JPH04231812A - マイクロメカニカル式の傾斜センサ及び該傾斜センサのセンサ素子の製造方法 - Google Patents
マイクロメカニカル式の傾斜センサ及び該傾斜センサのセンサ素子の製造方法Info
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- JPH04231812A JPH04231812A JP3115761A JP11576191A JPH04231812A JP H04231812 A JPH04231812 A JP H04231812A JP 3115761 A JP3115761 A JP 3115761A JP 11576191 A JP11576191 A JP 11576191A JP H04231812 A JPH04231812 A JP H04231812A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロメカニカル式
の傾斜センサであって、センサ素子が単結晶シリコンウ
ェーハより製造されており、該単結晶シリコンウェーハ
から変位可能なシリコンアースがエッチングによって形
成されていて、少なくとも１つのシリコンアースの変位
を評価するための手段を備えている形式のものに関する
。
の傾斜センサであって、センサ素子が単結晶シリコンウ
ェーハより製造されており、該単結晶シリコンウェーハ
から変位可能なシリコンアースがエッチングによって形
成されていて、少なくとも１つのシリコンアースの変位
を評価するための手段を備えている形式のものに関する
。
【０００２】
【従来の技術】今日では、自動車分野に使用されるシス
テムにおける傾斜センサは、水銀スイッチによって構成
されている。水銀球は、静力学的な地球の自転運動下で
センサの傾斜角度に応じてその静止位置から変位せしめ
られる。この変位の角度が、所定の角度を越えると、電
気的な接触が中断されるようになっている。しかしなが
らこのような水銀スイッチは、毒性の理由により近年そ
の使用が次第に禁止されつつある。
テムにおける傾斜センサは、水銀スイッチによって構成
されている。水銀球は、静力学的な地球の自転運動下で
センサの傾斜角度に応じてその静止位置から変位せしめ
られる。この変位の角度が、所定の角度を越えると、電
気的な接触が中断されるようになっている。しかしなが
らこのような水銀スイッチは、毒性の理由により近年そ
の使用が次第に禁止されつつある。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願第３８１４９５
２号明細書によれば、シリコンマイクロメカニカル技術
に基づくセンサが公知である。この公知のセンサは、１
つ又は多数のウエブに懸架されていて、チップ表面に対
して直角に作用する力によってその静止位置から変位せ
しめられる。この変位は、ウエブの伸長によってピエゾ
抵抗式に規定される。センサは有利には加速度を測定す
るために設けられる。センサはまた、運動方向における
感応性の他に付加的に、横方向の強い感応性及び温度に
対する感応性をも有している。
２号明細書によれば、シリコンマイクロメカニカル技術
に基づくセンサが公知である。この公知のセンサは、１
つ又は多数のウエブに懸架されていて、チップ表面に対
して直角に作用する力によってその静止位置から変位せ
しめられる。この変位は、ウエブの伸長によってピエゾ
抵抗式に規定される。センサは有利には加速度を測定す
るために設けられる。センサはまた、運動方向における
感応性の他に付加的に、横方向の強い感応性及び温度に
対する感応性をも有している。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許第３６２５４４１号
明細書によれば、容量性の信号タップを有するマイクロ
メカニカル式の加速度センサが公知である。作動コンデ
ンサの中央電極として構成された、多数のウエブに懸架
されたシリコンアースの変位が、定置の第２の対抗電極
によって検出される。
明細書によれば、容量性の信号タップを有するマイクロ
メカニカル式の加速度センサが公知である。作動コンデ
ンサの中央電極として構成された、多数のウエブに懸架
されたシリコンアースの変位が、定置の第２の対抗電極
によって検出される。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許出願第３９２７１６
３号明細書によれば、半導体ウェーハで別の構造体がエ
ッチングによって取り出されるものが公知である。
３号明細書によれば、半導体ウェーハで別の構造体がエ
ッチングによって取り出されるものが公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、人体
に有害な材料を使用することなく、しかも、構造が簡単
で確実に作動するような、冒頭に述べた形式のセンサを
提供することである。
に有害な材料を使用することなく、しかも、構造が簡単
で確実に作動するような、冒頭に述べた形式のセンサを
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明のセンサによれば、少なくとも１つのシリコンアース
が、シリコンウェーハを完全に貫通するエッチング凹部
によって裸出されていて、１つの軸線上に存在する２つ
のウエブによって、シリコンアースがウエブをよじりな
