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    • 专利摘要:
    Ein Beschleunigungssensor (2) beinhaltet ein Beschleunigungssensorelement (3) und einen dieses umgebenden Rahmenbereich (8). Das Sensorelement (3) und der Rahmenbereich (8) befinden sich auf einer Hauptfläche eines Substrats (6). Eine Zwischenschicht (24) ist auf dem Rahmenbereich (8) gebildet. Ein Abdeckungsbereich (5) ist mit der Zwischenschicht (24) verbunden, so daß hierdurch das Beschleunigungssensorelement (3) gekapselt ist. Nuten in Form eines Rahmens sind in dem Rahmenbereich (8) bzw. der Zwischenschicht (24) gebildet und befinden sich in Positionen, die in bezug auf die Hauptflächenrichtung des Substrats (6) im wesentlichen miteinander identisch sind.
    公开号:DE102004028927A1
    申请号:DE200410028927
    申请日:2004-06-15
    公开日:2005-04-07
    发明作者:Kunihiro Nakamura；Yasuo Yamaguchi
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:B81B7-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor.
    [0002] ImStand der Technik ist ein Beschleunigungssensor bekannt, bei demein Beschleunigungssensorelement und ein dieses Element umgebender Rahmenbereichauf ein Halbleitersubstrat aufgebracht sind und das Element dichteingeschlossen ist, indem eine Abdeckung mit dem Rahmenbereich verbundenist, wie dies z.B. in dem US-PatentNr. 6,441,450 offenbart ist.
    [0003] Dajedoch sowohl das Beschleunigungssensorelement als auch der Rahmenbereichauf dem Halbleitersubstrat gebildet sind, kann es im Fall der Entstehungeines Risses an einem Verbindungsbereich zwischen der Abdeckungund dem Rahmenbereich aufgrund einer externen Kraft oder des Vorhandenseinseiner Restspannung an dem Verbindungsbereich aufgrund einer Differenzbei dem Wärmeausdehnungskoeffizientenzwischen der Abdeckung und dem Rahmenbereich, die aus unterschiedlichenMaterialen gebildet sind, leicht dazu kommen, daß sich ein solcher Riß oder Spannungenausbreiten oder fortschreiten und das Beschleunigungssensorelementerreichen können.Dies kann eine Änderungder charakteristischen Eigenschaften bzw. der Charakteristik desBeschleunigungssensors hervorrufen.
    [0004] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Beschleunigungssensors, dessenCharakteristik sich nicht aufgrund einer externen Kraft oder Restspannungenverändert.
    [0005] Gelöst wirddiese Aufgabe durch einen Beschleunigungssensor, wie er in den Ansprüchen 1 und4 angegeben ist.
    [0006] Gemäß einemersten Gesichtspunkt gibt die vorliegende Erfindung einen Beschleunigungssensor an,der ein Beschleunigungssensorelement und einen das Element umgebendenRahmenbereich aufweist. Das Beschleunigungssensorelement und der Rahmenbereichbefinden sich auf einer Hauptfläche einesSubstrats. Auf dem Rahmenbereich ist eine Zwischenschicht ausgebildet.Ein Abdeckungsbereich ist mit der Zwischenschicht verbunden, sodaß dasBeschleunigungssensorelement dicht eingeschlossen bzw. eingekapseltist. Nuten in Form eines Rahmens sind in dem Rahmenbereich bzw.der Zwischenschicht vorgesehen und befinden sich an Stellen, diein Bezug auf die Hauptflächenrichtungdes Substrats im allgemeinen miteinander identisch sind.
    [0007] Dagemäß dem erstenGesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Rahmennuten in derZwischenschicht und dem Rahmenbereich gebildet sind, wird ein Riß, der durcheine externe Kraft an einem Übergangsbereichbzw. Verbindungsbereich zwischen dem Abdeckungsbereich und dem Rahmenbereichentstehen kann, an den Nuten gestoppt und an einem Fortschreitengehindert.
    [0008] Aufdiese Weise bleibt die Kapselung des Sensorelements erhalten, sodaß verhindertist, daß sichdie charakteristischen Eigenschaften des Sensorelements verändern. Dasich die Rahmennuten in der Zwischenschicht und dem Rahmenbereichin im allgemeinen identischen Positionen in bezug auf die Hauptflächenrichtungbefinden, kann ferner die Größe des Beschleunigungssensorsin bezug auf die Hauptflächenrichtungdes Substrats reduziert werden.
    [0009] Gemäß einemzweiten Gesichtspunkt gibt die vorliegende Erfindung einen Beschleunigungssensoran, der ein Beschleunigungssensorelement und einen das Element umgebendenRahmenbereich aufweist. Das Beschleunigungssensorelement und derRahmenbereich befinden sich auf einer Hauptfläche eines Substrats. Auf demRahmenbereich ist eine Zwischenschicht ausgebildet. Ein Abdeckungsbereichist mit der Zwischenschicht verbunden, so daß das Beschleunigungssensorelement dichteingeschlossen bzw. eingekapselt ist.
