DE4339190A1 - Halbleiter-Beschleunigungsmesser und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Halbleiter-Beschleunigungsmesser und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halb
leiter-Beschleunigungsmesser. Insbesondere betrifft sie ei
nen Beschleunigungsmesser bzw. eine Beschleunigungsmeßein
richtung, der bzw. die zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs,
eines Motors bzw. einer Maschine, eines Airbags usw. geeig
net ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Eine der Anforderungen, die an einen Beschleunigungs
messer bzw. Sensor für Kraftfahrzeuge gestellt werden,
besteht darin, daß der Beschleunigungsmesser eine
Beschleunigung mit relativ kleinem Ausmaß (0 bis ±1 g)
mit einer niedrigen Frequenz (0 bis 100 Hz) exakt erfassen
kann. Hierbei bezeichnet der Ausdruck "1 g" eine
Beschleunigungseinheit und entspricht 9,8 m/s2.
Derartige Beschleunigungsmesser in Form eines den pie
zoelektrischen Effekt ausnutzenden piezoelektrischen Sen
sors, eines mit einem differentiellen Transformator arbei
tenden magnetischen Sensors, eines Halbleiter-Sensors des
Belastungs- bzw. Dehnungsmeßfühler-Typs und eines die elek
trostatische Kapazität ausnutzenden Sensors, bei dem eine
Silizium-Feinätztechnik eingesetzt wird, usw. sind bekannt.
Unter diesen wird der Halbleiter-Beschleunigungsmesser als
am meisten versprechend bzw. geeignet angesehen, da er eine
Beschleunigung geringen Ausmaßes mit niedrigem Frequenzpe
gel exakt erfassen kann, wirtschaftlich und zur Massenher
stellung geeignet ist.
Der die elektrostatische Kapazität ausnutzende Sensor
zeichnet sich dadurch aus, daß seine Empfindlichkeit höher
ist als diejenige eines Dehnungsmeßfühler-Typs.
In der anliegenden Fig. 66 ist ein die elektrostatische
Kapazität ausnutzender Beschleunigungsmesser als Beispiel
beschrieben, der aus der japanischen ungeprüften Patentan
meldungsveröffentlichung (Kokai) Nr. 2-134570 bekannt ist.
Bei dem in Fig. 66 gezeigten elektrostatischen Beschleuni
gungsmesser ist ein Erfassungsabschnitt des Sensors durch
direkte Verbindung dreier Siliziumsubstrate 300, 301 und
302 unter Zwischenlage thermischer Oxidfilme 303 als iso
lierende Filme und durch Zusammenkoppeln derselben gebil
det. Ein Siliziumausleger (balkenförmiger oder auskragender
Abschnitt) 304 und eine bewegliche Elektrode 305 sind vor
der Verbindung mittels eines Ätzvorgangs vorab auf dem
Siliziumsubstrat 300 ausgebildet. Feste, aus Poly-Si
(Silizium) hergestellte Elektroden 306 und 307 sind vorab
auf den Siliziumsubstraten 301 bzw. 302 ausgebildet. Eine
bewegliche Elektrode 305, die die Funktion eines Gewichts
besitzt, wird durch den Siliziumausleger 304 getragen, wo
bei sich die Abmessung eines zwischen der beweglichen Elek
trode 305 und den feststehenden Elektroden 306, 307 gebil
deten Spalts in Abhängigkeit von der Größe der auf die be
wegliche Elektrode 305 in vertikaler Richtung (bezogen auf
die Zeichnung) ausgeübten Beschleunigung verändert. Anders
ausgedrückt verändert sich die elektrostatische Kapazität
des Spaltabschnitts in Übereinstimmung mit einer auf den
Erfassungsabschnitt einwirkenden Beschleunigung und es kann
die Beschleunigung durch Übertragung dieser Veränderung
über eine Anschlußfläche 308 zu einer externen elektroni
schen Schaltung übertragen werden.
Bei dem die vorstehend beschriebene Gestaltung besit
zenden elektrostatischen Beschleunigungsmesser ist aller
dings eine hochwertige Fabrikationstechnik erforderlich, um
das Siliziumsubstrat zur Herstellung des Auslegers mit ei
ner Genauigkeit von 100 bis 200 µm zu ätzen, wodurch sich
die Herstellungskosten erhöhen.
Weiterhin sind ein Siliziumsubstrat zur Ausbildung der
beweglichen Elektrode und zwei Siliziumsubstrate zur Her
stellung der festen Elektroden, d. h. insgesamt drei
Substrate erforderlich, so daß eine Verringerung der Kosten
schwierig ist. Da weiterhin die Siliziumsubstrate miteinan
der durch den thermischen Oxidfilm verbondet bzw. verbunden
werden müssen, sind dem Herstellungsverfahren thermische
Beschränkungen auferlegt. Da die Erfassung der Beschleuni
gung auf der Veränderung der elektrostatischen Kapazität
aufbaut, kann die Elektrodenfläche zur Ausbildung der elek
trostatischen Kapazität nicht unter die untere Meßgrenze
verringert werden, so daß der Sensor nicht mit kompakter
Größe herstellbar ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen derartigen Halbleiter-Beschleunigungsmesser zu schaf
fen, der eine kleinere Anzahl von Substraten besitzt, sowie
ein Verfahren zum Herstellen desselben anzugeben.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird bei
dem Halbleiter-Beschleunigungsmesser gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgende grundlegende Konstruktion einge
setzt. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird hierbei ein Halbleiter-Beschleunigungsmesser bereitge
stellt, der ein Halbleitersubstrat, eine bewegliche Elek
trode, die eine Trägergestaltung bzw. Balkengestaltung oder
-form besitzt und oberhalb des Halbleitersubstrats mit
einem vorbestimmten Abstand zu diesem angeordnet ist, und
feststehende Elektroden besitzt, die aus einer Verunrei
nigungs-Diffusionsschicht bestehen und auf beiden Seiten
eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Ab
schnitts des Halbleitersubstrats angeordnet sind, wobei ei
ne Beschleunigung über die Veränderung eines zwischen den
feststehenden Elektroden fließenden Stroms erfaßt wird, die
durch eine von der Einwirkung der Beschleunigung herrüh
rende Verlagerung der beweglichen Elektrode hervorgerufen
wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Halbleiter-Beschleunigungsmesser bereitgestellt,
der ein Halbleitersubstrat, einen auf dem Halbleiter
substrat angeordneten Gateoxidfilm, eine auf dem Gateoxid
film angeordnete untere Gate-Elektrode, feststehende Elek
troden, die aus einer Verunreinigungs-Diffusionsschicht be
stehen und auf beiden Seiten der unteren Gate-Elektrode auf
dem Halbleitersubstrat in Selbstausrichtung bezüglich der
unteren Gate-Elektrode ausgebildet sind, eine bewegliche
obere Gate-Elektrode, die eine Ausleger-Gestaltung bzw.
