KR20050024346A - Method of manufacturing of a monolithic silicon acceleration sensor - Google Patents

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KR20050024346A
KR20050024346A KR10-2004-7020591A KR20047020591A KR20050024346A KR 20050024346 A KR20050024346 A KR 20050024346A KR 20047020591 A KR20047020591 A KR 20047020591A KR 20050024346 A KR20050024346 A KR 20050024346A
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silicon
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KR10-2004-7020591A
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게오프레이 엘. 마혼
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브이티아이 테크놀러지즈 오와이
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Abstract

모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법이 설명되어 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. 샌드위치된 에칭 정지층이 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션과 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션 사이에 형성된다. 관성 질량체의 제 1 섹션 및 빔 부재는 샌드위치된 층의 제 1 웨이퍼 색션내에 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 에칭 정지층까지 에칭함으로써 형성된다. 관성 질량체의 제 2 섹션은 제 1 섹션내의 U 형상 채널 및 바아 형상 채널과 제 2 웨이퍼 섹션내의 프레임 형상 채널을 정렬시키고, 에칭 정지층까지 프레임 형상 채널을 에칭함으로써 형성된다. 노출된 에칭 정지층을 박리시킨 이후, 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 관성 질량체가 형성된다. 제 1 덮개판 구조체가 실리콘 지지구조체의 제 1 표면에 접합된다.A method of making a monolithic silicon acceleration sensor is described. Monolithic silicon acceleration sensors are micromachined from silicon to form one or more sensor cells, each sensor cell having an inertial mass disposed by a beam member secured to a silicon support structure. A sandwiched etch stop layer is formed between the first silicon wafer section and the second silicon wafer section. The first section and the beam member of the inertial mass are formed by etching the U-shaped channel and the bar-shaped channel to the etch stop layer in the first wafer section of the sandwiched layer. The second section of the inertial mass is formed by aligning the U-shaped and bar-shaped channels in the first section with the frame-shaped channel in the second wafer section and etching the frame-shaped channel up to the etch stop layer. After exfoliating the exposed etch stop layer, an inertial mass disposed by the beam member secured to the silicon support structure is formed. The first cover plate structure is bonded to the first surface of the silicon support structure.

Description

모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법{Method of manufacturing of a monolithic silicon acceleration sensor}Method of manufacturing 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.The present invention relates to an acceleration sensor micromachined from silicon, and more particularly to a sensor having an inertial mass disposed by a torsion or cantilever support member.

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.It is known in the art that small, compact acceleration sensors can be formed by micromachining silicon wafers with suitable structures capable of detecting acceleration along one axis. Micromachining processes are generally performed on batches of silicon wafers. This process consists of masking and forming a pattern of etch stop material on the wafer surface, etching exposed silicon, removing etch stop material, metallizing, and bonding. The silicon wafer is diced into individual acceleration sensor devices, which are packaged and connected to appropriate electronic circuitry to form an accelerometer. Using these techniques, biaxial or triaxial acceleration sensors require two or three discrete diced devices, respectively, to be precisely mechanically aligned along two or three orthogonal axes of acceleration. Examples of acceleration sensors formed by micromachining processes are described in US Pat. Nos. 4,574,327, 4,930,043, and 5,008,774.

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.Conventional silicon acceleration sensors use inertial masses that move in response to acceleration disposed by cantilever support members that can introduce asymmetry that can result in undesirable cross-axis sensitivity. To avoid this undesirable asymmetry effect, these devices are designed with flexible support members around the outer periphery of the inertial mass so that the response to acceleration is well along the axis perpendicular to the plane of the inertial mass. To further limit the acceleration response to one axis, the support member is sometimes arranged in the central plane of the inertial mass or symmetrically in the top and bottom surfaces of the inertial mass. Devices manufactured in this way exhibit wide parameter variations between devices. In addition, for multi-axis applications, many discrete devices must be precisely mechanically aligned with respect to each axis of acceleration. Difficulties encountered in manufacturing include the precise location of the central plane and the precise alignment of multiple devices, which complicates, slows, and increases the manufacturing process.

상기 이유들 때문에, 장치간에 엄격한 파라미터 공차를 가지는 낮은 기계적 응력의 온도에 안정한 장치를 초래하는 비교적 단순한 제조 프로세스에 의해 실리콘으로 기계가공된 모놀리식 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.For these reasons, there is a need for a monolithic multi-axis acceleration sensor machined into silicon by a relatively simple manufacturing process that results in a device that is stable at low mechanical stress temperatures with tight parameter tolerances between devices. Rather than the precise mechanical alignment of the discontinuous device after the dicing operation, it is desirable that some desired multi-axis alignment be performed as part of the lithographic process used in manufacturing the device. It is also desirable that the manufacturing process can be adjusted on a batch basis to produce a device having a predetermined acceleration sensitivity, using a batch ranging from a low sensitivity device to a high sensitivity device.

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.FIG. 1A illustrates a portion of a simplified monolithic silicon acceleration sensor including one silicon acceleration sensor cell without first and second cover plate structures having an inertial mass disposed by a torsion beam secured to a silicon support structure. Partly broken perspective view.

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.FIG. 1B illustrates a portion of a simplified monolithic silicon acceleration sensor including one silicon acceleration sensor cell without first and second cover plate structures having an inertial mass disposed by a cantilever beam secured to a silicon support structure. Partly broken perspective view.

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.FIG. 2 shows four silicon accelerations, each having inertial masses oriented at different angles when viewing the beam members in the plane of the X and Y axes, each inertial mass disposed by torsion beams fixed to the silicon support structure. A perspective view illustrating a simplified monolithic multi-axis acceleration sensor without a first cover plate structure with a sensor cell.

도 3은 3개 직교 가속도 축을 따른 가속도 센서의 가속도로 인한, 도 2에 도시된 가동성 관성 질량체 각각의 이동 방향을 나타내는 차트.3 is a chart showing the direction of movement of each of the movable inertial masses shown in FIG. 2 due to the acceleration of the acceleration sensor along three orthogonal acceleration axes.

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.4A and 4B show respective inertial masses oriented at different angles when viewing the beam members in the plane of the X and Y axes, each inertial mass disposed by a torsion beam member secured to a silicon support structure, Two perspective views showing a simplified monolithic multi-axis acceleration sensor without the first cover plate structure, with three silicon acceleration sensor cells.

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.5 shows two silicon, each having an inertial mass oriented at different angles when viewed in the plane of the X and Y axes, each inertial mass disposed by a torsion beam member secured to a silicon support structure. Perspective view illustrating a simplified monolithic multi-axis acceleration sensor with an acceleration sensor cell.

도 6은 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 부분 파단 사시도.6 is a partially broken perspective view of a monolithic silicon acceleration sensor including one silicon acceleration sensor cell.

도 7은 캔틸레버 빔 부재상에 압전저항 요소를 가지는 단순화된 전기 비전도성 단일 셀 모놀리식 실리콘 가속도 센서를 도시하는 부분 파단 사시도.FIG. 7 is a partially broken perspective view showing a simplified electrically nonconductive single cell monolithic silicon acceleration sensor with piezo-resistive elements on the cantilever beam member. FIG.

도 8은 덮개판 구조체의 대안 실시예를 도시하는 도면.8 illustrates an alternative embodiment of a cover plate structure.

도 9는 전기 전도성 실리콘 웨이퍼의 섹션의 사시도.9 is a perspective view of a section of an electrically conductive silicon wafer.

도 10a는 하나의 표면상에 실리콘 질화물 도트 및 제 1 실리콘 이산화물층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 사시도.10A is a perspective view of a second silicon wafer section having a silicon nitride dot and a first silicon dioxide layer on one surface.

도 10b는 하나의 표면상에 제 1 실리콘 이산화물층과 실리콘 질화물 도트를 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 단면도.10B is a cross-sectional view of a second silicon wafer section having a first silicon dioxide layer and silicon nitride dots on one surface.

도 11a는 하나의 표면상에 실리콘 메사가 산포된 제 2 실리콘 이산화물 층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 사시도.FIG. 11A is a perspective view of a second silicon wafer section having a second silicon dioxide layer scattered on silicon mesa on one surface; FIG.

도 11b는 하나의 표면상에 실리콘 메사가 산포된 제 2 실리콘 이산화물층을 가지는 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 단면도.FIG. 11B is a cross-sectional view of a second silicon wafer section with a second silicon dioxide layer scattered of silicon mesa on one surface; FIG.

도 12a는 실리콘 이산화물층에 접합되며, 연삭제거된 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션을 가지는 도 9에 도시된 웨이퍼 섹션의 사시도.FIG. 12A is a perspective view of the wafer section shown in FIG. 9 having a first silicon wafer section bonded to the silicon dioxide layer and erased. FIG.

도 12b는 실리콘 이산화물 층에 접합되고, 연삭제거된 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션을 가지는 도 9a에 도시된 웨이퍼 섹션의 단면도.FIG. 12B is a cross-sectional view of the wafer section shown in FIG. 9A having a second silicon wafer section bonded to the silicon dioxide layer and erased. FIG.

도 13a는 실리콘 웨이퍼 섹션상에 성장된 실리콘 이산화물 층의 사시도.13A is a perspective view of a silicon dioxide layer grown on a silicon wafer section.

도 13b는 대안적 제조 방법에 의해 형성된 실리콘 웨이퍼 섹션 사이의 실리콘 이산화물 층의 샌드위치된 층의 부분 파단 사시도.13B is a partially broken perspective view of a sandwiched layer of silicon dioxide layer between silicon wafer sections formed by an alternative fabrication method.

도 13c는 대안적인 제조 방법을 형성하기 위한 실리콘 웨이퍼 섹션 사이의 실리콘 이산화물의 샌드위치된 층의 사시도.13C is a perspective view of a sandwiched layer of silicon dioxide between silicon wafer sections to form an alternative fabrication method.

도 14a는 제 1 및 제 2 표면에 형성된 함몰부를 가지는 도 12a에 도시된 층상 적층체의 사시도.FIG. 14A is a perspective view of the layered laminate shown in FIG. 12A having depressions formed in the first and second surfaces. FIG.

도 14b는 제 1 및 제 2 표면에 형성된 함몰부를 가지는 도 12b에 도시된 층상 적층체의 단면도.FIG. 14B is a cross-sectional view of the layered laminate shown in FIG. 12B having depressions formed in the first and second surfaces. FIG.

도 15a는 관성 질량체의 성형된 제 2 단면의 사시도.15A is a perspective view of a molded second cross section of an inertial mass;

도 15b는 관성 질량체의 성형된 제 2 단면의 단면도.15B is a sectional view of the molded second cross section of the inertial mass;

도 16a는 관성 질량체의 성형된 제 2 및 제 1 단면의 사시도.16A is a perspective view of shaped second and first cross sections of an inertial mass;

도 16b는 관성 질량체의 성형된 제 2 및 제 1 단면의 단면도.16B is a cross sectional view of the shaped second and first cross sections of an inertial mass;

도 17a는 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 성형된 관성 질량체의 사시도.17A is a perspective view of a shaped inertial mass disposed by a beam member secured to a silicon support structure.

도 17b는 실리콘 지지 구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치된 성형된 관성 질량체이 단면도.FIG. 17B is a cross-sectional view of a molded inertial mass disposed by a beam member secured to a silicon support structure. FIG.