がらウエブ軸線を中心にして回転することによって変位
できるように、シリコンウェーハと結合されており、セ
ンサ素子が上側のカバー及び／又は下側のカバーに接続
されており、シリコンアースの範囲で２つのカバーのう
ちの少なくとも一方に少なくとも２つの電極が設けられ
ており、これら少なくとも２の電極を備えたシリコンア
ースによって形成される、２つの静電容量の差によって
シリコンアースの変位の評価が行われるようになってい
る。
明のセンサによれば、少なくとも１つのシリコンアース
が、シリコンウェーハを完全に貫通するエッチング凹部
によって裸出されていて、１つの軸線上に存在する２つ
のウエブによって、シリコンアースがウエブをよじりな
がらウエブ軸線を中心にして回転することによって変位
できるように、シリコンウェーハと結合されており、セ
ンサ素子が上側のカバー及び／又は下側のカバーに接続
されており、シリコンアースの範囲で２つのカバーのう
ちの少なくとも一方に少なくとも２つの電極が設けられ
ており、これら少なくとも２の電極を備えたシリコンア
ースによって形成される、２つの静電容量の差によって
シリコンアースの変位の評価が行われるようになってい
る。
【０００８】本発明のセンサのためのセンサ素子を製造
するための方法によれば、シリコンアースを異方性の湿
式化学的なエッチングによってシリコンウェーハの後側
から基板に裸出させ、エピタキシャル層を後側エッチン
グのためのエッチングストップとして使用し、シリコン
アース及びウエブを、等方性又は異方性のエッチングに
よってエッチング層内でシリコンウェーハの前側から裸
出させるようにした。また本発明のセンサのためのセン
サ素子を製造するための別の方法によれば、エピタキシ
ャル層のエッチング凹部範囲を異方性エッチング工程で
取り除き、次いで化学的な等方性エッチング工程で、シ
リコンウェーハのエッチング凹部範囲をウェーハの前側
から出発してエッチングによって取り除き、ウエブのサ
イドエッチングを電気化学的に行い、このときにエピタ
キシャル層をエッチングストップとして使用するように
した。
するための方法によれば、シリコンアースを異方性の湿
式化学的なエッチングによってシリコンウェーハの後側
から基板に裸出させ、エピタキシャル層を後側エッチン
グのためのエッチングストップとして使用し、シリコン
アース及びウエブを、等方性又は異方性のエッチングに
よってエッチング層内でシリコンウェーハの前側から裸
出させるようにした。また本発明のセンサのためのセン
サ素子を製造するための別の方法によれば、エピタキシ
ャル層のエッチング凹部範囲を異方性エッチング工程で
取り除き、次いで化学的な等方性エッチング工程で、シ
リコンウェーハのエッチング凹部範囲をウェーハの前側
から出発してエッチングによって取り除き、ウエブのサ
イドエッチングを電気化学的に行い、このときにエピタ
キシャル層をエッチングストップとして使用するように
した。
【０００９】
【効果】本発明のセンサによれば、人体に有害な材料は
使用されておらず、しかも、本発明によるセンサのセン
サ素子は、従来のマイクロメカニカル製造方法、及び半
導体素子の製造方法によって簡単に製造することができ
るという利点がある。傾斜に応じた加速度測定のために
必要な地震検出アースは、シリコンアースを裸出させる
際に、全ウェーハ厚を取り除くことによって容易に実現
され得る。シリコンアースの変位を容量式に検出すれば
、静電容量の差による信号評価によって信号の増幅が可
能となり、妨害となる横方向の加速度の影響は取り除か
れるので、特に有利である。
使用されておらず、しかも、本発明によるセンサのセン
サ素子は、従来のマイクロメカニカル製造方法、及び半
導体素子の製造方法によって簡単に製造することができ
るという利点がある。傾斜に応じた加速度測定のために
必要な地震検出アースは、シリコンアースを裸出させる
際に、全ウェーハ厚を取り除くことによって容易に実現
され得る。シリコンアースの変位を容量式に検出すれば
、静電容量の差による信号評価によって信号の増幅が可
能となり、妨害となる横方向の加速度の影響は取り除か
れるので、特に有利である。
【００１０】請求項１に記載した本発明によるセンサの
有利な別の構成要件及び方法は、請求項２から１３まで
、及び請求項１６及び１７に記載されている。
有利な別の構成要件及び方法は、請求項２から１３まで
、及び請求項１６及び１７に記載されている。
【００１１】センサ素子内で所定の圧力を調節するため
に、センサ素子はカプセリングされていれば、シリコン
アースは最適に減衰される。しかもカプセリングによっ
てセンサ素子は汚れから保護される。シリコンアースの
可動性を確実なものにするために、有利にはカバーが使
用されており、該カバーは、シリコンアース及びウエブ
の範囲で凹部を有している。シリコン構造体の厚さが減
少されていて、これによってより確実な可動性が得られ
ようにすれば、特に有利である。また有利には、電極は
、カバーに、構造化された金属被覆を施すことによって
実現される。２つのカバーのうちの一方又は両方が構造
化されていれば、構造化された金属被覆として構成され
た電極を、シリコンアースの範囲に形成された凹部の底
に配置すれば有利である。カバーの材料としてパイレッ
クス−ガラス又はシリコンを選択して、カバーをセンサ
素子にアノード式にボンディングすれば特に有利である