    [0010] DerRahmenbereich weist einen Teil auf, der sich von einem Verbindungsbereichzwischen der Zwischenschicht und dem Abdeckungsbereich weiter inRichtung auf das Beschleunigungssensorelement erstreckt. DieserTeil ist mit einer Nut in Form eines Rahmens versehen, der das Beschleunigungssensorelementumgibt.
    [0011] Dagemäß dem zweitenGesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der sich weiter in Richtung aufdas Beschleunigungssensorelement erstreckende Teil des Rahmenbereichsmit der Rahmennut ausgebildet ist, die das Beschleunigungssensorelement umschließt, breitetsich eine Restspannung an dem Verbindungsbereich zwischen der Zwischenschicht unddem Abdeckungsbereich nicht überdie Nut hinaus auf. Dies verhindert eine Veränderung der charakteristischenEigenschaften des Beschleunigungssensorelements.
    [0012] BevorzugteWeiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0013] DieErfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgendenanhand der zeichnerischen Darstellungen mehrere Ausführungsbeispiele nochnäher erläutert. Inden Zeichnungen zeigen:
    [0014] 1 eine Schnittdarstellungzur Erläuterungeines ersten Ausführungsbeispielsdes erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;
    [0015] 2 eine Draufsicht auf denBasisbereich der 1;
    [0016] 3A eine Draufsicht auf dasBeschleunigungssensorelement der 1;
    [0017] 3B eine Seitenansicht desBeschleunigungssensorelements, gesehen aus der Richtung IIIb in 3A;
    [0018] 4 eine vergrößerte fragmentarische Schnittdarstellungzur Erläuterungeines zweiten Ausführungsbeispielsgemäß der vorliegendeErfindung;
    [0019] 5 eine vergrößerte fragmentarische Schnittdarstellungzur Erläuterungeines dritten Ausführungsbeispielsgemäß der vorliegendenErfindung;
    [0020] 6 eine Schnittdarstellungzur Erläuterungeines vierten Ausführungsbeispielsdes Beschleunigungssensors gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0021] 7 eine Draufsicht auf denBasisbereich der 6;
    [0022] 8 eine vergrößerte fragmentarische Schnittdarstellungzur Erläuterungeines fünftenAusführungsbeispielsdes Beschleunigungssensors gemäß der vorliegendenErfindung; und
    [0023] 9 eine vergrößerte fragmentarische Schnittdarstellungzur Erläuterungeines sechsten Ausführungsbeispielsdes Beschleunigungssensors gemäß der vorliegendenErfindung.
    [0024] Imfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungenerläutert.
    [0025] In 1 ist ein Beschleunigungssensordargestellt, bei dem es sich um ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung handelt. Der Sensor, der allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnetist, beinhaltet einen Basisbereich 4, auf dem sich einBeschleunigungssensorelement 3 befindet, sowie einen Abdeckungsbereich 5,der mit dem Basisbereich verbunden ist, um das Sensorelement 3 dichteinzuschließenbzw. einzukapseln.
    [0026] Wieunter Bezugnahme auch auf 2 zu sehenist, beinhaltet der Basisbereich 4 ein Silizium-Halbleitersubstrat 6 (dasim folgenden auch kurz als Substrat bezeichnet wird) in Form einesRechtecks. Das Sensorelement 3 und ein das Sensorelement 3 umgebenderRahmenbereich 8 sind auf einer Hauptfläche des Halbleitersubstrats 6 gebildet.Obwohl der Rahmenbereich 8 typischerweise rechteckig ist,ist der Rahmenbereich 8 gemäß der Erfindung nicht auf dieseFormgebung begrenzt.
    [0027] DasSensorelement 3 und der Rahmenbereich 8 werdenzum Beispiel gebildet durch Aufbringen einer polykristallinen Siliziumschicht,dotiert mit Phosphor als Fremdstoff, auf das Halbleitersubstrat 6 sowieanschließendesselektives Entfernen der polykristallinen Siliziumschicht beispielsweiseunter Verwendung einer Ätztechnik.Anstelle von Phosphor könnenauch andere Dotierstoffe, wie z.B. Gallium, Bor oder Arsen verwendetwerden.
    [0028] Die 3A und 3B zeigen das Beschleunigungssensorelement 3 invergrößerter Form.Bei dem Element 3 handelt es sich um eine kapazitives Beschleunigungssensorelement,das ein Gewicht 10 beinhaltet, das durch eine externe Kraftverlagert werden kann. Das Gewicht 10 weist eine bewegliche Elektrode 12 imallgemeinen mit der Form eines Rechtecks auf, die von der Hauptfläche desHalbleitersubstrats 6 weg beabstandet ist. In der Darstellung der 3A weist die beweglicheElektrode 12 breite Seiten in der horizontalen Richtungund schmale Seiten in der vertikalen Richtung auf.