도 18은 캔틸레버 빔 부재의 형성을 도시하기 위해 사용되는 구조체의 사시도.18 is a perspective view of a structure used to illustrate the formation of a cantilever beam member.

도 19는 실리콘 지지 구조체에 대한 덮개판 구조체의 부착을 예시하는 도면.19 illustrates attachment of a cover plate structure to a silicon support structure.

도 20a는 실리콘 이산화물층을 가지는 웨이퍼 섹션을 도시하는 부분 성형된 덮개판 구조체의 사시도.20A is a perspective view of a partially formed cover plate structure showing a wafer section having a silicon dioxide layer.

도 20b는 실리콘 메사를 가지는 트렌치형 웨이퍼 섹션을 도시하는 부분 성형된 덮개판 구조체를 도시하는 사시도.20B is a perspective view illustrating a partially formed cover plate structure showing a trenched wafer section having a silicon mesa;

도 21은 덮개판 구조체의 양호한 실시예의 부분 파단 사시도.21 is a partially broken perspective view of a preferred embodiment of the lid plate structure.

도 22는 용량 측정 회로에 연결된 단일 센서 셀을 가지는 모놀리식 실리콘 가속도 센서의 단면도.22 is a cross-sectional view of a monolithic silicon acceleration sensor with a single sensor cell connected to a capacitive measurement circuit.

발명의 요약Summary of the Invention

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.The present invention relates to a monolithic multi-axis accelerometer that is stable to low mechanical stress temperature with tight parameter tolerances between devices, which are micromachined from silicon by a relatively simple manufacturing process. Since the monolithic multi-axis acceleration sensor can be aligned by the lithographic process used in manufacturing the device, the need for precise mechanical alignment of the discrete sensor device along the orthogonal axis of acceleration is eliminated. The manufacturing process of the present invention is preferably able to be adjusted on a batch basis to produce a device having a predetermined acceleration sensitivity, using a batch spanning from a low sensitivity device to a high sensitivity device.

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.While prior art silicon acceleration sensors attempt to avoid asymmetric cross-axis sensitivity, the present invention utilizes this cross-axis effect to enable the fabrication of monolithic multi-axis acceleration sensors. The present silicon acceleration sensor invention includes one, two, three or four silicon acceleration sensor cells, each sensor cell comprising a movable silicon inertial mass that moves in response to acceleration, the silicon inertial mass supporting a silicon And a beam member coplanar with the first surface of the silicon inertial mass attached to the structure. Means are provided for causing bending of the beam member due to acceleration of the silicon support structure and the inertial mass, or for detecting motion of the inertial mass. The relative position of each inertial mass is perpendicular to an adjacent inertial mass when looking at the first surface of each silicon mass using the position of the beam member as an angle reference. A silicon acceleration sensor device with a single sensor cell containing one movable silicon inertial mass can detect accelerations of two orthogonal axes but cannot distinguish between accelerations along one axis or the rest. Two devices with two sensor cells each comprising a movable silicon inertial mass with another sensor cell disposed at 180 ° to the inertial mass when viewed from the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference It can detect the acceleration of the orthogonal axis and can distinguish between the acceleration along both axes. Each sensor cell has three sensor cells comprising movable silicon inertial masses disposed at angles of 0 °, 90 ° and 180 ° relative to each other when viewed from the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference. The device can sense acceleration along three orthogonal axes and can differentiate between accelerations along each of the three axes. Four cells comprising movable silicon inertial masses disposed at angles of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° with respect to each other when viewed from the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference A device with can detect acceleration along three orthogonal axes and can distinguish between acceleration along each of the three axes. The device comprising four sensor cells is of a physically symmetrical shape when viewed from the first surface of each inertial mass and provides a function for offsetting opposite direction nonlinearity. Thus, multi-axis acceleration sensing can be achieved using a single monolithic device that does not require precise mechanical alignment of multiple discrete single-axis acceleration sensing devices. One means for detecting the movement of the inertial mass measures the capacity between the first surface of the movable inertial mass and the first electrically conductive layer spaced from the first surface and fixed relative to the supporting silicon structure, The capacitance between the second surface of the movable inertial mass facing the surface and the second electrically conductive layer spaced from the second surface and fixed relative to the supporting silicon structure is measured. Another means for detecting the movement of the inertial mass is to measure the resistance of the piezo resistor element disposed on the positioning beam member. The beam member may be a cantilever or torsion structure. The shape of the inertial mass is generally described as being a rectangular parallelepiped in the preferred embodiment of the present invention.

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.A method of fabricating a silicon acceleration sensor device having a single silicon sensor cell with electrically conductive silicon movable inertial mass forms a layered sandwich of an etch stop layer between a first wafer section of electrically conductive silicon and a second wafer section of electrically conductive silicon. Wherein the first wafer section of silicon has an exposed first surface and the second wafer section of silicon has an exposed second surface. The second section of silicon inertial mass is formed by etching a rectangular frame shaped channel in the second wafer section from the exposed second surface extending to the etch stop layer. The first section of silicon inertial mass etches the U-shaped channel and the bar-shaped channel in the first wafer section from the exposed first surface extending to the etch stop layer, and removes the bar-shaped channel and the U-shaped channel in the first wafer section. It is formed by placing it horizontally aligned with a rectangular frame shaped channel in two wafer sections and having the same planar dimensions. Means are provided for electrically connecting a second section of the inertial mass to the first section of the inertial mass on the etched surface of the inertial mass or through an etch stop layer. The silicon dioxide layer exposed by the etched framed channel, the etched U-shaped channel and the etched bar-shaped channel is then stripped off and thereby movable in a rectangular parallelepiped shape disposed by a beam member secured to the silicon support structure. To form a silicon inertial mass. An alternative means of electrically connecting the second section of the inertial mass to the first section of the inertial mass is to deposit a layer of conductive polysilicon over the resulting etched and exfoliated structure. This deposition process may also be used where it is desirable to use non-conductive silicon wafer sections. A first electrically conductive layer, spaced from the first surface of the inertial mass, is adhered to the silicon support structure for a first capacitance measurement between the first electrically conductive layer and the first surface of the inertial mass, and the second surface of the inertial mass Means are provided for detecting movement of the silicon inertial mass by adhering a second electrically conductive layer spaced from the second surface of the inertial mass relative to the silicon support structure for a second capacitance measurement between the second electrically conductive layer and the second electrically conductive layer. do. It is preferable that these electrically conductive layers are metallic in composition. Alternatively, a means for detecting the movement of the inertial mass is provided by placing the piezo-resistive element on the positioning beam member secured to the silicon support structure and measuring the change in resistance when the beam member is bent or twisted. .

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.In a preferred embodiment of a method of manufacturing a silicon acceleration sensor having at least one silicon acceleration sensor cell, the first section of the movable silicon inertial mass has a U shape in the first layer of silicon from the exposed first surface extending to the silicon dioxide layer. By etching the channels and the bar-shaped channels and placing the bar-shaped and U-shaped channels in the first layer of silicon horizontally aligned with the rectangular frame-shaped channels in the second layer of silicon and having the same planar dimensions. Is formed. The bar shaped channel is disposed across the open top of the U shaped channel, centered within the outer dimension of the open top of the U shaped channel, and extends the same length as the entire outer width of the top of the U shaped channel. The ends of the bar shaped channel are spatially spaced from the top of the U shaped channel such that spatial separation results in a device having a silicon inertial mass disposed by the torsion beam member.

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.Although the preferred embodiment of the present invention uses a silicon dioxide layer as the etch stop layer, alternative embodiments exist. These alternative embodiments include a depletion layer associated with a junction of a silicon nitride layer, a doped silicon layer and two differently doped silicon sections.

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.In an alternative embodiment of the method of manufacturing a silicon acceleration sensor having at least one silicon acceleration sensor cell, the first section of the movable silicon inertial mass has a U shape in the first layer of silicon from the exposed first surface extending from the silicon dioxide layer. By etching the channels and the bar-shaped channels and placing the U-shaped and bar-shaped channels in the first layer of silicon horizontally aligned with the rectangular frame-shaped channels in the second layer of silicon and having the same planar dimensions. Is formed. The bar shaped channel is disposed across the open top of the U shaped channel, centered within the inner dimension of the open top of the U shaped channel, and extends to a length less than the inner width of the top of the U shaped channel. The ends of the bar shaped channel are spatially separated from the inner top of the U shaped channel such that the spatial separation results in a device having a silicon inertial mass disposed by the cantilever beam member.

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.Another embodiment of a method for manufacturing a silicon acceleration sensor having at least one silicon acceleration sensor cell adjusts the thickness of the first silicon wafer section to adjust the thickness of the beam member, thereby controlling the spatial separation between the U-shaped channel and the bar-shaped channel. By adjusting the width of the beam member, or by adjusting the width of the etched channel to change the acceleration sensitivity.

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.A method of fabricating a device having two silicon acceleration sensors, each comprising a movable silicon inertial mass, uses a positioning beam as an angle reference to view a second inertial mass relative to the first inertial mass when viewing the exposed first surface of the silicon mass. One that includes one movable silicon inertial mass, except that the mass is lithographically and then physically disposed at an angle of 90 °, 180 ° or 270 ° (which is functionally equivalent to 90 °). It is the same as the manufacturing method of the device having the silicon acceleration sensor cell. A method of fabricating a device having three silicon acceleration sensor cells in which each sensor cell includes a movable silicon inertial mass, wherein the third inertial mass is lithographically viewed when viewing the exposed first surface of the silicon mass using a positioning beam as an angle reference. And then subsequently physically disposed at a 90 ° angle with respect to the second inertial mass and at a 180 ° angle with respect to the first inertial mass, and a method of manufacturing a device having two silicon acceleration sensor cells. same. A method of fabricating a device having four silicon acceleration sensor cells in which each sensor cell has a movable silicon inertial mass, wherein the fourth inertial mass is lithographically viewed from the exposed first surface of the silicon mass using the positioning beam as an angle reference. And then, physically, at a 90 ° angle to the third inertial mass, 180 ° to the second inertial mass, and 270 ° to the first inertial mass, It is the same as the manufacturing method of a device having three acceleration sensor cells. In this way, a monolithic multi-axis acceleration sensor is formed without requiring precise mechanical alignment of multiple discrete single axis acceleration sensors.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

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.Referring now to FIG. 1A, electrically conductive movability positioned by a torsion beam member 400, an X axis 510, a Y axis 520, and a Z axis 530 secured to an electrically conductive silicon support structure 200. A portion of a simplified monolithic silicon acceleration sensor 100 is shown that includes one silicon acceleration sensor cell with a silicon inertial mass 300. Similarly, FIG. 1B illustrates electrically conductive movable silicon inertia positioned by cantilever beam member 410, X axis 510, Y axis 520, and Z axis 530 secured to electrically conductive silicon support structure 200. A simplified monolithic silicon acceleration sensor 100 is shown that includes one silicon acceleration sensor cell with mass 300. Since the preferred embodiment of the present invention uses the torsion beam member 400 shown in FIG. 1A to position the movable silicon inertial mass 300, FIG. 1A will be used as a reference for explaining the operation of the present invention. It should be understood that the discussion applies equally equally to the cantilever beam structure of FIG. 1B. Considering the acceleration about the Z axis 530, when the silicon acceleration sensor 100 is accelerated in the + Z direction along the Z axis 530, the inertial mass 300 is Z axis relative to the silicon support structure 200. Move along 530 in the -Z direction to rotate about an axis formed by the torsion beam member 400. Conversely, when the silicon acceleration sensor 100 is accelerated in the -Z direction along the Z axis 530, the inertial mass 300 moves in the + Z direction along the Z axis 530 with respect to the silicon support structure 200. Thus, it rotates around an axis formed by the torsion beam member 400. Considering the acceleration about the X axis 510, when the silicon acceleration sensor 100 is accelerated in the + X direction along the X axis 510, the inertial mass 300 is the X axis with respect to the silicon support structure 200. Move along 510 in the -X direction to rotate about an axis formed by the torsion beam member 400. Conversely, when the silicon acceleration sensor 100 is accelerated in the -X direction along the X axis 510, the inertial mass 300 moves in the + X direction along the X axis 510 with respect to the silicon support structure 200. Thus, it rotates around an axis formed by the torsion beam member 400. Considering the acceleration about the Y axis 520, when the silicon acceleration sensor 100 is accelerated along the Y axis 520 in the + Y or -Y direction, the inertial mass 300 is the force on the inertial mass due to the acceleration Rotation about the axis formed by the torsion beam member 400 can be prevented because it is aligned with respect to the axis formed by the torsion beam member 400 rather than radially. Thus, the silicon acceleration sensor structure of FIG. 1A can be sensed along two orthogonal acceleration axes, i.e., along the Z axis 530 and the X axis 510, but cannot be distinguished between these two acceleration axes.