ことが判明した。シリコンアースは特に有利には、（１
００）−又は（１１０）−結晶配列を有するシリコンウ
ェーハよりエッチングによって形成することができる。 何故ならば、結晶配列のウェーハには、電気化学的な、
異方性のエッチングによって簡単な構造体が形成され、
この構造体においてシリコンアースの重心点はウエブ軸
線から離れて位置しているので、センサの感応性は可能
な限り大きいからである。（１００）−結晶配列を有す
るシリコンウェーハにおいては、ウエブ軸線をウェーハ
表面内で（１００）−方向で選択すれば特に有利である
。何故ならば、これによってセンサ素子の製造時に、エ
ッチング工程の異方性特性がウェーハのサイドエッチン
グのために特に良好に利用され得るからである。 センサ素子の製造時において、ｎ−又はｐ−ドーピング
された基板及び、この基板上に施された別のドーピング
されたエピタキシャル層によって形成されたシリコンア
ースを使用しても有利であることが判明した。この関連
性において重要なことは、基板とエピタキシャル層との
間のドーピング接合である。しかしながらドーピング接
合は、拡散によっても生ぜしめられる。ｎｐ−接合、ｎ
ｐ＋−接合、ｐｐ＋−接合が有利であることが判明した
。 何故ならば、これらは、電気化学的なエッチング法にお
けるエッチングストップ（エッチング阻止部）として使
用できるからである。
に、センサ素子はカプセリングされていれば、シリコン
アースは最適に減衰される。しかもカプセリングによっ
てセンサ素子は汚れから保護される。シリコンアースの
可動性を確実なものにするために、有利にはカバーが使
用されており、該カバーは、シリコンアース及びウエブ
の範囲で凹部を有している。シリコン構造体の厚さが減
少されていて、これによってより確実な可動性が得られ
ようにすれば、特に有利である。また有利には、電極は
、カバーに、構造化された金属被覆を施すことによって
実現される。２つのカバーのうちの一方又は両方が構造
化されていれば、構造化された金属被覆として構成され
た電極を、シリコンアースの範囲に形成された凹部の底
に配置すれば有利である。カバーの材料としてパイレッ
クス−ガラス又はシリコンを選択して、カバーをセンサ
素子にアノード式にボンディングすれば特に有利である
ことが判明した。シリコンアースは特に有利には、（１
００）−又は（１１０）−結晶配列を有するシリコンウ
ェーハよりエッチングによって形成することができる。 何故ならば、結晶配列のウェーハには、電気化学的な、
異方性のエッチングによって簡単な構造体が形成され、
この構造体においてシリコンアースの重心点はウエブ軸
線から離れて位置しているので、センサの感応性は可能
な限り大きいからである。（１００）−結晶配列を有す
るシリコンウェーハにおいては、ウエブ軸線をウェーハ
表面内で（１００）−方向で選択すれば特に有利である
。何故ならば、これによってセンサ素子の製造時に、エ
ッチング工程の異方性特性がウェーハのサイドエッチン
グのために特に良好に利用され得るからである。 センサ素子の製造時において、ｎ−又はｐ−ドーピング
された基板及び、この基板上に施された別のドーピング
されたエピタキシャル層によって形成されたシリコンア
ースを使用しても有利であることが判明した。この関連
性において重要なことは、基板とエピタキシャル層との
間のドーピング接合である。しかしながらドーピング接
合は、拡散によっても生ぜしめられる。ｎｐ−接合、ｎ
ｐ＋−接合、ｐｐ＋−接合が有利であることが判明した
。 何故ならば、これらは、電気化学的なエッチング法にお
けるエッチングストップ（エッチング阻止部）として使
用できるからである。
【００１２】よじられるウエブは、エピタキシャル層の
エッチングストップ特性に基づいてエピタキシャル層に
特に有利に形成される。センサの特に有利な構成は、電
極がシリコンアースの下側に向き合って取り付けられる
ことにある。本発明によるセンサ構造の特別な利点は、
２つのセンサを組み合わせることによって、様々な方向
の傾斜角度を測定する簡単なセンサが実現され得ること
にある。
エッチングストップ特性に基づいてエピタキシャル層に
特に有利に形成される。センサの特に有利な構成は、電
極がシリコンアースの下側に向き合って取り付けられる
ことにある。本発明によるセンサ構造の特別な利点は、
２つのセンサを組み合わせることによって、様々な方向
の傾斜角度を測定する簡単なセンサが実現され得ること
にある。
【００１３】本発明の別の利点は、センサが、基板とこ
の基板上に施されたエピタキシャル層との間のドーピン
グ接合を有するシリコンウェーハから、半導体技術にお
いて一般的である工程段階で製造されるという点にある
。
の基板上に施されたエピタキシャル層との間のドーピン
グ接合を有するシリコンウェーハから、半導体技術にお
いて一般的である工程段階で製造されるという点にある
。
【００１４】以上の関連性において本発明によれば有利
には、センサ素子は、裏側のエッチングによっても、エ
ッチングストップ層としてエピタキシャル層を使用して
電気化学的なエッチングでシリコンウェーハの前側をエ
ッチングすることによっても製造され得る。
には、センサ素子は、裏側のエッチングによっても、エ
ッチングストップ層としてエピタキシャル層を使用して
電気化学的なエッチングでシリコンウェーハの前側をエ
ッチングすることによっても製造され得る。
【００１５】