    [0029] Diebewegliche Elektrode 12 ist mit Abstützungen 18L und 18R verbunden,die auf der Hauptflächedes Halbleitersubstrats 6 fixiert sind, wobei diese Verbindung über Verlängerungen 14L und 14R,die sich in bezug auf 3A inder horizontalen Richtung von der jeweiligen schmalen Seite derElektrode 12 weg erstrecken, sowie über Träger 16L und 16R erfolgt,die sich in bezug auf 3A jeweilsin der vertikalen Richtung erstrecken. Jeder der Träger 16L und 16R besitzteine Länge(oder Breite) in der horizontalen Richtung der 3A, die kürzer ist als die entsprechendeDimension in der vertikalen Richtung der 3A, so daß er in der horizontalen Richtunggeringfügigdehnbar ist.
    [0030] Einein der horizontalen Richtung auf den Beschleunigungssensor 2 wirkendeexterne Kraft bewirkt somit eine Verlagerung der beweglichen Elektrode 12 indieser Richtung. Die bewegliche Elektrode 12 ist mit Nuten 20U und 20D ausgebildet,die jeweils eine bestimmte Größe habenund sich von einem zentralen Bereich der breiten Seite der Elektrode 12 inBezug auf 3A in vertikalerRichtung erstrecken.
    [0031] Elektroden 22U und 22D sindauf der Hauptflächedes Halbleitersubstrats 6 fixiert und in den Nuten 20U bzw. 20D angeordnet.Eine auf den Beschleunigungssensor 2 wirkende externe Kraftverursacht eine Änderungbei dem Spalt zwischen der feststehenden Elektrode 22U undder Innenwandung der Nut 20U der beweglichen Elektrode 12 sowie demSpalt zwischen der feststehenden Elektrode 22D und derInnenwandung der Nut 20D der beweglichen Elektrode 12.
    [0032] Infolgedessen ändert sichdie Kapazitätzwischen der beweglichen Elektrode 12 und der jeweiligenfeststehenden Elektrode 22U und 22D. Es ist daraufhinzuweisen, daß polykristallinesSilizium, bei dem es sich um das Material der Elektroden 12, 22U und 22D handelt,mit Phosphor dotiert ist, wie dies vorstehend beschrieben wordenist, um eine elektrische Leitung zu erzielen. Die Änderungder Kapazität wirdin Form eines elektrischen Signals an eine nicht gezeigte, externeSchaltung ausgegeben, um die Kapazität zu bestimmen.
    [0033] Dievorliegende Erfindung ist nicht auf die spezielle Konstruktion desBeschleunigungssensorelements 3 begrenzt, wie diese vorstehendbeschrieben wurde. Zum Beispiel kann die bewegliche Elektrode auchin einer zu der Hauptflächedes Halbleitersubstrats 6 rechtwinkligen Richtung verlagertwerden. Ferner kann anstelle des kapazitiven Erfassungselementsauch ein piezoresistives Element verwendet werden.
    [0034] Wieaus den 1 und 2 ersichtlich, ist eine nichtdotierte polykristalline Siliziumschicht 24 auf dem Rahmenbereich 8 gebildet.Bei der Schicht 24 aus polykristallinem Silizium handeltes sich z.B. um eine Siliziumoxidschicht, die unter Verwendung herkömmlicherTechniken, beispielsweise durch CVD bzw. chemische Abscheidung ausder Dampfphase, gebildet ist.
    [0035] Diepolykristalline Siliziumschicht 24 weist eine Dicke auf,die dazu ausgebildet ist zu verhindern, daß in dem polykristallinen Siliziumdes Rahmenbereichs 8 enthaltender Phosphor eine Verbindungsgrenzfläche zwischender polykristallinen Siliziumschicht 24 und dem Abdeckungsbereich 5 erreicht undan der Grenzflächeabgeschieden wird. Die polykristalline Siliziumschicht 24 bildeteine Zwischenschicht zwischen dem Rahmenbereich 8 und dem Abdeckungsbereich 5.
    [0036] DerRahmenbereich 8 und die polykristalline Siliziumschicht 24 sindjeweils mit Durchgangsöffnungenin Form eines Rahmens in im wesentlichen identischen Positionenin bezug auf die Hauptflächenrichtungausgebildet. Diese Durchgangsöffnungenbilden in ihrer Gesamtheit eine Nut 25 in Form eines Rahmens.
