KR19980018478A - 레이트 센서 제조 방법 - Google Patents
레이트 센서 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
진동 구조 및 그 진동 구조를 위한 현가부를 구비한 레이트 센서를 제조하기 위한 방법에 있어서, 레이트 센서 및 도체로가 제 3층으로 구조화되고 있으며 도체로가 절단면부를 거쳐서 제 3의 다른 영역에 대해서 전기적으로 절연되고 또한 전기적으로 절연성인 제 2층을 거쳐서 제 1층에 대해서 전기적으로 절연되어 있다.
상기 수단에 의거하여 3층 구조에 의해서 형성되어서 간단한 전기 접촉이 달성된다. 제 1층 및 제 3층에 있어서 동일 에칭 프로세스가 사용되므로 특히 합리적인 제조가 가능하다.
Description
본 발명은 진동 구조 및 그 진동 구조를 위한 현가부를 구비한 레이트 센서를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 진동 구조가 적어도 부분적으로 빗형 구조를 구비한 가속도 센서로서 구성되고 있으며 제 1층과 절연성의 제 2층 및 제 3층을 구비한 서브 스트레이트로 이루고 있으며, 제 3층에 빗형 구조 및 도체로를 구조화 하고, 제 2층을 빗형 구조의 하측에서 적어도 부분적으로 제거하며, 제 1층에 불활서층을 입히고 이 불황성층을 진동 구조의 영역에서 제거하며 제 1층을 진동 구조의 영역에서 소정의 두께까지 절제하고, 제 3층, 제 2층, 및 제 1층으로 진동 구조를 구조화 하는 레이트 센서를 제조하기 위한 방법에 관한다.
독일연방공화국 특허출원 명세서 제 195 30 736.4호 명세서에 레이트 센서를 제조하기 위한 방법이 기재되고 있다. 레이트 센서는 3층 구조로 구성되어 있다. 레이트 센서 및 도체로가 제 3층으로 구조화되고 있다. 도체로는 절단면부를 거쳐서 제 3층의 다른 영역에 대해서 전기적으로 절연되고 또한, 전기적으로 절연성의 제 2층을 거쳐서 제 1층에 대해서 전기적으로 절연되어 있다. 제 3층에서의 레이트 센서 및 도체로의 구조화가 드라이 에칭법을 써서 행해진다. 레이트 센서의 영역에서 제 1층이 부가적으로 얇아진다. 이것은 화학적인 웨트타입의 에칭에 의해서 예를 들면 약하게 가열된 수산화 칼슘 용액 내에서 행해진다. 에칭 프로세스에 의해서 규정되어서 제 1층에 에칭을 두고 그 에칭 마스크가 산화실리콘 및 아초산염으로 되어 있어서 구조화 되는 중간층에 의해서 형성되고 있다.
본 발명에 의거하는 수단에 의해서 이점으로서 레이트 센서 및 전기적인 공급부가 1개의 3층 구조에 의해서 형성되며 이 경우, 모든 실리콘 에칭 단계가 동일 에칭법에 의해서 행해진다. 이것에 의해서 제조 방법이 특히 간단해지며 따라서 레이트 센서가 경제적으로 제조된다.
SOI층 구조가 제 1층으로서 사용되며, 이점은 절연층이 에칭 스토퍼로서 관여된다는 것이다. 이것은 유리하며 그 까닭은 진동 질량이 에칭 시간의 규정에 의해서 에칭 깊이를 규정하고 있는 에칭에 있어서 두드러지게 목표값에 가까운 값을 차지하기 때문이다.
화학적인 웨트타입의 에칭 프로세스의 생략에 의해서 제 1층의 절제도 최후에 행해진다. 이것은 유리하며 그 까닭은 서브스트레이트의 취급이 용이해지기 때문이며 종래는 불가능했던 것이며 그 까닭은 에칭 용액이 제 3층을 상관하기 때문이다.
또한, 에칭 마스크가 래커 또는 산화 규소로 이루고 있으며 이것에 의해서 고가인 플라즈마 질화 프로세스가 생략된다. 또한 다른 이점으로서 액상의 에칭제에 의한 구조의 더러움은 피할 수 있다. 또한, 화학적인 웨트탕입의 에칭을 위한 에칭 용기 내로의 웨이퍼의 조립이 생략되고 나아가서는 처리가 곤란한 프로세스 단계가 생략된다. 가속도 센서의 제조를 위해서 최소의 방법으로 주로 3개의 마스크 단계가 필요할 뿐이다.
도체로의 도전성이 유리한 형식이며 도전성 층을 본드패드(Bondpad) 및 공급 도선의 형태로 도체로상에 두므로서 개선된다. 상업적으로 입수가능한 절연체, 은, 실리콘(SOI), 층 구조를 서브스트레이트로서 쓰면 합리적이자 유리하다.
또한, 이것으로서 규소, 산화규소, 규소, 서브스트레이트에 의해서 이방성의 에칭을 위한 양호학 개선된 간단한 방법이 쓰인다. 제 1층의 절세후의 절연층의 제거는 유리하며 그 까닭은 제거에 의해서 제 1층을 형성하는 3층 구조의 기계적인 내부 응력이 감소되기 때문이다. 이것에 의해서 센서의 내용연수가 증대되며 진동 질량의 고유진동수가 감소된다.
도 1은 가속도 센서의 개략 사시도.