【実施例】図１では、単結晶シリコンウェーハが符号１
０で示されている。この単結晶シリコンウェーハ１０か
らセンサ素子の構造がエッチングによって抜き出される
。この実施例ではシリコンウェーハは、（１００）−結
晶配列を有しているが、例えば（１１０）−結晶配列を
有していてもよい。エッチング凹部１３によって、シリ
コンアース１６と２つのウエブ１４，１５とから成る構
造体が裸出、つまり浮き彫りにされる。ウエブ１４，１
５はシリコンアース１６を懸架させるためのものであっ
て、一つの軸線に配置されているので、シリコンアース
１６は、ウエブ１４，１５をよじりながらチップ表面に
対して直角に変位可能である。また、２つのウエブ１４
，１５の代わりに多数のウエブ又は選択的に１つの懸架
部材を使用してもよい。勿論、シリコンアース１６は懸
架部材をよじりながら変位可能である。
０で示されている。この単結晶シリコンウェーハ１０か
らセンサ素子の構造がエッチングによって抜き出される
。この実施例ではシリコンウェーハは、（１００）−結
晶配列を有しているが、例えば（１１０）−結晶配列を
有していてもよい。エッチング凹部１３によって、シリ
コンアース１６と２つのウエブ１４，１５とから成る構
造体が裸出、つまり浮き彫りにされる。ウエブ１４，１
５はシリコンアース１６を懸架させるためのものであっ
て、一つの軸線に配置されているので、シリコンアース
１６は、ウエブ１４，１５をよじりながらチップ表面に
対して直角に変位可能である。また、２つのウエブ１４
，１５の代わりに多数のウエブ又は選択的に１つの懸架
部材を使用してもよい。勿論、シリコンアース１６は懸
架部材をよじりながら変位可能である。
【００１６】この実施例ではシリコンウェーハ１０は、
１つのｎ−又はｐ−ドーピングされた基板９と、この基
板９上に施された、種々異なるドーピングを施されたエ
ピタキシャル層８とから形成されるので、基板９とエピ
タキシャル層８との間でドーピング接合が形成される。 これは、ｐｎ−接合、ｎｐ＋接合又はｐｐ＋接合である
。 さらに図２には、上側のカバー１１が示されていて、該
カバー１１は、シリコンアース１６の範囲並びにウェー
ハ１４，１５の範囲内で凹部１７を有しており、これに
よって、上側のカバー１１によってシリコンアース１６
の変位可能性が妨害されることは避けられる。センサ素
子が下側のカバー１２上に取り付けられていて、該下側
のカバー１２は、シリコンアース１６の範囲で同様に凹
部１８を有していて、これによって、下側のカバー１２
によってシリコンアース１６の変位可能性が妨げられる
ことは避けられる。また選択的に、シリコンアース１６
の上側及び下側の厚さを薄くしてもよい。下側のカバー
１２と上側のカバー１１は、ガラス又はシリコンより成
っていて、センサ素子を包むために使用される。センサ
中空室２１内では種々の圧力が調節されるようになって
いるので、シリコンアース１６は最適に蒸着される。シ
リコンアース１６は、異方性湿式化学式エッチングによ
って形成され、この時に、（１００）−結晶配列のシリ
コンウェーハに台形の横断面を有する構造が形成され、
（１００）−結晶配列のシリコンウェーハに方形横断面
を有する構造が形成される。シリコンアース１６はシリ
コンウェーハ１０の厚さ全体に亙って延びている。ウエ
ブ１４，１５は電気化学的なサイドエッチングによって
形成される。この場合のエッチング段階として、基板９
とエピタキシャル層８との間のドーピング接合が利用さ
れる。このために、エッチング過程中にｐｎ−接合が遮
断方向に切り換えられる。エッチング率は、空間放電領
域に達した時に結晶表面における電気化学的な電位が変
化するために著しく低下する。このような作用は、ｎｐ
＋−又はｐｐ＋−接合時においても生じるが、この場合
には電圧の供給は必要ない。従ってウエブ１４，１５は
エピタキシャル層内においてのみ形成されている。シリ
コンアース１６の最適な変位を得るために、ウエブ１４
，１５のために、典型的な基準２ｍｍ ｘ ２０μｍ
ｘ ２０μｍが選択される。センサをできるだけ高感度
にするために、シリコンアース１６の旋回中心点Ｓはウ
エブ軸線からできるだけ離れて存在しているので、ウエ
ブ軸線を中心にしてセンサが回転する際に生じるトルク
（このトルクがアースをその停止位置から変位させる）
は、できるだけ大きい。
１つのｎ−又はｐ−ドーピングされた基板９と、この基
板９上に施された、種々異なるドーピングを施されたエ
ピタキシャル層８とから形成されるので、基板９とエピ
タキシャル層８との間でドーピング接合が形成される。 これは、ｐｎ−接合、ｎｐ＋接合又はｐｐ＋接合である
。 さらに図２には、上側のカバー１１が示されていて、該
カバー１１は、シリコンアース１６の範囲並びにウェー
ハ１４，１５の範囲内で凹部１７を有しており、これに
よって、上側のカバー１１によってシリコンアース１６
の変位可能性が妨害されることは避けられる。センサ素
子が下側のカバー１２上に取り付けられていて、該下側
のカバー１２は、シリコンアース１６の範囲で同様に凹
部１８を有していて、これによって、下側のカバー１２
によってシリコンアース１６の変位可能性が妨げられる
ことは避けられる。また選択的に、シリコンアース１６
の上側及び下側の厚さを薄くしてもよい。下側のカバー
１２と上側のカバー１１は、ガラス又はシリコンより成
っていて、センサ素子を包むために使用される。センサ
