムはフォトリトグラフ段階及びエッチング法によって導体路４の形で導電性の層２４として形成される。
【００１９】
次いで第１の層１４にフォトラッカ(Fotolack)を塗布してあり、フォトラッカは振動質量５の組み立てられる所定の領域で再び除去される。これによって、構造化された第１のカバー層(Abdeckschicht)１１が生じる（図３の（２））。
【００２０】
さらに、第３の層３にフォトラッカ３０が塗布してあり、レートセンサの櫛形構造(Kammstruktur)に相応して構造化される。次いで第３の層３内にレートセンサの櫛形構造がエッチング成形される。この場合、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書に記載された異方性のシリコンエッチング法(anisotropes Siliziumaetzverfahren)が用いられる。これにより、大きな相比を有する櫛形構造が形成される。さらに、第１の層１がドライエッチング法(Trockenaetzverfahren)によってほぼ１００μmの残留厚さにエッチングされる。このことは図３の（３）に示してある。ドライエッチング法は櫛形構造の製造のための方法にほぼ相応している。
【００２１】
次いで、酸化珪素から形成されていてレートセンサの櫛形構造１３の下側で犠牲酸化物として用いられる第２の層２がエッチングされる。これによって、第２の層２上に変位可能に設けられた１つの櫛形構造１３が維持される。このような櫛形構造は図１に基づくレートセンサを表している。しかしながら図３には、図面を見易くするためにレートセンサのほんらいの構造のみが示してある。引き続く処理のために第２の層２が櫛形構造１３の下側で除去される。レートセンサに適した運動可能な構造が形成される。横方向の大きな寸法に基づき、第２の層２は上側の層３の別の領域の下側では除去されない。引き続く段階でフォトラッカ層(Fotolackschicht)３０が除去され、かつ新たなフォトラッカ層３０が施されて構造化される。この新しいフォトラッカ層の構造は溝をエッチングするために利用され、該溝は上側の層３、第２の層２及び第１の層１を貫通している。エッチングされた溝はウエブ９及び振動質量５を複数層のサブストレートからエッチング形成するために用いられてよい。このことは図３の（４）に示してある。形成された溝１０によって振動質量５の寸法が規定される。振動質量５に加速度センサの櫛形構造１３が形成されている。さらにウエブ９が示してあり、ウエブの寸法が同じく溝１０によって規定されている。溝１０のエッチングは複数段階のプロセスで行われる。まず例えばフッ素プラズマ(Fluorplasma)で上側の層３が構造化される。別のエッチング段階、例えば塩素を含むプラズマで第２の層２が構造化される。別のエッチング段階、例えば同じくフッ素プラズマで第１の層１の構造化が行われる。次いでこのようなプロセスのためのエッチングマスク(Aetzmaske)として役立つフォトラッカ層が再び除去される。
【００２２】
図３の（４）には、実際のレートセンサを通ることのない横断面が概略的に示してある。しかしながら図２のレートセンサのすべてのエレメント、例えばウエブ９、振動エレメント(Schwingelement)５、加速度センサ１３のための櫛形構造が示されているので、プロセス段階の図示の順序で図２のレートセンサの製造が明らかである。縁部領域に導体路４を示してあり、該導体路はもっぱら上側のシリコン層３から構造化されている。導体路は例えば櫛形構造１３と同じプロセス段階で形成されてよい。しかしながら導体路４の横方向の大きな寸法により、導体路４の下側にある第２の層２のエッチングを行わないことが保証されねばならない。選択的に櫛形構造１３の形成の後に、もっぱら導体路構造(Leiterbahn-struktur)４の形成のために用いられる別のフォトラッカ層を施して構造化することも可能である。このことはしかしながらセンサの製造のための費用を増大させる。層１の図３の（３）に示す背面エッチング(Rueckseitenaetzung)は、振動体５若しくはウエブ９の領域で下側のシリコン層１を薄くするために役立つ。このような処置によって、層１に溝１０をエッチングして完全に貫通させるために必要なエッチング時間が短くされる。
【００２３】
図３の（５）はフレーム８の接続部２０の領域の横断面Ａ−Ａを示している。この場合、フレーム８の第３の層３の切欠き(Ausnehmung)１０による接続部２０の絶縁が明らかに見て取れる。
【００２４】
