JPH0794760A - 過負荷安全装置を有するマイクロメカニカルセンサの製造方法およびこの種のセンサ - Google Patents

過負荷安全装置を有するマイクロメカニカルセンサの製造方法およびこの種のセンサ

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JPH0794760A
JPH0794760A JP10624691A JP10624691A JPH0794760A JP H0794760 A JPH0794760 A JP H0794760A JP 10624691 A JP10624691 A JP 10624691A JP 10624691 A JP10624691 A JP 10624691A JP H0794760 A JPH0794760 A JP H0794760A
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safety device
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Frank Bantien
バンティエン フランク
Guenther Findler
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Robert Bosch GmbH
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    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速度受振器および過負荷安全装置を1つの
シリコンウエーハから構造体化できかつIC製造と結合
して適用できるマイクロメカニカルセンサの製造方法を
提供する。 【構成】 センサは少なくとも1つの震動質量(32)
を有するパドル(31)および少なくとも1つのパドル
を取囲む枠を有する。過負荷安全装置は、パドルの表面
から枠の切欠部中へ突出するフィンガ(30)またはビ
ーム、および/または枠の表面からパドルの表面の切欠
部(16)中へ突出するフィンガまたはビームからな
る。枠およびパドルの構造体は、アンダカットと結合せ
る構造体化トレンチ法によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項1の部類によ
る、過負荷安全装置を有するマイクロメカニカルセンサ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】公表されていない特許出願P40004
96号には、半導体ウエーハに構造体を、化学的エッチ
ングプロセスと結合せるホトマスキング技術を用いてエ
ッチングしうることが記載されている。殊に、フィンガ
またはビームを、等方性の湿式化学的アンダカットによ
ってウエブから露呈させることができる。
【0003】ノバ・センサ・ニュース(Nova Se
nsor News)、1988年9月、No.2、第
3頁から、互いに接合されている2つの構造体化(St
rukturieren)されたシリコンウエーハから
なる加速度センサは公知である。1つのシリコンウエー
ハから、ウエーハ表面に対して直角に偏向しうる震動質
量(Seismische Masse)を有するパド
ル形の加速度受振器が構造体化されている。パドル上へ
接合された第2のウエーハは、フィンガ状の偏向制限体
を有し、これがパドルを取囲む枠の切欠部中へ突出し、
これにより一方向への強すぎる偏向がさけられる。他の
方向への強すぎる偏向は、枠からパドルの切欠部中へ突
入する第2のシリコンウエーハのフィンガ状偏向制限体
によって阻止される。かかるセンサの製造は、第1に2
つのシリコンウエーハの構造体化、第2に高い温度およ
び/または大きい電場の強さを経過する接合工程を必要
とする。従って、この方法を、既に回路が集積されてい
るシリコンウエーハに適用するのは有意ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、かか
る公知方法の欠点を回避して、費用のかかる接合技術の
必要なしに、最初に記載した部類のセンサを廉価に製造
できかつ、IC製造工程と結合して適用することの可能
な方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項1の特徴部に記載された手段、即ち過負荷
安全装置を、アンダカットと結合した構造体化トレンチ
法を用いて枠および/または少なくとも1つのパドルの
構造体中へ一体化することによって達成される。
【0006】公知方法に対して、請求項1の特徴部に記
載された構成を有する本発明方法は、加速度受振器およ
び過負荷安全装置を1つのウエーハから構造体化できる
という利点を有する。費用のかかる接合技術は必要でな
い。この方法はIC製造方法と結合して適用することが
でき、たとえば評価回路をさらに集積することも可能で
あることは特別な利点とみなされる。組込まれた状態で
のセンサの調整が可能であることも有利である。さら
に、本発明方法は有利には、センサの減衰を意図的に過
負荷ストッパーの適当な形状大きさによって調節するこ
とが可能である。
【0007】請求項2以降に記載された手段により、請
求項1に記載された方法の有利な実施形が可能である。
シリコンウエーハを前面および裏面から出発して構造体
化するのが有利であることが立証された。p−またはn
−ドーピング基板とその上に設けられるかまたは拡散侵
入された、基板に対して異なるドーピングを有するエッ
チングストップ層からなるシリコンウエーハを使用する
のがとくに有利である。それというのもこの場合に出現
する、基板とエッチングストップ層との間のドーピング
遷移部は、有利にエッチングストップとして使用するこ
とができるからである。遮断層中に成極せるpn−接合
部または基板とp+−ドーピングされたエピタキシアル