中空室２１内では種々の圧力が調節されるようになって
いるので、シリコンアース１６は最適に蒸着される。シ
リコンアース１６は、異方性湿式化学式エッチングによ
って形成され、この時に、（１００）−結晶配列のシリ
コンウェーハに台形の横断面を有する構造が形成され、
（１００）−結晶配列のシリコンウェーハに方形横断面
を有する構造が形成される。シリコンアース１６はシリ
コンウェーハ１０の厚さ全体に亙って延びている。ウエ
ブ１４，１５は電気化学的なサイドエッチングによって
形成される。この場合のエッチング段階として、基板９
とエピタキシャル層８との間のドーピング接合が利用さ
れる。このために、エッチング過程中にｐｎ−接合が遮
断方向に切り換えられる。エッチング率は、空間放電領
域に達した時に結晶表面における電気化学的な電位が変
化するために著しく低下する。このような作用は、ｎｐ
＋−又はｐｐ＋−接合時においても生じるが、この場合
には電圧の供給は必要ない。従ってウエブ１４，１５は
エピタキシャル層内においてのみ形成されている。シリ
コンアース１６の最適な変位を得るために、ウエブ１４
，１５のために、典型的な基準２ｍｍ ｘ ２０μｍ
ｘ ２０μｍが選択される。センサをできるだけ高感度
にするために、シリコンアース１６の旋回中心点Ｓはウ
エブ軸線からできるだけ離れて存在しているので、ウエ
ブ軸線を中心にしてセンサが回転する際に生じるトルク
（このトルクがアースをその停止位置から変位させる）
は、できるだけ大きい。
【００１７】図３では２つの電極１９，２０が図示され
ており、これらの電極１９，２０は、凹部１７の底部に
設けられている。これらの電極は、それぞれシリコンア
ース１６と共に静電容量を形成する。電極１９，２０は
例えば、上部のカバー１１を構造化して金属被覆するこ
とによって実現され得る。ウエブ１４，１５をよじりな
がらシリコンアース１６を変位させる際に、シリコンア
ース１６と電極１９との間の間隔、並びにシリコンアー
ス１６と電極２０との間の間隔がやや変化する。例えば
、電極１９に対するシリコンアース１６の間隔を大きく
すると、電極２０に対するシリコンアース１６の間隔が
小さくなり、また、電極１９に対するシリコンアース１
６の間隔を小さくすると、電極２０に対するシリコンア
ース１６の間隔は大きくなる。この間隔が変化すること
によって静電容量も変化する。シリコンアース１６の変
位の評価は、一方ではシリコンアース１６と電極１９と
の間の静電容量の差によって、他方ではシリコンアース
１６と電極２０との間の静電容量の差によって行われる
ので、センサの傾斜によって生ぜしめられた信号は増幅
される。例えばセンサ表面に対して直角方向の加速によ
って生ぜしめられる信号は、静電容量の差による評価に
おいて検出されない、何故ならば、２つの静電容量は同
方向で変化するからである。
ており、これらの電極１９，２０は、凹部１７の底部に
設けられている。これらの電極は、それぞれシリコンア
ース１６と共に静電容量を形成する。電極１９，２０は
例えば、上部のカバー１１を構造化して金属被覆するこ
とによって実現され得る。ウエブ１４，１５をよじりな
がらシリコンアース１６を変位させる際に、シリコンア
ース１６と電極１９との間の間隔、並びにシリコンアー
ス１６と電極２０との間の間隔がやや変化する。例えば
、電極１９に対するシリコンアース１６の間隔を大きく
すると、電極２０に対するシリコンアース１６の間隔が
小さくなり、また、電極１９に対するシリコンアース１
６の間隔を小さくすると、電極２０に対するシリコンア
ース１６の間隔は大きくなる。この間隔が変化すること
によって静電容量も変化する。シリコンアース１６の変
位の評価は、一方ではシリコンアース１６と電極１９と
の間の静電容量の差によって、他方ではシリコンアース
１６と電極２０との間の静電容量の差によって行われる
ので、センサの傾斜によって生ぜしめられた信号は増幅
される。例えばセンサ表面に対して直角方向の加速によ
って生ぜしめられる信号は、静電容量の差による評価に
おいて検出されない、何故ならば、２つの静電容量は同
方向で変化するからである。
【００１８】図４，図５にはセンサ素子が示されており
、このセンサ素子の構造は、シリコンウェーハ１０の後
ろ側をエッチングすることによって形成され、該シリコ
ンウェーハ１０は、ｎ−又はｐ−ドーピングされた基板
と、この基板上に施されたエピタキシャル層とから成っ
ている。エピタキシャル層は、基板とは異なるドーピン
グを有しているので、基板とエピタキシャル層との間に
ドーピング接合が生じる。図４では、（１００）−結晶
配列を有するシリコンウェーハ上に存在するセンサ素子
が示されている。裏側を電気化学的な異方性エッチング
することによって、Ｖ字状のエッチング凹部１３が形成
される。図５に示されたシリコンウェーハ１０は（１１
０）−結晶配列を有している。何故ならば、裏側を電気
化学的な異方性エッチングする際に鉛直方向に延びる壁
を有するエッチング凹部が形成されるからである。次い
でウェーハ前側から行われるエッチング工程によってセ
ンサ構造が規定される。図６には同様に、（１００）−
結晶配列を有する２層のセンサ素子が示されている。 図４に示されたセンサ素子とは異なり、この図６では、
シリコンウェーハ１０の前側から構成が行われる。この
２つの製造方法において、シリコンウェーハの主要面は
、マイクロメカニカル技術において一般的なマスキング