図３の（６）を用いてレートセンサの製造のための製造変化例を説明する。この場合、層１のすべての構造化段階は省略してある。図３の（２）の構造から出発して、図３の（３）で既に述べたように、フォトラッカ層３０が表面に施され、フォトマスクによって構造化されている。次いでエッチング段階が行われ、例えばフッ素プラズマエッチングプロセス(Fluorplasmaaetzprozess)によって溝１０が上側のシリコン層３内に形成される。この溝は第２の層２まで達している。引き続くエッチング段階で、酸化珪素から成る第２の層２がエッチングされる。このことは、フッ化水素酸水溶液(waessrige Flusssaeureloesung)内で若しくはフッ化水素酸を含むガス内で行われてよい。このようなエッチング段階によって、第２の層が櫛形構造１３のための微細にエッチングされた溝構造の下側で完全に除去される。しかしながら横方向の比較的大きな寸法を有している導体路４のための構造は、層２によって機械的に第１の層１に堅く結合されたままである。このエッチング段階においてフォトマスク３０が表面上に留まっているので、例えば金属構造２４もエッチング媒体の作用に対して保護されていて、従ってアルミニウムから成っていてよい。レートセンサを製造するためのこのようなプロセスは特に、用いられる少ないプロセス段階によって特徴付けられる。著しく経済的なレートセンサが製造される。
【００２５】
図４はレートセンサを製造するための別の方法を示している。この場合に用いられる３層構造は第１の層１、第２の層２及び第３の層３から成っている。第１の層１は珪素から成っており、第２の層２は酸化珪素から成っており、第３の層３は強くｐドーピング(p-dotiert)若しくはｎドーピング(n-dotiert)された珪素から成っている。第３の層３上に、有利には導体路４の領域に金属導体路２４が設けられている。このことは、スパッタリング若しくは蒸着及び最終的な構造化によって行われる。次いで、金属導体路２４及び第３の層３の上に酸化珪素から成る第３のカバー層１４が施される。第１の層１にラッカから成る第１のカバー層１１が施されて構造化される。次いで、第３のカバー層１４が加速度センサの櫛形構造１３に対応して、導体路４及びウエブ９の形に対応して構造化される。構造化された第３のカバー層１４にフォトラッカの形の第４のカバー層１６が施される。第４のカバー層１６はウエブ９の形で除去される。このことは図４の（３）に示してある。さらに、第１の層１がフレーム８の内側で所定の１００μｍの厚さまでエッチング除去され、不活性層(Passivierungsschicht)１７でカバーされる。このことは図４の（４）に示してある。次いで１つのエッチングプロセスで溝が形成される。この溝のために、構造化された第４のカバー層１６がエッチングマスクとして役立つので、まずウエブ９の幾何学的な形だけがエッチングされる。この溝は、層３及び２が完全に貫通されかつ層１がエッチングによって同じく部分的に貫かれるように深くエッチングされる。このようなエッチングは、残された厚さが層３の厚さにほぼ相応するまで、層１内に深く行われる。このことは図４の（５）に示してある。次いで、第４のカバー層１６が除去されて、エッチングプロセスが続けられる。この場合、構造化された第３のカバー層１４が、ウエブ９のための構造、櫛形構造１３及び導体路４を含むエッチングマスクとして作用する。この場合、層３の珪素材料だけをエッチングして、層２若しくは１７をエッチングしないエッチングプロセスが用いられる。このようなエッチングはウエブ９のための溝が不活性層１７に達し、かつ櫛形構造１３若しくは導体路４のための溝が第２の層２に達するまでの間、継続される。次いで、第２の層２が櫛形構造１３の下側でエッチング除去される。この場合、同時に第２の層２からウエブ９がエッチング成形される。ウエブ９は、第２の層２を介して該ウエブ９と第１の層１とを堅く結合するように幅広に形成されている。次いで不活性層２３がエッチング除去される。このようにして、図２に対応するレートセンサが保たれる。このことは図４の（７）に示してある。
【００２６】
