KR20050019758A - 모놀리식 실리콘 가속도 센서 - Google Patents

Abstract

가속도의 다수의 직교 축을 따라 가속도를 검출할 수 있는 모놀리식 실리콘 가속도 센서가 개시되어 있다. 모놀리식 실리콘 가속도 센서는 하나 이상의 센서 셀을 형성하도록 실리콘으로부터 극소기계가공되며, 각 센서 셀은 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 관성 질량체를 가진다. 가속도로 인한 관성 질량체의 이동은 상부 및 저부 덮개판 구조체상의 전기 전도성 층과 관성 질량체의 대향 표면 사이의 차등 용량 측정 또는 위치설정 빔 부재에 고착된 압전저항 요소의 저항 측정 중 어느 하나에 의해 검출된다. 본 발명의 실시예는 가속도의 3개 직교축을 따라 또는 가속도의 2개 직교축을 따라 평면내의 가속도를 검출할 수 있다.

Description

모놀리식 실리콘 가속도 센서{Monolithic silicon acceleration sensor}

본 발명은 실리콘으로 극소기계가공된 가속도 센서, 보다 구체적으로, 토션 또는 캔틸레버 지지 부재에 의해 배치된 관성 질량체를 가지는 센서에 관한 것이다.

하나의 축을 따른 가속도를 검출할 수 있는 적절한 구조로 실리콘 웨이퍼를 극소기계가공함으로써 작고 축약적인 가속도 센서를 형성할 수 있다는 것이 본 기술에 공지되어 있다. 극소기계가공 프로세스는 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 배치상에 수행된다. 이 프로세스는 웨이퍼 표면상에 에칭 정지 재료의 패턴을 마스킹 및 형성하고, 노출된 실리콘을 에칭하고, 에칭 정지 재료를 제거하고, 금속화하고, 접합하는 것으로 구성된다. 실리콘 웨이퍼는 개별 가속도 센서 장치로 다이싱되고, 이 개별 가속도 센서가 가속도계를 형성하도록 적절한 전자 회로에 패키징 및 접속된다. 이들 기술을 사용할 때, 2축 또는 3축 가속도 센서는 각각 2개 또는 3개의 불연속적인 다이싱된 장치들이 가속도의 2개 또는 3개 직교 축을 따라 정밀하게 기계적으로 정렬되는 것을 필요로 한다. 극소기계가공 프로세스에 의해 형성된 가속도 센서의 예들은 미국 특허들 제 4,574,327 호, 제 4,930,043 호 및 제 5,008,774 호에 기술되어 있다.

종래 형태의 실리콘 가속도 센서는 바람직하지 못한 교차축 감도를 초래할 수 있는 비대칭성을 도입할 수 있는 캔틸레버 지지 부재에 의해 배치된 가속도에 응답하여 이동하는 관성 질량체를 사용한다. 이 바람직하지 못한 비대칭성의 영향을 피하기 위해 이들 장치는 가속도에 대한 응답이 양호하게 관성 질량체와 지지 부재의 평면에 수직인 축을 따르도록 관성 질량체의 외주 둘레의 가요성 지지 부재로 설계되어 있다. 가속도 응답을 하나의 축으로 추가로 제한하기 위해, 지지 부재는 때때로 관성 질량체의 중앙 평면에 배치되거나, 관성 질량체의 상부 및 저부면에 대칭적으로 배치된다. 이 방식으로 제조된 장치는 장치간에 넓은 파라미터 변동을 나타낸다. 또한, 다축 응용용도에 대하여, 다수의 불연속 장치는 가속도의 각 축에 대해 정밀하게 기계적으로 정렬되어야 한다. 제조시 겪게되는 난점은 중앙 평면의 정확한 위치 및 다수의 장치의 정밀한 정렬을 포함하며, 제조 프로세스를 복잡하게 하고, 느려지게 하며, 고가화 한다.

상기 이유들 때문에, 장치간에 엄격한 파라미터 공차를 가지는 낮은 기계적 응력의 온도에 안정한 장치를 초래하는 비교적 단순한 제조 프로세스에 의해 실리콘으로 기계 가공된 모놀리식(monolithic) 다축 가속도 센서에 대한 필요성이 존재한다. 다이싱 작업 이후 불연속 장치의 정밀한 기계적 정렬 보다, 장치 제조시 사용되는 리소그래픽 프로세스의 일부로서 소정의 필요한 다축 정렬이 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 저감도 장치로부터 고감도 장치까지의 범위에 걸친 배치를 사용하여, 사전결정된 가속도 감도를 가지는 장치를 제조하기 위해, 배치 기반으로 제조 프로세스가 조절될 수 있는 것이 바람직하다.

도 1a는 실리콘 지지 구조체에 고착된 토션 빔에 의해 배치된 관성 질량체를 가지는 제 1 및 제 2 덮개판 구조체가 없는 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 단순화된 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 일부를 도시하는 부분 파단 사시도.

도 1b는 실리콘 지지 구조체에 고착된 캔틸레버 빔에 의해 배치된 관성 질량체를 가지는 제 1 및 제 2 덮개판 구조체가 없는 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 단순화된 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 일부를 도시하는 부분 파단 사시도.

도 2는 X 및 Y 축의 평면내에서 빔 부재를 볼 때, 서로다른 각도로 배향된 관성 질량체를 각각 가지며, 각 관성 질량체가 실리콘 지지 구조체에 고착된 토션 빔에 의해 배치되어 있는, 4개 실리콘 가속도 센서 셀을 가진, 제 1 덮개판 구조체가 없는 단순화된 모놀리식 다축 가속도 센서를 도시하는 사시도.

도 3은 3개 직교 가속도 축을 따른 가속도 센서의 가속도로 인한, 도 2에 도시된 가동성 관성 질량체 각각의 이동 방향을 나타내는 차트.

도 4a 및 도 4b는 X 및 Y축의 평면내에서 빔 부재를 볼 때, 서로 다른 각도로 배향된 관성 질량체를 각각 가지며, 각 관성 질량체가 실리콘 지지 구조체에 고착된 토션 빔 부재에 의해 배치되어 있는, 3개 실리콘 가속도 센서 셀을 가진, 제 1 덮개판 구조체가 없는 단순화된 모놀리식 다축 가속도 센서를 도시하는 2개의 사시도.

도 5는 X 및 Y축의 평면내에서 빔 부재를 볼 때, 서로 다른 각도로 배향된 관성 질량체를 각각 가지며, 각 관성 질량체가 실리콘 지지 구조체에 고착된 토션 빔 부재에 의해 배치되어 있는, 두 개의 실리콘 가속도 센서 셀을 가진 단순화된 모놀리식 다축 가속도 센서를 도시하는 사시도.

도 6은 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 부분 파단 사시도.

도 7은 캔틸레버 빔 부재상에 압전저항 요소를 가지는 단순화된 전기 비전도성 단일 셀 모놀리식 실리콘 가속도 센서를 도시하는 부분 파단 사시도.

도 8은 덮개판 구조체의 대안 실시예를 도시하는 도면.

도 9는 전기 전도성 실리콘 웨이퍼의 섹션의 사시도.

도 10a는 하나의 표면상에 실리콘 질화물 도트 및 제 1 실리콘 이산화물층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 사시도.

도 10b는 하나의 표면상에 제 1 실리콘 이산화물층과 실리콘 질화물 도트를 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 단면도.

도 11a는 하나의 표면상에 실리콘 메사가 산포된 제 2 실리콘 이산화물 층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 사시도.

도 11b는 하나의 표면상에 실리콘 메사가 산포된 제 2 실리콘 이산화물층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 단면도.

도 12a는 실리콘 이산화물층에 접합되며, 연삭제거된 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션을 가지는 도 9에 도시된 웨이퍼 섹션의 사시도.

도 12b는 실리콘 이산화물 층에 접합되고, 연삭제거된 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션을 가지는 도 9a에 도시된 웨이퍼 섹션의 단면도.

도 13a는 실리콘 웨이퍼 섹션상에 성장된 실리콘 이산화물 층의 사시도.

도 13b는 대안적 제조 방법에 의해 형성된 실리콘 웨이퍼 섹션 사이의 실리콘 이산화물 층의 샌드위치된 층의 부분 파단 사시도.

도 13c는 대안적인 제조 방법을 형성하기 위한 실리콘 웨이퍼 섹션 사이의 실리콘 이산화물의 샌드위치된 층의 사시도.

도 14a는 제 1 및 제 2 표면에 형성된 함몰부를 가지는 도 12a에 도시된 층상 적층체의 사시도.

도 14b는 제 1 및 제 2 표면에 형성된 함몰부를 가지는 도 12b에 도시된 층상 적층체의 단면도.

도 15a는 관성 질량체의 성형된 제 2 단면의 사시도.

도 15b는 관성 질량체의 성형된 제 2 단면의 단면도.

도 16a는 관성 질량체의 성형된 제 2 및 제 1 단면의 사시도.

도 16b는 관성 질량체의 성형된 제 2 및 제 1 단면의 단면도.

도 17a는 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 성형된 관성 질량체의 사시도.

도 17b는 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 성형된 관성 질량체이 단면도.

도 18은 캔틸레버 빔 부재의 형성을 도시하기 위해 사용되는 구조체의 사시도.

도 19는 실리콘 지지 구조체에 대한 덮개판 구조체의 부착을 예시하는 도면.