によって不動態化される。符号Ｓでそれぞれシリコンア
ース１６の重心点が示されている。シリコンウェーハ１
０のそれぞれの結晶配列及び、センサ素子を製造する際
の工程に応じて、シリコンアース１６の重心点Ｓはそれ
ぞれ異なる位置に選定され、これによってセンサの感応
度が変化せしめられる。
、このセンサ素子の構造は、シリコンウェーハ１０の後
ろ側をエッチングすることによって形成され、該シリコ
ンウェーハ１０は、ｎ−又はｐ−ドーピングされた基板
と、この基板上に施されたエピタキシャル層とから成っ
ている。エピタキシャル層は、基板とは異なるドーピン
グを有しているので、基板とエピタキシャル層との間に
ドーピング接合が生じる。図４では、（１００）−結晶
配列を有するシリコンウェーハ上に存在するセンサ素子
が示されている。裏側を電気化学的な異方性エッチング
することによって、Ｖ字状のエッチング凹部１３が形成
される。図５に示されたシリコンウェーハ１０は（１１
０）−結晶配列を有している。何故ならば、裏側を電気
化学的な異方性エッチングする際に鉛直方向に延びる壁
を有するエッチング凹部が形成されるからである。次い
でウェーハ前側から行われるエッチング工程によってセ
ンサ構造が規定される。図６には同様に、（１００）−
結晶配列を有する２層のセンサ素子が示されている。 図４に示されたセンサ素子とは異なり、この図６では、
シリコンウェーハ１０の前側から構成が行われる。この
２つの製造方法において、シリコンウェーハの主要面は
、マイクロメカニカル技術において一般的なマスキング
によって不動態化される。符号Ｓでそれぞれシリコンア
ース１６の重心点が示されている。シリコンウェーハ１
０のそれぞれの結晶配列及び、センサ素子を製造する際
の工程に応じて、シリコンアース１６の重心点Ｓはそれ
ぞれ異なる位置に選定され、これによってセンサの感応
度が変化せしめられる。
【００１９】裏側エッチングを行わずに製造され得るセ
ンサ素子の別の実施例は、図７及び図８の平面図に示さ
れている。シリコンアース１６は、この実施例では、基
板とエピタキシャル層との間のドーピング接合を有する
、（１００）−結晶配列のシリコンウェーハよりエッチ
ングによって製造されている。エッチングストップ層と
してのエピタキシャル層は、凹部範囲内で第１のエッチ
ング段階で形成される。次いでシリコンウェーハ１０は
、電気化学的な異方性のエッチングによって前側から形
成される。この場合に、ウエブ１４，１５はエピタキシ
ャル層の下側でエッチングされて、裸出される。ウエブ
をエッチングする際には、ウエブの下に形成される凸状
のコーナー部が早期にエッチングされないように注意し
なければならない。従って、エッチングマスクの構成で
は、凸状のコーナー部に適当なコーナー補正部を設ける
か及び／又はウエブを非常に幅広く構成すると有利であ
る。これによって、（１００）−方向の側方のエッチン
グ率が利用される。ティーフエッチング終了の直前に、
例えば遮断方向で電圧を供給することによってエピタキ
シャル層を不動態化しなければならない。
ンサ素子の別の実施例は、図７及び図８の平面図に示さ
れている。シリコンアース１６は、この実施例では、基
板とエピタキシャル層との間のドーピング接合を有する
、（１００）−結晶配列のシリコンウェーハよりエッチ
ングによって製造されている。エッチングストップ層と
してのエピタキシャル層は、凹部範囲内で第１のエッチ
ング段階で形成される。次いでシリコンウェーハ１０は
、電気化学的な異方性のエッチングによって前側から形
成される。この場合に、ウエブ１４，１５はエピタキシ
ャル層の下側でエッチングされて、裸出される。ウエブ
をエッチングする際には、ウエブの下に形成される凸状
のコーナー部が早期にエッチングされないように注意し
なければならない。従って、エッチングマスクの構成で
は、凸状のコーナー部に適当なコーナー補正部を設ける
か及び／又はウエブを非常に幅広く構成すると有利であ
る。これによって、（１００）−方向の側方のエッチン
グ率が利用される。ティーフエッチング終了の直前に、
例えば遮断方向で電圧を供給することによってエピタキ
シャル層を不動態化しなければならない。
【００２０】エピタキシャル層及び基板がドーピング接
合、例えばｎｐ−接合によって電気的に互いに絶縁され
ていれば、シリコンアース全体は差動コンデンサとして
使用され得ない。何故ならば、中央電極はウエブを介し
てしか取り出すことができないからである。この問題点
は、基板とエピタキシャル層との間のドーピング接合が
ｐｐ＋−接合であれば、生じない。図９には、シリコン
アース１６全体が差動コンデンサの可動な電極として使
用されるセンサ素子の別の実施例が示されている。シリ
コンウェーハ１０（このシリコンウェーハ１０からセン
サ素子がエッチングによって形成される）は、ｐ−ドー
ピングされた基板９と、この基板９上に施されたｎドー
ピングされたエピタキシャル層８とから成っている。セ
ンサ素子を製造する際に、エピタキシー前に、シリコン
アース１６の範囲内でｐ−基板がｐ−ドーピング、有利
にはホウ素が施される。エピタキシー後に、シリコンア
ース、ウエブ及び接続導線の範囲に同様にホウ素によっ
てドーピングが施される。続いて行われる熱処理段階で
。ホウ素−原子がエピタキシャル層内に打ち込まれて、
シリコンアースの電気的な接続を可能にする。このよう
な工程段階は、アップダウン−絶縁（Ｕｐ−ａｎｄ−Ｄ