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.Referring now to FIG. 2, a portion of a simplified monolithic multi-axis silicon acceleration sensor 140 that includes four silicon acceleration sensor cells each having movable silicon inertial masses 310, 320, 330, 340 is shown. have. The first cover plate structure is not shown in FIG. 2 to show the relative angular positioning of the inertial mass relative to the beam member. Each of the four inertial masses is constructed similarly to the movable silicon inertial mass 300 shown in FIG. 1A and positioned by the torsion beam member 400 secured to the silicon support structure 240. However, only the inertial mass 310 is the same as the inertial mass 300 shown in FIG. 1A with respect to the orientation of the rotational axis formed by the torsion beam member 400 about the X axis 510 and the Y axis 520. Oriented. Thus, only the inertial mass 310 responds to acceleration along the X axis 510 and Z axis 530 by rotating about an axis formed by the torsion beam member 400 similar to the inertial mass 300 of FIG. 1A. do. The direction of movement of the inertial mass 310 resulting from the acceleration direction along the three orthogonal acceleration axes is shown in the column below the symbol 310 in the chart of FIG. 3. By using a similar analysis used to determine the movement of the inertial mass of FIG. 1A in response to the acceleration of the acceleration sensor, the movement of the inertial masses 320, 330, 340 can be immediately determined. The direction of movement of the four inertial masses 310, 320, 330, 340 of the acceleration sensor 140 shown in FIG. 2 in response to the acceleration along the X axis 510 is indicated in the chart of FIG. 3.

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.Considering the chart of FIG. 3, the acceleration of the acceleration sensor 140 of FIG. 2 in the + X direction is the inertial mass 310 of FIG. 2 in the -Z direction, and the inertial mass 300 of FIG. 2 in the + Z direction. Combination of inherent movements of the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > Conversely, the acceleration of the acceleration sensor 140 of FIG. 2 in the -X direction is intrinsic movement of the inertial mass 310 of FIG. 2 in the + Z direction and the inertial mass 330 of FIG. 2 in the -Z direction. And the inertial masses 320 and 340 of FIG. Similarly considering the inertial mass movement in response to the acceleration of the acceleration sensor 140 of FIG. 2 in the + Y, -Y, + Z and -Z directions, one of three orthogonal acceleration axes from the results shown in FIG. It can be seen that there is an inherent combination of movement of the four inertial masses for any combination of simultaneous acceleration magnitudes and directions along two or both. Thus, the acceleration sensor shown in FIG. 2 is capable of simultaneously sensing the magnitude and direction of acceleration along three orthogonal acceleration axes, including components resulting from off-axis acceleration. FIG. 2 also shows the structure of four symmetrically arranged inertial masses responding according to FIG. 3, but only three inertial masses have an acceleration direction and magnitude along one, two or three of the orthogonal acceleration axis, Or any combination of off-axis acceleration components.

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.4A illustrates one of a simplified monolithic multi-axis silicon acceleration sensor 120 having three inertial masses 310, 320, 340 positioned by a torsion beam member 400 secured to a silicon support structure 220. The possible structure is shown. 4B illustrates another possible of the simplified multi-axis monolithic silicon acceleration sensor 130 having three inertial masses 310, 320, 340 positioned by the torsion beam member 400 secured to the silicon support structure 230. The structure is shown. The first cover plate structure is not shown in FIGS. 4A and 4B to show the relative angular positioning of the inertial mass relative to the beam member.

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.It can also be seen that only two inertial masses are needed to simultaneously distinguish the direction and magnitude of the acceleration along one or two orthogonal acceleration axes, as well as off-axis components. 5 shows a possible structure of a simplified monolithic silicon acceleration sensor 110 having two inertial masses 320, 340 positioned by a torsion beam member 400 secured to a silicon support structure 210. . The first cover plate structure is not shown in FIG. 5 to show the relative angular positioning of the inertial mass relative to the beam member.

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.Referring now to FIG. 6, FIG. 6 shows a partially broken perspective view showing the complete acceleration sensor partially shown in FIG. 1 without the lid structure. 6 illustrates a preferred embodiment of a single sensor cell version of the present invention by showing a partially broken perspective view of a monolithic silicon acceleration sensor 150 including one silicon acceleration sensor cell. The sensor cell includes an electrically conductive silicon movable silicon inertial mass 300 having a first surface 302 and an opposing second surface 304. The inertial mass 300 is fixedly positioned by an electrically conductive torsion beam member, which is not shown in FIG. 6 but shown as the torsion beam member 400 in FIG. 1A. The torsion beam member is secured to the electrically conductive silicon support structure 200, and the silicon support structure 200 has a first surface 202 and an opposing second surface 204. The first cover plate structure 600 includes a first metal layer 640 spaced from the first surface 302 of the inertial mass 300, and the first metal layer 640 is the first of the silicon support structure 200. It is formed in the first insulator 610 yarn, which is preferably glass, adhered to the surface 202. The first surface 302 and the first metal layer 640 of the inertial mass 300 form a first variable capacitor whose value depends on the position of the inertial mass 300. The second cover plate structure 700 includes a second metal layer 740 spaced from the second surface 304 of the inertial mass 300, and the second metal layer 740 is a second of the silicon support structure 200. It is formed on the second insulator 710, which is preferably glass, adhered to the surface 204. The second surface 304 and the second metal layer 740 of the inertial mass 300 form a second variable capacitor whose value depends on the position of the inertial mass 300. The magnitude of the acceleration causing the movement of the inertial mass 300 is indicated by measuring the magnitude of the difference between the first variable capacitor value and the second variable capacitor value. Preferred electrical connection means of the inertial mass 300 to the capacitive measurement circuit are formed on the outer surface of the electrically conductive silicon support structure 200 electrically connected to the electrically conductive inertial mass 300 via an electrically conductive beam member. The electrical lead wire 880 is connected to the bonding pad 870. Preferred electrical connection means of the first metal layer 640 of the first cover plate structure 600 to the capacitive measurement circuit include a first conductive silicon mesa through the first insulator 610 in electrical contact with the first metal layer 640. By a third electrically conductive silicon wafer section 620 having a 630 and a second surface 624 mounted on the first insulator 610. An electrical lead wire 880 connected to the capacitive measurement circuit is also connected to an electrical bond pad 870 on the second surface 624 of the third silicon wafer section 620 to be electrically connected to the first metal layer 640. To complete. Similarly, the preferred electrical connection of the second metal layer 740 of the second cover plate structure 700 to the capacitive measurement circuit is a second through the second insulator 710 in electrical contact with the second metal layer 740. By fourth electrically conductive silicon wafer section 720 having a conductive silicon mesa 730 and having a second surface 724 mounted on a second insulator 710. Electrical lead wires 880 connected to the capacitive measurement circuitry are also connected to electrical bond pads 870 on the second surface 724 of the fourth silicon wafer section 720 and to electrical connections to the second metal layer 740. To complete. In this preferred embodiment of the invention, the shape of the silicon inertial mass 300 is a rectangular parallelepiped, and the first surface 302 of the inertial mass 300 is from the first surface 202 of the silicon support structure 200. Slightly recessed to provide a dielectric spacing for the first variable capacitor, and the second surface 304 of the inertial mass 300 is slightly recessed from the second surface 204 of the silicon support structure 200 to form the second variable capacitor. Provides a dielectric spacing for.

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.An alternative embodiment of the present invention involves the use of the cantilever beam 410 shown in FIG. 1B to position the inertial mass 300 shown in FIG. 6. Another embodiment of the present invention is to form a piezoelectric resistance element on the torsion beam member 400 shown in FIG. 1A or the cantilever beam member 410 shown in FIG. 1B. FIG. 7 shows a simplified single sensor cell embodiment of a silicon acceleration sensor 100 illustrating that the silicon inertial mass 300 is positioned by a silicon cantilever beam member 410 secured to a silicon support structure 200. do. Piezo resistor 420 is bonded to beam member 410 and is electrically connected in series to electrical bond pad 870 via metallization interconnect 890. Bonding wire 880 connects these piezo-resistive elements into a resistive measurement circuit to determine the level of curvature of the beam member 410, providing a measure of the movement of the inertial mass 300, which is also inertial mass 300. Is a measure of the magnitude of acceleration experienced by

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.An alternative embodiment for electrically connecting the first metal layer 640 of FIG. 6 to the capacitive measurement circuitry is shown in FIG. 8 showing an alternative cover plate structure 650. Alternative cover plate structure 650 includes an alternative insulator 660 having a first surface 662 and an opposing second surface 664. Electrical bond pads 870 are located on the first surface 662 and alternative metal layers 668 are located on the second surface 664 of the insulator 660. A metallization hole 666 is positioned in the insulator 660 that connects the metal layer 668 to the bonding pad 870, and the electrical lead wire 880 bonded to the bonding pad 870 is connected to the capacitive measurement circuit. do. Two of these alternative structures form the first cover plate structure 600 and the second cover plate structure 700 shown in FIG. 6. Although the figure shows a cube shaped inertial mass, it may be formed as a rectangular parallelepiped to increase the sensor sensitivity by increasing the size of the inertial mass.

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.The general dimensions of some of the parts of FIG. 2 are as follows: Each cubic inertial mass 310, 320, 330, 340 has a side between about 300 μm and about 400 μm; The beam member 400 has a thickness between about 5 μm and about 10 μm; The spacing between the inertial masses 310, 320, 330, 340 and the support structure 240, known as the channel width, is about 20 μm. A conventional silicon acceleration sensor 110 with four inertial masses 310, 320, 330, 340 has a side of about 1200 μm. Common dimensions are intended only for the purpose of illustrating the common embodiments and should not be construed as limitations of any physical parameters of the device.