도 20a는 실리콘 이산화물층을 가지는 웨이퍼 섹션을 도시하는 부분 성형된 덮개판 구조체의 사시도.

도 20b는 실리콘 메사를 가지는 트렌치형 웨이퍼 섹션을 도시하는 부분 성형된 덮개판 구조체를 도시하는 사시도.

도 21은 덮개판 구조체의 양호한 실시예의 부분 파단 사시도.

도 22는 용량 측정 회로에 연결된 단일 센서 셀을 가지는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 단면도.

발명의 요약

본 발명은 비교적 단순한 제조 프로세스에 의해 실리콘으로부터 극소기계가공되는, 장치간에 엄격한 파라미터 공차를 가지는, 낮은 기계적 응력의 온도에 안정한 모놀리식 다축 가속도 센서에 관련한다. 본 모놀리식 다축 가속도 센서가 장치 제조시 사용되는 리소그래픽 프로세스에 의해 정렬될 수 있기 때문에, 가속도의 직교축을 따른 불연속 센서 장치의 정밀한 기계적 정렬에 대한 필요성이 제거된다. 본 발명의 제조 프로세스는 저감도 장치로부터 고감도 장치까지의 범위에 걸쳐진 배치를 사용하여, 사전결정된 가속도 감도를 가지는 장치를 제조하기 위해, 배치 기반으로 조절될 수 있는 것이 바람직하다.

종래 형태의 실리콘 가속도 센서는 비대칭 교차축 감도를 회피하기를 시도하지만, 본 발명은 이 교차축 효과를 활용하여 모놀리식 다축 가속도 센서의 제조를 가능하게 하도록 한다. 본 실리콘 가속도 센서 발명은 1개, 2개, 3개 또는 4개 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하고, 각 센서 셀은 가속도에 응답하여 이동하는 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하고, 이 실리콘 관성 질량체는 실리콘 지지 구조체에 고착된, 실리콘 관성 질량체의 제 1 표면과 공면적인 빔 부재에 의해 배치된다. 실리콘 지지 구조체와 관성 질량체의 가속으로 인한 빔 부재의 굴곡을 초래하거나, 관성 질량체의 운동을 검출하기 위한 수단이 제공된다. 각 관성 질량체의 상대 위치는 빔 부재의 위치를 각도 기준으로서 사용하여 각 실리콘 질량체의 제 1 표면을 볼 때, 인접한 관성 질량체에 대해 직각이다. 하나의 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하는 단일 센서 셀을 가진 실리콘 가속도 센서 장치는 2개 직교축의 가속도를 감지할 수 있지만 하나의 축 또는 나머지를 따른 가속도 사이를 구별할 수 없다. 각 센서 셀이 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 다른 센서 셀이 관성 질량체에 180°로 배치된 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하는 2개 센서 셀을 가지는 장치는 2개 직교축의 가속도를 감지할 수 있으며, 양 축을 따른 가속도 사이를 구별할 수 있다. 각 센서 셀이 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 서로에 대해 0°, 90° 및 180°의 각도로 배치된 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하는 3개 센서 셀을 가지는 장치는 3개 직교축을 따른 가속도를 감지할 수 있으며, 3개 축 각각을 따른 가속도 사이를 구별할 수 있다. 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 각 센서 셀이 서로에 대해 0°, 90°, 180° 및 270°의 각도로 배치된 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하는 4개 셀을 가지는 장치는 3개 직교 축을 따른 가속도를 감지할 수 있으며, 3개 축 각각을 따른 가속도 사이를 구별할 수 있다. 4개 센서 셀을 포함하는 장치는 각 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 물리적으로 대칭적인 형상으로 이루어지며, 대향 방향 비선형성의 상쇄를 위한 기능을 제공한다. 따라서, 다수의 불연속 단일 축 가속도 감지 장치의 정밀한 기계적 정렬을 필요로 하지 않는 단일 모놀리식 장치를 사용하여 다축 가속도 감지가 달성될 수 있다. 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 한가지 수단은 가동성 관성 질량체의 제 1 표면과 제 1 표면으로부터 이격된, 그리고, 지지 실리콘 구조체를 기준으로 고착된 제 1 전기 전도층 사이의 용량을 측정하고, 제 1 표면에 대향한 가동성 관성 질량체의 제 2 표면과 제 2 표면으로부터 이격된, 그리고, 지지 실리콘 구조체를 기준으로 고착된 제 2 전기 전도층 사이의 용량을 측정하는 것이다. 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 다른 수단은 위치설정 빔 부재상에 배치된 압전저항 요소의 저항을 측정하는 것이다. 빔 부재는 캔틸레버 또는 토션 구조일 수 있다. 관성 질량체의 형상은 일반적으로 본 발명의 양호한 실시예에서 직사각형 평행육면체인 것으로 기술된다.

전기 전도성 실리콘 가동성 관성 질량체를 가진 단일 실리콘 센서 셀을 가지는 실리콘 가속도 센서 장치의 제조 방법은 전기 전도성 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션과 전기 전도성 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션 사이의 에칭 정지층의 층상 샌드위치를 형성하는 단계를 포함하고, 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션은 노출된 제 1 표면을 가지고, 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션은 노출된 제 2 표면을 갖는다. 실리콘 관성 질량체의 제 2 섹션은 에칭 정지층으로 연장하는 노출된 제 2 표면으로부터 제 2 웨이퍼 섹션내에 직사각형 프레임 형상 채널을 에칭함으로써 형성된다. 실리콘 관성 질량체의 제 1 섹션은 에칭 정지층으로 연장하는 노출된 제 1 표면으로부터 제 1 웨이퍼 섹션내에 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 에칭하고, 제 1 웨이퍼 섹션내의 바아 형상 채널 및 U 형상 채널을 제 2 웨이퍼 섹션내의 직사각형 프레임 형상 채널과 수평 정렬되도록, 그리고, 동일한 평면 치수로 이루어지도록 배치함으로써 형성된다. 관성 질량체의 에칭된 표면상에, 또는 에칭 정지층을 통해 관성 질량체의 제 1 섹션에 관성 질량체의 제 2 섹션을 전기 접속하기 위한 수단이 제공된다. 에칭된 프레임형 채널, 에칭된 U 형상 채널 및 에칭된 바아 형상 채널에 의해 노출된 실리콘 이산화물 층은 그후 벗겨내지고, 그에 의해 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 직사각형 평행육면체 형상의 가동성 실리콘 관성 질량체를 형성한다. 관성 질량체의 제 1 섹션에 관성 질량체의 제 2 섹션을 전기 접속하는 대안적인 수단은 결과적인 에칭 및 박리된 구조체 위에 전도성 폴리실리콘의 층을 증착하는 것이다. 이 증착 프로세스는 또한 비전도성 실리콘 웨이퍼 섹션을 사용하는 것이 바람직한 경우에 사용될 수도 있다. 제 1 전기 전도층과 관성 질량체의 제 1 표면 사이의 제 1 용량 측정을 위해 관성 질량체의 제 1 표면으로부터 이격된, 제 1 전기 전도층을 실리콘 지지 구조체에 대하여 고착하고, 관성 질량체의 제 2 표면과 제 2 전기 전도층 사이의 제 2 용량 측정을 위해 실리콘 지지 구조체에 대하여, 관성 질량체의 제 2 표면으로부터 이격된, 제 2 전기 전도층을 고착함으로써 실리콘 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단이 제공된다. 이들 전기 전도층은 조성이 금속성인 것이 바람직하다. 대안적으로, 실리콘 지지 구조체에 고착된 위치설정 빔 부재상에 압전저항 요소를 배치하고, 빔 부재가 굴곡 또는 비틀려질 때 저항의 변화를 측정함으로써, 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단이 제공된다.

적어도 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 가지는 실리콘 가속도 센서의 제조방법의 양호한 실시예에서, 가동성 실리콘 관성 질량체의 제 1 섹션은 실리콘 이산화물 층으로 연장하는 노출된 제 1 표면으로부터 실리콘의 제 1 층내에 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 에칭하고, 실리콘의 제 1 층내의 바아 형상 채널 및 U 형상 채널을 실리콘의 제 2 층내의 직사각형 프레임 형상 채널과 수평 정렬되도록, 그리고, 그와 동일한 평면 치수로 이루어지도록 배치함으로써 형성된다. 바아 형상 채널은 U 형상 채널의 개방 상부를 가로질러 배치되고, U 형상 채널의 개방 상부의 외측 치수내에 중심설정되며, U 형상 채널의 상부의 전체 외측 폭과 같은 길이로 연장한다. 바아 형상 채널의 단부는 공간적 분리가 토션 빔 부재에 의해 배치된 실리콘 관성 질량체를 갖는 장치를 초래하도록 U 형상 채널의 상부로부터 공간적으로 이격된다.

비록 본 발명의 양호한 실시예는 에칭 정지층으로서 실리콘 이산화물 층을 사용하지만, 대안 실시예가 존재한다. 이들 대안 실시예는 실리콘 질화물 층, 도핑된 실리콘 층 및 2개의 서로 다르게 도핑된 실리콘 섹션의 접합부와 연계된 공핍층을 포함한다.