도 2는 레이트 센서의 평면도.
도 3a 내지 도 3f 는 레이트 센서의 제 1제조 방법을 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4g 는 레이트 센서의 제 2제조 방법을 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5d 는 레이트 센서의 다른 제조 방법을 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6b 는 레이트 센서의 다른 제조 방법을 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7d 는 레이트 센서의 다른 제조 방법을 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2, 3 : 층4 : 도체로
5 : 진동 질량6 : 가속도 센서
7 : 질량체8 : 프레임
9 : 웨브10 : 절단면부
13 : 빗형 구조14, 16 : 제 4커버층
17 : 휨 웨브17 : 불활성층
18 : 유지부19 : 유지 빔
20 : 접점21 : 구동수단
24 : 층40 : 플리실리콘스타트층
41 : 애칭 마스크42, 43 : 구조
도 1은 가속도 센서(6)를 도시하고 있으며 그 가속도 센서는 3층 구조로 구성되어 있다. 이 실시예에서는 절연체·온·실리콘(SOI) 층 구조가 쓰인다. 다른 3층 구조도 생각되며 이 경우, 최상의 층이 구조화 가능이며 또한 중앙의 층이 구조 가능하며 옆쪽을 에칭 가능이자 절연되어 있어야 한다.
지지 플레이트로서 규소로 이루는 제 1층(1)이 쓰이고 있다. 제 1층(1)상에 산화규소로 이루는 제 2층(2)이 형성되어 있다. 제 3층(3)은 마찬가지로 규소로 이루고 있다. 제 3층(3)의 중앙에 변위가능한 질량체(7)를 구조화 하고 있으며 그 질량체는 장척의 지지체로 이루고 있으며 지지체는 양쪽의 세로측면에 각각 3개의 플레이트를 갖고 있다. 플레이트는 지지체의 세로 방향에 대해서 직각으로 배치되어 있다. 변위가능한 질량체(7)는 단부에서 휨웨브(17)를 거쳐서 유지부(18)과 지지체의 세로 방향에 변위 가능하게 결합되어 있다. 유지부(18)는 제 2층(2)을 거쳐서 제 1층(1)에 굳게 결합되어 있다. 변위 가능한 질량체(7) 및 휨웨브(17)의 하측에서 제 2층(2)은 제거되고 있다. 이것은 SiO2에 있어서 에칭법에 의해서 행해진다. 변위 가능한 질량체의 구조는 독일연방공화국 특허출원 제 44 19 844호 명세서에 기재인 구조에 상응하고 있다.
변위 가능한 질량체(7)의 지지체에 대해서 평행으로 제 3층(3)으로 이루는 자형의 유지 빔(19)을 형성하고 있으며 그 유지 빔이 3개의 플레이트를 갖고 있으며 플레이트는 변위 가능한 질량체(7)의 지지체의 방향에 수직으로 돌려져 있다. 유지 빔(19)은 제 2층(2)을 거쳐서 제 1층(1)에 굳게 결합되어 있다. 유지 빔(19)의 플레이트는 각각 변위가능한 질량체(7)의 하측에 배치되어 있다. 변위가능한 질량체가 변위하면 변위가능한 질량체(7)의 한쪽 측에 배치된 플레이트와 제 1의 유기 빔의 플레이트와의 사이의 간격이 축소되고 동시에 변위가능한 질량체(7)의 다른쪽 측에 배치된 플레이트와 제 2의 유지 빔(19)의 플레이트와의 사이의 간격이 증대한다. 양쪽의 유지 빔(19)에서 도체로(4)가 가소도 센서의 공통의 연부에 유도되고 있다. 도체로(4)는 제 3층(3)으로 형성되어 있고 제 2층(2)을 거쳐서 제 1층(1)에 대해서 전기적으로 절연되어 있다. 도체로(4)는 절단면부를 거쳐서 제 3층(3)의 다른 영역에 대해서 전기적으로 절연되어 있다. 마찬가지로 1개의 도체로(4)가 제 3층(3)으로 형성되며 변위가능한 질량체(7)에서 가속도 센서의 1개의 연부로 인도되어 있고 제 2층(2)을 거쳐서 제 1층(1)에 대해서 전기적으로 절연되고 또한 절단면부(10)를 거쳐서 제 3층(3)의 다른 영역에 대해서 마찬가지로 절연되어 있다. 절단면부(10)의 형성 및 절연층으로의 제 2층(2)의 사용에 의해서 제 3층(3)내에 도체로(4)를 형성하는 것이 가능하며 그 도체로가 가속도 센서의 접촉을 위해서 쓰인다.
도체로(4)의 도전성의 거듭된 개선의 도체로(4)에 도전성 층(24)을 형성하는 것에 의해서 달성된다. 도전성 층으로서는 예를들면 알루미늄같은 재료가 쓰인다. 변위가능한 질량체(7)의 변위에 잇어서 그 변위가능한 질량체(7)의 플레이트와 1개의 유지 빔의 플레이트와의 사이의 간격이 감소되고 또한 그 질량체의 플레이트와 다른 유지 빔의 플레이트간의 간격이 증대되는 것에 의해서 2개의 측정 신호가 얻어진다. 2개의 측정 신호는 평가되어서 변위가능한 질량체(9)의 변위, 나아가서는 유효한 힘이 산출된다. 도체로(4)는 접점(20)에 인도된다. 접점(20)에서는 가속도 센서의 측정 신호가 꺼내어진다.