    [0037] DerAbdeckungsbereich 5 beinhaltet eine Abdeckung oder einenKörper 27 miteinem konkaven Teil, der zum Beispiel durch Ansenken eines rechteckigenHalbleitersubstrats gebildet ist. Eine Metallschicht 28 istauf einer den konkaven Teil 26 bildenden Hauptfläche derAbdeckung 27 gebildet.
    [0038] DieMetallschicht 28 ist zum Beispiel durch Dampfabscheidungoder Aufsputtern einer Titanschicht und sodann einer Nickelschichtgebildet. Die Titanschicht und die Nickelschicht haben geeigneterweiseeine Dicke von einigen Zehn Nanometern bzw. einigen Hundert Nanometern,und zwar in Anbetracht der Verbindungsfestigkeit zwischen der Metallschicht 28 undder polykristallinen Siliziumschicht 24 sowie der durchden Vorgang zum Bilden der Metallschicht 28 bedingten Restspannung.
    [0039] Beidem Herstellungsvorgang fürden Beschleunigungssensor 2 werden dann, wenn die Metallschicht 28 desAbdeckungsbereichs 5 überder polykristallinen Siliziumschicht 24 des Basisbereichs 4 angeordnetist, der Basisbereich 4 und der Abdeckungsbereich 5 ineinem Ofen unter einem Vakuum oder einem Inertgas erwärmt.
    [0040] DieErwärmungstemperaturkann etwa 400 °Cbetragen, und die Erwärmungsdauerkann im Bereich von einigen Zehn Minuten und mehreren Stunden liegen.Die Erwärmungführt dazu,daß daspolykristalline Silizium in der polykristallinen Siliziumschicht 24 unddas Nickel in der Metallschicht 28 eine eutektische Legierungbilden, so daß derBasisbereich 4 und der Abdeckungsbereich 5 miteinander verbundenwerden.
    [0041] Dasich bei diesem Schritt die undotierte polykristalline Siliziumschicht 24 zwischendem dotierten Rahmenbereich 8 des Basisbereichs 4 undder Metallschicht 28 befindet, kann selbst dann, wenn in dempolykristallinen Silizium des Rahmenbereichs 8 enthaltenerPhosphor in die undotierte polykristalline Schicht 24 diffundiert,dieser eine Verbindungsgrenzflächezwischen der polykristallinen Siliziumschicht 24 und derMetallschicht 28 nicht erreichen und nicht dort abgeschiedenwerden. Infolgedessen kann ein Versagen der Verbindung zwischendem Basisbereich 4 und dem Abdeckungsbereich 5 verhindert werden.
    [0042] Dader Beschleunigungssensor 2 eine mehrlagige Ausbildungan einem Verbindungsbereich zwischen dem Basisbereich 4 unddem Abdeckungsbereich 5 aufweist, ist er leicht verschiedenenexternen Kräftenausgesetzt. Zum Beispiel, wenn der Beschleunigungssensor 2 ineinem Chip-Bondverbindungsverfahren erwärmt wird, so daß er miteinem nicht gezeigten Metallrahmen verbunden wird, kann eine Restspannungaufgrund einer Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizientenzwischen dem Silizium-Halbleitersubstrat 6 und dem Metallrahmenentstehen, mit dem das Substrat 6 verbunden worden ist.
    [0043] Beieinem Kapselungsvorgang, in dem Komponenten, wie der Beschleunigungssensor 2,nach dem Chip-Bondverbindungsvorgang in Harzmaterial eingekapseltwerden, wird Druck aufgebracht, wenn das Harzmaterial in eine Formeingespritzt wird. Nach der Herstellung einer Vorrichtung mit demdarin integrierten Beschleunigungssensor 2 kann eine Spannungsänderungaufgrund einer Beeinträchtigungder Form oder der mit dem Chip verbundenen Bereiche bedingt durchEinflüsseaus der Umgebung (z.B. thermische Hysterese oder Feuchtigkeit) auftreten,der der Beschleunigungssensor ausgesetzt ist.
    [0044] Ohnedie Nut 25 könntensolche externen Kräftezur Entstehung eines Risses an der oder den Grenzflächen zwischenden Schichten des Verbindungsbereichs (d.h. den Grenzflächen zwischendem Halbleitersubstrat 6 und dem Rahmenbereich 8 sowiezwischen dem Rahmenbereich 8 und der polykristallinen Siliziumschicht 24)führen.Dies könntezu einem Aufbrechen der Einkapselung des Beschleunigungssensors 2 führen, worauseine Änderungder charakteristischen Eigenschaften des Beschleunigungssensorelements 3 resultiert.
    [0045] Selbstwenn kein Riß entsteht,könntensich Spannungen überden Rahmenbereich 8 und/oder das Halbleitersubstrat 6 hinausauf das Beschleunigungssensorelement 3 ausbreiten und damiteine Änderungvon dessen Charakteristik hervorrufen.