auskragende Form besitzt und oberhalb des Halbleiter
substrats mit einem vorbestimmten Abstand zur unteren Gate-
Elektrode angeordnet ist, und eine untere Elektrode auf
weist, die an einem der beweglichen oberen Gate-Elektrode
gegenüberliegenden Abschnitt des Halbleitersubstrats ange
ordnet ist, wobei eine Beschleunigung aufgrund der Verände
rung eines zwischen den feststehenden Elektroden fließenden
Stroms erfaßt wird, die durch die aufgrund der Wirkung der
Beschleunigung hervorgerufene Verlagerung der oberen Gate-
Elektrode erzeugt wird.
Ein Herstellungsverfahren für den Halbleiter-Beschleu
nigungsmesser zur Lösung der vorstehend beschriebenen Auf
gabe umfaßt grundsätzlich bzw. im wesentlichen einen ersten
Schritt der Ausbildung einer Opferschicht auf einer Haupt
ebene eines Halbleitersubstrats, einen zweiten Schritt der
Ausbildung einer beweglichen Elektrode auf der Opferschicht
mit einer Ausleger- bzw. Balken-Struktur, einen dritten
Schritt der Ausbildung feststehender Elektroden auf beiden
Seiten der beweglichen Elektrode unter Selbstausrichtung
mit der beweglichen Elektrode, wobei eine Verunreinigung in
das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird, und einen
vierten Schritt des Ätzens und Entfernens der Opferschicht
unterhalb der beweglichen Elektrode, so daß eine
Veränderung eines Stroms zwischen den feststehenden
Elektroden, die von der Verlagerung der beweglichen
Elektrode herrührt, erfaßt werden kann.
Gemäß einem solchen Herstellungsverfahren wird die Opferschicht
auf der Hauptebene des Halbleitersubstrats beim
ersten Schritt ausgebildet und die bewegliche, Balkenge
stalt besitzende Elektrode wird auf der Opferschicht beim
zweiten Schritt gebildet. Die Verunreinigung wird beim
dritten Schritt in das Halbleitersubstrat unter Selbstaus
richtung mit der beweglichen Elektrode eindiffundiert, wo
durch die feststehenden Elektroden auf beiden Seiten der
beweglichen Elektrode hergestellt werden. Weiterhin wird
die Opferschicht unterhalb der beweglichen Elektrode durch
Ätzung beim vierten Schritt entfernt und die aus der Verla
gerung der beweglichen Elektrode herrührende Veränderung
des Stroms zwischen den beiden feststehenden Elektroden
kann folglich erfaßt werden. Als Ergebnis kann der Halblei
ter-Beschleunigungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden.
Ein weiteres Herstellungsverfahren gemäß der vorliegen
den Erfindung umfaßt einen ersten Schritt der Ausbildung
einer Opferschicht auf einer Hauptebene eines Halbleiter
substrats, einen zweiten Schritt der Herstellung eines
Paars von gegenseitig getrennten feststehenden Elektroden
mit Hilfe einer Eindiffusion einer Verunreinigung in das
Halbleitersubstrat, einer beweglichen Elektrode mit einer
stabförmigen bzw. auslegerförmigen Gestaltung auf der Opferschicht
oberhalb und zwischen den feststehenden Elektro
den, und einen vierten Schritt des Ätzens und Entfernens
der Opferschicht zwischen der beweglichen Elektrode, so daß
die aufgrund der Verlagerung der beweglichen Elektrode ent
stehende Veränderung eines Stroms zwischen den beiden fest
stehenden Elektroden erfaßt werden kann.
Weitere Aufgaben und Zielsetzungen sowie neuartige
Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der nachste
henden Detailbeschreibung der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersicht
lich. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbei
spiel eines Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie A-A
in Fig. 1 aufgenommen ist,
Fig. 3 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie B-B
in Fig. 1 aufgenommen ist,
Fig. 4 bis 13 Schnittansichten, die die Schritte zur
Herstellung des Halbleiter-Beschleunigungsmessers veran
schaulichen,
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbei
spiel eines Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie C-
C in Fig. 14 aufgenommen ist,
Fig. 16 ebenfalls eine Schnittansicht, die entlang ei
ner Linie D-D in Fig. 14 aufgenommen ist,
Fig. 17 eine weitere Schnittansicht, die entlang einer
Linie E-E in Fig. 14 aufgenommen ist,
Fig. 18 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbei
spiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 19 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie F-
F in Fig. 18 aufgenommen ist,
Fig. 20 eine Schnittansicht, die ein viertes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 21 eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines
Einsatzes des vierten Ausführungsbeispiels zeigt,
Fig. 22 eine Schnittansicht, die ein sechstes Ausfüh
rungsbeispiel eines Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 23 eine Draufsicht auf ein siebtes Ausführungsbei
spiel eines Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 24 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie G-
G in Fig. 23 aufgenommen ist,
Fig. 25 bis Fig. 33 Schnittansichten, die die Schritte
zur Herstellung des Halbleiter-Beschleunigungsmessers zei
gen,
Fig. 34 eine teilweise vergrößerte Ansicht des Halblei
ter-Beschleunigungsmessers,
Fig. 35 eine Draufsicht, die zur Erläuterung der Ar
beitsweise des Halbleiter-Beschleunigungsmessers nützlich
ist,
Fig. 36 ebenfalls eine Draufsicht, die zur Erläuterung
der Betriebsweise des Halbleiter-Beschleunigungsmessers
dienlich ist,
Fig. 37 eine Draufsicht, die den Halbleiter-Beschleuni
gungsmesser veranschaulicht,
Fig. 38 eine Draufsicht auf ein achtes Ausführungsbei
spiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 39 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie H-
H in Fig. 38 aufgenommen ist,
Fig. 40 eine Draufsicht auf ein neuntes Ausführungsbei
spiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 41 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie I-
I in Fig. 40 aufgenommen ist,