독일연방공화국 특허출원 제 44 19 844호 명세서에 의해서 공지의 가속도 센서에 있어서는 운동가능한 각 플레이트가 정치의 2개의 플레이트간에 배치되어 있다. 이같은 센서는 도체로 교차가 가능한 경우에만 실현된다. 이같은 도체로 교차는 센서 제조시의 큰 비용에 연계된다. 본 발명에 의거한 센서에 있어서는 도체로 교차는 필요치 않으며 그 까닭은 변위가능한 질량체(7)에 현가된 운동가능한 각 플레이트에 주로 1개의 정치의 플레이트 밖에 배속되고 있지 않기 대문이다. 개개의 영역의 상호의 절연은 상측의 층(3) 내로의 홈의 에칭형성에 의해서 행해진다. 하측의 층(1)에 대한 절연은 비도전성의 중간층(2)에 의해서 보증되어 있다. 이같은 센서는 특히 간단하게 제조된다.
도 2는 레이트 센서를 도시하고 있으며 그 레이트 센서의 프레임(8) 내에는 웨브(9)를 거쳐서 진동 질량(5)이 진동 가능으로 배치되어 있다. 진동 질량(5)은 진동수단(21)에 의해서 직선적인 진동에 여기된다. 구동수단으로서는 예컨대 전기적, 자기적 또는 압전식의 구동장치가 쓰인다. 적당한 구동수단이 예컨대 유럽 특허 제 539393호 명세서에 의해 공지이다. 진동 질량(5)에는 가속도 센서(6)가 도 1에 대응해서 장착되어 있다. 가속도 센서(6)는 진동 질량(5)의 진동방향에 대해서 직각으로 검출방향에 배치되어 있다. 유지 빔 및 변위가능한 질량체(7)에서 출발하고 있는 도체로(4)는 웨브(9)를 거쳐서 프레임(8)에 안내되어 있다. 그 센서는 가속도 센서에 상응해서 제 1, 제 2 및 제 3층으로 구성되어 있다. 도체로(4)가 제 3층(3)으로 형성되어 있다. 도체로(4)는 프레임(8)내에서 절단면부(10)에 의해서 프레임(8)의 제 3층(3)으로 전기적으로 절연되고 있다. 또한, 도체로(4)는 프레임(8)의 제 2층(2)을 거쳐서 프레임(8)의 제 1층(1)으로 전기적으로 절연되어 있다. 그 가속도 센서는 대략적으로 밖에는 도시되어 있으며 그 까닭은 층 구조는 이미 도 1에서 상세하게 기술되어 있기 때문이다.
웨브(9)는 상측의 층(3)으로도 하측이 층(1)으로도 형성되어 있다. 이것을 도 3 및 도 4에서 다시 상세하게 기술한다. 연부(8)에 배치된 도체로(4)는 직접으로 웨브(9)로 이행하고 있으며 그 결과 웨브(9)를 거쳐서 진동 질량(5)에 배치된 가속도 센서의 전기적인 접촉이 행해진다. 진동 질량(5) 상에서 웨브(9)가 끝나는 영역에 마찬가지로 절연 홈(10)이 상측의 층(3) 내에 설치되고 있으며 따라서 이 경우에도 웨브(9)를 거쳐서 진동 질량에서 인도되는 신호의 전기적인 절연이 보증된다.
상기 형식에 의해 가속도 센서의 비용이 높은 전기 접촉을 행하는 일 없이 레이트 센서를 구성하는 것이 가능하다. 도체로(4)가 프레임(8) 내까지 전기적으로 절연해서 인도되어 있는 것에 의해서 프레임(8) 내에서의 도체로(4)의 전기적인 간단한 접촉이 행해질 수 있다. 다른 이점으로는 레이트 센서가 가속도 센서를 쓰는 방법으로 3층 구조, 유리하게는 절연체, 은, 실리콘, 층 구조에 의해서 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 3f 는 레이트 센서의 제조를 위한 방법의 단계를 도시하고 있다. 도 3a 에는 제 2층(1) 및 2층 상에 형성된 제 2층(2)를 갖는 3층 구조가 도시되어 있다. 제 2층(2) 상에는 제 3층(3)이 배치되어 있다. 제 1층(1)은 규소로 이루고 있다. 다른 3층 구조를 쓸 수도 있으며 그 3층 구조는 예컨대 SiO2, Si3N4, Al2O3, 폴리이미드, 테플론 및 탄화규소는 선택적으로 절제될 수 있다. 출발재료로서 예를들면 절연체, 은, 실리콘(SOI), 웨이퍼가 쓰이는 제 3층(3)은 p++또는 n++의 침지된 규소로 이루고 있으며 대략 15㎛의 두께를 갖고 있다. 제 2층(2)은 산화규소로 되어 있고 ㎛-범위의 두께를 갖고 있다. 제 1층(1)은 실리콘웨이퍼에 의해서 도시되어 있고 ㎛-범위의 두께를 갖고 있다. 제 1층(1)은 실리콘웨이퍼에 의해서 도시되어 있고 표준적으로는 500마이크로미터이다. 얇은 웨이퍼는 유리하지만 안정성의 부족에 의거해서 취급의 문제가 생긴다. 마찬가지로 에피·폴리·웨이퍼도 사용되며 에피·폴리·웨이퍼의 제조 및 센서를 위한 사용이 이미 독일연방공화국 특허출원 제 43 18 466호 명세서에 기재되어 있다. 제 3층(3)을 위해서 p- 또는 n- 침지된 실리콘층을 써서 그 시리콘층은 제 2층(2)으로서의 ㎛ 이하 두께의 산호 실리콘층상에 장치되어 있다. 에피·폴리·폴리실리콘층은 거의 12㎛의 두께이다.