層の間の接合部がとくに有利である。ウエーハの前面の
構造体化にはトレンチ法を使用するのが有利である。そ
れというのもこれによってトレンチみぞの非常に僅かな
横方向寸法において良好なアスペクト比が得られるから
である。この場合に生じる切欠部がエッチングストップ
層を完全には突き抜けないのが有利である。それという
のもこの場合には、過負荷安全装置として役立つフィン
ガを露呈する横方向のアンダカット部が有利に等方性ま
たは異方性に湿式化学的にエッチンストップ層内でエッ
チングされるからである。シリコンウエーハの前面およ
び裏面は、有利に低温酸化物層を用いてマスキングしか
つ不動態化することができる。本発明方法の特別な利点
は、異なる形の過負荷安全装置を1つのレイアウトにま
とめることができることである。過負荷に対する安全装
置は、有利にはフィンガまたはビームの形の多数のスト
ッパーの協同作業によって実現される。
【0008】
【実施例】本発明の実施例は図面に示され、下記の記載
に詳述されている。
【0009】図1において10は、p−基板11および
その上に設けられたエッチングストップ層としてのn−
エピタキシアル層12からなるシリコンウエーハを表わ
し、センサの製造方法の種々の工程で示されている。第
1工程においてはウエーハの裏面が構造体化され、意図
的にpn接合部に到るまで異方性にエッチングされる。
この場合、エピタキシアル層12と基板11との間の、
遮断方向に接続されたpn接合部はエッチングストップ
として役立つ。図1のaにおいて、15は裏面エッチン
グの際に生じた枠形のエッチングみぞを表わす。引き続
き、ウエーハ10の構造体化された裏面はマスキング層
21で不動態化される。不動態化のためにはとくに低温
酸化物層またはプラズマ窒化物層が使用される。不動態
層として低温酸化物層を使用すれば、方法を既にIC製
造工程を経過したシリコンウエーハに適用することが可
能である。ウエーハ10の前面にはトレンチマスキング
20が設けられ、引き続くトレンチ工程で構造体化され
る。トレンチするのはとくに適当であることが判明す
る。それというのもこれにより良好なアスペクト比がみ
ぞ構造の僅かな横寸法で得ることができるからである。
図1のbには、このようにしてつくられたU字形の切欠
部16が示されており、切欠部の深さはエピタキシアル
層の厚さよりも小さい。エッチングみぞ15に対する切
欠部16の位置は、次のエッチング工程で層12内で切
欠部16の横方向のアンダカット部17が生じるように
選択されている。これは、公表されてない特許出願第P
4000496号に応じて、湿式化学的に異方性または
等方性に行なうことができ、その際フィンガ30の幅は
相応に寸法定めすることができる。さらに、切欠部16
およびフィンガ30の位置およびアンダカット部17の
大きさは、アンダカット部17がエッチングみぞ15に
あたるように選択すべきである。これによって、震動質
量32を有するパドル31が生じる。図1のcにおいて
は、この製造工程はマスキング層20および21の最終
的湿式化学的除去前で示されている。マスキング層20
および21の除去によって、センサ構造体が不必要に支
えられるのが阻止される。図1のdは完成構造体化され
たセンサ素子を示す。
【0010】シリコンウエーハ10をまず裏面から出発
して構造体化される、図1に示した方法とは異なり、図
2には、同様に図1のdに示されたセンサ素子を生じる
が、第1工程においてトレンチマスキング20を備え
た、シリコンウエーハ10の前面がトレンチ法で構造体
化される方法が示されている。図2のaにおいて16で
この場合に生じる、エピタキシアル層12を完全には突
き抜けてないU字形の切欠部が表わされている。引き続
き、切欠部16を湿式化学的な異方性または等方性にエ
ッチングすることによって、ウエーハ10のエピタキシ
アル層12中に、横方向のアンダカット部17が形成さ
れる。これによってエピタキシアル層12内に出現した
フィンガは、図2のbに30で示されている。前面エッ
チングに引き続き、裏面のエッチングが行なわれ、その
際図2のcに15で示された枠形のエッチングみぞがシ
リコンウエーハ10の基板11中に形成される。エッチ
ングみぞ15は、エッチングストップとして遮断方向に
成極された、エピタキシアル層12と基板11との間の
pn接合部に到るまでエッチングされ、その際シリコン
ウエーハ10の構造体化された前面に対するその位置
は、エッチングみぞ15が片側でアンダカット部17に
あたるように選択されている。前面のトレンチマスキン
グ20を除去した後に、再び図1のdに示したセンサ構
造体が得られる。この方法では、構造体化された裏面の
不動態化はなくなる。
【0011】図3には、シリコンウエーハ10から構造
体化されたセンサ素子の平面図が示されている。このも
のは、パドルウエブ33を介して枠34と結合している
震動質量32を有する。パドル31と枠34の間には、
シリコンウエーハを完全に突き抜けるエッチングみぞ1
5が存在する。パドル31はフィンガ301を有し、該
フィンガはエピタキシアル層12中にのみ構成され、エ
ッチングみぞ15を経て枠のエピタキシアル層12の切
欠部161中にまで突出している。該フィンガは、パド
ル31が下方へ過度に偏向するのを阻止する。パドル3
1が上方へ過度に偏向するのは、枠34から出発し、同
様にエピタキシアル層12中にのみ構成され、エッチン
グみぞ15を越えてパドル31のエピタキシアル層12
の切欠部162中にまで突出しているフィンガ302に
よって阻止される。過負荷に対するフィンガ状のストッ
パーの安定性は、一部ではその形によるが、主として多
数のストッパーの協力作用によって実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】a〜dは、製造中の半導体構造体の種々の工程
における断面図。
【図2】a〜cは、製造中の他の半導体構造体の同上断
面図。
【図3】センサの平面図。