Fig. 42 ebenfalls eine Schnittansicht, die entlang ei
ner Linie J-J in Fig. 40 aufgenommen ist,
Fig. 43 eine Draufsicht, die zur Erläuterung der Be
triebsweise des Halbleiter-Beschleunigungsmessers nützlich
ist,
Fig. 44 eine Draufsicht auf ein zehntes Ausführungsbei
spiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 45 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie K-
K in Fig. 44 aufgenommen ist,
Fig. 46 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie L-
L in Fig. 44 aufgenommen ist,
Fig. 47 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie M-
M in Fig. 44 aufgenommen ist,
Fig. 48 eine Draufsicht auf ein elftes Ausführungsbei
spiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 49 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie N-
N in Fig. 48 aufgenommen ist,
Fig. 50 eine weitere Schnittansicht, die entlang einer
Linie O-O in Fig. 48 aufgenommen ist,
Fig. 51 eine weitere Schnittansicht, die entlang einer
Linie P-P in Fig. 48 aufgenommen ist,
Fig. 52 eine Draufsicht auf ein zwölftes Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 53 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie Q-
Q in Fig. 52 aufgenommen ist,
Fig. 54 eine Draufsicht auf ein dreizehntes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 55 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie R-
R in Fig. 54 aufgenommen ist,
Fig. 56 eine Draufsicht auf ein vierzehntes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 57 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie S-
S in Fig. 56 aufgenommen ist,
Fig. 58 eine weitere Schnittansicht, die entlang einer
Linie T-T in Fig. 56 aufgenommen ist,
Fig. 59 eine weitere Schnittansicht, die entlang einer
Linie U-U in Fig. 56 auf genommen ist,
Fig. 60 eine Draufsicht auf ein fünfzehntes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 61 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie V-
V in Fig. 60 aufgenommen ist,
Fig. 62 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie W-
W in Fig. 60 aufgenommen ist,
Fig. 63 eine Draufsicht auf ein sechzehntes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 64 eine Schnittansicht, die entlang einer Linie X-
X in Fig. 63 aufgenommen ist,
Fig. 65 eine Draufsicht auf ein siebzehntes Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers gemäß
der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 66 eine Schnittansicht eines zum Stand der Technik
rechnenden Halbleiter-Beschleunigungsmessers.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
konkrete Beispiele des erfindungsgemäßen Halbleiter-Be
schleunigungsmessers und eines in Übereinstimmung mit der
Erfindung stehenden Verfahrens zur Herstellung derselben
beschrieben.
Zunächst wird der grundlegende Aufbau und die Funktion
des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung als Beispiel
1 erläutert.
Wie bereits beschrieben, umfaßt der Halbleiter-Be
schleunigungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Halbleitersubstrat 1, eine bewegliche Elektrode 4, die eine
Stab- bzw. Auslegergestaltung besitzt und oberhalb des
Halbleitersubstrats 1 mit einem vorbestimmten Spalt
zwischen diesen angeordnet ist, und feststehende Elektroden
8 und 9, die derart auf beiden Seiten der beweglichen
Elektrode 4 auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet sind,
daß sie einander gegenüberliegen, wobei der Halbleiter-
Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung aufgrund einer
Veränderung des Stroms erfaßt, der zwischen den
feststehenden Elektroden 8 und 9 erzeugt wird bzw. fließt,
wobei die Stromänderung aus der von einer Beschleunigung
herrührenden Verlagerung der beweglichen Elektrode 4
resultiert.
Bei dem den vorstehenden Aufbau besitzenden Halbleiter-
Beschleunigungsmesser unterliegt die bewegliche Elektrode
bei Einwirkung einer Beschleunigung auf den Sensor einer
Verlagerung und es verändert sich der Strom zwischen den
feststehenden Elektroden. Eine Beschleunigung kann über die
Zunahme oder Abnahme des zwischen den feststehenden Elek
troden fließenden Stroms erfaßt werden.
Noch detailliertere Gesichtspunkte dieses in Überein
stimmung mit dem ersten Aspekt stehenden Halbleiter-Be
schleunigungsmessers werden nachstehend als erstes Ausfüh
rungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13 in
größeren Einzelheiten erläutert.
In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf das erste Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers darge
stellt. Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie A-A in Fig. 1 aufgenommen ist, während in Fig. 3 eine
Schnittansicht dargestellt ist, die entlang einer Linie B-B
in Fig. 1 aufgenommen ist.
Ein isolierender Film 2 ist auf einem Siliziumsubstrat
1 des Leitungstyps p ausgebildet und aus SiO2, Si3N4 oder
dergleichen hergestellt. Ein rechteckförmiger Bereich, in
dem der isolierende Film nicht vorhanden ist, d. h. ein
Spaltbereich 3 ist auf dem p-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet
(siehe Fig. 1). Eine bewegliche Elektrode 4 mit einem
Doppelstützen-Aufbau ist auf dem isolierenden Film 2 derart
angeordnet, daß sie den Spaltbereich 3 brückenförmig
überspannt. Diese bewegliche Elektrode 4 ist aus Poly-Si
hergestellt, das bandförmige Gestalt besitzt, und erstreckt
sich linear. Der isolierende Film 2 isoliert das p-
Siliziumsubstrat 1 gegenüber der beweglichen Elektrode 4 in
elektrischer Hinsicht.
Der Spaltbereich 3 unterhalb der beweglichen Elektrode
4 wird gebildet, wenn ein Teil des isolierenden Films 2 als
eine Opferschicht geätzt wird. Wenn diese Opferschicht ge
ätzt wird, wird eine Ätzlösung eingesetzt, die die bewegli
che Elektrode 4 nicht ätzt, jedoch den isolierenden Film 2
als Opferschicht ätzt.