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.Typical dimensions of some of the components of FIG. 6 are as follows: The thickness of the first insulator 610 is about 75 μm and the thickness of the second insulator 710 is about 75 μm. The spacing between the first surface 302 and the first cover plate structure 600 of the inertial mass 300 is about 1 μm. The spacing between the second surface 304 of the inertial mass 300 and the second cover plate structure is about 1 μm. The thickness of the first metal layer 640 is about several milliseconds, and the thickness of the second metal layer 740 is about several milliseconds.

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.As described above, the structures shown in FIGS. 2, 4A, 4B, and 5 are four, three with the first cover plate structure removed to indicate the relative angular positioning of the inertial mass relative to the beam member. A monolithic silicon acceleration sensor device having two or two acceleration sensor cells. The superposition of the structures shown in FIG. 6 to the structures of the devices shown in FIGS. 2, 4A, 4B, and 5 illustrates the complete structure of these monolithic devices.

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. Referring now to a method for manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, silicon micromachining techniques are shown in the exemplary sensor device 120 shown in FIG. 6, as well as in FIGS. 2, 4A, 4B and 5. Used in the manufacture of multiple sensor cell devices. Many of these devices are typically batch manufactured using silicon wafers. The method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor includes (1) forming a layered sandwich of silicon dioxide between two layers of electrically conductive silicon, (2) manufacturing a movable silicon inertial mass, a beam member, and a silicon support structure. Step (3) fabricating the first cover plate structure and the second cover plate structure and bonding the first and second cover plate structures to the silicon support structure, and (4) one, two, three final structures. Or dicing into four sensor cell devices, splicing electrical lead wires, and encapsulating the device. Since step (4) is conventional and known in the art, a detailed description of these procedures will not need to be provided. The following description describes a method of making a monolithic silicon acceleration sensor with a single sensor cell, but those skilled in the art will appreciate that multiple single sensor cell devices can be used to detect acceleration along multiple axes as well as batch manufacturing simultaneously. It is understood that multiple multiple sensor cell devices may also be batch manufactured simultaneously. The main distinguishing differences between multiple sensor cells in a single device are the angular orientation and electrical connection structure for each other sensor cell. Thus, the following description focuses on the manufacture of a single sensor cell device, since once this is understood it is easier to understand how multiple multiple sensor cell devices can be manufactured simultaneously. Note that the dimensions in the specification are typical and exemplary of the preferred embodiment of the present invention. Actual device dimensions may be changed in accordance with certain device parameters.

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.A preferred embodiment of the present invention is a first step of forming a layered sandwich of silicon dioxide between a first layer of electrically conductive silicon having an exposed first surface and a second layer of electrically conductive silicon having an exposed second surface. Beginning, the first layer of silicon and the second layer of silicon are in electrical contact with each other. Consider FIG. 9, which shows a section 250 of a second electrically conductive silicon wafer 292, typically 400 μm thick. Note that there are also similar first wafer sections, third wafer sections, and fourth wafer sections contemplated in subsequent manufacturing steps. The second wafer section 250 shown in FIG. 10A also has a first surface 256 and a second surface 258 that are typically 400 μm thick and 600 square μm. A preferred method of making a layered sandwich is to grow a dot 252 of silicon nitride on the first surface 256 of the second wafer section 250 at a location that does not interfere with the etching operation that may be performed in a subsequent manufacturing step. It is to let. The first surface 256 of the second wafer section 250 is then thermally oxidized to allow the optional first silicon dioxide layer 254 to grow in a location not covered by the dots 252 of silicon nitride. FIG. 10B shows a cross-sectional view of the second wafer section 250 of FIG. 10A with the silicon mesa 262 generated by the oxidation process. Next, the first silicon dioxide layer 254 is stripped from the first surface 256 of the second wafer section 250, so that the first wafer dioxide layer 254 can be removed from the second wafer section 250 with respect to the interface between the silicon and the silicon nitride dots 252. Molding depressions remain on the first surface 256. 11A and 11B show that the second silicon dioxide layer 260 is thermally grown within the forming depressions in the second wafer section 250 to a level corresponding to the interface between the silicon and silicon nitride dots 252 of FIG. 10B. The second wafer section 250 is shown after extending and after the silicon nitride dots 252 have been peeled off. Thus, the planar surface adjacent to the first surface 256 of the second wafer section 250 comprising a second silicon dioxide layer 260 interspersed with silicon mesa 262 as shown in FIGS. 11A and 11B. Is formed. 12A and 12B show a first wafer section 270 of a second electrically conductive silicon wafer having a first surface 276 and a second surface 278 that are typically 600 square μm. This first wafer section 270 is bonded to the forming flat surface of the second wafer section 250 such that the second surface 278 of the first wafer section 270 is in contact with the forming flat surface. Next, the first wafer section 270 is ground to a value that is typically 5-10 μm. The value determines the thickness of the beam member formed in subsequent manufacturing steps. This forms a layered sandwich of silicon dioxide between the first silicon wafer section 270 and the second silicon wafer section 250 having a typical thickness of about 400 μm, thereby forming the first wafer section 270 and the second Wafer sections 250 are electrically interconnected through a silicon mesa 262 through a silicon dioxide layer.

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.In addition to the preferred embodiments described above, there are a number of alternative embodiments that form sandwiched layers of silicon dioxide between two layers of silicon. One alternative embodiment for creating a structure similar to that shown in FIGS. 12A and 12B is a planar surface of the second silicon dioxide layer 260 on the second wafer section 250 as shown in FIGS. 12A and 12B. Prior to bonding the first silicon wafer section 270 of FIGS. 12A and 12B to, typically below the surface of the second silicon dioxide layer 260 of the second wafer section 250 shown in FIGS. 11A and 11B. It is to implant ions to a depth of 5 to 10 μm. The first wafer section is not ground but the final structure is thermally shocked as above. The thermal shock causes the second wafer section 250 to break along the junction of the ion implant and the residual silicon of the second wafer section 250, such that the second wafer section 250 is typically 5-10 μm thick. And the first wafer section 270 is typically 400 μm thick, forming a structure inverted from the structure shown in FIGS. 12A and 12B. Another alternative embodiment that produces a structure similar to that of FIGS. 12A and 12B grows a first layer 254 of silicon dioxide on a second wafer section 250, as shown in FIG. 13A, followed by a silicon dioxide layer. Exposing plural small regions 255 of the second wafer section 250 through 254, creating a puddle of molten silicon, and as shown in FIG. 13B, the first silicon dioxide layer 254. Is to suck the puddle of molten silicon onto the exposed surface of. The first layer 270 of silicon is formed on top of the silicon dioxide layer 254 when the molten silicon is cooled as shown in FIG. 13B to form a structure similar to FIGS. 12A and 12B. Another alternative embodiment that produces a structure similar to FIGS. 12A and 12B forms a first layer of silicon dioxide 254 on the first surface 256 of the second wafer section 250 as shown in FIG. 13A. It is. The second surface 278 of the first wafer section 270 is bonded to the first silicon dioxide layer 264 as shown in FIG. 13C. Multiple small holes are exposed to the first wafer section 270 or the second wafer section 250 to extend to the silicon dioxide layer 254, exfoliate the exposed silicon dioxide layer 254, and the conductive poly in the small holes. Laminate silicon or other conductive material. This forms an electrical connection between the first wafer section 270 and the second wafer section 250 as shown in FIG. 13B.

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.The second step of the preferred embodiment is to fabricate the movable silicon inertial mass 300, the beam member 400, and the silicon support structure 200 as shown in FIG. 1A. The layered sandwich of silicon dioxide layer 260 between the first wafer section 270 and the second wafer section 250 shown in FIGS. 12A and 12B forms a starting point for this second step. In order to provide a space for the movement of the inertial mass to be formed in a subsequent step, as shown in FIGS. 14A and 14B, a first 1 μm depression 284 is provided to the first of the first wafer section 270. Formed on the surface 276, and a second 1 μm depression 264 is formed on the second surface 258 of the second wafer section 250. Note that the second silicon dioxide layer 260 and silicon mesa 262 shown in FIG. 14B are formed at a previous stage of the fabrication process. The first depressions 284 and the second depressions 264 form a first layer of silicon nitride and a second wafer on the exposed first surface 276 of the first wafer section 270 shown in FIG. 14B. It is formed by growing a second layer of silicon nitride on the exposed second surface 258 of section 250. The first layer of silicon nitride and the second layer of silicon nitride are masked to provide first and second exposed rectangular regions for the first rectangular depressions 284 and the second rectangular depressions 264. The first and second exposed rectangular regions are positioned to be horizontally aligned with each other. The exposed first and second rectangular regions are then stripped of silicon dioxide so that the first and second rectangular regions of silicon are exposed on the first wafer section 270 and the second wafer section 250. Layers of silicon dioxide are grown on the exposed silicon in the first and second rectangular regions. Masking on the silicon nitride layer is removed and silicon nitride and silicon dioxide are stripped off so that 1 μm on the first surface of the first wafer section 270 where the layers of silicon dioxide are grown as shown in FIGS. 14A and 14B. The depressions leave a 1 μm depressions on the second surface 258 of the second wafer section 250.

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.The second section 308 of the movable silicon inertia mass is masked by masking a rectangular framed region having a width of typically 20 μm within the periphery of the second depression 264 of FIG. 14B as shown in FIGS. 15A and 15B. Formed within the second wafer section 250 of FIG. 14B, the rectangular framed region has major or minor dimensions. The silicon dioxide layer is grown on the remaining exposed areas of the second surface 258 of the second wafer section 250 shown in FIG. 14B, and the framed masking is removed to remove the second wafer section 250 of FIG. 14B. Exposing the framed region of silicon in a second depression 264 on the second surface 258 of the substrate. The exposed silicon is etched by resistive ion etching (RIE), preferably from resistive ion etching (RIE), from the exposed second surface 258 of FIG. 14B extending to the silicon dioxide layer 260 forming an etch stop. Framed channel 266 is formed in section 250, and second section 308 of the inertial mass and silicon support structure 200 are formed as shown in FIGS. 15A and 15B. Within the channel 266 is a second section 308 of inertial mass having a second surface 304 that is a previous portion of the second surface 258 of the second wafer section 250 of FIG. 14B. Outside of the channel 266 is a silicon support structure 200 having a second surface 204 that is a previous portion of the second surface 258 of the second wafer section 250 of FIG. 14B. The first section 306 and torsion beam member 400 of the movable silicon inertial mass 300 of FIG. 1A are typically 20 μm within the periphery of the first recess 284, as shown in FIGS. 16A and 16B. It is formed in the first wafer section 270 of FIG. 14B by masking a U-shaped region and a bar-shaped region each having a width of. The bar shaped region has an elongated dimension aligned with the major dimension of the rectangular framed channel 266 shown in FIGS. 15A and 15B. The U-shaped and bar-shaped regions have the same planar dimensions and are positioned to be horizontally aligned with the rectangular framed channel 266 of FIG. 15A already formed in the second wafer section 250 of FIG. 14A. This alignment enables the rectangular parallelepiped inertial mass to be formed after the subsequent etching process of the first section 306 inertial mass. A silicon dioxide layer is grown on the remaining exposed areas of the first surface 276 of the first wafer section 270 of FIG. 14A, and the U-shaped and bar-shaped masking is removed to remove the first wafer section 270 of FIG. 14A. U-shaped and bar-shaped regions of silicon are exposed in a first depression 284 on the first surface 276 of the substrate. The exposed silicon is etched, preferably by RIE, from the exposed first surface 276 extending to the silicon dioxide layer 260 of FIG. 14A to form an etch stop, as shown in FIGS. 16A and 16B, Create U-shaped channel 286 and bar-shaped channel 288 in first wafer session 250 of FIG. 14A. Intrusive silicon between U-shaped channel 286 and bar-shaped channel 288 forms torsion beam member 400. A first section of inertial mass having a first surface 302 in U-shaped channel 286 and bar-shaped channel 288 that is a previous portion of the first surface of first wafer section 270 shown in FIG. 14A. There is 306. Outside of the channels 286, 288 is a silicon support structure 200 having a first surface 202 that is a portion of the first surface 276 of the first wafer section shown in FIG. 14A. The final structure shown in FIGS. 16A and 16B is held in place by the torsion beam member 400 and the web of silicon dioxide secured to the silicon support structure 200. The inertial mass shown in FIG. 16B is the first section 306 that is part of the silicon dioxide layer 260 and the first silicon wafer section 270 of FIG. 14B, and the part of the second wafer section 250 of FIG. 14B. The second section 308 is included. The silicon support structure 200 shown in FIG. 16B includes a portion of the first wafer section 270 of FIG. 14B, a silicon dioxide layer 260, and a second wafer section 250.