    [0046] Beidem Ausführungsbeispielgemäß der vorliegendenErfindung dagegen wird selbst bei Entstehung eines Risses aufgrundeiner externer Kraft dieser an der Nut 25 gestoppt, sodaß ernicht über diesehinaus fortschreitet. Dadurch bleibt die Einkapselung des Sensors 2 erhalten,so daß eine Änderungder Charakteristik des Sensorelements 3 verhindert wird.Da sich ferner Spannungen nicht über dieNut 25 hinaus fortpflanzen, bleibt die Charakteristik desSensorelements 3 wiederum unverändert.Die Nut 25 ermöglichtsomit die Schaffung eines zuverlässigenBeschleunigungssensors.
    [0047] Daferner bei dem Ausführungsbeispieldie Rahmennut in dem Rahmenbereich 8 und die Rahmennutin der polykristallinen Siliziumschicht 24 in einander überlappenderWeise vorgesehen sind, kann die Größe des Beschleunigungssensors 2 in Bezugauf die Hauptflächenrichtungdes Halbleitersubstrats 6 reduziert werden.
    [0048] UnterBezugnahme auf 4 wirdnun ein zweites Ausführungsbeispieldes Beschleunigungssensors gemäß der vorliegendenErfindung beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sind Komponenten,die mit denen des ersten Ausführungsbeispielsiden tisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichenbezeichnet, denen gegebenenfalls Zusätze hinzugefügt sind.
    [0049] DerBeschleunigungssensor 30 dieses Ausführungsbeispiels beinhalteteine Isolierschicht 32 auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats 6.Die Isolierschicht 32 wird zum Beispiel dadurch gebildet, daß auf demHalbleitersubstrat 6 z.B. eine Siliziumoxidschicht undsodann eine Siliziumnitridschicht unter Verwendung herkömmlicherTechniken, beispielsweise CVD, aufgebracht werden. Das Beschleunigungssensorelement 3 undder Rahmenbereich 8 sind auf der Isolierschicht 32 derartgebildet, daß sie elektrischvoneinander isoliert sind.
    [0050] EineDiffusion verhindernde Schicht, die aus einer Isolierschicht 34 undeiner undotierten polykristallinen Siliziumschicht 36 besteht,ist zwischen der Metallschicht 28 und dem Rahmenbereich 8 gebildet, undzwar anstatt der Zwischenanordnung der polykristallinen Siliziumschicht 24 miteiner vorbestimmten Dicke dazwischen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
    [0051] DieSchichten 34 und 36 bilden eine Zwischenschichtzwischen dem Rahmenbereich 8 und dem Abdeckungsbereich 5.Zu diesem Zweck wird bei der Herstellung des Basisbereichs 4A dieIsolierschicht 34 auf dem Rahmenbereich 8 beispielsweise unterVerwendung einer CVD-Technik gebildet, woraufhin die polykristallineSiliziumschicht 36 beispielsweise unter Verwendung einerSputter-Technik aufgebracht wird.
    [0052] Wenndie Metallschicht 28 des Abdeckungsbereichs 5 über derpolykristallinen Schicht 36 des Basisbereichs 4A plaziertist, werden der Basisbereich 4A und der Abdeckungsbereich 5 dannwie bei dem ersten Ausführungsbeispielerwärmt,so daß daspolykristalline Silizium in der polykristallinen Siliziumschicht 36 unddas Nickel in der Metallschicht 28 eine eutektische Legierungbilden, um den Abdeckungsbereich 5 mit dem Basisbereich 4A zuverbinden.
    [0053] DieDiffusion verhindernde Schicht 34, die zwischen der polykristallinenSiliziumschicht 26 und dem Rahmenbereich 8 angeordnetist, verhindert, daß indem polykristallinen Silizium des Rahmenbereichs 8 enthaltenerPhosphor in die undotierte polykristalline Schicht 36 diffundiertund an einer Verbindungsgrenzflächezwischen der polykristallinen Siliziumschicht 36 und derMetallschicht 28 abgeschieden wird.
    [0054] DieIsolierschicht 32, der Rahmenbereich 8, die Isolierschicht 34 unddie polykristalline Siliziumschicht 26 sind jeweils mitDurchgangsöffnungenin Form eines Rahmen an im allgemeinen miteinander identischen Positionenin bezug auf die Hauptflächenrichtungausgebildet. Diese Durchgangsöffnungenbilden insgesamt eine Nut 38 in Form eines Rahmens.
    [0055] Derauf diese Weise ausgebildete Beschleunigungssensor 30 hateine mehrlagige Ausbildung an einem Verbindungsbereich zwischendem Basisbereich 4A und dem Abdeckungsbereich 5,und aus diesem Grund ist er leicht verschiedenen externen Kräften ausgesetzt.Selbst bei Entstehung eines Risses aufgrund einer externen Kraftwird dieser jedoch an der Nut 38 gestoppt, und er schreitetnicht über diesehinaus fort.