Ein isolierender Zwischenschichtfilm 5 ist auf dem iso
lierenden Film 2 angeordnet und eine Aluminiumverdrahtung 6
ist auf diesem isolierenden Film 5 angebracht, um eine
elektrische Verbindung mit der beweglichen Elektrode 4
durch ein Kontaktloch 7 herzustellen.
Gemäß Fig. 3 sind feststehende Elektroden 8 und 9, die
durch eine Verunreinigungs-Diffusionsschicht gebildet sind,
auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode 4 auf dem Sili
ziumsubstrat 1 des Leitungstyps p ausgebildet und dadurch
hergestellt, daß eine Verunreinigung des Leitungstyps n in
das Siliziumsubstrat 1 des Leitungstyps p mittels Ionenim
plantation oder dergleichen eingebracht wird.
Anstelle von Poly-Si kann ein feuerfestes Metall wie
etwa Wolfram für die bewegliche Elektrode (zweifach abge
stützter Träger bzw. Ausleger) eingesetzt werden.
Verdrahtungen 10 und 11, die durch eine Verunreini
gungs-Diffusionsschicht gebildet sind, sind auf dem Silizi
umsubstrat 1 des Leitungstyps p in der in Fig. 1 gezeigten
Weise ausgebildet und dadurch hergestellt, daß eine Verun
reinigung des Leitungstyps n in das Siliziumsubstrat 1 des
Leitungstyps p mittels Ionenimplantation oder dergleichen
eingebracht wird.
Die feststehende Elektrode 8 ist elektrisch mit der
Verdrahtung 10 verbunden, während die feststehende Elek
trode 9 elektrisch mit der Verdrahtung 11 verbunden ist.
Weiterhin ist die Verdrahtung 10 elektrisch mit einer
Aluminiumverdrahtung 13 über ein Kontaktloch 12 verbunden,
während die Verdrahtung 11 elektrisch mit einer Aluminium
verdrahtung 15 über ein Kontaktloch 14 verbunden ist. Diese
Aluminiumverdrahtungen 13, 15 und 6 sind mit externen elek
tronischen Schaltungen verbunden.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist zwischen den feststehen
den Elektroden 8 und 9 auf bzw. in dem Siliziumsubstrat 1
des Leitungstyps p eine Inversionsschicht 16 ausgebildet,
wobei diese Inversionsschicht 16 gebildet wird, wenn die
bewegliche Elektrode (doppelt abgestützter Träger) 4 mit
einer Spannung beaufschlagt wird.
Nachstehend werden die Herstellungsschritte des den be
schriebenen Aufbau besitzenden Halbleiter-Beschleunigungs
messers unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 13 erläu
tert. Hierbei ist der Sensor im linken Bereich der Zeich
nungen dargestellt und ein für eine Verarbeitungsschaltung
notwendiger Transistor im rechten Abschnitt gezeigt.
Vor allem anderen wird zunächst ein Siliziumsubstrat 17
des Leitungstyps p in der in Fig. 4 gezeigten Weise
vorbereitet und es werden Diffusionsschichten 18, 19, 20
und 21 des Leitungstyps n als Verdrahtungsabschnitte eines
Sensors und als Source/Drain eines Transistors durch
Ionenimplantation usw. mit Hilfe eines
photolithographischen Prozesses ausgebildet.
Ein isolierender Film 22, von dem ein Teil als eine Op
ferschicht bzw. zu opfernde oder zu entfernende Schicht
dienen soll, wird in einer Sensorausbildungsregion geformt,
wie in Fig. 5 gezeigt ist. Übrigens ist es ebenfalls mög
lich, den isolierenden Film 22 auf dem gesamten Substrat
auszubilden und dann den isolierenden Film in der Transi
storausbildungsregion zu entfernen.
Weiterhin wird ein Gateoxidfilm 23 mittels Oxidation
auf der Transistorausbildungsregion ausgebildet, wie in
Fig. 6 gezeigt ist. Ein Film aus Poly-Si wird, wie in Fig.
7 gezeigt, hergestellt und es wird dann eine bewegliche
Elektrode 24 eines Sensors und eine Gate-Elektrode 25 eines
Transistors durch Trockenätzung mit Hilfe eines photolitho
graphischen Prozesses gemustert bzw. hergestellt.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, werden nachfolgend zur Aus
bildung der feststehenden Elektroden des Sensors, die aus
einer Diffusionsschicht des Leitungstyps n bestehen, Öff
nungen 26 und 27 in den isolierenden Film 22 unter Selbst
ausrichtung mit der beweglichen Elektrode 24 mit Hilfe des
photolithographischen Prozesses geformt. Um die
Source/Drain des Transistors auszubilden, werden Öffnungen
29 und 30 unter Einsatz eines Resistmaterials 28 und eines
photolithographischen Verfahrens ausgebildet.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird eine Verunreinigung
mittels Ionenimplantation usw. über die Öffnungen 26, 27
des isolierenden Films 22 und des Photoresistmaterials 28
und die Öffnungen 29, 30 des Resistmaterials 28 in Selbst
ausrichtung mit der beweglichen Elektrode 24 bzw. der Gate-
Elektrode 25 eingebracht, wodurch die aus der Diffusions
schicht des Leitungstyps n bestehenden feststehenden Elek
troden 31, 32 des Sensors und die gleichermaßen aus der Dif
fusionsschicht des Leitungstyps n bestehenden Source/Drain-
Regionen 33, 34 des Transistors ausgebildet werden, wie in
Fig. 9 gezeigt ist.
Nachfolgend wird, wie in Fig. 10 dargestellt ist, ein
isolierender Zwischenschicht-Film 35 ausgebildet, um die
Aluminiumverdrahtungen gegenüber der beweglichen Elektrode
24 und der Gate-Elektrode 25 elektrisch zu isolieren. Kon
taktlöcher 36, 37, 38, 39 werden dann in den isolierenden
Zwischenschichtfilm 35 mit Hilfe des photolithographischen
Verfahrens eingebohrt bzw. eingebracht, um die Diffusions
schichten 18, 19, 20, 21 für die Verdrahtung mit den Alumi
niumverdrahtungen elektrisch zu verbinden, wie in Fig. 11
gezeigt ist.