적어도 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 가지는 실리콘 가속도 센서의 제조 방법의 대안 실시예에서, 가동성 실리콘 관성 질량체의 제 1 섹션은 실리콘 이산화물 층으로부터 연장하는 노출된 제 1 표면으로부터 실리콘의 제 1 층내에 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 에칭하고, 실리콘의 제 1 층내의 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 실리콘의 제 2 층내의 직사각형 프레임 형상 채널과 수평 정렬되도록, 그리고, 그와 동일한 평면 치수로 이루어지도록 배치함으로써 형성된다. 바아 형상 채널은 U 형상 채널의 개방 상부를 가로질러 배치되고, U 형상 채널의 개방 상부의 내측 치수내에 중심설정되며, U 형상 채널의 상부의 내측 폭 보다 작은 길이로 연장한다. 바아 형상 채널의 단부는 공간적 분리가 캔틸레버 빔 부재에 의해 배치된 실리콘 관성 질량체를 가지는 장치를 초래하도록 U 형상 채널의 내측 상부로부터 공간적으로 분리된다.

적어도 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 가지는 실리콘 가속도 센서의 제조 방법의 다른 실시예는 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션의 두께를 조절하여 빔 부재의 두께를 조절, U 형상 채널과 바아 형상 채널 사이의 공간적 분리를 조절하여 빔 부재의 폭을 조절, 또는 에칭된 채널의 폭을 조절하여 빔 부재의 길이를 조절함으로써 가속도 감도를 변화시키는 것이다.

가동성 실리콘 관성 질량체를 각각 포함하는 2개의 실리콘 가속도 센서를 가지는 장치의 제조 방법은 위치설정 빔을 각도 기준으로서 사용하여 실리콘 질량체의 노출된 제 1 표면을 볼 때, 제 1 관성 질량체에 대해 제 2 관성 질량체가 리소그래피적으로, 그리고, 그 후, 물리적으로 90°, 180° 또는 270°(이는 90°와 기능적으로 동일함) 각도로 배치되는 것을 제외하면, 하나의 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하는 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 가진 장치의 제조 방법과 동일하다. 가동성 실리콘 관성 질량체를 각 센서 셀이 포함하는 3개 실리콘 가속도 센서 셀을 가지는 장치의 제조 방법은 위치설정 빔을 각도 기준으로 사용하여 실리콘 질량체의 노출된 제 1 표면을 볼 때 제 3 관성 질량체가 리소그래피적으로, 그리고, 그후 물리적으로 제 2 관성 질량체에 대하여 90°각도로, 그리고, 제 1 관성 질량체에 대하여 180°각도로 배치되는 것을 제외하면, 2개 실리콘 가속도 센서 셀을 가지는 장치의 제조 방법과 동일하다. 각 센서 셀이 가동성 실리콘 관성 질량체를 가지는 4개 실리콘 가속도 센서 셀을 가진 장치의 제조 방법은 위치설정 빔을 각도 기준으로서 사용하여 실리콘 질량체의 노출된 제 1 표면에서 볼 때, 제 4 관성 질량체가 리소그래피적으로, 그리고, 그후, 물리적으로, 제 3 관성 질량체에 대하여 90°각도로, 제 2 관성 질량체에 대하여 180°각도로, 그리고, 제 1 관성 질량체에 대하여 270°각도로 배치되는 것을 제외하면, 3개 가속도 센서 셀을 가지는 장치의 제조 방법과 동일하다. 이 방식으로, 다수의 불연속 단일 축 가속도 센서의 정밀한 기계적 정렬을 필요로 하지 않고, 모놀리식 다축 가속도 센서가 형성된다.

발명의 상세한 설명

이제, 도 1a를 참조하면, 전기 전도성 실리콘 지지 구조체(200)에 고착된 토션 빔 부재(400), X 축(510), Y 축(520) 및 Z 축(530)에 의해 위치 설정된 전기 전도성 가동성 실리콘 관성 질량체(300)를 갖는 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 단순화된 모놀리식 실리콘 가속도 센서(100)의 부분이 도시되어 있다. 유사하게, 도 1b는 전기 전도성 실리콘 지지 구조체(200)에 고착된 캔틸레버 빔 부재(410), X 축(510), Y 축(520) 및 Z 축(530)에 의해 위치 설정된 전기 전도성 가동성 실리콘 관성 질량체(300)를 갖는 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 단순화된 모놀리식 실리콘 가속도 센서(100)의 부분을 도시한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 가동성 실리콘 관성 질량체(300)를 위치 설정하기 위해 도 1a에 도시된 토션 빔 부재(400)를 이용하기 때문에, 도 1a가 본 발명의 작동을 설명하기 위한 기준으로서 사용될 것이지만, 도 1b의 캔틸레버 빔 구조에도 논의가 마찬가지로 동등하게 적용된다는 것을 이해해야 한다. Z 축(530)에 대한 가속도를 고려하면, 실리콘 가속도 센서(100)가 Z 축(530)을 따라 +Z 방향으로 가속될 때, 관성 질량체(300)는 실리콘 지지 구조체(200)에 대해 Z 축(530)을 따라 -Z 방향으로 이동하여 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전한다. 역으로, 실리콘 가속도 센서(100)가 Z 축(530)을 따라 -Z 방향으로 가속되면, 관성 질량체(300)는 실리콘 지지 구조체(200)에 대해 Z 축(530)을 따라 +Z 방향으로 이동하여, 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전한다. X 축(510)에 대한 가속도를 고려하면, 실리콘 가속도 센서(100)가 X 축(510)을 따라 +X 방향으로 가속될 때, 관성 질량체(300)는 실리콘 지지 구조체(200)에 대해 X 축(510)을 따라 -X 방향으로 이동하여 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전한다. 역으로, 실리콘 가속도 센서(100)가 X 축(510)을 따라 -X 방향으로 가속되면, 관성 질량체(300)는 실리콘 지지 구조체(200)에 대해 X 축(510)을 따라 +X 방향으로 이동하여, 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전한다. Y 축(520)에 대한 가속도를 고려하면, 실리콘 가속도 센서(100)가 Y 축(520)을 따라 +Y 또는 -Y 방향으로 가속될 때, 관성 질량체(300)는 가속도에 의한 관성 질량체 상의 힘이 반경방향이 아니라 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축에 대해 정렬되기 때문에 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전하는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 도 1a의 실리콘 가속도 센서 구조는 2개의 직교 가속도 축을 따라, 즉 Z 축(530) 및 X 축(510)을 따라 감지될 수 있지만, 이들 2개의 가속도 축 사이에서 구별될 수 없다.

이제, 도 2를 참조하면, 가동성 실리콘 관성 질량체(310, 320, 330, 340)를 각각 갖는 4개의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 단순화된 모놀리식 다축 실리콘 가속도 센서(140)의 부분이 도시되어 있다. 제 1 덮개판 구조체는 빔 부재를 기준으로 하는 관성 질량체의 상대 각도 위치 설정을 나타내기 위해 도 2에는 도시되어 있지 않다. 4개의 관성 질량체의 각각은 도 1a에 도시된 가동성 실리콘 관성 질량체(300)와 유사하게 구성되고, 실리콘 지지 구조체(240)에 고착된 토션 빔 부재(400)에 의해 위치 설정된다. 그러나, 단지 관성 질량체(310)만이 X 축(510) 및 Y 축(520)을 기준으로 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 회전축의 배향에 대해 도 1a에 도시된 관성 질량체(300)와 동일하게 배향된다. 따라서, 단지 관성 질량체(310)는 도 1a의 관성 질량체(300)와 유사하게 토션 빔 부재(400)에 의해 형성된 축 둘레로 회전함으로써 X 축(510) 및 Z 축(530)을 따른 가속도에 응답한다. 3개의 직교 가속도 축을 따르는 가속도 방향으로부터 초래하는 관성 질량체(310)의 이동 방향은 도 3의 차트에 부호 310 아래의 칼럼에 도시된다. 가속도 센서의 가속도에 응답하여 도 1a의 관성 질량체의 이동을 결정하는데 사용되는 유사한 분석을 사용함으로써, 관성 질량체(320, 330, 340)의 이동이 즉시 결정될 수 있다. X 축(510)을 따르는 가속도에 응답하여 도 2에 도시된 가속도 센서(140)의 4개의 관성 질량체(310, 320, 330, 340)의 이동 방향이 도 3의 차트에 지시되어 있다.

도 3의 차트를 고려하면, +X 방향에서의 도 2의 가속도 센서(140)의 가속도는 -Z 방향에서의 도 2의 관성 질량체(310), +Z 방향에서의 도 2의 관성 질량체(300)의 고유의 이동의 조합, 및 도 2의 관성 질량체(320, 340)의 고정을 초래한다. 역으로, -X 방향에서의 도 2의 가속도 센서(140)의 가속도는 +Z 방향에서의 도 2의 관성 질량체(310), -Z 방향에서의 도 2의 관성 질량체(330)의 고유의 이동의 조합, 및 도 2의 관성 질량체(320, 340)의 고정을 초래한다. +Y, -Y, +Z 및 -Z 방향에서의 도 2의 가속도 센서(140)의 가속도에 응답하여 관성 질량체 이동을 유사하게 고려하면, 도 3에 도시된 결과로부터 3개의 직교 가속도 축 중 하나, 2개 또는 모두를 따르는 동시의 가속도 크기 및 방향의 임의의 조합에 대한 4개의 관성 질량체의 이동의 고유의 조합이 존재한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 가속도 센서는 축외 가속도(off-axis acceleration)로부터 기인하는 성분들을 포함하는 3개의 직교 가속도 축을 따르는 가속도 크기 및 방향을 동시에 감지하는 것이 가능하다. 또한, 도 2는 도 3에 따라 응답하는 대칭적으로 배열된 4개의 관성 질량체의 구조를 도시하지만, 단지 3개의 관성 질량체만이 직교 가속도 축의 하나, 2개 또는 3개를 따르는 가속도 방향 및 크기, 또는 축외 가속도 성분의 임의의 조합을 동시에 구별하는데 필요하다는 것을 알 수 있다.