SOI·웨이퍼 또는 에피·폴리·웨이퍼에 있어서는 제 3층(3)상의 도체로이 영역에 알루미늄이 증착 또는 스패터링 되어 있다. 설치된 알루미늄은 포토리소그래프 단계 및 에칭법에 의해서 도체로(4)의 형태로 도전성 층(24)으로서 형성된다.
이어서 제 1층(14)에 포토래커를 도포하고 있으며 포토래커는 진동 질량(5)의 조립되는 소정의 영역에서 재차 제거된다. 이것에 의해서 구조화된 제 1의 커버층(11)이 발생한다(도 3b).
또한, 제 3층(3)에 포토래커(30)가 도포되고 있으며 레이트 센서의 빗형 구조에 상응해서 구조화 된다. 이어서, 제 3층(30 내에 레이트 센서의 빗형 구조가 에칭 성형된다. 이 경우, 독일연방공화국 특허 제 42 41 045호 명세서에 기재된 이방성의 실리콘 에칭법이 쓰인다. 이것에 의해서 큰 상비를 갖는 빗형 구조가 형성된다. 또한, 제 1층(1)의 드라이 에칭법에 의해서 대략 100㎛의 잔류 두께로 에칭된다. 이것은 도 3c에 도시하고 있다. 드라이 에칭법은 빗형 구조의 제조를 위한 방법에 대략 상응하고 있다.
이어서 산화규소로 형성되어 있고 레이트 센서의 빗형 구조(13)의 좌측에서 희생 산화물로서 쓰이는 제 2층(2)에 에칭된다. 이것에 의해서 제 2층(2)상에 변위 가능하게 설치된 1개의 빗형 구조(13)가 유지된다. 이같은 빗형 구조는 도 1에 의거하는 레이트 센서를 나타내고 있다. 그러나 도 3a 내지 도 3f에는 도면을 보기 쉽게 하기 이해서 레이트 센서의 본래의 구조면이 도시되어 있다. 레이트 센서에 적합한 운동 가능한 구조가 형성된다. 가로방향의 큰 치수에 의거하여 제 2층(2)은 상측의 층(3)의 다른 영역의 하측에서는 제거되지 않는다. 계속하는 단계에서 포토 래커층(30)이 제거되면 또한 새로운 포토래커층(30)이 칠해지고 구조화된다. 이 새로운 포토래커층의 구조는 홈을 에칭하기 위해서 이용되며 그 홈은 상측의 층(3), 제 2층(2) 및 제 1층(1)을 관통하고 있다. 에칭된 홈은 웨브(9) 및 진동 질량(5)은 복수층은 서브 스트레이트에서 에칭 형성하기 위해서 써도 좋다. 이것은 도 3d에 도시하고 있다. 형성된 홈(10)에 의해서 진동 지량(5)의 치수가 규정된다. 진동 질량(5)에 가속도 센서의 빗형 구조(13)가 형성되어 있다. 또한, 웨브(9)가 표시되고 있으며 웨브의 치수가 마찬가지로 홈(10)에 의해서 규정되어 있다. 홈(10)의 에칭은 복수 단계의 프로세스로 행해진다. 우선, 예를들면 불소 플라즈마(Fluorplasma)로 상측의 층(3)이 구조화된다. 다른 에칭 단계, 예를들면 염소를 포함하는 플라즈마로 제 2층(2)이 구조화된다. 다른 에칭 단계, 예를들면 마찬가지로 불소 플라즈마로 제 1층(1)의 구조화가 행해진다. 이어서 이같은 프로세스를 위한 에칭 마스크로서 소용에 닿는 포토래커층이 다시 제거된다.
도 3d 에는 실제의 레이트 센서를 통하는 일이 없는 횡단면이 대략적으로 도시되어 있다. 그러나 도 2의 레이트 센서의 모든 엘리먼트, 예를들면 웨브(9), 진동 엘리먼트(5), 가속도 센서(13)를 위한 빗형 구조가 도시되어 있으므로 프로세스 단계의 도시의 순서로 도 2의 레이트 센서의 제로가 분명하다. 연부영역에 도체로(4)를 도시하고 있으며 그 도체로는 주로 상측의 실리콘층(3)으로 구조화 되고 있다. 도체로는 예컨대 빗형 구조(13)와 같은 프로세스 단계에서 형성되어도 좋다. 그러나 도체로(4)의 가로 방향의 큰 칫수에 의해서 도체로(4)의 하측에 있는 제 2층(2)의 에칭을 행하지 않는 것이 보증되어야 한다. 선택적으로 빗형 구조(13)의 형성 후에 주로, 도체로 구조(4)의 형성을 위해서 쓰이는 다른 포토 래커층을 칠하고 구조화 하는 것도 가능하다. 이것은 그러나 센서 제조를 위해서 비용을 증대시킨다. 층(1)의 도 3c에 도시하는 배면 에칭은 진동체(5) 또는 웨브(9)의 영역에서 하측의 실리콘층(1)을 얇게 하는데 소용에 닿는다. 이같은 처리에 의해서 층(1)에 홈(10)을 에칭해서 완전히 관통시키기 위해서 필요한 에칭 시간이 짧아진다.