Ein Aluminiumfilm wird als ein Elektrodenmaterial aus
gebildet und es werden dann Aluminiumverdrahtungen 40, 41,
42, 43 mittels des photolithographischen Verfahrens herge
stellt, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Weiterhin werden ein
Teil des isolierenden Zwischenschichtfilms 35 und einer zu
opfernden Schicht als ein Teil des isolierenden Films 22
geätzt, wie in Fig. 13 dargestellt ist.
In dieser Weise werden die Herstellungsschritte für den
Halbleiter-Beschleunigungsmesser des Transistortyps ver
vollständigt.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des Beschleunigungs
messers unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.
Wenn Spannungen zwischen die bewegliche Elektrode 4 und
das Siliziumsubstrat 1 sowie weiterhin zwischen den fest
stehenden Elektroden 8 und 9 angelegt werden, bildet sich
die Inversionsschicht 16 und ein Strom fließt zwischen den
feststehenden Elektroden 8 und 9. Wenn der Beschleunigungs
messer eine Beschleunigung erfährt und sich die bewegliche
Elektrode 4 in einer Richtung Z in der Zeichnung (in senk
rechter Richtung zum Substrat) verlagert, erhöht sich die
Trägerkonzentration der Inversionsschicht 16 aufgrund der
Änderung der elektrischen Feldintensität und der Strom
wächst an. In dieser Weise kann der Beschleunigungsmesser
bei diesem Ausführungsbeispiel eine Beschleunigung aus der
Zunahme/Abnahme der Strommenge bzw. -stärke ermitteln.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem ersten konkre
ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der iso
lierende Film 22 (Opferschicht) auf der Hauptebene des Si
liziumsubstrats 17 des Leitungstyps p (Halbleitersubstrat;
der erste Schritt) ausgebildet, und die träger- bzw. bal
kenförmige bewegliche Elektrode 24 wird auf dem isolieren
den Film 22 ausgebildet (Opferschicht; der zweite Schritt).
Die Verunreinigung wird in das Siliziumsubstrat 7 des Lei
tungstyps p (Halbleitersubstrat) unter Selbstausrichtung
mit der beweglichen Elektrode 24 eindiffundiert, um die
feststehenden Elektroden 31, 32 auf beiden Seiten der be
weglichen Elektrode 24 zu bilden (der dritte Schritt), und
der isolierende Film 22 (Opferschicht) unterhalb der beweg
lichen Elektrode 24 wird durch Ätzen entfernt (der vierte
Schritt).
Als Ergebnis enthält der Sensor das Siliziumsubstrat 1
des Leitungstyps p (Halbleitersubstrat), die bewegliche
Elektrode 4, die eine balkenförmige Gestalt besitzt und
oberhalb des Siliziumsubstrats des Leitungstyps p
(Halbleitersubstrat) mit einem vorbestimmten Spalt dazwi
schen angeordnet ist, und die feststehenden Elektroden 8,
9, die auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode 4 auf
oder in dem Siliziumsubstrat des Leitungstyps p
(Halbleitersubstrat) unter Selbstausrichtung mit der beweg
lichen Elektrode 4 hergestellt sind, und kann eine Be
schleunigung bzw. Verzögerung aus der Veränderung
(Zunahme/Abnahme) des Stroms zwischen den feststehenden
Elektroden 8, 9 erfassen, wobei die Veränderung durch die
aufgrund der Wirkung einer Beschleunigung hervorgerufene
Verlagerung der beweglichen Elektrode 4 erzeugt wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel nicht das Siliziumsubstrat als das Material
zur Herstellung des Trägers bzw. Balkens eingesetzt, son
dern ein dünner Film verwendet, der auf dem Silizium
substrat beispielsweise durch Poly-Si, das mit einem Do
tiermaterial mit hoher Konzentration dotiert ist, oder in
Form eines hitzebeständigen Metalls ausgebildet ist. Demge
mäß kann eine Ungleichmäßigkeit der Dicke des Balkens zur
Ausbildung der beweglichen Elektrode verringert werden.
Allgemein ist die Veränderung dann, wenn eine Last auf ei
nen Punkt eines einseitig eingespannten Balkens oder eines
zweifach abgestützten Balkens einwirkt, umgekehrt propor
tional zur dritten Potenz der Dicke des Balkens und zur er
sten Potenz der Balkenbreite. Daher ist ein sehr viel höhe
rer Genauigkeitsgrad bei der Bearbeitung der Dicke des Bal
kens erforderlich als bei der Bearbeitung seiner Breite.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Dicke des Balkens
nicht durch Ätzen gesteuert, wie dies bei dem Stand der
Technik bewerkstelligt wurde, sondern über die Dicke der
Abscheidung des dünnen Films. Da die Steuerbarkeit der
Filmdicke bei diesem Verfahren weitaus besser als bei dem
Ätzverfahren ist, läßt sich die Steuerbarkeit der positi
onsmäßigen Veränderung der beweglichen Elektrode bei Ein
wirkung einer Beschleunigung auf diese erheblich verbes
sern.
Um den Balken auszubilden, wird vorab die zu opfernde
Schicht ausgebildet und dann der Film des Balkenmaterials
hergestellt. Danach wird die zu opfernde Schicht durch Ät
zen entfernt. Übrigens bezeichnet der Ausdruck
"Opferschicht" bzw. "zu opfernde Schicht" allgemein eine
dünne Filmschicht, die vorab ausgebildet wird und die zur
Ausbildung des beweglichen Abschnitts eventuell bzw. bei
Bedarf entfernt wird. Demgemäß kann die Varianz bzw. die
Toleranzabweichung des Spalts zwischen den feststehenden
Elektroden und der beweglichen Elektrode verringert werden.
Allgemein ist die Trägerkonzentration der Inversionsschicht
eines Transistors umgekehrt proportional zur Größe des
Spalts. Demgemäß ist auch der Strom umgekehrt proportional
zu der Größe des Spalts. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Größe des Spalts über die Filmdicke der Opfer
schicht gesteuert und es kann die Steuerbarkeit des Werts
des Stroms zwischen den feststehenden Elektroden erheblich
verbessert werden, da die Steuerbarkeit der Filmdicke bei
diesem Verfahren hervorragend ist.