図５にはレートセンサの別の製造方法が示してある。この製造方法は、エッチング可能な層２、例えば酸化珪素を施されたシリコンサブストレート(Silizium-substrat)１から出発する。さらに選択的に層２にはポリシリコンスタート層(Polysiliziumstartsicht)４０が施されていてよい。次いで第２の層２、場合によっては該層上に施されたポリシリコンスタート層４０の構造化が行われる。次いで、析出によって別のシリコン層３が形成される。この別のシリコン層３０は、ドイツ連邦共和国特許出願第４３１８４６６号明細書に記載してあるように、エピタクシー反応器(Epitaxiereaktor)内で析出されてよい。層３が直接にシリコンサブストレート１に接触する領域内で、シリコン層３は単結晶のシリコン層として成長する。別の領域ではポリシリコンスタート層４０が多結晶のシリコン層の成長のためのスタート層として作用する。このように形成された層構造は図５の（２）に示してある。次いで、エッチングマスク及びエッチング段階を行うことによって、溝構造が上側のシリコン層３及びポリシリコンスタート層内に形成されて、第２の層２まで達する。次いで、溝は加速度センサのための櫛形構造１３も形成する。さらに、背面から出発して凹所がエッチング形成されて、第１のシリコン層１の厚さが減少される。このことは前に述べたようにドライエッチングによって行われてよく、このようにして形成された構造は図５の（３）に示してある。図５の（４）には、溝構造１０がどのようにして設けられるか示してあり、該溝構造は上側の層３、ポリシリコン層４０、第２の層２及び第１の層１を貫いて延びている。これによって、振動体(Schwinger)５及びウエブ９が形成される。このエッチングプロセスのために、ほぼ珪素のみをエッチングするエッチングプロセスが用いられる。これによって上側の層３及び下側の層１がエッチングされる。溝構造１０のためのマスキングが第２の層２の既に形成された構造の上に位置しているので、このようなエッチングプロセスによってサブストレート全体が貫通させられる。この場合、上側の層３の寸法だけがエッチングマスクによってコントロールされる。下側の層１の幾何学的な寸法は、既に層２内に形成された構造によって規定される。このことは、構造化された層２が下側に位置する層１のエッチングのためのエッチングマスクとして役立つことに起因する。このことは、層２の構造に対するエッチングマスクの調節誤差を補償するためにも用いられる。このために、溝１０のためのエッチングマスクの幾何学的な寸法が層２の構造よりもいくらか大きく選ばれている。このプロセスにおいて重要なことは、第１の層１の構造の精度が図５の（１）に示してあるように層２の構造の精度にほぼ左右されることである。層２の図５の（１）に示してある構造は、特に高い精度で行われ、その結果、振動エレメント５若しくはウエブ９の幾何学的な寸法も極めて正確である。上側の層３の厚さが１０μｍの寸法であり、下側の層１の厚さが５０μｍの寸法であるので、振動体５及びウエブ９の幾何学的な寸法が特に高い精度で生ぜしめられる。さらに有利には、層２の前構造化によって溝１０のエッチング法が唯一のプロセス段階で行われる。これによって構造化も簡単になる。
【００２７】
図５の（３）及び図５の（４）の説明で述べるエッチングは、図３で既に述べたように複数のフォトラッカを用いるか、若しくは図４で既に述べたように上下に配置された複数のマスクを用いて行われる。
【００２８】
図５の（１）について述べると、同じく析出されたポリシリコンスタート層４０も構造化される。この場合、上側のシリコン層３は単結晶のシリコン領域を有している。選択的に、第２の層２の構造化を既に行った後にはじめてポリシリコンスタート層４０を設けることも可能である。この場合には、上側のシリコン層３が完全に多結晶のシリコン層として成長する。
【００２９】
図５の（４）に示す処置状態から出発して、櫛形構造１３をアンダーエッチング(unteraetzen)するために、さらに第２の層２のエッチングが行われる。
【００３０】
図６にはレートセンサのための別の製造方法が示してある。この製造方法は図５の（２）に示してあるようにサブストレートから出発している。エッチングマスク(Aetzmaskierung)４１を設け、該エッチングマスクは例えば酸化珪素から成っていてよい。しかしながら、例えばフォトラッカから成る別のエッチングマスクも考えられる。エッチングマスク４１は構造４２を有しており、該構造は完全にシリコン層３まで達している。さらに、溝４３を設けてあり、該溝は層３までは達していない。構造２は、エッチングがサブストレートを貫いて背面まで完全に行われたい箇所に設けられている。構造４３は、上側のシリコン層３のエッチングが行われたい所に設けられている。図６の（１）に基づくサブストレートのエッチングによって、レートセンサが図５の（４）に示すように形成される。図６の（２）はこのエッチング法の中間段階を示している。マスキング層４１の除去をも行うエッチング法が用いられる。選択的に、マスキング層４１の除去を行う中間エッチング段階を用いることも可能である。シリコン表面の所定の領域が始めから露出しているので、該領域が、エッチングプロセスの経過中にようやく露出される領域よりも早く行われる。このことは図６の（２）に示してある。エッチングマスクの構造４２に相応する溝１０がエッチングの中間段階で既に完全に上側のシリコン層３を貫通していて、部分的に深く第１のシリコン層１内に達している。エッチングマスク４１の構造４３に相応する櫛形構造１３は、わずかにしか上側のシリコン層３内に達していない。エッチングプロセスの継続に際して図５の（４）に示すような構造が生じる。