도 3e는 프레임(8)의 접속부(20)의 영역의 횡단면 A-A을 도시하고 있다. 이 경우 프레임(8)의 제 3층(3)의 절단면부(10)에 의한 접속부(20)의 절연을 분명하게 볼 수 있다.
도 3f를 사용하여 레이트 센서의 제조를 위한 제조 변화예를 설명한다. 이 경우, 층(1)의 모든 구조화 단계는 생략하고 있다. 도 3b의 구조에서 출발해서 도 3C에서 이미 말한 바와 같이, 포토 래커층(30)이 표면에 칠해지고 포토 마스크에 의해서 구조와 되어 있다. 이어서 에칭 단계가 행해지며 예컨대 불소 플라즈마 에칭 프로세스에 의해서 홈(10)이 상측의 실리콘층(3) 내에 형성된다. 이 홈은 제 2층(2)까지 도달하고 있다. 계속하는 에칭 단계에서 산화규소로 되는 제 2층(2)이 에칭된다. 이것은 불화수소산수용액 내에서 또는 불화수소산을 포함하는 가스 내에서 행해져도 좋다. 이같은 에칭 단계에 의해서 제 2층이 빗형 구조(13)를 위한 미세하게 에칭된 홈 구조의 하측에서 완전히 제거된다. 그러나 가로방향의 비교적 큰 치소를 갖고 있는 도체로(4)를 위한 구조는 층(2)에 의해서 기계적으로 제 1층(1)에 굳게 결합된 채이다. 이 에칭 단계에 있어서 포토 마스크(30)가 표면상에 머물로 있으므로 예를들면 금속구조(24)도 에칭 매체에 작용에 대해서 보호되고 있고 따라서 알루미늄으로 되어 있어도 좋다. 레이트 센서를 제조하기 위한 이같은 프로세스는 특히, 쓰이는 적은 프로세스 단계에 의해서 특징지어 진다. 두드러지게 경제적인 레이트 센서가 제조된다.
도 4a 내지 도 4g 는 레이트 센서를 제조하기 위한 다른 방법을 도시하고 있다. 이 경우에 쓰이는 3층 구조는 제 1층(1), 제 2층(2) 및 제 3층(3)으로 되어 있다. 제 1층(1)은 규소로 되고 있으며 제 2층(2)은 산화규소로 되어 잇고 제 3층(3)은 강하게 p 침지 또는 n 침지된 규소로 이루어지고 있다. 제 3층(3) 상에 유리하게는 도체로(4)의 영역에 금속도체로(24)가 설치되어 있다. 이것은 스패터링 또는 증착 및 최종적인 구조화에 의해서 행해진다. 이어서, 금속 도체로(24) 및 제 3층(3) 위에 산화규소로 이루는 제 3의 커버층(14)이 칠해진다. 제 1층(1)에 래커로 이루는 제 1층 커버층(11)이 칠해져서 구조화 된다. 이어서, 제 3의 커버층(14)이 가속도 센서의 빗형 구조(13)에 대응해서 도체로(4) 및 웨브(9)이 형태에 대응해서 구조화된다. 구조화된 제 3의 커버층(14)에 포토 래커의 형태의 제 4의 커버층(16)이 칠해진다. 제 4의 커버층(16)은 웨브(9)의 형태로 제거된다. 이것은 도 4c 에 도시되어 있다. 구조화된 제 3의 커버층(14)에 포토 래커형의 제 4의 커버층(16)이 칠해진다. 제 4의 커버층(16)은 웨브(9)의 형태로 제거된다. 이것은 도 4c 에 도시하고 있다. 또한, 제 1층(1)이 프레임(8)의 내측에서 소정의 100㎛의 두께까지 에칭 제거되며 불활성층(17)으로 버커된다. 이것은 도 4d 에 도시하고 있다. 이어서 1개의 에칭 프로세스로 홈이 형성된다. 이 홈 때문에 구조화된 제 4의 커버층(16)이 에칭 마스크로서 소용에 닿으므로 우선 웨브(9)의 기하학적인 형태만이 에칭된다. 이 홈은 층(3 및 2)이 완전히 관통되며 또한 층(1)이 에칭에 의해서 마찬가지로 부분적으로 관통되게 깊게 에칭된다. 이같은 에칭은 남겨진 두께가 층(3)의 두께에 거의 상응할때까지 층(1) 내에 감히 행해진다. 이것은 도 4e에 도시하고 있다. 이어서 제 4의 커버층(16)이 제거되어서 에칭 프로세스가 계속된다. 이 경우, 구조화된 제 3의 커버층(14)의 웨브(9)를 위한 구조, 빗형 구조(13) 및 도체로(4)를 포함하는 에칭 마스크로서 작용한다. 이 경우, 층(3)의 규소 재료 만을 에칭하고 층(2 또는 17)을 에칭하지 않는 에칭 프로세스가 쓰인다. 이같은 에칭은 웨브(9)를 위한 홈이 불활성층(17)에 이르며 또한, 빗형 구조(13) 또는 도체로(4)를 위한 홈이 제 2층(2)에 도달하기까지 동안, 계속된다. 이어서, 제 2층(2)이 빗형 구조(13)의 하측에서 에칭 제거된다. 이 경우, 동시에 제 2층(2)에서 웨브(9)가 에칭 성형된다. 