도 4a는 실리콘 지지 구조체(220)에 고착된 토션 빔 부재(400)에 의해 위치 설정된 3개의 관성 질량체(310, 320, 340)를 갖는 단순화된 모놀리식 다축 실리콘 가속도 센서(120)의 하나의 가능한 구조를 도시한다. 도 4b는 실리콘 지지 구조체(230)에 고착된 토션 빔 부재(400)에 의해 위치 설정된 3개의 관성 질량체(310, 320, 340)를 갖는 단순화된 다축 모놀리식 실리콘 가속도 센서(130)의 다른 가능한 구조를 도시한다. 제 1 덮개판 구조체는 빔 부재를 기준으로 하는 관성 질량체의 상대 각도 위치 설정을 나타내기 위해 도 4a 및 도 4b에는 도시되지 않는다.

또한 하나 또는 2개의 직교 가속도 축을 따르는 가속도 방향 및 크기, 뿐만 아니라 축외 성분을 동시에 구별하기 위해 단지 2개의 관성 질량체만이 필요하다는 것을 알 수 있다. 도 5는 실리콘 지지 구조체(210)에 고착된 토션 빔 부재(400)에 의해 위치 설정된 2개의 관성 질량체(320, 340)를 갖는 단순화된 모놀리식 실리콘 가속도 센서(110)의 가능한 구조를 도시한다. 제 1 덮개판 구조체는 빔 부재를 기준으로 하는 관성 질량체의 상대 각도 위치 설정을 나타내기 위해 도 5에는 도시되지 않는다.

이제, 도 6을 참조하면, 도 6은 덮개 구조체를 갖지 않는 도 1에 부분적으로 도시된 완전한 가속도 센서를 도시하는 부분 파단 사시도를 도시한다. 도 6은 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 모놀리식 실리콘 가속도 센서(150)의 부분 파단 사시도를 도시함으로써 본 발명의 단일 센서 셀 버전의 바람직한 실시예를 도시한다. 센서 셀은 제 1 표면(302) 및 대향 제 2 표면(304)을 갖는 전기 전도성 실리콘 가동성 실리콘 관성 질량체(300)를 포함한다. 관성 질량체(300)는 도 6에는 도시되어 있지 않지만 도 1a에 토션 빔 부재(400)로서 도시되어 있는 전기 전도성 토션 빔 부재에 의해 고정 위치 설정된다. 토션 빔 부재는 전기 전도성 실리콘 지지 구조체(200)에 고착되고, 실리콘 지지 구조체(200)는 제 1 표면(202) 및 대향 제 2 표면(204)을 갖는다. 제 1 덮개판 구조체(600)는 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302)으로부터 이격된 제 1 금속층(640)을 포함하고, 제 1 금속층(640)은 실리콘 지지 구조체(200)의 제 1 표면(202)에 고착된 바람직하게는 유리인 제 1 절연체(610) 사에 형성된다. 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302) 및 제 1 금속층(640)은 관성 질량체(300)의 위치에 따르는 값의 제 1 가변 커패시터를 형성한다. 제 2 덮개판 구조체(700)는 관성 질량체(300)의 제 2 표면(304)으로부터 이격된 제 2 금속층(740)을 포함하고, 제 2 금속층(740)은 실리콘 지지 구조체(200)의 제 2 표면(204)에 고착된 바람직하게는 유리인 제 2 절연체(710) 상에 형성된다. 관성 질량체(300)의 제 2 표면(304) 및 제 2 금속층(740)은 관성 질량체(300)의 위치에 따르는 값의 제 2 가변 커패시터를 형성한다. 관성 질량체(300)의 이동을 유발하는 가속도의 크기는 제 1 가변 커패시터값과 제 2 가변 커패시터값 사이의 차이의 크기를 측정함으로써 지시된다. 용량성 측정 회로로의 관성 질량체(300)의 바람직한 전기적 접속 수단은 전기 전도성 빔 부재를 통해 전기 전도성 관성 질량체(300)에 전기적으로 접속된 전기 전도성 실리콘 지지 구조체(200)의 외부면 상에 형성된 전기 접합 패드(870)에 전기 리드 와이어(880)를 접속하는 것이다. 용량성 측정 회로로의 제 1 덮개판 구조체(600)의 제 1 금속층(640)의 바람직한 전기적 접속 수단은 제 1 금속층(640)과 전기 접촉하는 제 1 절연체(610)를 통하는 제 1 전도성 실리콘 메사(630)를 갖고 제 1 절연체(610) 상에 장착된 제 2 표면(624)을 갖는 제 3 전기 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션(620)에 의한 것이다. 용량성 측정 회로에 접속된 전기 리드 와이어(880)는 또한 제 3 실리콘 웨이퍼 섹션(620)의 제 2 표면(624) 상의 전기 접합 패드(870)에 접속되어 제 1 금속층(640)으로의 전기 접속을 완성한다. 유사하게, 용량성 측정 회로로의 제 2 덮개판 구조체(700)의 제 2 금속층(740)의 바람직한 전기적 접속 수단은 제 2 금속층(740)과 전기 접촉하는 제 2 절연체(710)를 통하는 제 2 전도성 실리콘 메사(730)를 갖고 제 2 절연체(710) 상에 장착된 제 2 표면(724)을 갖는 제 4 전기 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션(720)에 의한 것이다. 용량성 측정 회로에 접속된 전기 리드 와이어(880)는 또한 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션(720)의 제 2 표면(724) 상의 전기 접합 패드(870)에 접속되어 제 2 금속층(740)으로의 전기 접속을 완성한다. 본 발명의 본 바람직한 실시예에서, 실리콘 관성 질량체(300)의 형상은 직사각형 평행육면체이고, 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302)은 실리콘 지지 구조체(200)의 제 1 표면(202)으로부터 약간 함몰되어 제 1 가변 커패시터를 위한 유전성 간격을 제공하고, 관성 질량체(300)의 제 2 표면(304)은 실리콘 지지 구조체(200)의 제 2 표면(204)으로부터 약간 함몰되어 제 2 가변 커패시터를 위한 유전성 간격을 제공한다.

본 발명의 대안 실시예는 도 6에 도시된 관성 질량체(300)를 위치 설정하기 위해 도 1b에 도시된 캔틸레버 빔(410)의 사용을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 도 1a에 도시된 토션 빔 부재(400) 또는 도 1b에 도시된 캔틸레버 빔 부재(410) 상에 압전 저항 소자를 형성하는 것이다. 도 7은 실리콘 관성 질량체(300)가 실리콘 지지 구조체(200)에 고착된 실리콘 캔틸레버 빔 부재(410)에 의해 위치 설정되는 것을 예시하는 실리콘 가속도 센서(100)의 단순화된 단일 센서 셀 실시예를 도시한다. 압전 저항 소자(420)가 빔 부재(410)에 접합되어 금속화 상호 접속부(890)를 거쳐 전기 접합 패드(870)에 직렬로 전기적으로 접속된다. 접합 와이어(880)가 빔 부재(410)의 만곡의 레벨을 결정하기 위해 저항성 측정 회로로 이들 압전 저항 소자를 접속하여, 관성 질량체(300)의 이동의 측정을 제공하며, 이는 또한 관성 질량체(300)에 의해 경험된 가속도의 크기의 측정이다.

도 6의 제 1 금속층(640)을 전기 용량성 측정 회로에 전기적으로 접속하는 대안 실시예는 대안 덮개판 구조체(650)를 도시하는 도 8에 도시되어 있다. 대안 덮개판 구조체(650)는 제 1 표면(662) 및 대향 제 2 표면(664)을 갖는 대안 절연체(660)를 포함한다. 전기 접합 패드(870)가 제 1 표면(662) 상에 위치되고 대안 금속층(668)이 절연체(660)의 제 2 표면(664) 상에 위치된다. 금속화 구멍(666)이 금속층(668)을 접합 패드(870)에 접속하는 절연체(660)에 위치 설정되고, 접합 패드(870)에 접합된 전기 리드 와이어(880)가 용량성 측정 회로에 접속된다. 이들 대안 구조체들 중 2개는 도 6에 도시된 제 1 덮개판 구조체(600) 및 제 2 덮개판 구조체(700)를 형성한다. 도면에는 정육면체 형상의 관성 질량체를 도시하였지만, 관성 질량체의 크기를 증가시킴으로써 센서 감도를 증가시키기 위해 직사각형 평행육면체로서 형성될 수도 있다.

도 2의 몇몇 부품들의 일반적인 치수들은 다음과 같다: 각각의 입방형 관성 질량체(310, 320, 330, 340)는 약 300 ㎛ 내지 약 400 ㎛ 사이의 측면을 갖고; 빔 부재(400)는 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖고; 채널 폭으로서 공지된 관성 질량체(310, 320, 330, 340)와 지지 구조체(240) 사이의 간격은 약 20 ㎛이다. 4개의 관성 질량체(310, 320, 330, 340)를 갖는 통상의 실리콘 가속도 센서(110)는 약 1200 ㎛의 측면을 갖는다. 통상의 치수는 통상의 실시예의 예시를 위해서만 의도되고, 디바이스의 임의의 물리적 파라미터의 한정으로서 해석되어서는 안 된다.