ｏｗｎ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のためのバイポラー（Ｂ
ｉｐｏｌａｒ）−Ｉｃｓ並びに、ベース接続拡散として
使用される。
合、例えばｎｐ−接合によって電気的に互いに絶縁され
ていれば、シリコンアース全体は差動コンデンサとして
使用され得ない。何故ならば、中央電極はウエブを介し
てしか取り出すことができないからである。この問題点
は、基板とエピタキシャル層との間のドーピング接合が
ｐｐ＋−接合であれば、生じない。図９には、シリコン
アース１６全体が差動コンデンサの可動な電極として使
用されるセンサ素子の別の実施例が示されている。シリ
コンウェーハ１０（このシリコンウェーハ１０からセン
サ素子がエッチングによって形成される）は、ｐ−ドー
ピングされた基板９と、この基板９上に施されたｎドー
ピングされたエピタキシャル層８とから成っている。セ
ンサ素子を製造する際に、エピタキシー前に、シリコン
アース１６の範囲内でｐ−基板がｐ−ドーピング、有利
にはホウ素が施される。エピタキシー後に、シリコンア
ース、ウエブ及び接続導線の範囲に同様にホウ素によっ
てドーピングが施される。続いて行われる熱処理段階で
。ホウ素−原子がエピタキシャル層内に打ち込まれて、
シリコンアースの電気的な接続を可能にする。このよう
な工程段階は、アップダウン−絶縁（Ｕｐ−ａｎｄ−Ｄ
ｏｗｎ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のためのバイポラー（Ｂ
ｉｐｏｌａｒ）−Ｉｃｓ並びに、ベース接続拡散として
使用される。
【００２１】図１０に示されているように２つのセンサ
を配置することによって、回転軸線３１を中心とした３
６０°までの回転角度の種々異なる規定された測定が可
能である。シリコンアース１６１の２つの電極及びウエ
ブ１４１，１５１を備えた第１のセンサは、傾斜角度の
正弦に対して比例する信号を発信し、これに対して、シ
リコンアース１６２の電極２０２及び１９２並びにウエ
ブ１４２及び１５２を備えた第２のセンサは、回転角度
の余弦に比例する信号を発信する。
を配置することによって、回転軸線３１を中心とした３
６０°までの回転角度の種々異なる規定された測定が可
能である。シリコンアース１６１の２つの電極及びウエ
ブ１４１，１５１を備えた第１のセンサは、傾斜角度の
正弦に対して比例する信号を発信し、これに対して、シ
リコンアース１６２の電極２０２及び１９２並びにウエ
ブ１４２及び１５２を備えた第２のセンサは、回転角度
の余弦に比例する信号を発信する。
【００２２】互いに直角に位置するねじり軸線を有する
１平面上に２つのセンサを配置したことによってさらに
、傾斜角度を２次元で検出することができる。
１平面上に２つのセンサを配置したことによってさらに
、傾斜角度を２次元で検出することができる。
【図１】本発明の１実施例によるセンサのセンサ素子の
平面図である。
平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の別の実施例によるセンサ素子の断面図
である。
である。
【図５】本発明のさらに別の実施例によるセンサ素子の
断面図である。
断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例によるセンサ素子の
断面図である。
断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例によるセンサ素子の
平面図である。
平面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例によるセンサ素子の
平面図である。
平面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例によるセンサ素子の
断面図である。
断面図である。
【図１０】センサ内に２つのセンサ素子を配置した斜視
図である。
図である。
Claims (17)
- 【請求項１】 マイクロメカニカル式の傾斜センサで
あって、センサ素子が単結晶シリコンウェーハ（１０）
より製造されており、該単結晶シリコンウェーハ（１０
）から変位可能なシリコンアース（１６）がエッチング
によって形成されていて、少なくとも１つのシリコンア
ース（１６）の変位を評価するための手段を備えている
形式のものにおいて、少なくとも１つのシリコンアース
（１６）が、シリコンウェーハ（１０）を完全に貫通す
るエッチング凹部（１３）によって裸出されていて、１
つの軸線上に存在する２つのウエブ（１４，１５）によ
って、シリコンアース（１６）がウエブ（１４，１５）
をよじりながらウエブ軸線を中心にして回転することに
よって変位できるように、シリコンウェーハ（１０）と
結合されており、センサ素子が上側のカバー（１１）及
び／又は下側のカバー（１２）に接続されており、シリ
コンアース（１６）の範囲で２つのカバー（１１，１２
）のうちの少なくとも一方に少なくとも２つの電極（１
９，２０）が設けられており、これら少なくとも２の電
極（１９，２０）を備えたシリコンアース（１６）によ
って形成される、２つの静電容量の差によってシリコン
アース（１６）の変位の評価が行われることを特徴とす
る、マイクロメカニカル式の傾斜センサ。 - 【請求項２】 上側のカバー（１１）及び／又は下側