웨브(9)는 제 2층(2)을 거쳐서 그 웨브(9)와 제 1층(1)을 굳게 결합하게 폭넓게 형성되어 있다. 이어서 불활성층(23)이 에칭 제거된다. 이같이 해서 도 2에 대응하는 레이트 센서가 유지된다. 이것은 도 4g에 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5d에는 레이트 센서의 다른 제조 방법이 도시되고 있다. 이 제조 방법은 에칭 가능한 층(2), 예를들면 산화규소가 칠해진 실리콘 서브 스트레이트(1)에서 출발한다. 또한, 선택적으로 층(2)에 폴리실리콘스타트층(40)이 칠해져도 좋다. 이어서, 제 2층(2), 경우에 따라서는 그 층상에 칠해진 폴리실리콘스타트층(40)의 구조화가 행해진다. 이어서, 석출에 의해서 다른 실리콘층(3)이 형성된다. 이 다른 실리콘층(30)은 독일연방공화국 특허출원 제 4318466호 명세서에 기재하고 있듯이 에피택시 반응기 내에서 석출되어도 좋다. 층(3)이 직접으로 실리콘서브스트레이트(1)에 접촉하는 영역 내에서 실리콘층(3)은 단결정의 실리콘층으로서 성장한다. 다른 영역에서는 폴리실리콘 스타트층(40)이 다결정의 실리콘층의 성장을 위한 스타트층으로서 작용한다. 이같이 형성된 층구조는 도 5b에 도시하고 있다. 이어서, 에칭 마스크 및 에칭 단계를 행하므로서 홈 구조가 상측의 실리콘층(3) 및 폴리실리콘스타트층 내에 형성되어서 제 2층(2)까지 이른다. 이어서, 홈은 가속도 센서를 위한 빗형 구조(13)도 형성된다. 또한, 배면에서 출발해서 오목부가 에칭 형성되어서 제 1의 실리콘층(1)의 두께가 감소된다. 이것은 앞에서 말한대로 드라이 에칭에 의해서 행해져서 좋으며 이같이 해서 형성된 구조는 도 5c에 도시하고 있다. 도 5의 4에는 홈구조(10)가 어떻게 설치되는가를 도시하고 있으며 그 홈구조는 상측의 층(3), 폴리실리콘층(40), 제 2층(2) 및 제 1층(1)을 관통해서 연장하고 있다. 이것에 의해서 진동체(5) 및 웨브(9)가 형성된다. 이 에칭 프로세스를 위해서 대략 규소만을 에칭하는 에칭 프로세스가 쓰인다. 이것에 의해서 상측의 층(3) 및 하측의 층(1)이 에칭된다. 홈구조(10)를 위한 마스킹이 제 2층(2)의 이미 형성된 구조 위에 위치하고 있으므로 이같은 에칭 프로세스에 의해서 서브 스트레이트 전체가 관통된다. 이 경우, 상측의 층(3)의 치수만이 에칭 마스크에 의해서 콘트롤 된다. 하측의 층(1)의 기하학적인 치수는 이미 층(2) 내에 형성된 구조에 의해서 규정된다. 이것은 구조화된 층(2)이 하측에 위치하는 층(1)의 에칭을 위한 에칭 마스크로서 소용에 닿는 것에 기인한다. 이것은 층(2)의 구조에 대한 에칭 마스크의 조절 오차를 보상하기 위해서도 쓰인다. 이 때문에 홈(10)을 위한 에침 마스크의 기하학적인 치수가 층(2)의 구조보다 얼마간 크게 선택되어 있다. 이 프로세스에 있어서 중요한 것은 제 1층(1)의 구조의 정밀도가 도 5a에 도시하고 있듯이 층(2)의 구조의 정밀도에 대략 좌우되는 것이다. 층(2)의 도 5a에 도시하고 있는 구조는 특히 높은 정밀도로 행해지며, 그 결과, 진동 엘레먼트 또는 웨브(9)의 기하학적인 치수도 매우 정확하다. 상측의 층(3)의 두께가 10㎛의 치수이며 하측의 층(1)이 두께가 50㎛의 치수이므로 진동체(5) 및 웨브(9)의 기하학적인 치수가 특히 높은 정밀도로 생긴다. 더욱 유리하게는 층(2)의 앞 구조화에 의해서 홈(10)의 에칭법이 유일한 프로세스 단계에서 행해진다. 이것에 의해서 구조화도 간단해진다.
도 5c 및 도 5d 의 설명에서 기술하는 에칭은 도 3a 내지 도 3f에서 이미 말한대로 복수의 포토 래커를 쓰든가 또는 도 4a 내지 도 4g에서 이미 말한대로 상하에 배칭된 복수의 마스크를 써서 행해진다.
도 5a에 대해서 말하면 마찬가지로 석출된 폴리실리콘 스타트층(40)도 구조화 된다. 이 경우, 상측의 실리콘층(3)은 단결정의 실리콘 영역을 갖고 있다. 선택적으로 제 2층(2)의 구조화를 이미 행한 후에 비로소 폴리실리콘스타층(40)을 설치하는 것도 가능하다. 이 경우에는 상측의 실리콘층(3)이 완전히 다결정의 실리콘층으로서 성장한다.