도 6의 몇몇 부품의 통상의 치수는 이하와 같다: 제 1 절연체(610)의 두께는 약 75 ㎛이고 제 2 절연체(710)의 두께는 약 75 ㎛이다. 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302)과 제 1 덮개판 구조체(600) 사이의 간격은 약 1 ㎛이다. 관성 질량체(300)의 제 2 표면(304)과 제 2 덮개판 구조체 사이의 간격은 약 1 ㎛이다. 제 1 금속층(640)의 두께는 약 수 Å이고, 제 2 금속층(740)의 두께는 약 수 Å이다.

상술한 바와 같이, 도 2, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시된 구조는 빔 부재를 기준으로 하는 관성 질량체의 상대 각도 위치 설정을 나타내기 위해 제 1 덮개판 구조체가 제거된 4개, 3개, 또는 2개의 가속도 센서 셀을 갖는 모놀리식 실리콘 가속도 센서 디바이스이다. 도 2, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시된 디바이스의 구조체에 대한 도 6에 도시된 구조체의 중첩은 이들 모놀리식 디바이스의 완전한 구조를 예시한다.

이제, 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 제조 방법에 대해 설명하면, 실리콘 미세 가공 기술이 도 6에 도시된 예시적인 센서 디바이스(120), 뿐만 아니라 도 2, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시된 다중 센서 셀 디바이스의 제조에 사용된다. 다수의 이들 디바이스는 일반적으로 실리콘 웨이퍼를 사용하여 배치 제조된다. 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 제조 방법은 (1) 전기 전도성 실리콘의 2개의 층 사이에 실리콘 이산화물의 층상 샌드위치를 형성하는 단계, (2) 가동성 실리콘 관성 질량체, 빔 부재, 및 실리콘 지지 구조체를 제조하는 단계, (3) 제 1 덮개판 구조체 및 제 2 덮개판 구조체를 제조하고 제 1 및 제 2 덮개판 구조체를 실리콘 지지 구조체에 접합하는 단계, 및 (4) 최종 구조체를 하나, 2개, 3개, 또는 4개의 센서 셀 디바이스로 다이싱하고, 전기 리드 와이어를 접합하고, 디바이스를 캡슐화하는 단계로 세분될 수도 있다. 단계 (4)는 통상적이고 당 분야에 공지되어 있기 때문에, 이들 절차의 상세한 설명은 제공할 필요가 없을 것이다. 이어지는 설명에서는 단일 센서 셀을 갖는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 제조 방법을 설명하지만, 당 기술 분야의 숙련자는 다수의 단일 센서 셀 디바이스가 동시에 배치 제조될 뿐만 아니라 다수의 축을 따르는 가속도를 감지하기 위해 사용된 다수의 다중 센서 셀 디바이스가 또한 동시에 배치 제조될 수 있다는 것을 이해한다. 단일 디바이스 내의 다중 센서 셀들 사이의 주요 구별되는 차이점은 각각의 다른 센서 셀에 대한 각도 배향 및 전기 접속 구조이다. 따라서, 이하의 설명은 단일 센서 셀 디바이스의 제조에 초점을 맞추는데, 이는 일단 이것이 이해되면 다수의 다중 센서 셀 디바이스가 어떠한 방식으로 동시에 제조될 수 있는지를 더 용이하게 이해할 수 있기 때문이다. 명세서에서의 치수는 본 발명의 바람직한 실시예에 전형적인 것이고 예시적인 것이라는 것을 주목하라. 실제 디바이스 치수는 소정의 디바이스 파라미터에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 노출된 제 1 표면을 갖는 전기 전도성 실리콘의 제 1 층과 노출된 제 2 표면을 갖는 전기 전도성 실리콘의 제 2 층 사이에 실리콘 이산화물의 층상 샌드위치를 형성하는 제 1 단계로 시작되고, 실리콘의 제 1 층 및 실리콘의 제 2 층은 서로 전기 접촉한다. 통상적으로 400 ㎛ 두께인 제 2 전기 전도성 실리콘 웨이퍼(292)의 섹션(250)을 도시하는 도 9를 고려한다. 후속 제조 단계에서 고려되는 유사한 제 1 웨이퍼 섹션, 제 3 웨이퍼 섹션, 및 제 4 웨이퍼 섹션이 또한 존재한다는 것을 주목하라. 도 10a에 도시된 제 2 웨이퍼 섹션(250)은 또한 통상적으로 400 ㎛ 두께이고 600 평방 ㎛인 제 1 표면(256) 및 제 2 표면(258)을 갖는다. 층상 샌드위치를 제조하는 바람직한 방법은 이후의 제조 단계에서 수행될 수 있는 에칭 작업과 방해하지 않는 위치에서 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256) 상에 실리콘 질화물의 도트(252)를 성장시키는 것이다. 다음, 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256)은 열적으로 산화되어 실리콘 질화물의 도트(252)에 의해 덮여지지 않은 위치에서 선택적인 제 1 실리콘 이산화물층(254)이 성장하게 한다. 도 10b는 산화 프로세스에 의해 발생하는 실리콘 메사(262)를 갖는 도 10a의 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 단면도를 도시한다. 다음, 제 1 실리콘 이산화물층(254)은 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256)으로부터 박리되어, 실리콘과 실리콘 질화물 도트(252) 사이의 경계면에 대해 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256)에 성형 함몰부를 잔류시킨다. 도 11a 및 도 11b는 제 2 실리콘 이산화물층(260)이 제 2 웨이퍼 섹션(250) 내의 성형 함몰부 내에 열적으로 성장되어 도 10b의 실리콘과 실리콘 질화물 도트(252) 사이의 경계면에 대응하는 레벨로 연장하고 실리콘 질화물 도트(252)가 박리된 후의 제 2 웨이퍼 섹션(250)을 도시한다. 따라서, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 실리콘 메사(262)가 산재된 제 2 실리콘 이산화물층(260)을 포함하는 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256)에 인접하여 평탄면이 형성된다. 도 12a 및 도 12b는 통상적으로 600 평방 ㎛인 제 1 표면(276) 및 제 2 표면(278)을 갖는 제 2 전기 전도성 실리콘 웨이퍼의 제 1 웨이퍼 섹션(270)을 도시한다. 이 제 1 웨이퍼 섹션(270)은 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 성형 평탄면에 접합되어, 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 2 표면(278)이 성형 평탄면과 접촉하게 된다. 다음, 제 1 웨이퍼 섹션(270)은 통상적으로 5 내지 10 ㎛인 값으로 연삭된다. 값은 이후의 제조 단계에 형성된 빔 부재의 두께를 결정한다. 이는 약 400 ㎛의 통상의 두께를 갖는 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션(270)과 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션(250) 사이에 실리콘 이산화물의 층상 샌드위치를 형성하고, 이에 의해 제 1 웨이퍼 섹션(270) 및 제 2 웨이퍼 섹션(250)이 실리콘 메사(262)를 거쳐 실리콘 이산화물층을 통해 전기적으로 상호 접속된다.

상술한 바람직한 실시예에 부가하여, 2개의 실리콘의 층 사이에 실리콘 이산화물의 샌드위치된 층을 형성하는 다수의 대안 실시예가 존재한다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 유사한 구조를 생성하기 위한 하나의 대안 실시예는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 제 2 웨이퍼 섹션(250) 상의 제 2 실리콘 이산화물층(260)의 평탄면에 도 12a 및 도 12b의 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션(270)을 접합하기 전에, 도 11a 및 도 11b에 도시된 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 실리콘 이산화물층(260)의 표면 하부에 통상적으로 5 내지 10 ㎛의 깊이로 이온을 주입하는 것이다. 제 1 웨이퍼 섹션은 연삭되지 않지만, 상기와 같이 최종 구조체는 열 충격을 받는다. 열 충격은, 제 2 웨이퍼 섹션(250)이 이온 주입부와 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 잔류 실리콘의 접합부를 따라 쪼개지도록 하여, 제 2 웨이퍼 섹션(250)이 통상적으로 5 내지 10 ㎛의 두께이고 제 1 웨이퍼 섹션(270)이 통상적으로 400 ㎛ 두께인 점에서 도 12a 및 도 12b에 도시된 구조로부터 반전된 구조를 형성한다. 도 12a 및 도 12b의 것과 유사한 구조를 생성하는 다른 대안 실시예는 도 13a에 도시된 바와 같이 제 2 웨이퍼 섹션(250) 상에 실리콘 이산화물의 제 1 층(254)을 성장시키고, 이어서 실리콘 이산화물층(254)을 통해 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 다수의 소형 영역(255)을 노출시키고, 용융 실리콘의 퍼들(puddle)을 생성하고, 도 13b에 도시된 바와 같이 제 1 실리콘 이산화물층(254)의 노출된 표면 상에 용융 실리콘의 퍼들을 흡인하는 것이다. 실리콘의 제 1 층(270)은 용융 실리콘이 도 13b에 도시된 바와 같이 냉각될 때 실리콘 이산화물층(254)의 상부에 형성되어 도 12a 및 도 12b와 유사한 구조체를 형성한다. 도 12a 및 도 12b와 유사한 구조체를 생성하는 다른 대안 실시예는 도 13a에 도시된 바와 같이 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 1 표면(256) 상에 실리콘 이산화물(254)의 제 1 층을 형성하는 것이다. 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 2 표면(278)은 도 13c에 도시된 바와 같이 제 1 실리콘 이산화물층(264)에 접합된다. 다수의 소형 구멍이 제 1 웨이퍼 섹션(270) 또는 제 2 웨이퍼 섹션(250)에 노출되어 실리콘 이산화물층(254)으로 연장되고, 노출된 실리콘 이산화물층(254)을 박리하고, 소형 구멍에 전도성 폴리실리콘 또는 다른 전도성 재료를 적층한다. 이는 도 13b에 도시된 바와 같이 제 1 웨이퍼 섹션(270)과 제 2 웨이퍼 섹션(250) 사이의 전기적 접속을 형성한다.