Weiterhin ist das Paar feststehender Elektroden derart
auf dem Siliziumsubstrat angeordnet, daß es dem Balken, der
die bewegbare Elektrode bildet, vertikal gegenüberliegt,
und der Strom wird zwischen den feststehenden Elektroden
derart erzeugt bzw. geführt, daß eine Transistorstruktur
gebildet ist, die eine Änderung des Stroms aufgrund einer
Verlagerung der beweglichen Elektrode hervorruft. Demgemäß
kann eine Beschleunigung dadurch gemessen werden, daß die
Verlagerung der beweglichen Elektrode durch die Veränderung
des zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms
erfaßt wird. Bei Transistoren ändert sich der Drainstrom
allgemein bei Änderung der Gatespannung (die hierbei der
beweglichen Elektrode entspricht). Da jedoch die Trägerkon
zentration der Inversionsschicht ebenfalls durch Änderung
des Spalts zwischen dem Gate und dem Substrat geändert wer
den kann, ändert sich der Drainstrom. Demgemäß kann die po
sitionsmäßige Veränderung der einer Beschleunigung ausge
setzten beweglichen Elektrode bei diesem
Ausführungsbeispiel über die Menge bzw. die Stärke des
zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms
erfaßt werden. Da der Strom in dieser Weise erfaßbar ist,
ist eine große Elektrodenfläche, die bei dem
Kapazitätserfassungssystem notwendig ist, nicht länger
notwendig, und die Größe des Sensors kann erheblich
reduziert werden.
Die beiden feststehenden Elektroden enthalten die Dif
fusionsschicht, die mittels Selbstausrichtung ausgebildet
wird, nachdem die Gestalt des Balkens zur Herstellung der
beweglichen Elektrode ausgebildet wurde. Ein solches Ver
fahren kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden,
daß die Gestalt des Balkens, der als die bewegliche Elek
trode dienen soll, gebildet wird, das Fenster der zu op
fernden Schicht auf bzw. in den Abschnitten, die als fest
stehende Elektroden dienen sollen, auf dem Siliziumsubstrat
geöffnet wird, und danach die Verunreinigung durch Ionenim
plantation in diejenigen Abschnitte eingebracht wird, die
als die feststehenden Elektroden dienen sollen. Demgemäß
kann die bewegliche Elektrode stets in einfacher Weise in
der Mitte zwischen den feststehenden Elektroden ausgebildet
werden und es kann die Positionierungsgenauigkeit während
des Herstellungsverfahrens verbessert werden.
Da diese Herstellungsschritte diejenigen eines IC-Her
stellungsverfahrens oder seines Einsatzes sind, kann der
Sensoraufbau während des IC-Herstellungsverfahrens ausge
bildet werden und die Integration mit der bzw. in die
Schaltung kann sehr einfach realisiert werden.
Vorstehend wurden die grundlegenden Gestaltungen des
ersten Aspekts bzw. der ersten Ausgestaltung und dessen
grundsätzliche Herstellungsverfahren erläutert. Es läßt
sich jedoch eine große Anzahl von Abänderungen bei dem er
sten Aspekt durchführen.
Nachstehend wird ein weiteres abgeändertes Ausführungs
beispiel des ersten Aspekts bzw. der ersten Gestaltung ge
mäß der vorliegenden Erfindung, d. h. das zweite Ausfüh
rungsbeispiel der ersten Gestaltung bzw. Gestaltungsform
als Beispiel 2 erläutert.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Beschleunigungsmessers, während Fig. 15 eine
entlang der Linie C-C in Fig. 14 gesehene Schnittansicht,
Fig. 16 eine entlang einer Linie D-D in Fig. 14 gesehene
Schnittansicht und Fig. 17 eine entlang einer Linie E-E in
Fig. 14 gesehene Schnittansicht zeigen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel übt ein
zweifach abgestützter Balken die Funktionen als flexibles
Element, als Gewicht und als Elektrode aus. Beim zweiten
Beispiel enthält eine bewegliche Elektrode 47 einen Balken
abschnitt 44, der die Funktionen des flexiblen Elements und
des Gewichts besitzt, und zwei Elektrodenabschnitte 45, 46,
die die Funktionen des Gewichts und der Elektroden besit
zen, wobei die bewegliche Elektrode 47 aus Poly-Si herge
stellt ist.
Feststehende Elektroden 49, 50 und 51, 52, die eine
Diffusionsschicht des Leitungstyps n enthalten, sind auf
beiden Seiten der Elektrodenabschnitte 45, 46 der bewegli
chen Elektrode 47 auf bzw. im Siliziumsubstrat 48 des Lei
tungstyps p unterhalb der Elektrodenabschnitte 45 bzw. 46
ausgebildet. Diese feststehenden Elektroden 49, 50, 51, 52
sind mit Diffusionsschichten 53, 54, 55 bzw. 56 für die
Verdrahtung und über Kontaktlöcher 57, 58, 59 bzw. 60 mit
Aluminiumverdrahtungen 61, 62, 63, 64 verbunden. Die beweg
liche Elektrode 47 ist mit der Aluminiumverdrahtung 66 über
ein Kontaktloch 65 verbunden.
Eine Ätzregion 67 repräsentiert einen Bereich, der als
eine Opferschicht unterhalb des isolierenden Films, der in
der Zeichnung nicht gezeigt ist, zu ätzen ist, wobei die
bewegliche Elektrode 47 (Poly-Si) dann, wenn das Ätzen der
zu opfernden Schicht durchgeführt wird, an zwei Befesti
gungsenden 68, 69 befestigt ist und die Elektrodenabschnit
te 45, 46 eine bewegliche Gestaltung annehmen.
In Fig. 15 ist gezeigt, daß die feststehenden Elektro
den 49, 50, 51, 52 an beiden Seiten der Zeichnung breiter
sind als die Elektrodenabschnitte 45, 46. Bei den Fig.