도 5d에 도시하는 처리 상태에서 출발해서 빗형 구조(13)를 인터 에칭 하기 위해서 또한 제 2층(2)의 에칭이 행해진다.
도 6a 내지 도 6b에는 레이트 센세를 위한 다른 제조 방법에 도시되어 있다. 이 제조 방법은 도 5b에 도시하고 있듯이 서브 스트레이트에서 출발하고 있다. 에칭 마스크(41)를 설치하고 그 에칭 마스크는 예를들면 산화규소로 이루어져도 좋다. 그러나, 예를들면 포토래커로 이루는 다른 에칭 마스크 등도 생각된다.
에칭 마스크(41)도 구조(42)를 가지고 있으며 그 구조는 완전히 실리콘층(3)까지 이르고 있다. 또한, 홈(43)을 두고 있으며 그 홈은 층(3)까지는 이르지 않는다. 구조(2)는 에칭의 서브스테이트를 관통하고 배면까지 완전히 행해지고 싶은 개소에 설치하고 있다. 도 6a에 의거하는 서브 스트레이트의 에칭에 의해서 레이트 센서가 도 5d에 도시하듯이 형성된다. 도 6b는 이 에칭법의 중간 단계를 도시하고 있다. 마스킹 층(41)의 제거도 행하는 에칭법이 쓰인다. 선택적으로 마스킹층(41)의 제거도 행하는 중간 에칭 단계를 쓰는 것도 가능하다. 실리콘 표면의 소정의 영역의 처음부터 노출되고 있으므로 그 영역이 에칭 프로세스의 경과중에 점차적으로 노출되는 영역보다 빨리 행해진다. 이것은 도 6b에 도시하고 있다. 에칭 마스크의 구조(42)에 상응하는 홈(10)이 에칭의 중간 단계에서 이미 완전히 상측의 실리콘층(3)을 관통하고 있으며 부분적으로 같게 제 1의 실리콘층(1)내에 이르고 있다. 에칭 마스크(41)의 구조(43)와 상응하는 빗형 구조(13)는 근소하게 밖에 상측의 실리콘층(3) 내에 이르고 있지 않다. 에칭 프로세스의 계속에 있어서 도 5d에 도시하는 구조가 생긴다.
에칭 마스크층(41)의 형성은 예를들면 산화규소로 되는 에칭 마스크층의 제조를 위한 2단계의 방법에 의해서 행해진다. 이 때문에 실리콘층이 우선 완전히 평탄하게 분리된다. 이어서 제 1의 포토 래커를 쓴 처리에 의해서 구조(43)가 에칭 성형된다. 이어서, 제 2의 포토 래커 마스크가 설치되어서 구조(42)가 에칭 성형된다. 이어서 포토 래커 마스크의 제거후에 도 6a에 도시하는 2단계의 에칭층이 쓰인다. 이 방법에 있어서 에칭 마스크(41)이 형성후에 상면에 다른 포토 래커 프로세스를 필요로 하지 않는 것은 유리하다. 이 종류의 포토 래커 프로세스는 항상 어느 정도의 위험을 동반하고 이미 형성된 구조에 결합되어 있으므로 프로세스의 안전성이 개선된다.
제조 방법의 유리한 다른 실시예가 도 7a 내지 도 7d에 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5d에 도시한 방법에 대해서 상이한 점이 제 1층으로서의 SOI-층 구조의 사용하에 있다. 이 경우, 제 1층이 제 1의 실리콘층(100), 산화물(101) 및 제 2의 실리콘층(102)으로 형성된다. 다른 상이점이 2층의 마스크의 사용에 있다.
이 방법은 제 1층(1)에서 개시되며 그 층은 제 1의 실리콘층(100), 산화물(101) 및 제 2의 실리콘층(102)으로 이루고 있다. 도 5a의 기재로 분명한 형식이며 여기에서는 양쪽의 층(40, 2)으로 이루는 제 2층이 설치되어 구조화 된다. 중간 제품이 도 7a에 도시하고 있다.
도 5b의 기재로 분명한 형식이며 제 3층(3)이 설치되어서 산화물 하드 마스크(105)를 구비하고 있다. 산화물 하드 마스크(105)는 도 7b에 도시하듯이 빗형 구조 및 홈 구조를 위한 창을 갖고 있다.
또한, 포토 래커로 이루는 제 2마스크(106)를 두고 그 마스크크는 홈 구조를 위한 창을 갖고 있다. 또한, 마스크(11)를 제 1층에 배면에 두고 그 마스크는 1개의 창을 구비하고 있으며 그 창은 적어도 진동 질량의 가로방향의 치수를 갖고 있다. 이어서 제 1층의 절제가 수산화칼륨 에칭 또는 건식 에칭에 의해서 행해지며 이 경우 SOI-층 구조의 산화물(101)이 에칭 스토퍼로서 소용에 닿는다. 따라서 제 1층의 절제가 거의 규소(100) 내에서 행해진다. 이것에 의해서 특히 정확한 에칭 깊이 및 진동 질량의 특히 정확한 치수가 가능하다. 제 1층(1)을 산화물(101)까지 절제한 후의 중간 제품은 도 7c에 도시하고 있다.