    [0056] Dadurchbleibt die Einkapselung des Sensors 30 erhalten, so daß die Charakteristikdes Sensorelements 3 unverändert bleibt. Da sich ferner Spannungennicht überdie Nut 38 hinaus fortpflanzen, bleibt die Charakteristikdes Sensorelements 3 wiederum unverändert. Die Nut 38 ermöglicht somit dieSchaffung eines zuverlässigenBeschleunigungssensors.
    [0057] Daferner bei dem Ausführungsbeispieldie Rahmennuten in der Isolierschicht 32, dem Rahmenbereich 8,der Isolierschicht 34 und der polykristallinen Siliziumschicht 36 ineinander überlappender Weisevorgesehen sind, kann die Größe des Beschleunigungssensors 30 inbezug auf die Hauptflächenrichtungdes Halbleitersubstrats 6 reduziert werden.
    [0058] DasHalbleitersubstrat 6 kann mit einer Nut in Form eines Rahmensausgebildet sein, die sich in einer Position im allgemeinen identischmit den Nuten der Isolierschicht 32, des Rahmenbereichs 8,der Isolierschicht 34 und der polykristallinen Siliziumschicht 36 inbezug auf die Hauptflächenrichtungbefindet, so daß dieRahmennut des Substrats 6 zusammen mit den Schichten 32, 8, 34 und 36 dieRahmennut 38 bildet.
    [0059] Diesführt zueiner längerenSpannungsausbreitungsdistanz als bei einer Konfiguration, bei der dieNut 38 sich bis auf die Tiefe der Isolierschicht 32 fortsetzt.Auf diese Weise läßt sichdie vorstehend beschriebene Spannungsausbreitung in effektiverer Weiseverhindern. Außerdemkann das Fortschreiten eines Rissen bzw. das Ausbreiten von Spannungen, diean einer Grenzflächezwischen der Isolierschicht 32 und dem Halbleitersubstrat 6 entstehenkönnen, verhindertwerden.
    [0060] Wieaus 5 ersichtlich, istder Beschleunigungssensor 40 des dritten Ausführungsbeispiels demBeschleunigungssensor 30 des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich,und zwar mit der Ausnahme, daß eineNut 42 in Form eines Rahmens in dem Abdeckungskörper 27B aneinem Verbindungsbereich vorgesehen ist, und zwar anstatt der Ausbildungder Nut 38 in der Isolierschicht 32B, dem Rahmenbereich 8B,der Isolierschicht 34B und der polykristallinen Siliziumschicht 36B desBasisbereichs 4B.
    [0061] DieNut 42 kann in dem gleichen Verfahrensschritt wie die Bildungdes konkaven Teils 26B (z.B. durch Ansenken bzw. Plansenken)oder in einem anderen Verfahrensschritt (z.B. Ätzen) (vor der Bildung derMetallschicht 28B auf der Hauptfläche der Abdeckung 27B)gebildet werden.
    [0062] Beidieser Konstruktion könnensich Spannungen, die sich durch den Abdeckungsbereich 5B fortpflanzen,nicht überdie Nut 42 hinaus ausbreiten. Die Charakteristik des Sensorelements 3 wirdsomit nicht beeinträchtigt,so daß sichein zuverlässigerBeschleunigungssensor schaffen läßt.
    [0063] Wieaus den 6 und 7 ersichtlich, ist der Beschleunigungssensor 50 desvierten Ausführungsbeispiels ähnlich demBeschleunigungssensor 2 des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet,mit der Ausnahme, daß anstelleder Bildung der Nut 25 an einem Verbindungsbereich zwischendem Basisbereich und dem Abdeckungsbereich eine Nut 52 in Formeines Rahmens an einem Teil des Rahmenbereichs 8C vorgesehenist, der von dem Verbindungsbereich weiter in Richtung auf das Beschleunigungssensorelement 3 ausgebildetist (d.h. an einem Teil, das sich zwischen dem Verbindungsbereichund dem Beschleunigungssensorelement 3 befindet).
    [0064] ImHinblick auf die Verbindung zwischen dem Basisbereich 4C unddem Abdeckungsbereich 5 ist eine Restspannung, die aufgrundeiner Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizientenzwischen den Materialien der polykristallinen Schicht 24 und der Metallschicht 28 (d.h.Silizium und Nickel) entsteht, an einem Rand 54 der Verbindungsgrenzfläche zwischender polykristallinen Siliziumschicht 24 und der Metallschicht 28 amhöchsten.