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.The entire structure exfoliates exposed silicon dioxide in the etched framed channel 266, the etched U-shaped channel 286 and the etched bar-shaped channel 288 as shown in FIGS. 16A and 16B, thereby. First surface 302 positioned by torsion beam member 400 secured to silicon support structure 200 having a first surface 202 and a second surface 204 as shown in FIGS. 17A and 17B. And a rectangular parallelepiped inertial mass 300 having a second surface 304. The release agent used is usually hydrogen fluoride.

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.There are a number of alternatives to the preferred embodiment for manufacturing the movable silicon inertial mass 300, the beam member 400 and the silicon support structure 200 shown in FIGS. 17A and 17B. One of these alternatives includes adjusting the thickness of the beam member 400 by adjusting the thickness of the first wafer section 270 of FIG. 14A, which is an exposed first surface of the first wafer section 270. Epitaxial growth of silicon on 276 or ion milling or grinding the exposed first surface 276 of the first wafer section 270 of FIG. 14A. Another alternative embodiment is to adjust the width of the beam member by adjusting the separation distance between the U-shaped channel 286 and the bar-shaped channel 288 of FIG. 16A, or the etched channel (as shown in FIGS. 16A and 16B). 266, 286 and 288 to adjust the length of the beam member. A preferred embodiment for forming the torsion beam member 400 is a bar shaped channel 288 across the open top of the U shaped channel 286 with reference to FIGS. 16A and 16B, as shown in FIG. 1A. Position the center of the bar-shaped channel 288 within the outer dimensions of the U-shaped channel 286, and lengthen the length of the bar-shaped channel 288 equal to the overall outer width of the top of the U-shaped channel 286. And spatially separate the end of the bar shaped channel 288 from the top of the U shaped channel 286. An alternative embodiment is to form the cantilever beam member 410 as shown in FIG. 1B. Referring to FIG. 18, the cantilever beam member positions the bar shaped channel 288 across the open top of the U shaped channel 286 and moves the bar shaped channel 288 within the internal dimensions of the U shaped channel 286. Center and extend the length of the bar-shaped channel 288 smaller than the inner width of the upper portion of the U-shaped channel 286, and spatially end the end of the bar-shaped channel 288 from the inner upper portion of the U-shaped channel 286. Formed by separation. An alternative embodiment for electrically connecting the first wafer section 270 and the second wafer section 250 is a U-shaped channel 286, a framed channel after stripping the exposed silicon dioxide layer 260 in these regions. 266 and on the sidewalls of the bar shaped channel 288 is to deposit a conductive material, preferably polysilicon.

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.An alternative embodiment for detecting movement of the inertial mass 300 by securing the piezo resistor 420 to the beam members 410 is a simple first cover plate structure 600 and a simple second cover plate structure 700. And both are insulating materials such as glass to be bonded to the silicon support structure 200 as shown in FIG. The piezo resistor is then electrically connected to a suitable resistance measurement circuit to determine the amount of twist or curvature of the beam member due to the movement of the inertial mass in response to the acceleration.

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.A third step of a preferred embodiment of the present invention is to manufacture the first cover plate structure 600 and the second cover plate structure 700 and to bond the cover plate structures to the silicon support structure 200 as shown in FIG. 19. will be. A preferred embodiment for detecting the movement of an inertial mass is to measure two variable capacitances. The first variable capacitance is between the first metal layer 640 and the first surface 302 of the inertial mass 300 that are secured to the silicon support structure 200 and to the first cover plate structure 600 insulated therefrom. . The second variable capacitance is between the second metal layer 740 and the second surface 304 of the inertial mass 300 adhered to the second cover plate structure 700 secured to and insulated from the silicon support structure 200. . Since the first cover plate structure 600 is a mirror image of the second cover plate structure 700 as shown in FIG. 19, only the manufacture of the first cover plate structure will be described for simplicity.

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.Referring to FIG. 20A, a preferred embodiment for manufacturing the first cover plate structure 600 is a first layer 626 of silicon dioxide on the exposed first surface 622 of the electrically conductive third wafer section 620. ), And the third wafer section 620 has a second surface 624 opposite to the first surface 622. The first layer 626 of silicon dioxide on the third wafer section 620 is masked so that the silicon dioxide surface is exposed except for a small molding pattern in which the silicon dioxide surface is positioned in accordance with the position of the inertial mass. . The exposed silicon dioxide layer 626 is stripped to expose the silicon of the first surface 622 of the third wafer section 620 except for the masked molding pattern. The exposed silicon surface is typically etched to a depth of 75 μm such that a small silicon mesa 630 is formed on the first surface 622 of the third wafer section 620 as shown in FIG. 20B. The trench is then formed in a rectangular crosshatch pattern on the first surface 622 of the third wafer section 620 to a depth typically about half the depth of the thickness of the third wafer session 620 or about 200 μm. The rectangular crosshatch includes silicon mesa and is positioned to coincide with the position of the inertial mass as shown in FIG. 20B.

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. 21 illustrates a trenched third wafer section 620 after the layer of glass is melted over the first surface of the third wafer section 620 so that the trench is filled with glass and the silicon mesa 630 is covered with glass. A partially broken perspective view of the first cover plate structure 600 described above. The glass surface is ground smoothly to form a flat glass surface 612 with the top of the mesa 630 exposed, and the second surface 624 of the third wafer section exposes the glass filled trench as shown in FIG. 21. It is ground again as much as possible. A first metal rectangular pattern layer 640 is formed on the flat glass surface 612 of the first cover plate structure such that the metal layer 640 is opposed to the electrically conductive third wafer section 620 by the electrically conductive silicon mesa 630. ) And its second surface 624. The first metal layer 640 is dimensioned and positioned to coincide with the first surface of the inertial mass 300 shown in FIG. 19.

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.The glass surface 612 of the first cover plate structure 600 shown in FIG. 21 is bonded to the first surface 202 of the silicon support structure 200 shown in FIG. 19, and as shown in FIG. 19. The first metal layer 640 coincides with and is spaced from the first surface 302 of the inertial mass 300 such that a first variable capacitor is formed between the first metal layer 640. Similarly, the second cover plate structure 700 may include a silicon support structure 200 such that a second variable capacitor is formed between the second surface 304 of the inertial mass and the second metal layer 740, as shown in FIG. 19. Is bonded to the second surface 204. The electrical bond pads 870 are shown in FIG. 6, the second surface 624 of the third wafer section 620, the surface of the silicon support structure 200, and the second of the fourth wafer section 720. Formed on surface 724. The electrical lead wires 880 may include the first cover plate structure 600, the silicon support structure 200, and the second cover plate structure 700 shown in FIG. 6 to determine the value of the first variable capacitor and the second variable capacitor. Connected to an electronic circuit for measuring the value, it provides a measure of the movement of the inertial mass 300 which is an indication of the magnitude and direction of acceleration experienced by the sensor. FIG. 22 shows a cross-sectional view of a monolithic silicon acceleration sensor with a single sensor cell connected to a capacitance measurement electronic circuit.

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.Another embodiment of manufacturing the alternative first cover plate structure 650 is an electrical insulation having a first surface 662 and a second surface 664 as shown in FIG. 8 so that the holes coincide with the position of the inertial mass. To form a small hole 666 in the section of material 660. The first rectangular metal layer 668 on the surface of the hole 666, as well as on the second surface 664 of the insulating material 660, is formed by a hole in which the rectangular metal layer 668 on the second surface 664 is metallized. It is electrically connected to one surface and metalized to be dimensioned and positioned in accordance with the first surface of the inertial mass. Electrical bond pads 870 are formed on the first surface 662 of insulating material 660 in electrical contact with the metalized holes 666. The second surface 664 of the insulating material 660 is bonded to the first surface of the silicon support structure such that the metallized layer 668 coincides with and is spaced from the first surface of the inertial mass so that a first variable capacitor is formed. do. The second cover plate structure is similarly formed and bonded to the second surface of the silicon support structure.

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.It should be noted that monolithic acceleration sensors with one or more sensors can be manufactured by the method described above simply by changing the angular orientation of the beam members relative to one another. FIG. 5 shows a monolithic acceleration sensor 110 having first and second acceleration sensor cells, whereby a second sensor cell having an inertial mass 320 is used to measure the inertial mass using a beam member as an angle reference. When viewed from the first surface it is oriented at a 180 ° angle from the first sensor cell with the inertial mass 340. 4A and 4B show alternatives of monolithic acceleration sensors 120, 130 with first, second and third acceleration sensor cells, whereby a first of the inertial mass using a beam member as an angle reference. As viewed from the surface, the second sensor cell with the inertial mass 310 is oriented at a 90 ° angle from the first sensor cell with the inertial mass 340 and the third sensor cell with the inertial mass 320 is the inertial mass 340. Oriented 180 ° from the first sensor cell with 2 shows a monolithic acceleration sensor 140 having first, second, third, and fourth acceleration sensor cells, whereby it is viewed from the first surface of the inertial mass using a beam member as an angle reference. When the second sensor cell with the inertial mass 310 is oriented at an angle of 90 ° from the first sensor cell with the inertial mass 340, and the third sensor cell with the inertial mass 320 moves the inertial mass 340. The fourth sensor cell with the inertial mass 330 is oriented at an angle of 270 ° from the first sensor cell with the inertial mass 340.

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.Although the invention has been described in considerable detail with reference to certain preferred versions, other versions are possible. The embodiments described herein are merely exemplary and many alternative and additional embodiments will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, such alternative embodiments should be construed as being within the spirit of the invention, even if not explicitly described herein, and the invention is limited only by the scope and spirit of the appended claims.