이어서 에칭 프로세스에 따라서 래커 또는 산화물, 또는 실리콘 질화물을 포함하는 산화물(최후의 더블마스크가 KOH 에칭에 있어서 쓰인다)로 이루는 배면의 마스크가 산화물(101)의 노출하는 부분과 같이 제거된다. 안정성을 유지하기 위해서 제 1층의 절제부가 부분적으로 래커(110)로 채워지고 그 래커는 제 3층(3)상의 제 2마스크(106)의 래커와 상기한 용매 내에서 용해 가능하다. 이어서 제 3층(3)에서 출발해서 제 3, 제 2 및 제 1층으로 홈 구조(10)가 가공 형성되고 앞면의 래커 마스크(106)의 제거 후에 빗형 구조(13)가 에칭된다. 양쪽의 에칭 프로세스는 유리하게는 드라이 에칭에 의해서 행해진다. 이 상태의 구성 부분이 도 7d에 도시하고 있다.
센서 구조를 최종적으로 유지하기 위해서 다른 2개의 프로세스 단계가 필요로 하며 그 프로세스 단계는 여기에서는 나타내져 있지 않으며 그 까닭은 그 프로세스 단계는 앞의 실시예와 관련해서 도시하고 있기 때문이다.
이 경우, 한편에서는 래커(110)의 제거가 예를들면 스트립에 의해서 행해진다. 다른 쪽에서는 최후의 단계에서 제 2층(2)의 빗형 구조(3)의 하측에서 가스상에칭에 의해서 제거된다. 또한, 이같은 프로세스에 있어서도 주로 드라이 에칭의 사용에 의해서 유리하도고 인정되는 단계의 교환의 가능성이 얻어진다.
내용 없음.
Claims (12)
- 진동 구조 및 이 진동 구조를 위한 현가부를 구비한 레이트 센서(6)를 제조하기 위한 방법으로서, 진동 구조가 적어도 부분적으로 빗형 구조를 구비한 가속도 센서로 구성되고, 제 1층(1), 절연성의 제 2층(2) 및 제 3층(3)을 구비한 서브스트레이트로 이루어지며,a) 제 3층(3)에 빗형 구조 및 도체로(4)를 구조화하고,b) 제 2층(2)을 빗형 구조의 하측에서 적어도 부분적으로 제거하며,c) 제 1층(1)에 불활성층(11)을 입히고 이 불활성층(11)을 진동 구조의 영역에서 제거하며 제 1층(1)을 진동 구조의 영역에서 소정 두께까지 절단 제거하며,d) 제 3층(3), 제 2층(2), 및 제 1층(1)으로 진동 구조를 구조화하는 레이트 센서를 제조하기 위한 방법에 있어서,상기 (a) 내지 (d)의 단계를 임의의 순서로 행하고, 이 경우, (a) 단계를 (b) 단계 전에 행하며 또한 제 1층의 절제를 드라이 에칭 프로세스로 행하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 도체로를 설치하고 도체로를 제 2층에 견고하게 결합하며 빗형 구조로 진동 구조의 현가부에 인도하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 도전성 층(24)을 도체로(4) 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 서브 스트레이트가 절연체·은·실리콘층 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 4항에 있어서, 서브 스트레이트의 제 1층(1)이 규소로 구성되고 서브 스트레이트의 절연성의 제 2층(2)이 산화규소로 구성하며 서브스트레이트의 제 3층(3)이 규소로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1층(1)이 절연체·은·실리콘층 구조로 구성되고 제 2층이 산화물로 구성되며 제 3층이 규소로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 6항에 있어서, 절연체·은·실리콘 3층 구조로서 구성된 제 1층 또는 다른 층의 산화물을 에칭 스토퍼로서 사용하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 진동 구조 및 이 진동 구조를 위한 현가부를 구비한 레이트 센서(6)를 제조하기 위한 방법으로서, 진동 구조가 적어도 부분적으로 빗형 구조를 구비한 가속도 센서로서 구성되고 있으며 제 1층(1), 절연성의 제 2층(2) 및 제 3층(3)을 구비한 서브 스트레이트로 이루어져 있으며,a) 제 3층(3)에 빗형 구조 및 도체로(4)를 구조화하고,b) 제 2층(2)을 빗형 구조의 하측에서 적어도 부분적으로 제거하며,c) 제 1층(1)에 불활성층(11)을 입히고 이 불활성층(11)을 진동 구조의 영역에서 제거하며 제 1층(1)을 진동 구조의 영역에서 소정의 두께까지 절제하고,d) 제 3층(3), 제 2층(2), 및 제 1층(1)으로 진동 구조를 구조화하는 레이트 센서를 제조하기 위한 방법에 있어서,(a) 내지 (d)의 단계를 임의의 순서로 행하고, 이 경우, (a) 단계를 (b) 단계 전에 행하며 제 1층의 절제를 진동 구조의 구조화 전에 행하고 제 1층(1)으로서 SOI-3층 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, SOI-3층 구조의 산화물(101)을 제 1층의 절제를 위한 에칭 스토퍼로서 관여시키는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, SOI-3층 구조의 산화물(101)을 홈 구조의 성형을 위한 에칭 스토퍼로서 관여시키는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, SOI-3층 구조의 산화물(101)을 진동 질량의 영역에서 절제하는 것을 특징으로 하는 레이트 센서 제조 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 제 1층(1)의 절제를 화학적인 웨트타입의 에치 프로세스로 특히 수산화칼륨에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 라이트 센서 제조 방법.
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