바람직한 실시예의 제 2 단계는 도 1a에 도시된 바와 같이 가동성 실리콘 관성 질량체(300), 빔 부재(400), 및 실리콘 지지 구조체(200)를 제조하는 것이다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 제 1 웨이퍼 섹션(270)과 제 2 웨이퍼 섹션(250) 사이의 실리콘 이산화물층(260)의 층상 샌드위치는 이 제 2 단계를 위한 시작점을 형성한다. 후속의 단계에서 형성될 관성 질량체의 이동을 위한 공간을 제공하기 위해, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 제 1의 1 ㎛ 함몰부(284)가 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 1 표면(276) 상에 형성되고, 제 2의 1 ㎛ 함몰부(264)가 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258) 상에 형성된다. 도 14b에 도시된 제 2 실리콘 이산화물층(260) 및 실리콘 메사(262)는 제조 프로세스의 이전 단계에서 형성된다는 것을 주목하라. 제 1 함몰부(284) 및 제 2 함몰부(264)는 도 14b에 도시된 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 노출된 제 1 표면(276) 상에 실리콘 질화물의 제 1 층을 및 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 노출된 제 2 표면(258) 상에 실리콘 질화물의 제 2 층을 성장시킴으로써 형성된다. 실리콘 질화물의 제 1 층 및 실리콘 질화물의 제 2 층은 제 1 직사각형 함몰부(284) 및 제 2 직사각형 함몰부(264)용 제 1 및 제 2 노출된 직사각형 영역을 제공하도록 마스킹된다. 제 1 및 제 2 노출된 직사각형 영역은 서로 수평 정렬되도록 위치 설정된다. 노출된 제 1 및 제 2 직사각형 영역은 이어서 실리콘의 제 1 및 제 2 직사각형 영역이 제 1 웨이퍼 섹션(270) 및 제 2 웨이퍼 섹션(250) 상에 노출되도록 실리콘 이산화물층이 박리된다. 실리콘 이산화물의 층들은 제 1 및 제 2 직사각형 영역 내의 노출된 실리콘 상에 성장된다. 실리콘 질화물층 상의 마스킹은 제거되고 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물이 박리되어, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 실리콘 이산화물의 층들이 성장되어 있는 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 1 표면 상에 1 ㎛ 함몰부를 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258) 상에 1 ㎛ 함몰부를 잔류시킨다.

가동성 실리콘 관성 질량체의 제 2 섹션(308)은 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 도 14b의 제 2 함몰부(264)의 주연 내에 통상적으로 20 ㎛의 폭을 갖는 직사각형 프레임형 영역을 마스킹함으로써 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250) 내에 형성되고, 직사각형 프레임형 영역은 주 치수 또는 부 치수를 갖는다. 실리콘 이산화물층은 도 14b에 도시된 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258)의 잔류 노출된 영역 상에 성장되고, 프레임형 마스킹이 제거되어, 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258) 상의 제 2 함몰부(264) 내에 실리콘의 프레임형 영역을 노출시킨다. 노출된 실리콘은 에칭 정지부를 형성하는 실리콘 이산화물층(260)으로 연장하는 도 14b의 노출된 제 2 표면(258)으로부터 바람직하게는 저항성 이온 에칭(RIE)에 의해 에칭되어, 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250)에 프레임형 채널(266)을 형성하고, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 관성 질량체의 제 2 섹션(308) 및 실리콘 지지 구조체(200)를 형성한다. 채널(266) 내에는 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258)의 이전의 부분인 제 2 표면(304)을 갖는 관성 질량체의 제 2 섹션(308)이 있다. 채널(266)의 외부에는 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 제 2 표면(258)의 이전의 부분인 제 2 표면(204)을 갖는 실리콘 지지 구조체(200)가 있다. 도 1a의 가동성 실리콘 관성 질량체(300)의 제 1 섹션(306) 및 토션 빔 부재(400)는 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 제 1 함몰부(284)의 주연 내에 통상적으로 20 ㎛의 폭을 각각 갖는 U 형상 영역 및 바아 형상 영역을 마스킹함으로써 도 14b의 제 1 웨이퍼 섹션(270) 내에 형성된다. 바아 형상 영역은 도 15a 및 도 15b에 도시된 직사각형 프레임형 채널(266)의 주 치수와 정렬된 기다란 치수를 갖는다. U 형상 영역 및 바아 형상 영역은 도 14a의 제 2 웨이퍼 섹션(250)에 이미 형성된 도 15a의 직사각형 프레임형 채널(266)에 동일한 평면 치수를 가지며 그와 수평으로 정렬되도록 위치 설정된다. 이 정렬은 직사각형 평행육면체 관성 질량체가 제 1 섹션(306) 관성 질량체의 후속의 에칭 프로세스 후에 형성되는 것을 가능하게 한다. 실리콘 이산화물층이 도 14a의 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 1 표면(276)의 잔류 노출된 영역 상에 성장되고, U 형상 및 바아 형상 마스킹이 제거되어 도 14a의 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 1 표면(276) 상의 제 1 함몰부(284) 내에 실리콘의 U 형상 및 바아 형상 영역을 노출시킨다. 노출된 실리콘은 에칭 정지부를 형성하는 도 14a의 실리콘 이산화물층(260)으로 연장되는 노출된 제 1 표면(276)으로부터 바람직하게는 RIE에 의해 에칭되어, 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 도 14a의 제 1 웨이퍼 세션(250)에 U 형상 채널(286) 및 바아 형상 채널(288)을 생성한다. U 형상 채널(286)과 바아 형상 채널(288) 사이의 침입형 실리콘은 토션 빔 부재(400)를 형성한다. U 형상 채널(286) 및 바아 형상 채널(288) 내에는 도 14a에 도시된 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 제 1 표면의 이전의 부분인 제 1 표면(302)을 갖는 관성 질량체의 제 1 섹션(306)이 있다. 채널(286, 288)의 외부에는 도 14a에 도시된 제 1 웨이퍼 섹션의 제 1 표면(276)의 이전의 부분인 제 1 표면(202)을 갖는 실리콘 지지 구조체(200)가 있다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 최종 구조체는 실리콘 지지 구조체(200)에 고착된 토션 빔 부재(400)와 실리콘 이산화물의 웨브에 의해 적소에 유지된다. 도 16b에 도시된 관성 질량체는 도 14b의 실리콘 이산화물층(260)과 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션(270)의 부분인 제 1 섹션(306)과, 도 14b의 제 2 웨이퍼 섹션(250)의 부분인 제 2 섹션(308)을 포함한다. 도 16b에 도시된 실리콘 지지 구조체 (200)는 도 14b의 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 부분, 실리콘 이산화물층(260), 및 제 2 웨이퍼 섹션(250)을 포함한다.

전체 구조체는 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 에칭된 프레임형 채널(266), 에칭된 U 형상 채널(286) 및 에칭된 바아 형상 채널(288) 내의 노출된 실리콘 이산화물을 박리하고, 이에 의해 도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이 제 1 표면(202) 및 제 2 표면(204)을 갖는 실리콘 지지 구조체(200)에 고착된 토션 빔 부재(400)에 의해 위치 설정된 제 1 표면(302) 및 제 2 표면(304)을 갖는 직사각형 평행육면체 관성 질량체(300)가 생성된다. 사용된 박리제는 통상적으로 불화수소이다.

도 17a 및 도 17b에 도시된 가동성 실리콘 관성 질량체(300), 빔 부재(400) 및 실리콘 지지 구조체(200)를 제조하기 위한 바람직한 실시예의 다수의 대안이 있다. 이들 대안 중 하나는 도 14a의 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 두께를 조절함으로써 빔 부재(400)의 두께를 조절하는 단계를 포함하고, 이는 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 노출된 제 1 표면(276) 상에 실리콘을 에피택셜 성장시키거나, 도 14a의 제 1 웨이퍼 섹션(270)의 노출된 제 1 표면(276)을 이온 밀링하거나 연삭함으로써 성취될 수 있다. 다른 대안 실시예는 도 16a의 U 형상 채널(286)과 바아 형상 채널(288) 사이의 이격 거리를 조절함으로써 빔 부재의 폭을 조절하거나, 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 에칭된 채널(266, 286, 288)의 폭을 조절함으로써 빔 부재의 길이를 조절하는 것이다. 토션 빔 부재(400)를 형성하기 위한 바람직한 실시예는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 도 16a 및 도 16b를 기준으로 하여 U 형상 채널(286)의 개방 상부를 가로질러 바아 형상 채널(288)을 위치 설정하고, U 형상 채널(286)의 외부 치수 이내로 바아 형상 채널(288)을 중심 설정하고, U 형상 채널(286)의 상부의 전체 외부폭과 동일하게 바아 형상 채널(288)의 길이를 확장하고, U 형상 채널(286)의 상부로부터 바아 형상 채널(288)의 단부를 공간적으로 분리하는 것이다. 대안 실시예는 도 1b에 도시된 바와 같이 캔틸레버 빔 부재(410)를 형성하는 것이다. 도 18을 참조하면, 캔틸레버 빔 부재는 U 형상 채널(286)의 개방 상부를 가로질러 바아 형상 채널(288)을 위치 설정하고, U 형상 채널(286)의 내부 치수 이내로 바아 형상 채널(288)을 중심 설정하고, U 형상 채널(286)의 상부의 내부폭보다 작게 바아 형상 채널(288)의 길이를 확장하고, U 형상 채널(286)의 내측 상부로부터 바아 형상 채널(288)의 단부를 공간적으로 분리함으로써 형성된다. 제 1 웨이퍼 섹션(270) 및 제 2 웨이퍼 섹션(250)을 전기적으로 접속하기 위한 대안 실시예는 이들 영역 내의 노출된 실리콘 이산화물층(260)을 박리한 후에 U 형상 채널(286), 프레임형 채널(266) 및 바아 형상 채널(288)의 측벽 상에 전도성 재료, 바람직하게는 폴리실리콘을 증착하는 것이다.