    [0065] Ohnedie Nut 52 könntesich somit eine Restspannung durch den Rahmenbereich 8C undsodann durch das Halbleitersubstrat 6 zu dem Beschleunigungssensorelement 3 fortpflanzenund damit eine Änderungder Charakteristik von diesem hervorrufen. Da die Nut 52 jedochein solches Fortschreiten von Spannungen über die Nut hinaus verhindernkann, wird die Charakteristik des Sensorelements 3 nicht beeinträchtigt,so daß einzuverlässigerBeschleunigungssensor geschaffen wird.
    [0066] DasHalbleitersubstrat 6 kann mit einer Nut in Form eines Rahmensan einer Stelle ausgebildet sein, die im wesentlichen identischmit der Ausbildungsstelle der Rahmennut 52 des Rahmenbereichs 8B inbezug auf die Hauptflächenrichtungist.
    [0067] Wieaus 8 ersichtlich, istder Beschleunigungssensor 60 des fünften Ausführungsbeispiels dem Beschleunigungssensor 30 deszweiten Ausführungsbeispiels ähnlich,und zwar mit der Ausnahme, daß anstelleder Bildung der Nut 38 an einem Verbindungsbereich zwischendem Basisbereich und dem Abdeckungsbereich eine Nut 62 inForm eines Rahmens in einem Teil des Rahmenbereichs 8D,der von dem Verbindungsbereich weiter in Richtung auf das Beschleunigungssensorelement 3 ausgebildetist, sowie an dem entsprechenden Teil der Isolierschicht 32D vorgesehenist (d.h. die Nut 62 befindet sich zwischen dem Verbindungsbereichund dem Beschleunigungssensorelement 3).
    [0068] Hinsichtlichder Verbindung zwischen der Metallschicht 28 des Abdeckungsbereichs 5 undder polykristallinen Siliziumschicht 36D des Basisbereichs 4D isteine Restspannung, die aufgrund einer Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischendem Nickel und dem Silizium entsteht, an einem Rand 64 derVerbindungsgrenzflächezwischen der Metallschicht 28 und der polykristallinen Siliziumschicht 36D amhöchsten.
    [0069] Ohnedie Nut 62 könntesich somit eine Restspannung durch die polykristalline Siliziumschicht 36D,die Isolierschicht 34D, den Rahmenbereich 8D, dieIsolierschicht 32D und sodann durch das Halbleitersubstrat 6 zudem Beschleunigungssensorelement 3 fortpflanzen und damiteine Änderungder Charakteristik von diesem hervorrufen. Da die Nut 62 jedochein solches Fortschreiten von Spannungen über die Nut hinaus verhindernkann, wird die Charakteristik des Sensorelements 3 nichtbeeinträchtigt, sodaß einzuverlässigerBeschleunigungssensor geschaffen wird.
    [0070] DasHalbleitersubstrat 6 kann mit einer Nut in Form eines Rahmensan einer Stelle ausgebildet sein, die im wesentlichen identischzu der Ausbildungsstelle der Rahmennuten der Isolierschicht 32D unddes Rahmenbereichs 8C in bezug auf die Hauptflächenrichtungist, so daß dieRahmennut des Halbleitersubstrats 6 zusammen mit den Rahmennuten derIsolierschicht 32D und des Rahmenbereichs 8D dieRahmennut 62 bildet.
    [0071] Gemäß 9 weist der Beschleunigungssensor 70 dessechsten AusführungsbeispielsNuten 38E, 4ZE und 62E ähnlich denNuten 38, 42 und 62 des zweiten, drittenund fünftenAusführungsbeispielsauf. Die Nut 38E in der Isolierschicht 32E, dem Rahmenbereich 8E,der Isolierschicht 34E und der polykristallinen Siliziumschicht 36E indem Basisbereich 4E sowie die durch die Metallschicht 28E des Abdeckungsbereichs 5E gebildeteNut 42E sind an Positionen gebildet, die in bezug auf dieHauptflächenrichtungdes Halbleitersubstrats 6 im wesentlichen miteinander identischsind, so daß dieGröße des Beschleunigungssensors 70 inbezug auf die Hauptflächenrichtungreduziert ist.
    [0072] Esist zu erwähnen,daß ohnedie Ausbildung der Nuten 38E und 42E die Nut 62E dasAusbreiten von Spannung zu dem Beschleunigungssensorelement 3 verhindernkann. Die Nuten 38E und 42E dienen in erster Liniezum Verhindern, daß einmöglicher Riß die Einkapselungdes Beschleunigungssensors 70 aufbricht.
    [0073] Vorstehendsind zwar bevorzugte Ausführungsbeispieledes Beschleunigungssensors gemäß der vorliegendenErfindung ausführlichbeschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß verschiedene Modifikationenim Umfang und Rahmen der Erfindung daran vorgenommen werden können.