のカバー（１２）がシリコンアース（１６）の範囲で凹
部（１７，１８）を有している、請求項１記載の傾斜セ
ンサ。 - 【請求項３】 ウエブ（１４，１５）及び／又は変位
可能なシリコンアース（１６）の厚さが減少されていて
、これによって、ウエブ（１４，１５）及びシリコンア
ース（１６）は、上側のカバー（１１）及び下側のカバ
ー（１２）から間隔を保って配置されている、請求項１
記載の傾斜センサ。 - 【請求項４】 少なくとも２つの電極（１９，２０）
が、シリコンアース（１６）の範囲で、構造化された又
は構造化されていない上側のカバー（１１）及び／又は
下側のカバー（１２）の構造化された金属被覆によって
形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記
載の傾斜センサ。 - 【請求項５】 下側のカバー（１２）及び／又は上側
のカバー（１２）がシリコン又はガラスである、請求項
１から４までのいずれか１項記載のセンサ。 - 【請求項６】 下側のカバー（１２）及び／又は上側
のカバー（１２）が、アノードボンドによってシリコン
ウェーハ（１０）に接着されている、請求項１から５ま
でのいずれか１項記載の傾斜センサ。 - 【請求項７】 シリコンウェーハ（１０）が（１００
）−又は（１１０）−結晶配列を有している、請求項１
から６までのいずれか１項記載の傾斜センサ。 - 【請求項８】 シリコンウェーハ（１０）が、ｎ−又
はｐ−ドーピングされた基板（９）と、別のドーピング
されたエッチングストップ層（８）とによって形成され
ており、基板（９）とエッチングストップ層（８）との
間にドーピング接合が形成されている、請求項１から７
までのいずれか１項記載の傾斜センサ。 - 【請求項９】 シリコンウェーハ（１０）が（１００
）−結晶配列を有していて、ウエブ軸線が、ウェーハ表
面に存在する（１００）−方向に配列されている、請求
項８記載の傾斜センサ。 - 【請求項１０】 ドーピング接合がｐｎ−接合であっ
て、シリコンアースが、シリコンアース（１６）の範囲
における基板（９）のドーピングによって、及び／又は
、シリコンアース（１６）の範囲及び／又はウェーハ（
１４，１５）の範囲におけるエピタキシャル層（８）の
ドーピングによって、ウェーハ表面と電気接触している
、請求項８又は９記載の傾斜センサ。 - 【請求項１１】 基板（９）がウェーハ（１４，１５
）の範囲でエッチングによって取り除かれている、請求
項１から１０までのいずれか１項記載の傾斜センサ。 - 【請求項１２】 請求項１から１１までのいずれか１
項記載の、少なくとも１つの第２センサが、第１のセン
サに接続されていて、該第２のセンサのウエブ軸線が第
１のセンサのウエブ軸線に対して直角に配列されている
、請求項１から１１までのいずれか１項記載の傾斜セン
サ。 - 【請求項１３】 第１のセンサに、同形式の少なくと
も１つの第２のセンサが接続されていて、該第２のセン
サの変位方向が第１のセンサの変位方向に対して直角に
配列されていて、これによって第１のセンサ及び第２の
センサのウエブ軸線が平行に配列されている、請求項１
から１１までのいずれか１項記載の傾斜センサ。 - 【請求項１４】 請求項１から１３までのいずれか１
項記載の傾斜センサのためのセンサ素子の製造方法にお
いて、シリコンアース（１６）を異方性の湿式化学的な
エッチングによってシリコンウェーハ（１０）の後側か
ら基板（９）に裸出させ、エピタキシャル層（８）を後
側エッチングのためのエッチングストップとして使用し
、シリコンアース（１６）及びウエブ（１４，１５）を
、等方性又は異方性のエッチングによってエッチング層
内でシリコンウェーハ（１０）の前側から裸出させるこ
とを特徴とする、傾斜センサのためのセンサ素子の製造
方法。 - 【請求項１５】 請求項１から１３までのいずれか１
項記載の傾斜センサのためのセンサ素子の製造方法にお
いて、エピタキシャル層（８）のエッチング凹部範囲を
異方性エッチング工程で取り除き、次いで化学的な等方
性エッチング工程で、シリコンウェーハ（１０）のエッ
チング凹部範囲をウェーハの前側から出発してエッチン
グによって取り除き、ウエブ（１４，１５）のサイドエ
ッチングを電気化学的に行い、このときにエピタキシャ
ル層（８）をエッチングストップとして利用することを
特徴とする、傾斜センサのためのセンサ素子の製造方法
。 - 【請求項１６】 エピタキシャル層（８）を不動態化
層によって不動態化し、該不動態化層内にフォトリソグ
ラフィー技術によってエッチングマスクを設け、該エッ
チングマスクの構造体に、センサ素子のセンサ構造体の
凸状のコーナー部のためのコーナー補償部を設ける、請
求項１５記載の製造方法。 - 【請求項１７】 ｎ−エピタキシャル層（８）を施す
前に、ｐ−基板（９）の、可動なシリコンアース（１６
）を構造化しようとする範囲に、第１のｐ−ドーピング
（７）を施し、ｎ−エピタキシャル層（８）を施した後
で、該ｎ−エピタキシャル層（８）の、可動なシリコン
アース（１６）及びウエブ（１４，１５）を構造化しよ
うとする範囲に第２のｐ−ドーピング（６）を施し、こ
れによって第１のｐ−ドーピング（７）と第２のｐ−ド
ーピング（６）とを互いにかみ合わせる、請求項１４か
ら１６までのいずれか１項記載の製造方法。
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