빔 부재들(410)에 압전 저항 소자(420)를 고착함으로써 관성 질량체(300)의 이동을 검출하기 위한 대안 실시예는 단순한 제 1 덮개판 구조체(600) 및 단순한 제 2 덮개판 구조체(700)를 필요로 하고, 양자 모두 도 7에 도시된 바와 같이 실리콘 지지 구조체(200)에 접합될 유리와 같은 절연 재료이다. 다음, 압전 저항 소자는 가속도에 응답하여 관성 질량체의 이동에 기인한 빔 부재의 비틀림 또는 만곡의 양을 결정하기 위해 적합한 저항 측정 회로에 전기적으로 접속된다.

본 발명의 바람직한 실시예의 제 3 단계는 제 1 덮개판 구조체(600) 및 제 2 덮개판 구조체(700)를 제조하고 도 19에 도시된 바와 같이 덮개판 구조체들을 실리콘 지지 구조체(200)에 접합하는 것이다. 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 바람직한 실시예는 2개의 가변 커패시턴스를 측정하는 것이다. 제 1 가변 커패시턴스는 실리콘 지지 구조체(200)에 고착되어 그로부터 절연된 제 1 덮개판 구조체(600)에 고착된 제 1 금속층(640)과 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302) 사이에 있다. 제 2 가변 커패시턴스는 실리콘 지지 구조체(200)에 고착되어 그로부터 절연된 제 2 덮개판 구조체(700)에 고착된 제 2 금속층(740)과 관성 질량체(300)의 제 2 표면(304) 사이에 있다. 제 1 덮개판 구조체(600)는 도 19에 도시된 바와 같이 제 2 덮개판 구조체(700)의 경면 이미지이므로, 간략화를 위해 단지 제 1 덮개판 구조체의 제조만이 설명될 것이다.

도 20a를 참조하면, 제 1 덮개판 구조체(600)를 제조하기 위한 바람직한 실시예는 전기 전도성 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 노출된 제 1 표면(622) 상에 실리콘 이산화물의 제 1 층(626)을 성장하는 것이고, 제 3 웨이퍼 섹션(620)은 제 1 표면(622)에 대향하는 제 2 표면(624)을 갖는다. 제 3 웨이퍼 섹션(620) 상의 실리콘 이산화물의 제 1 층(626)은, 실리콘 이산화물 표면이 도 20a에 도시된 바와 같이 관성 질량체의 위치와 일치하여 위치 설정되는 소형 성형 패턴을 제외하고 노출되도록 마스킹된다. 노출된 실리콘 이산화물층(626)은 마스킹된 성형 패턴을 제외하고는 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 제 1 표면(622)의 실리콘을 노출시키도록 박리된다. 노출된 실리콘 표면은 소형 실리콘 메사(630)가 도 20b에 도시된 바와 같이 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 제 1 표면(622) 상에 형성되도록 통상적으로 75㎛의 깊이로 에칭된다. 다음, 트렌치는 제 3 웨이퍼 세션(620)의 두께의 통상적으로 절반의 깊이 또는 약 200 ㎛의 깊이로 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 제 1 표면(622) 상에 직사각형 크로스해치 패턴으로 형성된다. 직사각형 크로스해치는 실리콘 메사를 포함하고 도 20b에 도시된 바와 같이 관성 질량체의 위치와 일치하도록 위치 설정된다.

도 21은 트렌치가 유리로 충전되고 실리콘 메사(630)가 유리로 덮여지도록 유리의 층이 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 제 1 표면 상부에 용융된 후에 트렌치 형성된 제 3 웨이퍼 섹션(620)을 도시하는 제 1 덮개판 구조체(600)의 부분 파단 사시도이다. 유리 표면은 평탄하게 연삭되어 메사(630)의 상부가 노출된 평탄 유리 표면(612)을 형성하고, 제 3 웨이퍼 섹션의 제 2 표면(624)은 유리 충전 트렌치가 도 21에 도시된 바와 같이 노출되도록 재차 연삭된다. 제 1 금속 직사각형 패턴층(640)이 제 1 덮개판 구조체의 평탄 유리 표면(612) 상에 형성되어, 금속층(640)이 전기 전도성 실리콘 메사(630)에 의해 대향 전기 전도성 제 3 웨이퍼 섹션(620) 및 그의 제 2 표면(624)에 전기적으로 접속된다. 제 1 금속층(640)은 도 19에 도시된 관성 질량체(300)의 제 1 표면과 일치하도록 치수 설정되고 위치 설정된다.

도 21에 도시된 제 1 덮개판 구조체(600)의 유리 표면(612)은 도 19에 도시된 실리콘 지지 구조체(200)의 제 1 표면(202)에 접합되어, 도 19에 도시된 바와 같이 제 1 가변 커패시터가 제 1 표면(302)이 제 1 금속층(640) 사이에 형성되도록 제 1 금속층(640)이 관성 질량체(300)의 제 1 표면(302)과 일치하여 그로부터 이격된다. 유사하게, 제 2 덮개판 구조체(700)는, 도 19에 도시된 바와 같이 제 2 가변 커패시터가 관성 질량체의 제 2 표면(304)과 제 2 금속층(740) 사이에 형성되도록 실리콘 지지 구조체(200)의 제 2 표면(204)에 접합된다. 전기 접합 패드(870)가 도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 웨이퍼 섹션(620)의 제 2 표면(624), 실리콘 지지 구조체(200)의 표면, 및 제 4 웨이퍼 섹션(720)의 제 2 표면(724) 상에 형성된다. 전기 리드 와이어(880)는 도 6에 도시된 제 1 덮개판 구조체(600), 실리콘 지지 구조체(200), 및 제 2 덮개판 구조체(700)를 제 1 가변 커패시터의 값 및 제 2 가변 커패시터의 값을 측정하기 위한 전자 회로에 접속시켜, 센서에 의해 경험되는 가속도 크기 및 방향의 지시인 관성 질량체(300)의 이동의 측정을 제공한다. 도 22는 커패시턴스 측정 전자 회로에 접속된 단일 센서 셀을 갖는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 단면도를 도시한다.

대안 제 1 덮개판 구조체(650)를 제조하는 다른 실시예는, 구멍이 관성 질량체의 위치와 일치하도록 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 표면(662) 및 제 2 표면(664)을 갖는 전기 절연 재료(660)의 섹션에 소형 구멍(666)을 형성하는 것이다. 구멍(666)의 표면, 뿐만 아니라 절연 재료(660)의 제 2 표면(664) 상의 제 1 직사각형 금속층(668)은 제 2 표면(664) 상의 직사각형 금속층(668)이 금속화된 구멍에 의해 제 1 표면에 전기적으로 접속되고 관성 질량체의 제 1 표면과 일치하여 치수 설정되고 위치 설정되도록 금속화된다. 전기 접합 패드(870)는 금속화된 구멍(666)과 전기 접촉하는 절연 재료(660)의 제 1 표면(662) 상에 형성된다. 절연 재료(660)의 제 2 표면(664)은, 금속화된 층(668)이 관성 질량체의 제 1 표면과 일치하여 그로부터 이격됨으로써 제 1 가변 커패시터가 형성되도록 실리콘 지지 구조체의 제 1 표면에 접합된다. 제 2 덮개판 구조체가 유사하게 형성되어 실리콘 지지 구조체의 제 2 표면에 접합된다.

하나 이상의 센서를 갖는 모놀리식 가속도 센서는 서로에 대한 빔 부재의 각도 배향을 단지 변경함으로써 상술한 방법에 의해 제조될 수 있다는 것이 주의하여야 한다. 도 5는 제 1 및 제 2 가속도 센서 셀을 갖는 모놀리식 가속도 센서(110)를 도시하고, 이에 의해 관성 질량체(320)를 갖는 제 2 센서 셀은 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 180°각도로 배향된다. 도 4a 및 도 4b는 제 1, 제 2 및 제 3 가속도 센서 셀을 갖는 모놀리식 가속도 센서(120, 130)의 대안을 도시하고, 이에 의해 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 관성 질량체(310)를 갖는 제 2 센서 셀은 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 90°각도로 배향되고 관성 질량체(320)를 갖는 제 3 센서 셀은 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 180°로 배향된다. 도 2는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 가속도 센서 셀을 갖는 모놀리식 가속도 센서(140)를 도시하고, 이에 의해 각도 기준으로서 빔 부재를 사용하여 관성 질량체의 제 1 표면에서 볼 때 관성 질량체(310)를 갖는 제 2 센서 셀은 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 90°각도로 배향되고, 관성 질량체(320)를 갖는 제 3 센서 셀은 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 180°각도로 배향되고, 관성 질량체(330)를 갖는 제 4 센서 셀은 관성 질량체(340)를 갖는 제 1 센서 셀로부터 270°각도로 배향된다.