    [0074] ZumBeispiel könnendie Rahmennuten, die in dem Rahmenbereich bzw. in der zwischen den Rahmenbereichund dem Abdeckungsbereich befindlichen Zwischenschicht (z.B. derpolykristallen Siliziumschicht 24 bei dem ersten Ausführungsbeispiel odereiner zumindest die Isolierschicht 34 beinhaltenden Schichtbei dem zweiten Ausführungsbeispiel) gebildetsind, möglicherweisenicht miteinander in Verbindung stehen (d.h. bei der Rahmennut inder Zwischenschicht handelt es sich um keine Durchgangsöffnung),solange sie sich in im wesentlichen identischen Positionen in Bezugauf die Hauptflächenrichtungdes Halbleitersubstrats befinden.
    [0075] Diein der Zwischenschicht gebildete Rahmennut ist jedoch vorzugsweiseoffen zu einer Verbindungsgrenzfläche zwischen der Zwischenschicht unddem Abdeckungsbereich ausgebildet, wenn man berücksichtigt, daß der Basisbereichund der Abdeckungsbereich, die in unterschiedlichen Herstellungsprozessengebildet worden sind, miteinander verbunden werden und die zu derVerbindungsgrenzflächehin offene Nut in einfacher Weise zu bilden ist.
    [0076] ZurBewältigungeiner Rißbildungoder von Restspannungen, die zwischen einer Vielzahl von Verbindungsgrenzflächen aneinem Verbindungsbereich zwischen dem Basisbereich und dem Abdeckungsbereichentstehen können,handelt es sich bei den Nuten in dem Rahmenbereich und in der Zwischenschichtvorzugsweise um Durchgangsöffnungen.Dies ist deshalb von Vorteil, weil sich solche Nuten in einfacherWeise bilden lassen.
    [0077] Fernerist bei dem zweiten und/oder sechsten Ausführungsbeispiel auch eine Konstruktionim Umfang der vorliegenden Erfindung mitumfaßt, bei der keine Nut in derdirekt auf das Halbleitersubstrat aufgebrachten Isolierschicht ausgebildetist.
    [0078] Fernerkann es sich bei der Rahmennut, die in einem Teil des Rahmenbereichsinnenseitig von einem Verbindungsbereich zwischen der Zwischenschichtund dem Abdeckungsbereich gebildet ist, auch um eine nicht durchgehende Öffnung bzw.Nut handeln.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Beschleunigungssensor (2; 30; 70),der folgendes aufweist: ein Substrat (6), das eineHauptflächeaufweist; ein Beschleunigungssensorelement (3) undeinen dieses umgebenden Rahmenbereich (8; 8E),wobei das Beschleunigungssensorelement und der Rahmenbereich sichauf der Hauptflächedes Substrats befinden; eine Zwischenschicht (24; 34, 36; 34E, 36E),die auf dem Rahmenbereich gebildet ist; einen Abdeckungsbereich(5; 5E), der mit der Zwischenschicht verbundenist, so daß dasBeschleunigungssensorelement dadurch eingekapselt ist; und Nutenin Form eines Rahmens, die in dem Rahmenbereich bzw. der Zwischenschichtvorgesehen sind und sich in bezug auf die Hauptflächenrichtungdes Substrats in miteinander im wesentlichen identischen Positionenbefinden.
    [2] Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß essich bei den Nuten in dem Rahmenbereich (8; 8E)und der Zwischenschicht (23; 34, 36; 34E, 36E)um Durchgangsöffnungenhandelt.
    [3] Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derAbdeckungsbereich (5E) mit einer Nut (42E) inForm eines Rahmens an einem Verbindungsbereich zwischen dem Abdeckungsbereichund der Zwischenschicht (34E, 36E) ausgebildetist, wobei sich die Nut des Abdeckungsbereichs in einer Positionbefindet, die im wesentlich identisch mit den Positionen der Nutendes Rahmenbereichs und der Zwischenschicht in bezug auf die Hauptflächenrichtungist.
    [4] Beschleunigungssensor (50; 60; 70),der folgendes aufweist: ein Substrat (6), das eineHauptflächeaufweist; ein Beschleunigungssensorelement (3) undeinen dieses umgebenden Rahmenbereich (8C; 8D; 8E), wobeidas Beschleunigungssensorelement und der Rahmenbereich sich aufder Hauptflächedes Substrats befinden; eine Zwischenschicht (24; 34D, 36D; 34E, 36E),die auf dem Rahmenbereich gebildet ist; und einen Abdeckungsbereich(5; 5E), der mit der Zwischenschicht verbundenist, so daß dasBeschleunigungssensorelement dadurch eingekapselt ist; wobeider Rahmenbereich einen Teil aufweist, der sich von einem Verbindungsbereichzwischen der Zwischenschicht und dem Abdeckungsbereich weiter inRichtung auf das Beschleunigungssensorelement erstreckt, wobei dieserTeil mit einer Nut (52; 62; 62E) in Formeines das Beschleunigungssensorelement umgebenden Rahmens versehenist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-04-07| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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