Claims (26)

적어도 하나의 실리콘 가속도 센서 셀을 형성하는 단계를 포함하는 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법에 있어서,A method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, the method comprising forming at least one silicon acceleration sensor cell, (a) 노출된 제 1 표면을 가지는 전기 전도성 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션과 노출된 제 2 표면을 가지는 전기 전도성 제 2 웨이퍼 섹션 사이에 에칭 정지층의 층상 샌드위치를 형성하는 단계와,(a) forming a layered sandwich of an etch stop layer between a first wafer section of electrically conductive silicon having an exposed first surface and an electrically conductive second wafer section having an exposed second surface; (b) 상기 에칭 정지층까지 연장하는 노출된 제 2 표면으로부터 실리콘의 상기 제 2 웨이퍼 섹션내에 직사각형 프레임 형상 채널을 에칭함으로써 가동성 실리콘 관성 질량체의 제 2 섹션을 형성하는 단계와,(b) forming a second section of movable silicon inertial mass by etching a rectangular frame shaped channel in the second wafer section of silicon from the exposed second surface extending to the etch stop layer; (c) 상기 에칭 정지층까지 연장하는 노출된 제 1 표면으로부터 실리콘의 상기 제 1 웨이퍼 섹션내에 U 형상 채널 및 바아 형상 채널을 에칭하고, 상기 바아 형상 채널과 상기 U 형상 채널을 실리콘의 상기 제 2 웨이퍼 섹션내의 상기 직사각형 프레임 형상 채널과 수평 정렬되면서 그와 동일한 평면 치수를 갖도록 배치함으로써 상기 관성 질량체의 제 1 섹션을 형성하는 단계와,(c) etching a U-shaped channel and a bar-shaped channel in the first wafer section of silicon from the exposed first surface extending to the etch stop layer, and removing the bar-shaped channel and the U-shaped channel from the second of silicon. Forming a first section of the inertial mass by placing it horizontally aligned with the rectangular frame shaped channel in a wafer section and having the same planar dimensions; (d) 상기 에칭된 프레임 형상 채널, 에칭된 U 형상 채널 및 에칭된 바아 형상 채널에 의해 노출된 상기 에칭 정지층을 박리시켜 제 1 및 제 2 노출면을 가지는 실리콘 지지구조체에 고착된 빔 부재에 의해 배치되는, 제 1 및 제 2 노출면을 가지는 직사각형 평행육면체 형상 관성 질량체를 생성하는 단계, 및(d) exfoliating the etch stop layer exposed by the etched frame-shaped channel, the etched U-shaped channel, and the etched bar-shaped channel to a beam member secured to a silicon support structure having first and second exposed surfaces. Generating rectangular parallelepiped shaped inertial masses having first and second exposed surfaces, disposed by (e) 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(e) providing a means for detecting movement of said inertial mass. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층상 샌드위치를 형성하는 단계는,Forming the layered sandwich, (a) 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션의 일 표면상에 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계, 및(a) growing a silicon dioxide layer on one surface of the first silicon wafer section, and (b) 상기 실리콘 이산화물층의 표면에 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) bonding a second silicon wafer section to the surface of the silicon dioxide layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층상 샌드위치를 형성하는 단계는,Forming the layered sandwich, (a) 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션의 일 표면상에 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계와,(a) growing a silicon dioxide layer on one surface of the first silicon wafer section; (b) 상기 실리콘 이산화물층의 표면 아래로 상기 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션내에 이온을 주입하는 단계와,(b) implanting ions into the first silicon wafer section below the surface of the silicon dioxide layer; (c) 상기 실리콘 이산화물 층의 상기 표면에 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션을 접합하는 단계, 및(c) bonding a second silicon wafer section to the surface of the silicon dioxide layer, and (d) 상기 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션이 상기 이온 주입부 및 상기 제 1 웨이퍼 섹션의 잔여 실리콘의 접합부를 따라 쪼개지도록 상기 결과적인 구조체에 열적 충격을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(d) thermally impacting the resulting structure such that the first silicon wafer section is cleaved along the junction of the ion implants and residual silicon of the first wafer section. Silicon Acceleration Sensor Manufacturing Method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층상 샌드위치를 형성하는 단계는,Forming the layered sandwich, (a) 실리콘 웨이퍼 섹션의 일 표면상에 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계와,(a) growing a silicon dioxide layer on one surface of the silicon wafer section; (b) 상기 실리콘 이산화물층을 통해 상기 실리콘 웨이퍼의 작은 영역을 노출시키는 단계와,(b) exposing a small region of the silicon wafer through the silicon dioxide layer; (c) 열적으로 용융된 실리콘의 퍼들(puddle)을 형성하는 단계, 및(c) forming a puddle of thermally molten silicon, and (d) 상기 용융된 실리콘이 냉각될 때, 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션이 상기 실리콘 이산화물층상에 형성되도록 상기 실리콘 웨이퍼 섹션의 노출된 영역으로부터 상기 실리콘 이산화물층의 노출된 표면상으로 용융된 실리콘의 퍼들을 이끄는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(d) when the molten silicon is cooled, a fur of molten silicon from the exposed area of the silicon wafer section onto the exposed surface of the silicon dioxide layer such that a second wafer section of silicon is formed on the silicon dioxide layer. A method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, comprising the steps of: leading a light source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층상 샌드위치를 형성하는 단계는,Forming the layered sandwich, (a) 상기 에칭 정지층을 통해 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션과 상기 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션 사이에 다수의 전기적 상호접속 경로를 생성하는 단계, 및(a) creating a plurality of electrical interconnect paths between the first wafer section of silicon and the second wafer section of silicon through the etch stop layer, and (b) 소정의 후속 에칭 단계와 간섭하지 않는 방식으로 상기 상호접속 경로를 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) patterning the interconnect path in a manner that does not interfere with any subsequent etching step. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 다수의 전기적 상호접속 경로를 생성하는 단계는,Creating the plurality of electrical interconnect paths comprises: (a) 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션 또는 상기 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션 중 어느 하나에 상기 에칭 정지층까지 연장하는 다수의 작은 구멍들을 형성하는 단계와,(a) forming a plurality of small holes extending to the etch stop layer in either the first wafer section of silicon or the second wafer section of silicon; (b) 상기 작은 구멍들의 저부에 노출된 상기 에칭 정지층을 제거하는 단계, 및(b) removing the etch stop layer exposed to the bottom of the small holes, and (c) 상기 작은 구멍들을 통해 상기 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션과 상기 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션 사이에 전기 접속부가 형성되도록 상기 작은 구멍내에 폴리실리콘 같은 전도성 재료를 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(c) depositing a conductive material such as polysilicon in the small holes such that electrical connections are formed between the first silicon wafer section and the second silicon wafer section through the small holes. Method for making a noli silicon acceleration sensor. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 다수의 전기적 상호접속 경로를 생성하는 단계는,Creating the plurality of electrical interconnect paths comprises: (a) 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션 또는 상기 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션 중 어느 하나내에 상기 에칭 정지층까지 연장하는 다수의 작은 구멍을 형성하는 단계와,(a) forming a plurality of small holes extending into the etch stop layer in either the first wafer section of silicon or the second wafer section of silicon; (b) 상기 작은 구멍들의 저부에 노출된 상기 에칭 정지층을 제거하는 단계, 및(b) removing the etch stop layer exposed to the bottom of the small holes, and (c) 금속화된 작은 구멍을 통해 상기 제 1 및 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션 사이에 전기적 접속부가 형성되도록, 상기 구멍들의 표면들을 금속화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(c) metallizing the surfaces of the holes such that an electrical connection is formed between the first and second silicon wafer sections through a metallized small hole. Manufacturing method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층상 샌드위치 형성 단계는,The layered sandwich forming step, (a) 소정의 후속 에칭 작업과 간섭하지 않도록 하는 패턴으로 제 2 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면상에 실리콘 질화물의 도트를 성장시키는 단계와,(a) growing dots of silicon nitride on the first surface of the second silicon wafer in a pattern that does not interfere with any subsequent etching operation; (b) 상기 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면상의 잔여 노출된 실리콘상에 실리콘 이산화물의 제 1 층을 성장시키는 단계와,(b) growing a first layer of silicon dioxide on the remaining exposed silicon on the first surface of the second silicon wafer section; (c) 상기 실리콘과 상기 실리콘 질화물의 도트 사이의 경계면에 대하여 상기 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면에 함몰부가 형성되도록 상기 제 1 실리콘 이산화물층을 박리시켜, 실리콘 질화물 도트 아래에 실리콘 메사를 형성하는 단계와,(c) exfoliating the first silicon dioxide layer such that a depression is formed in the first surface of the second silicon wafer section with respect to the interface between the silicon and the silicon nitride dots, thereby forming a silicon mesa under the silicon nitride dots. Forming step, (d) 상기 실리콘 메사와 상기 실리콘 질화물 도트 사이의 경계면에 대응하는 높이로 연장하는 제 2 실리콘 이산화물층을 상기 형성된 함몰부내에 성장시키는 단계와,(d) growing a second silicon dioxide layer in the formed depressions, the second silicon dioxide layer extending at a height corresponding to the interface between the silicon mesa and the silicon nitride dots; (e) 실리콘 메사 상단부가 산포된 제 2 실리콘 이산화물층에 의해 평탄한 표면이 형성되도록 상기 실리콘 질화물 도트를 박리시키는 단계와,(e) exfoliating the silicon nitride dots such that a flat surface is formed by the second silicon dioxide layer dispersed in the upper portion of the silicon mesa; (f) 상기 제 1 및 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션이 실리콘의 메사를 경유하여 실리콘 이산화물층을 통해 전기적으로 상호접속되는 상기 층상 샌드위치가 형성되도록 실리콘 메사 상단부로 산포된 실리콘 이산화물의 성형된 평탄한 표면에 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션을 접합하는 단계, 및(f) forming a first and second silicon wafer sections on a molded flat surface of silicon dioxide scattered over the silicon mesa top such that the layered sandwich is electrically interconnected through the silicon dioxide layer via a mesa of silicon. 1 bonding the silicon wafer sections, and (g) 상기 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션을 연삭제거함으로써, 상기 빔 부재의 원하는 두께에 대응하도록 상기 제 1 실리콘 웨이퍼의 두께를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(g) adjusting the thickness of the first silicon wafer to correspond to the desired thickness of the beam member by erasing the first silicon wafer section. . 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, (a) 관성 질량체의 상기 제 2 섹션을 형성하는 단계는 노출된 제 2 표면으로부터 에칭 정지층까지 연장하는 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션내에 주 및 부 치수를 가지는 직사각형 프레임 형상 채널을 건식 에칭하고,(a) forming the second section of the inertial mass dry etches a rectangular frame shaped channel having major and minor dimensions in a second wafer section of silicon extending from the exposed second surface to the etch stop layer, (b) 상기 관성 질량체의 제 1 섹션을 형성하는 단계는 노출된 제 1 표면으로부터 정지층까지 연장하는, 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션내의 장측 치수를 갖는 바아 형상 및 U 형상 채널을 건식 에칭하는 단계를 포함하고, 상기 바아 형상 채널의 장측 치수는 실리콘의 상기 제 2 웨이퍼 섹션내의 상기 직사각형 프레임 형상 채널의 주 치수와 정렬되며, 따라서, 상기 주 치수에 수직인 평면내에서의 관성 균형을 변화시키지 않고 주 치수를 증가시킴으로써 관성 질량체를 증가시키는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) forming a first section of the inertial mass comprises dry etching the bar-shaped and U-shaped channels with long sides in the first wafer section of silicon, extending from the exposed first surface to the stop layer. Wherein the long side dimension of the bar shaped channel is aligned with the major dimension of the rectangular frame shaped channel in the second wafer section of silicon, and thus does not change the inertia balance in a plane perpendicular to the major dimension. A method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, characterized in that it provides the function of increasing the inertial mass by increasing the dimension. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 관성 질량체의 제 2 섹션을 형성하는 단계는 상기 노출된 제 2 표면으로부터 상기 에칭 정지층까지 연장하는 정사각형 프레임 형상 채널을 건식 에칭하며, 상기 정사각형 프레임 형상 채널은 빔 부재에 의해 위치된 정육면체 형상 관성 질량체가 형성되도록 상기 층상 샌드위치의 두께와 실질적으로 같은 내부 치수를 가지는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.Forming a second section of the inertial mass dry-etches a square frame shaped channel extending from the exposed second surface to the etch stop layer, wherein the square frame shaped channel is a cube shaped inertia positioned by a beam member. A monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method, characterized in that it has an internal dimension substantially the same as the thickness of the layered sandwich so that a mass is formed. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 10, (f) 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼의 두께를 조절함으로써 상기 빔 부재의 두께를 조절하는 단계와,(f) adjusting the thickness of the beam member by adjusting the thickness of the first wafer of silicon; (g) 상기 바아 형상 채널과 상기 U 형상 채널 사이의 공간적 분리를 조절함으로써 빔 부재의 폭을 조절하는 단계, 및(g) adjusting the width of the beam member by adjusting the spatial separation between the bar-shaped channel and the U-shaped channel, and (h) 상기 에칭된 채널의 폭을 조절함으로써 빔 부재의 길이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(h) adjusting the length of the beam member by adjusting the width of the etched channel. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 빔 부재의 상기 두께를 조절하는 단계는 상기 제 1 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 제 1 표면상으로 실리콘을 에피텍셜 성장시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.Adjusting the thickness of the beam member is performed by epitaxially growing silicon onto the exposed first surface of the first silicon wafer section. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 빔 부재의 두께를 조절하는 단계는 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션의 노출된 제 1 표면을 원하는 두께로 밀링함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.Adjusting the thickness of the beam member is performed by milling the exposed first surface of the first wafer section of silicon to a desired thickness. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, (a) 상기 관성 질량체의 상기 제 2 섹션을 형성하는 단계는 제 2 함몰부내에 직사각형 프레임 형상 채널을 에칭하기 이전에 실리콘의 상기 제 2 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 제 2 표면상에 직사각형 제 2 함몰부를 생성하는 단계를 더 포함하고,(a) forming the second section of the inertial mass comprises a rectangular second depression on the exposed second surface of the second wafer section of silicon prior to etching the rectangular frame shaped channel in the second depression. Further comprising generating a wealth, (b) 상기 관성 질량체의 상기 제 1 섹션을 형성하는 단계는 제 1 함몰부내에 바아 형상 채널 및 U 형상 채널을 에칭하기 이전에 실리콘의 상기 제 1 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 제 1 표면상에 직사각형 제 1 함몰부를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) forming the first section of the inertial mass is rectangular on the exposed first surface of the first wafer section of silicon prior to etching the bar shaped channel and the U shaped channel in the first depression. A method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, further comprising the step of creating a first depression. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 직사각형 제 1 함몰부 및 상기 직사각형 제 2 함몰부를 생성하는 단계는,Generating the rectangular first depressions and the rectangular second depressions, (a) 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 제 1 표면상에 실리콘 질화물의 제 1 층을 배열하고, 상기 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 제 2 표면상에 실리콘 질화물의 제 2 층을 배열하는 단계와,(a) arranging a first layer of silicon nitride on the exposed first surface of the first wafer section of silicon, and a second layer of silicon nitride on the exposed second surface of the second wafer section of silicon Arranging the layers, (b) 상기 제 1 실리콘 질화물 층 및 상기 제 2 실리콘 질화물 층을 애스킹(asking)하여 상기 실리콘 질화물의 제 1 층 및 상기 실리콘 질화물의 제 2 층상에 직사각형 함몰부를 위한 제 1 및 제 2 노출된 직사각형 영역을 제공하는 단계와,(b) asking the first silicon nitride layer and the second silicon nitride layer to expose first and second exposed portions for rectangular depressions on the first layer of silicon nitride and the second layer of silicon nitride. Providing a rectangular area, (c) 상기 제 1 및 제 2 직사각형 영역이 서로 수평 정렬되도록 배치하는 단계와,(c) arranging the first and second rectangular regions to be horizontally aligned with each other; (d) 상기 제 1 및 제 2 직사각형 영역이 각각 상기 실리콘의 제 1 웨이퍼 섹션 및 실리콘의 제 2 웨이퍼 섹션상에 노출되도록 실리콘의 노출된 제 1 및 제 2 직사각형 영역을 트립핑(tripping)하는 단계와,(d) tripping the exposed first and second rectangular regions of silicon such that the first and second rectangular regions are exposed on the first wafer section of silicon and the second wafer section of silicon, respectively. Wow, (e) 상기 실리콘의 노출된 제 1 및 제 2 직사각형 영역상에 실리콘 이산화물의 층을 성장시키는 단계와,(e) growing a layer of silicon dioxide on the exposed first and second rectangular regions of silicon; (f) 상기 실리콘 질화물층상의 마스킹을 제거하는 단계, 및(f) removing masking on the silicon nitride layer, and (g) 상기 제 1 및 제 2 실리콘 웨이퍼 섹션으로부터 상기 노출된 실리콘 질화물 및 상기 노출된 실리콘 이산화물을 박리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(g) stripping the exposed silicon nitride and the exposed silicon dioxide from the first and second silicon wafer sections. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 상기 관성 질량체의 상기 제 1 섹션을 형성하는 단계는,Forming the first section of the inertial mass, (a) 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부를 가로질러 상기 바아 형상 채널을 배치하고, 상기 U 형상 채널의 개방 상단부의 외측 치수내에 상기 바아 형상 채널을 중심 설정하는 단계와,(a) placing the bar-shaped channel across the open top end of the U-shaped channel and centering the bar-shaped channel within an outer dimension of the open top of the U-shaped channel; (b) 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부의 전체 외측 폭과 갖도록 상기 바아 형상 채널의 길이를 연장시키는 단계, 및(b) extending the length of the bar-shaped channel to have an overall outer width of the open upper end of the U-shaped channel, and (c) 상기 관성 질량체가 토션 빔 부재에 의해 배치되도록, 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부로부터 상기 바아 형상 채널의 단부를 공간적으로 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(c) spatially separating an end of the bar-shaped channel from the open upper end of the U-shaped channel such that the inertial mass is disposed by the torsion beam member. Manufacturing method. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 상기 관성 질량체의 상기 제 1 섹션을 형성하는 단계는,Forming the first section of the inertial mass, (a) 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부를 가로질러 상기 바아 형상 채널을 배치하고, 상기 U 형상 채널의 개방 상단부의 외측 치수내에 상기 바아 형상 채널을 중심 설정하는 단계와,(a) placing the bar-shaped channel across the open top end of the U-shaped channel and centering the bar-shaped channel within an outer dimension of the open top of the U-shaped channel; (b) 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부의 전체 외측 폭과 갖도록 상기 바아 형상 채널의 길이를 연장시키는 단계, 및(b) extending the length of the bar-shaped channel to have an overall outer width of the open upper end of the U-shaped channel, and (c) 상기 관성 질량체가 캔틸레버 빔 부재에 의해 배치되도록 상기 U 형상 채널의 상기 개방 상단부내측으로부터 상기 바아 형상 채널의 단부를 공간적으로 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(c) spatially separating the end of the bar-shaped channel from inside the open top of the U-shaped channel such that the inertial mass is disposed by the cantilever beam member. Manufacturing method. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 17, 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 제공하는 단계는,Providing a means for detecting the movement of the inertial mass, (a) 상기 실리콘 지지구조체에 고착되어 그로부터 절연되어 있는 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면으로부터 이격된 제 1 전기 전도성 층과 상기 관성 질량체의 제 1 표면 사이의 용량을 측정하는 단계, 및(a) measuring a capacity between a first electrically conductive layer spaced from the first surface of the inertial mass stuck to and insulated from the silicon support structure and the first surface of the inertial mass; (b) 상기 실리콘 지지구조체에 고착되어 그로부터 절연되어 있는 상기 관성 질량체의 상기 제 2 표면으로부터 이격된 제 2 전기 전도성 층과 상기 관성 질량체의 제 2 표면 사이의 용량을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) measuring a capacity between a second electrically conductive layer spaced from said second surface of said inertial mass adhered to and insulated from said silicon support structure and a second surface of said inertial mass; The monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method made into a. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 17, 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 제공하는 단계는,Providing a means for detecting the movement of the inertial mass, (a) 실리콘의 전기 전도성 제 3 웨이퍼 섹션의 노출된 제 1 표면상에 실리콘 이산화물의 제 1 층을 성장시키고, 실리콘의 전기 전도성 제 4 웨이퍼 섹션의 노출된 제 1 표면상에 실리콘 이산화물의 제 1 층을 성장시키는 단계로서, 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션은 상기 노출된 제 1 표면에 대향한 제 2 표면을 가지는 단계와,(a) growing a first layer of silicon dioxide on the exposed first surface of the electrically conductive third wafer section of silicon and forming a first layer of silicon dioxide on the exposed first surface of the electrically conductive fourth wafer section of silicon Growing a layer, wherein the third and fourth silicon wafer sections have a second surface opposite the exposed first surface, (b) 사후 성형된 패턴이 상기 관성 질량체의 위치와 일치하도록 배치되도록 작은 사후 성형된 패턴을 제외한 상기 실리콘 이산화물 표면이 노출되도록 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션상의 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션을 마스킹하는 단계와,(b) the third and fourth silicon wafers on the third and fourth silicon wafer sections so that the silicon dioxide surface is exposed except for the small post-formed patterns so that the post-molded pattern is placed to match the position of the inertial mass. Masking the section, (c) 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면상에 마스킹된 실리콘 이산화물의 사후 성형된 패턴을 제외한 실리콘의 노출된 영역이 형성되도록 상기 노출된 실리콘 이산화물 표면으로부터 실리콘 이산화물 층을 박리시키는 단계와,(c) exfoliating a silicon dioxide layer from the exposed silicon dioxide surface such that an exposed region of silicon is formed on the first surface of the third and fourth silicon wafer sections except for a post-molded pattern of masked silicon dioxide. Making a step, (d) 실리콘의 작은 메사가 상기 사후 성형된 패턴 아래의 상기 제 3 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면 및 상기 사후 성형된 패턴 아래의 상기 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면상에 형성되도록 약 75㎛의 깊이로 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 노출된 영역을 에칭하는 단계와,(d) a small mesa of silicon is formed on the first surface of the third silicon wafer section below the post-molded pattern and on the first surface of the fourth silicon wafer section below the post-molded pattern. Etching the exposed areas of the third and fourth silicon wafer sections to a depth of 75 μm, (e) 포위된 직사각형이 적어도 하나의 실리콘 메사를 포함하고, 상기 관성 질량체의 위치와 일치되어 배치되도록 