【００３１】
エッチングマスク層４１の形成は例えば酸化珪素から成るエッチングマスク層の製造のための２段階の方法によって行われる。このために、シリコン層がまず完全に平らに分離される。次いで第１のフォトラッカを用いた処理によって、構造４３がエッチング成形される。次いで第２のフォトラッカマスクが設けられて、構造４２がエッチング成形される。次いでフォトラッカマスクの除去の後に、図６の（１）に示す２段階のエッチング層が用いられる。この方法において、エッチングマスク４１の形成の後に上面に別のフォトラッカプロセスを必要としないことは有利である。この種のフォトラッカプロセスは常にある程度の危険を伴って既に形成された構造に結合されているので、プロセスの安全性が改善される。
【００３２】
製造方法の有利な別の実施例が図７の（１〜４）に示してある。図５に示した方法に対して異なる点が第１の層としての(SOI)-層構造の使用にある。この場合、第１の層が第１のシリコン層１００、酸化物１０１及び第２のシリコン層１０２から形成される。別の相違点が２層のマスクの使用にある。
【００３３】
この方法は第１の層１で開始され、該層は第１のシリコン層１００、酸化物１０１及び第２のシリコン層１０２から成っている。図５の（１）の記載から明らかな形式で、ここでは両方の層４０，２から成る第２の層が設けられて、構造化される。中間製品が図７の（１）に示してある。
【００３４】
図５の（２）の記載から明らかな形式で、第３の層３が設けられて、酸化物ハードマスク(Oxidhardmaske)１０５を備えている。酸化物ハードマスク１０５は、図７の（２）に示すように、櫛形構造及び溝構造のための窓を有している。
【００３５】
さらに、フォトラッカから成る第２のマスク１０６を設け、該マスクは溝構造のための窓を有している。さらに、マスク１１を第１の層の背面に設け、該マスクは１つの窓を備えており、該窓は少なくとも振動質量の横方向の寸法を有している。次いで、第１の層の切除が水酸化カリウムエッチング(Kaliumhydroxid-aetzen)若しくはドライエッチングによって行われ、この場合、SOI-層構造の酸化物１０１がエッチングストッパ(Aetzstop)として役立つ。従って、第１の層の切除がほぼ珪素１００内で行われる。これによって、特に正確なエッチング深さ及び振動質量の特に正確な寸法が可能である。第１の層１を酸化物１０１まで切除した後の中間製品は図７の（３）に示してある。
【００３６】
次いで、エッチングプロセスに応じてラッカ若しくは酸化物、若しくはシリコン窒化物を含む酸化物（最後のダブルマスクがKOH-エッチングに際して用いられる）から成る背面のマスクが酸化物１０１の露出する部分と一緒に除去される。安定性を維持するために、第１の層の切除部が部分的にラッカ１１０で満たされ、該ラッカは第３の層３上の第２のマスク１０６のラッカと異なる溶媒内で溶解可能である。次いで第３の層３から出発して第３、第２及び第１の層から溝構造１０が加工形成され、前面のラッカマスク１０６の除去の後に櫛形構造１３がエッチングされる。両方のエッチングプロセスは有利にはドライエッチングによって行われる。この状態の構成部分が図７の（４）に示してある。
【００３７】
センサ構造を最終的に維持するために別の２つのプロセス段階が必要であり、該プロセス段階はここでは示されておらず、それというのは該プロセス段階は前の実施例と関連して示してあるからである。
【００３８】
この場合、一方ではラッカ１１０の除去が例えばストリップ(Strippen)によって行われる。他方では、最後の段階で第２の層２が櫛形構造３の下側でガス相エッチング(Gasphasenaetzen)によって除去される。さらにこのようなプロセスにおいて、もっぱらドライエッチングの使用によって、有利であると認められる段階の交換の可能性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加速度センサの概略斜視図
【図２】レートセンサの平面図
【図３】レートセンサの第１の製造方法を示す図
【図４】レートセンサの第２の製造方法を示す図
【図５】レートセンサの別の製造方法を示す図
【図６】レートセンサの別の製造方法を示す図