【符号の説明】
10 シリコンウエーハ 11 p−基板 12 n−エピタキシアル層 15 エッチングみぞ 16 切欠部 17 アンダカット部 20 マスキング層 21 マスキング層 30 フィンガ 31 パドル 32 震動質量 33 パドルウエブ 34 枠 161 切欠部 162 切欠部 301 フィンガ 302 フィンガ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター フィントラー ドイツ連邦共和国 シュトゥットガルト 80 ザールラントシュトラーセ 20

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの震動質量を有するパド
    ル、少なくとも1つのパドルを取囲む少なくとも1つの
    枠およびフィンガまたはビームの形の過負荷安全装置を
    有するマイクロメカニカルセンサを製造するため、少な
    くとも1つの震動質量を有するパドルおよび枠が、乾式
    エッチング法および/または湿式化学的エッチング法に
    よって単結晶のシリコンウエーハから構造体化される、
    過負荷安全装置を有するマイクロメカニカルセンサの製
    造方法において、過負荷安全装置(30)を、アンダカ
    ットと結合せる構造体化トレンチ法を用いて枠(34)
    および/または少なくとも1つのパドル(31)の構造
    体中へ一体化することを特徴とする、過負荷安全装置を
    有するマイクロメカニカルセンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコンウエーハ(10)の構造体化を
    ウエーハ前面およびウエーハ裏面から行ない、裏面エッ
    チングおよび横方向のアンダカットに対するエッチング
    ストップとして、シリコンウエーハ(10)の2つの層
    (11,12)の間に生じるドーピング遷移部を使用
    し、その際一方の層はp−またはn−ドーピング基板
    (11)であり、第2の層はその上に設けられたかまた
    は拡散された、基板(11)に対して異なるドーピング
    を有するエッチングストップ層(12)であることを特
    徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 シリコンウエーハ(10)の前面を、と
    くに構造体化低温酸化物層(20)によりマスキング
    し、前面の構造体化をトレンチ法を用いて行ない、この
    場合に生じる少なくとも1つの切欠部(16)はエッチ
    ングストップ層(12)を完全には突き抜けないことを
    特徴とする、請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 少なくとも1つのフィンガ(30)の形
    の過負荷安全装置を、エッチングストップ層(12)内
    の横方向のアンダカット部(17)によって露呈させる
    ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項記
    載の方法。
  5. 【請求項5】 シリコンウエーハ(10)の裏面をホト
    マスキング技術を用いて構造体化し、裏面エッチングを
    異方性に電気化学的に行ない、少なくとも1つのエッチ
    ングみぞ(15)を、基板(11)とエッチングストッ
    プ層(12)の間のドーピング遷移部に達するまでシリ
    コンウエーハ(10)の裏面からエッチングすることを
    特徴とする請求項1から4までのいずれか1項記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 裏面のエッチングをシリコンウエーハ
    (10)の前面のエッチング前に行なう場合、シリコン
    ウエーハ(10)の構造体化された裏面を、とくに低温
    酸化物層(21)によって不動態化することを特徴とす
    る、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 アンダカット部(17)を、それが少な
    くとも1つのエッチングみぞ(15)と合流するまでエ
    ッチングすることを特徴とする、請求項1から6までの
    いずれか1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 マスキング層(20,21)を、エッチ
    ングした後に湿式化学的に除去することを特徴とする、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 パドル(31)のエッチングストップ層
    (12)中に少なくとも1つのフィンガ(301)が構
    成されていて、該フィンガが枠(34)のエッチングス
    トップ層(12)の少なくとも1つの切欠部(161)
    中へ突入していることを特徴とする、請求項1から8ま
    でのいずれか1項記載の方法により製造された、過負荷
    安全装置を有するセンサ。
  10. 【請求項10】 枠(34)のエッチングストップ層
    (12)中に少なくとも1つのフィンガ(302)が構
    成されていて、該フィンガがパドル(31)のエッチン
    グストップ層(12)の少なくとも1つの切欠部(16
    2)中へ突入していることを特徴とする、請求項1から
    8までのいずれか1項記載の方法により製造された、過
    負荷安全装置を有するセンサ。
JP10624691A 1990-05-22 1991-05-13 過負荷安全装置を有するマイクロメカニカルセンサの製造方法およびこの種のセンサ Pending JPH0794760A (ja)

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