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션 두께의 약 절반의 깊이로 직사각형 사교 패턴으로 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면상에 트렌치를 형성하는 단계와,(e) the third and fourth in a rectangular social pattern at a depth of about half the thickness of the third and fourth silicon wafer sections such that the enclosed rectangle comprises at least one silicon mesa and is positioned in line with the position of the inertial mass Forming a trench on said first surface of a fourth silicon wafer section; (f) 상기 트렌치가 유리로 충전되고 상기 실리콘 메사가 유리로 덮혀지도록 상기 실리콘 메사 및 트렌치를 가지는 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 1 표면 위의 유리층을 용융시키는 단계와,(f) melting a glass layer on the first surface of the third and fourth silicon wafer sections having the silicon mesa and the trench such that the trench is filled with glass and the silicon mesa is covered with glass; (g) 노출된 실리콘 메사 패턴을 가지는 평탄한 유리면이 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션상에 형성되도록 유리를 연삭하는 단계와,(g) grinding the glass such that a flat glass surface having an exposed silicon mesa pattern is formed on the third and fourth silicon wafer sections; (h) 상기 유리 충전 트렌치가 노출되고, 전기적 격리부가 상기 직사각형 사교 패턴내에 형성되어 제 3 실리콘 웨이퍼 섹션으로부터 제 1 덮개판 구조체를 형성하고, 상기 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션으로부터 제 2 덮개판 구조체를 형성하도록 상기 제 3 및 제 4 실리콘 웨이퍼 섹션의 상기 제 2 표면을 이면 연삭하는 단계와,(h) the glass filled trench is exposed, and electrical isolation is formed in the rectangular social pattern to form a first cover plate structure from a third silicon wafer section, and form a second cover plate structure from the fourth silicon wafer section. Back grinding the second surface of the third and fourth silicon wafer sections to (i) 금속층이 상기 실리콘 메사에 의하여 상기 대향 실리콘 표면에 전기 접속되고, 상기 관성 질량체의 상기 제 1 및 제 2 표면과 일치하도록 크기설정 및 배치되도록 상기 제 1 및 제 2 덮개판 구조체의 유리 제 1 표면상의 직사각형 패턴층을 금속화하는 단계와,(i) a glass layer of the first and second cover plate structures such that a metal layer is electrically connected to the opposing silicon surface by the silicon mesa and sized and arranged to match the first and second surfaces of the inertial mass 1 metalizing a rectangular pattern layer on the surface, (j) 상기 금속화된 직사각형 패턴이 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면과 일치하고 그로부터 이격배치되어 제 1 가변 커패시터가 형성되도록 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 1 표면에 상기 제 1 덮개판 구조체의 상기 유리 표면을 접합하는 단계와,(j) the first covering plate structure of the first cover plate structure on the first surface of the silicon support structure such that the metallized rectangular pattern coincides with and is spaced from the first surface of the inertial mass to form a first variable capacitor. Bonding the glass surface; (k) 상기 금속화된 직사각형 패턴이 상기 관성 질량체의 상기 제 2 표면과 일치하고 그로부터 이격배치되어 제 2 가변 커패시터가 형성되도록 상기 실리콘 지지 구조체의 상기 제 2 표면에 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 유리 표면을 접합하는 단계, 및(k) the second lid plate structure of the second cover plate structure on the second surface of the silicon support structure such that the metallized rectangular pattern coincides with and is spaced from the second surface of the inertial mass to form a second variable capacitor. Bonding the glass surface, and (l) 상기 제 1 가변 커패시터와 상기 제 2 가변 커패시터의 값을 측정하기 위한 전자 회로에 상기 제 1 덮개판 구조체, 상기 제 1 지지 구조체 및 상기 제 2 덮개판 구조체의 상기 실리콘 웨이퍼 섹션을 전기적으로 접속하는 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(l) electrically connecting said silicon wafer sections of said first cover plate structure, said first support structure and said second cover plate structure to an electronic circuit for measuring values of said first variable capacitor and said second variable capacitor. Providing a means for connecting; monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 17, 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 제공하는 단계는,Providing a means for detecting the movement of the inertial mass, (a) 상기 관성 질량체의 위치와 일치하는 위치에서, 제 1 표면 및 제 2 표면을 각각가지는 제 1 유리층 및 제 2 유리층내에 작은 구멍을 형성하는 단계와,(a) forming a small hole in the first glass layer and the second glass layer, each having a first surface and a second surface, at a position coincident with the position of the inertial mass; (b) 상기 작은 구멍의 표면을 금속화하는 단계와,(b) metallizing the surface of the small hole, (c) 각 금속 직사각형 층이 금속화된 구멍에 의해 상기 제 1 및 제 2 유리층의 대향한 제 2 표면에 전기적으로 접속되고, 상기 금속층이 상기 관성 질량체의 상기 제 1 및 제 2 표면과 일치하도록 크기설정 및 배치되도록 상기 제 1 유리층의 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 유리층의 상기 제 1 표면상의 제 1 직사각형 층을 금속화하는 단계와,(c) each metal rectangular layer is electrically connected to opposite second surfaces of the first and second glass layers by metallized holes, the metal layer coinciding with the first and second surfaces of the inertial mass. Metallizing a first rectangular layer on the first surface of the first glass layer and on the first surface of the second glass layer to be sized and disposed such that, (d) 각 접합 패드가 상기 금속화된 구멍에 의해 상기 제 1 및 제 2 유리층의 상기 제 1 표면상의 대응 직사각형 금속층에 전기적으로 접속되도록 상기 제 1 및 제 2 유리층의 제 2 표면상의 전기 접합 패드를 금속화하는 단계와,(d) electricity on the second surface of the first and second glass layers such that each bonding pad is electrically connected to the corresponding rectangular metal layer on the first surface of the first and second glass layers by the metallized holes. Metallizing the bonding pads, (e) 상기 금속화된 직사각형 층이 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면과 일치하면서 그로부터 이격 배치되도록 상기 실리콘 지지 구조체 상기 제 1 표면에 상기 제 1 유리층의 상기 제 1 표면을 접합하여 제 1 가변 커패시터를 형성하는 단계와,(e) bonding the first surface of the first glass layer to the first surface of the silicon support structure such that the metallized rectangular layer is aligned with and spaced apart from the first surface of the inertial mass; Forming a capacitor, (f) 상기 금속화된 직사각형 층이 상기 관성 질량체의 상기 제 2 표면과 일치하면서 그로부터 이격 배치되도록 상기 실리콘 지지 구조체 상기 제 2 표면에 상기 제 2 유리층의 상기 제 1 표면을 접합하여 제 2 가변 커패시터를 형성하는 단계, 및(f) a second variable by bonding the first surface of the second glass layer to the second surface of the silicon support structure such that the metallized rectangular layer is aligned with and spaced apart from the second surface of the inertial mass; Forming a capacitor, and (g) 상기 제 1 유리층상의 전기 접합 패드, 상기 실리콘 지지 구조체 및 상기 제 2 유리층상의 상기 전기 접합 패드를 상기 제 1 가변 커패시터의 값 및 상기 제 2 가변커패시터의 값을 측정하기 위한 전자 회로에 전기적으로 접속하기 위한 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(g) an electronic circuit for measuring the value of the first variable capacitor and the value of the second variable capacitor using the electrical bonding pad on the first glass layer, the silicon support structure and the electrical bonding pad on the second glass layer. Providing a means for electrically connecting to the monolithic silicon acceleration sensor. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 17, 상기 관성 질량체의 이동을 검출하기 위한 수단을 제공하는 단계는,Providing a means for detecting the movement of the inertial mass, (a) 상기 빔 부재에 압전저항 요소를 부착하는 단계, 및(a) attaching a piezoresistive element to the beam member, and (b) 가속도에 응답하여 상기 관성 질량체의 이동으로 인한 상기 빔 부재의 비틀림 또는 굴곡의 양을 결정하기 위해 상기 압전저항 요소로부터 저항 측정 회로로의 전기 접속부를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) providing an electrical connection from the piezo-resistive element to a resistance measurement circuit to determine the amount of twist or curvature of the beam member due to movement of the inertial mass in response to acceleration. , Monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 21, 상기 에칭 정지부를 박리하는 단계에 후속하여, 상기 에칭 구조체의 상기 표면 위에 전도성 폴리실리콘의 층을 증착함으로써 실리콘의 상기 제 1 및 제 2 웨이퍼 섹션을 전기적으로 상호접속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.Subsequent to peeling off the etch stop, electrically interconnecting the first and second wafer sections of silicon by depositing a layer of conductive polysilicon on the surface of the etch structure. Monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 22, 평면 가속도를 감지하기 위한 단일의 모놀리식 실리콘 가속도 센서 셀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.A method of manufacturing a monolithic silicon acceleration sensor, further comprising forming a single monolithic silicon acceleration sensor cell for sensing planar acceleration. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 23, (a) 2개 축 가속도를 감지하기 위한 제 1 및 제 2 실리콘 가속도 센서 셀을 포함하는 모놀리식 센서를 형성하는 단계, 및(a) forming a monolithic sensor comprising first and second silicon acceleration sensor cells for sensing two axis acceleration, and (b) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여, 상기 관성 질량체의 상기 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 90°또는 180°각도로 배향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(b) using the beam member as an angle reference, when viewing the surface of the inertial mass, orienting the second sensor cell at an angle of 90 ° or 180 ° relative to the first sensor cell; A monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method, characterized in that. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 23, (a) 3개 축 가속도를 감지하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 실리콘 가속도 센서를 포함하는 모놀리식 센서를 형성하는 단계와,(a) forming a monolithic sensor comprising first, second and third silicon acceleration sensors to sense three axis acceleration, (b) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 90°각도로 배향하는 단계, 및(b) orienting the second sensor cell at an angle of 90 ° with respect to the first sensor cell when viewing the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference; and (c) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 3 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로 배향하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(c) when viewing the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference, orienting the third sensor cell at an angle of 180 ° relative to the first sensor cell. The monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method made into a. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 23, (a) 3개 축 가속도를 감지하기 위해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서 셀을 포함하는 단체를 형성하는 단계와,(a) forming a unitary body comprising first, second, third and fourth sensor cells to sense three axis acceleration, (b) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 2 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 90°각도로 배향하는 단계와,(b) orienting the second sensor cell at an angle of 90 ° with respect to the first sensor cell when viewing the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference; (c) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 3 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 180°각도로 배향하는 단계, 및(c) when viewing the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference, orienting the third sensor cell at an angle of 180 ° relative to the first sensor cell, and (d) 상기 빔 부재를 각도 기준으로서 사용하여 상기 관성 질량체의 상기 제 1 표면을 볼 때, 상기 제 4 센서 셀을 상기 제 1 센서 셀에 대해 270°각도로 배향하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모놀리식 실리콘 가속도 센서 제조 방법.(d) when viewing the first surface of the inertial mass using the beam member as an angle reference, orienting the fourth sensor cell at an angle of 270 ° relative to the first sensor cell. The monolithic silicon acceleration sensor manufacturing method made into a.
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