【図７】レートセンサの別の製造方法を示す図
【符号の説明】
１，２，３ 層、 ４ 導体路、 ５ 振動質量、 ６ 加速度センサ、 ７質量体、 ８ フレーム、 ９ ウエブ、 １３ 櫛形構造、 １７ たわみウエブ、 １８ 保持部、 １０ 切欠き、 １４，１６ 第４のカバー層、 １７ 不活性層、 １９ 保持ビーム、 ２０ 接点、 ２１ 駆動手段、 ２４ 層、 ４０ ポリシリコンスタート層、 ４１ エッチングマスク、 ４２，４３ 構造
Claims (13)
- 振動構造及び該振動構造のための懸架部を備えたレートセンサ（６）を製造するための方法であって、振動構造が少なくとも部分的に櫛形構造を備えた加速度センサとして構成されており、第１の層（１）、絶縁性の第２の層（２）及び第３の層（３）を備えたサブストレートから成っており、次の工程を含んでおり、つまり、
第３の層（３）に櫛形構造及び導体路（４）を構造化し、
第３の層（３）の前記櫛形構造の構造化の後に、第２の層（２）を櫛形構造の下側で少なくとも部分的に除去し、
第１の層（１）に不活性層を施し、かつ該不活性層を振動構造の領域で除去して、第１の層（１）をドライエッチングプロセスによって振動構造の領域で所定の厚さまで切除し、
第３の層（３）、第２の層（２）、及び第１の層（１）から振動構造を構造化することを特徴とする、レートセンサを製造するための方法。 - 導電性の層（２４）を導体路（４）上に形成する請求項１記載の方法。
- サブストレートが絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造から成っている請求項１記載の方法。
- サブストレートの第１の層（１）が珪素から成っており、サブストレートの絶縁性の第２の層（２）が酸化珪素から成っており、サブストレートの第３の層（３）が珪素から成っている請求項３記載の方法。
- 第１の層（１）が絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造から成っており、第２の層が、酸化物から成っており、第３の層が珪素から成っている請求項１記載の方法。
- 絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造として構成された第１の層及び又は別の層の酸化物をエッチングストッパとして用いる請求項５記載の方法。
- 振動構造及び該振動構造のための懸架部を備えたレートセンサ（６）を製造するための方法であって、振動構造が少なくとも部分的に櫛形構造を備えた加速度センサとして構成されており、第１の層（１）、絶縁性の第２の層（２）及び第３の層（３）を備えたサブストレートから成っており、次の工程を含んでおり、つまり、
第３の層（３）に櫛形構造及び導体路（４）を構造化し、
第３の層（３）の前記櫛形構造の構造化の後に、第２の層（２）を櫛形構造の下側で少なくとも部分的に除去し、
第１の層（１）を、３層から成る絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造として形成してあり、第１の層（１）に不活性層を施し、かつ該不活性層を化学的なウエットタイプのエッチングプロセス若しくはドライエッチングプロセスによって振動構造の領域で除去して、第１の層（１）を振動構造の領域で所定の厚さまで切除し、
第１の層（１）の前記所定の厚さまでの切除の後に、第３の層（３）、第２の層（２）、及び第１の層（１）から振動構造を構造化することを特徴とする、レートセンサを製造するための方法。 - 第１の層（１）の絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造の酸化物（１０１）を第１の層の切除のためのエッチングストッパとして用いる請求項７記載の方法。
- 第１の層（１）の絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造の酸化物（１０１）を溝構造の成形のためのエッチングストッパとして用いる請求項７記載の方法。
- 第１の層（１）の絶縁体・オン・シリコン(SOI)・層構造の酸化物（１０１）を振動質量の領域で切除する請求項７記載の方法。
- 第１の層（１）の切除を化学的なウエットタイプのエッチングプロセスによって行う請求項７記載の方法。
- 化学的なウエットタイプのエッチングプロセスに水酸化カリウムを用いる請求項１１記載の方法。
- 第１の層（１）の切除をドライエッチングプロセスによって行う請求項７記載の方法。
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