본 발명을 특정 바람직한 버전을 참조하여 상당히 상세하게 설명하였지만, 다른 버전이 가능하다. 본원에 설명된 실시예는 단지 예시적인 것이고 다수의 대안 실시예 및 부가의 실시예가 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백해질 것이다. 따라서, 이러한 대안 실시예는 본원에 명시적으로 설명되지 않더라도 본 발명의 사상 내에 있는 것으로 해석되어야 하고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 내용 및 범주에 의해서만 한정된다.

Claims (24)

1. 모놀리식(monolithic) 실리콘 가속도 센서에 있어서,

   적어도 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하고, 상기 센서 셀은 제 1 표면 및 대향한 제 2 표면을 가지는 가동성 실리콘 관성 질량체를 포함하며, 상기 관성 질량체는 제 1 표면 및 대향한 제 2 표면을 가지는 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치되고, 상기 실리콘 센서 셀은 가속도의 2개 직교축을 따른 가속도에 응답하여 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 가진 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동성 실리콘 관성 질량체는 토션 빔 부재에 의해 배치되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동성 실리콘 관성 질량체는 캔틸레버 빔 부재에 의해 배치되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가동성 실리콘 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단은 상기 실리콘 지지 구조체의 제 1 표면에 고착된, 상기 관성 질량체의 제 1 표면으로부터 이격 배치된 제 1 덮개판 구조체와 상기 관성 질량체 사이의 용량 및 상기 실리콘 지지 구조체의 제 2 표면에 고착된, 상기 관성 질량체의 제 2 표면으로부터 이격 배치된 제 2 덮개판 구조체와 상기 실리콘 관성 질량체 사이의 용량을 측정하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단은 상기 빔 부재에 부착된 압전저항 장치의 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서는 가속도의 2개의 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1 및 제 2 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 제 2 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서는 가속도의 3개 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 90° 각도로, 그리고, 제 3 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서는 가속도의 3개 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 90° 각도로, 제 3 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로, 그리고, 제 4 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 270°각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
9. 모놀리식 실리콘 가속도 센서에 있어서,

   2개 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 가속도 센서 셀을 포함하고, 상기 가속도 센서 셀은,

   (a) 제 1 표면과 대향한 제 2 대향 표면을 가지며, 제 1 및 제 2 표면을 가진 전기 전도성 실리콘 지지 구조체에 고착된 전기 전도성 빔 부재에 의해 배치되어 있는 전기 전도성 가동성 실리콘 관성 질량체와,

   (b) 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 1 표면에 고착된 제 1 절연체상에 형성된, 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면으로부터 이격 배치된 제 1 전기 전도층을 포함하며, 상기 제 1 전기 전도층 및 상기 관성 질량체의 제 1 표면이 상기 관성 질량체의 위치에 따른 값의 제 1 가변 커패시터를 형성하는 제 1 덮개판 구조체와,

   (c) 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 2 표면에 고착된 제 2 절연체상에 형성된, 상기 관성 질량체의 상기 제 2 표면으로부터 이격 배치된 제 2 전기 전도층을 포함하며, 상기 제 2 전기 전도층 및 상기 관성 질량체의 제 2 표면이 상기 관성 질량체의 위치에 따른 값의 제 2 가변 커패시터를 형성하는 제 2 덮개판 구조체, 및

   (d) 상기 관성 질량체, 상기 제 1 덮개판 구조체의 제 1 금속층 및 제 2 덮개판 구조체의 제 2 금속층을 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터의 용량값을 측정할 수 있는 전자 회로에 전기 접속하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
10. 제 9 항에 있어서,

    (a) 상기 전자 회로에 상기 관성 질량체를 전기 접속하기 위한 수단은 상기 실리콘 지지 구조체에 대한 금속 접합부이고,

    (b) 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 1 절연체에 장착된 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 1 금속층과 전기적으로 접촉하는 제 1 절연체를 통한 제 1 전도성 실리콘 메사를 가지며,

    (c) 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 2 절연체에 장착된 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 2 금속 층과 전기적으로 접촉하는 상기 제 2 절연체를 통한 제 2 전도성 실리콘 메사를 가지는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 1 금속층을 통해 제 1 절연체내에 구멍을 형성하고, 상기 제 1 금속층까지 상기 구멍을 금속화하고, 상기 제 1 금속층에 대향한 상기 금속화된 구멍에 전기 리드를 접합하며, 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 제 2 금속층을 통해 제 2 절연체내에 구멍을 천공하고, 상기 제 2 금속층까지 상기 구멍을 금속화하고, 상기 제 2 금속층에 대향한 상기 금속화된 구멍에 전기 리드를 접합하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 관성 질량체는 직사각형 평행육면체로서 성형되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 관성 질량체는 정육면체로서 성형되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    (a) 상기 제 1 가변 커패시터를 위해 유전 공간이 제공되도록 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면이 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 1 표면으로부터 미소하게 함몰되고,

    (b) 상기 제 2 가변 커패시터를 위해 유전 공간이 제공되도록 상기 관성 질량체의 상기 제 2 표면이 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 2 표면으로부터 미소하게 함몰되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
15. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    (a) 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층은 제 1 유리층을 통한 전기 접속부를 가지는 유리의 제 1 절연층상에 형성되고,

    (b) 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층은 제 2 유리를 통한 전기 접속부를 가지는 유리의 제 2 절연층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
16. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    (a) 상기 제 1 덮개판 구조체는 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 1 표면에 고착된, 상기 관성 질량체의 제 1 표면으로부터 이격 배치된 제 1 절연층을 포함하고,

    (b) 상기 제 2 덮개판 구조체는 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 2 표면에 고착된, 상기 관성 질량체의 제 2 표면으로부터 이격 배치된 제 2 절연층을 포함하고,

    (c) 압전저항 요소는 상기 빔 부재에 부착되고,

    (d) 상기 압전저항 요소의 저항을 측정하기 위한 전자 회로에 상기 압전저항 요소를 연결하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서는 가속도의 2개 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1 및 제 2 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 1 센서 셀에 대하여 90°또는 180°중 어느 하나의 각도로 상기 제 2 센서 셀이 배향되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
18. 제 17 항에 있어서,

    (a) 상기 관성 질량체를 전자 회로에 전기 접속하기 위한 수단은 상기 실리콘 지지체에 대한 금속 접합부이고,

    (b) 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 제 1 유리 절연체에 장착된 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 1 금속층과 전기적으로 접촉하는, 상기 제 1 유리 절연체를 통한 제 1 전도성 실리콘 메사를 가지며,

    (c) 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 제 2 유리 절연체에 장착된 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 2 금속층과 전기적으로 접촉하는, 상기 제 2 유리 절연체를 통한 제 2 전도성 실리콘 메사를 가지는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
19. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서는 가속도의 3개 직교 축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대하여 90°각도로 배향되고, 상기 제 3 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대하여 180°각도로 배향되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
20. 제 19 항에 있어서,

    (a) 상기 전자 회로에 상기 관성 질량체를 전기 접속하기 위한 수단은 상기 실리콘 지지 구조체에 대한 금속 접합부이고,

    (b) 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 1 절연체에 장착된 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 1 금속층과 전기적으로 접촉하는 상기 제 1 유리 절연체를 통한 제 1 전도성 실리콘 메사를 가지며,

    (c) 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 2 절연체에 장착된 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 2 금속층과 전기적으로 접촉하는 상기 제 2 유리 절연체를 통한 제 2 전도성 실리콘 메사를 가지는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
21. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서는 가속도의 3개 직교축을 따라 가속도를 감지하기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 가속도 센서 셀을 추가로 포함하고, 상기 빔 부재를 각도 기준으로 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 90° 각도로, 제 3 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로, 그리고, 제 4 센서 셀은 상기 제 1 센서 셀에 대해 270°각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
22. 제 9 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 관성 질량체는 토션 빔 부재에 의해 배치되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
23. 제 9 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 관성 질량체는 캔틸레버 빔 부재들에 의해 배치되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.
24. 제 21 항에 있어서,

    (a) 상기 전자 회로에 상기 관성 질량체를 전기 접속하기 위한 수단은 상기 실리콘 지지 구조체에 대한 금속 접합부이고,

    (b) 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 제 1 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 1 절연체에 장착된 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 3 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 1 금속층과 전기적으로 접촉하는 상기 제 1 유리 절연체를 통한 제 1 전도성 실리콘 메사를 가지며,

    (c) 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 제 2 금속층을 전기 접속하기 위한 수단은 상기 제 2 절연체에 장착된 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션이며, 상기 제 4 전도성 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 전자 회로에 접속된 리드 배선이 접합되는 금속 접합 패드를 가지면서, 상기 제 2 금속층과 전기적으로 접촉하는 상기 제 2 유리 절연체를 통한 제 2 전도성 실리콘 메사를 가지는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서.