16 und 17 ist eine Spannung zwischen die Elektrodenab
schnitte 45, 46 und das Substrat 48, sowie zwischen den
feststehenden Elektroden 49 und 50 und zwischen 51 und 52
angelegt. Zwischen den feststehenden Elektroden 52 und 51
und zwischen 49 und 50 werden erfindungsgemäße Schichten
bzw. Inversionsschichten 70, 71 gebildet und der Strom
fließt zwischen den feststehenden Elektroden 49 und 50 bzw.
zwischen 51 und 52.
Nachstehend wird die Betriebsweise des Beschleunigungs
messers, der zur zweidimensionalen Erfassung imstande ist,
unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 17 erläutert.
Wenn dieser Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung
erfährt und die Elektrodenabschnitte (bewegliche Elektrode)
45, 46 eine Verlagerung in der in Fig. 15 gezeigten Rich
tung X (die Horizontalrichtung des Substrats) durchführen,
ändert sich die Fläche der Inversionsschichtregion zwischen
den beiden feststehenden Elektroden (die Gatebreite im Fall
des Transistors), so daß der durch die feststehenden Elek
troden 49, 50 fließenden Strom abnimmt, während der durch
die feststehenden Elektroden 51, 52 im Gegensatz hierzu zu
nimmt. Wenn andererseits der Beschleunigungsmesser eine Be
schleunigung erhält und die Elektrodenabschnitte 45, 46 ei
ne Verlagerung in der in der Zeichnung gezeigten Richtung Z
erfahren, nimmt die Trägerkonzentration der Inversions
schichten 70, 71 ab, so daß der Strom gleichzeitig bzw. in
gleicher Weise abnimmt.
In dieser Weise kann dieses Ausführungsbeispiel des Be
schleunigungsmessers eine zweidimensionale Beschleunigung
aufgrund der Zunahme und Abnahme der beiden Strommengen
bzw. Stromstärken erfassen.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel eine Gestaltung eingesetzt, bei der ein Paar
von Kombinationen, die jeweils die bewegliche Elektrode und
zwei feststehende Elektroden enthalten, angeordnet sind,
wobei eine der Inversionsschichtregionen zwischen beiden
feststehenden Elektroden anwächst, während sich die andere
aufgrund der Verlagerung in der Horizontalrichtung verrin
gert (beispielsweise wird durch die beweglichen Elektroden
(Balken) ein Kreuz gebildet). Demgemäß kann eine Beschleu
nigung sowohl in der horizontalen als auch in der vertika
len Richtung über die Zunahme und Abnahme der beiden Strom
stärken erfaßt werden. Wenn sich, anders ausgedrückt, die
beiden Stromstärken mit derselben Phase verändern, erfahren
die Balken eine Verlagerung in der vertikalen Richtung,
während im Gegensatz hierzu dann, wenn die sich beiden
Stromstärken mit wechselseitig entgegengesetzten Phasen
verändern, die Balken eine Verlagerung in der horizontalen
Richtung erfahren, wodurch folglich die Beschleunigung er
faßt werden kann. Dies bedeutet, daß ein Beschleunigungser
fassungsaufbau für zwei Erfassungsrichtungen vorgesehen
sein kann.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend als Beispiel 3
erläutert.
Fig. 18 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Beschleunigungsmessers, während in Fig. 19 ei
ne entlang einer Linie F-F in Fig. 18 gesehene Schnittan
sicht dargestellt ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel fungiert
ein zweifach abgestützter Balken als das flexible Element,
das Gewicht und die Elektrode, während bei dem in Fig. 14
dargestellten zweiten Beispiel ein zweifach abgestützter
Balken als das flexible Element und das Gewicht fungiert,
während ein Paar von Elektrodenabschnitten als das Gewicht
und die Elektroden dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel
enthält eine bewegliche Elektrode 76, die aus Poly-Si her
gestellt ist, zwei Balkenabschnitte 72, die die Funktion
des flexiblen Elements ausüben, einen Massenabschnitt 73,
der die Funktion als Gewicht ausübt und Elektrodenabschnit
te 74, 75, die die Funktion der Elektroden ausüben. Um die
Funktion des Gewichts zu verbessern, kann ein Gewichtsmate
rial wie etwa ein Metall auf dem Massenabschnitt 73 ange
ordnet werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind
feststehende Elektroden 78, 79, 80, 81, die eine Diffusi
onsschicht des Leitungstyps n enthalten, unterhalb und auf
beiden Seiten der Elektrodenabschnitte 74, 75 auf bzw. in
einem Siliziumsubstrat 77 des Leitungstyps p ausgebildet.
Diese feststehenden Elektroden (Diffusionsschichten) 78,
79, 80, 81 sind mit Diffusionsschichten für die Verdrahtung
82, 83, 84 bzw. 85 und mit Aluminiumverdrahtungen 90, 91,
92, 93 über Kontaktlöcher 86, 87, 88 bzw. 89 verbunden.
Die bewegliche Elektrode (Poly-Si) 76 ist mit der Alu
miniumverdrahtung 79 über das Kontaktloch 94 verbunden.
Eine Ätzregion 96 stellt eine Region dar, die als eine
zu opfernde Schicht unterhalb der nicht gezeigten isolie
renden Filme geätzt ist, wobei die bewegliche Elektrode
(Poly-Si) 76 dann, wenn das Ätzen der zu opfernden Schicht
durchgeführt wird, an beiden Enden befestigt ist und die
Elektrodenabschnitte 74, 75 zu einer beweglichen Struktur
werden.
Da der Massenabschnitt 73 bei diesem Ausführungsbeisp
iel vorgesehen ist, kann eine größere Verlagerung der be
weglichen Elektroden als bei dem zweiten Ausführungsbeisp
iel erhalten und die Erfassungsempfindlichkeit verbessert
werden.
Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
In Fig. 20 ist eine Schnittansicht dieses Ausführungs
beispiels des Beschleunigungsmessers gezeigt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Beispiel, bei
dem in Fig. 14 gezeigten zweiten Beispiel und bei dem in
Fig. 18 dargestellten dritten Beispiel tritt ein Spannungs
unterschied auch bei dem Balken und bei dem Massenabschnitt
bezüglich des Substrats neben bzw. zusätzlich zu der oder
den beweglichen Elektroden, die als die Elektroden dienen,
auf. Aus diesem Grund tritt unvermeidlich die Kraft der
statischen Elektrizität bzw. eine elektrostatische Kraft
auf. Wenn diese elektrostatische Kraft abgeschätzt wird,
liegt sie bei 1,771 N je Quadratmeter, wenn der Spannungs
unterschied zwischen der beweglichen Elektrode und dem
Substrat 10 V beträgt und der Spalt zwischen diesen Teilen
0,5 µm groß ist. Wenn angenommen wird, daß die bewegliche
Elektrode aus einem 1 µm starken Poly-Si hergestellt ist,
beträgt dieser Wert ungefähr das 80 000fache der Kraft der
Beschleunigung von 1 g. Da demgemäß die bewegliche Elek
trode durch eine sehr große Kraft an das Substrat angezogen
wird, muß die Balkengestaltung ausreichend steif sein, um
eine Berührung zwischen dem Balken und dem Substrat zu ver
meiden. Da jedoch ein derartig steifer Aufbau die Verlage
rung des Balkens, d. h. der beweglichen Elektrode dann, wenn
diese eine Beschleunigung erfährt, erheblich verringert,
ist es schwierig, eine Beschleunigung zu erfassen. Das Auf
treten der statischen Elektrizität bzw. elektrostatischen
Kraft muß reduziert werden, um jegliche Einflüsse der sta
tischen Elektrizität zu vermindern.
Daher ist, wie in Fig. 20 gezeigt ist, die untere
Elektrode 98, die dazu gedacht bzw. ausgelegt ist, ein
gleiches Potential wie dasjenige der beweglichen Elektrode
76 beizubehalten, an einem Siliziumsubstrat 77 angeordnet,
die nicht als die bewegliche Elektrode wie der Balken und
der Massenabschnitt fungiert. Diese untere Elektrode 98 ist
elektrisch gegenüber den feststehenden Abschnitten 78 bis
81 isoliert und auf bzw. in dem Siliziumsubstrat 77 so
angeordnet, daß sie demjenigen Abschnitt der beweglichen
Elektrode (Poly-Si) gegenüberliegt, der nicht als Elektrode
wirkt (derjenige Abschnitt, der keine feststehende
Elektroden auf dem unteren Substrat besitzt bzw. dem keine
solchen feststehenden Elektroden zugeordnet sind). Die
untere Elektrode 98 wird gleichzeitig mit der Ausbildung
der Diffusionsschicht für die Verdrahtung hergestellt. Wenn
eine Beschleunigung erfaßt wird, werden die untere
Elektrode 98 und die bewegliche Elektrode 78 durch einen in
der Zeichnung nicht gezeigten externen Schalter elektrisch
miteinander verbunden und auf ein gleiches Potential
gelegt. In dieser Weise kann die Region, in der die
elektrostatische Kraft auftritt, auf ein Minimum verringert
werden.
Weiterhin kann zur Sicherstellung eines großen Verlage
rungsausmaßes des beweglichen Abschnitts ein Metall mit ei
ner großen spezifischen Schwerkraft bzw. großen spezifi
schen Gewichts wie etwa Au, W usw. dem Massenabschnitt hin
zugefügt werden, wie die Fig. 21 zeigt.
Nachstehend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bei dem vorstehend beschriebenen vierten Beispiel ist
die untere Elektrode 98 vorgesehen und ihr Potential ist
auf gleichen Wert wie das Potential der beweglichen Elek
trode 76 festgelegt, um die Entstehung der elektrostati
schen Kraft zu begrenzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist zwischen der unteren Elektrode 98 und der beweglichen
Elektrode 76 ein Potentialunterschied vorhanden und die
elektrostatische Kraft wird erzeugt. Demgemäß tritt eine
Verlagerung der beweglichen Elektrode 76 auf und eine vir
tuelle Beschleunigung entsteht bzw. wird signalisiert. In
dieser Weise kann die Sensorfunktion in einfacher Weise
überprüft werden. Gleichzeitig verringert sich dann, wenn
der bewegliche Abschnitt eine Beschleunigung während des
Sensorbetriebs erfährt und eine Verlagerung der in Fig. 20
gezeigten Richtung Z erleidet, wodurch der Strom zwischen
den feststehenden Elektroden geändert wird, der
Potentialunterschied zwischen der beweglichen Elektrode 76
und der unteren Elektrode 78, um den Strom auf den ur
sprünglichen Stromwert zurückzubringen. In dieser Weise
wird die elektrostatische Kraft klein und die bewegliche
Elektrode 76 erfährt eine Verlagerung in der zur Richtung Z
entgegengesetzten Richtung und kehrt in ihre ursprüngliche
Position zurück. Wenn die elektrostatische Kraft (der Po
tentialunterschied zwischen der beweglichen Elektrode 76
und der unteren Elektrode 98) derart geregelt wird, daß der
Wert des Stroms zwischen den feststehenden Elektroden stets
konstant wird, kann das Verlagerungsausmaß der beweglichen
Elektrode 76 dann, wenn sie eine Beschleunigung erfährt,
extrem klein gehalten werden und der Schlagwiderstand bzw.
Schlagbeanspruchungswiderstand (impact resistance) kann er
heblich verbessert werden. In diesem Fall kann eine Be
schleunigung in Form einer Veränderung der Spannung zwi
schen der beweglichen Elektrode 76 und der unteren Elek
trode 98 erfaßt werden.
Nachstehend wird ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
In Fig. 22 ist eine perspektivische Darstellung dieses
sechsten Ausführungsbeispiels des Beschleunigungsmessers
gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Halbleiter-Be
schleunigungsmesser des Transistortyps mit drei Achsen zum
Erfassen einer Beschleunigung in drei Dimensionen bzw.
Richtungen geschaffen. Ein Sensorabschnitt 101 ist auf ei
nem Siliziumsubstrat 100 in einer derartigen Weise angeord
net, daß die Längsrichtung seines Trägers sich in der Rich
tung Y gemäß der Zeichnung erstreckt. Ein Sensorabschnitt
102 ist auf dem Siliziumsubstrat 100 in einer solchen Weise
angeordnet, daß sich die Längsrichtung seines Trägers bzw.
Balkens in der Richtung X gemäß der Zeichnung erstreckt.
Anders ausgedrückt sind eine bewegliche Elektrode 115
mit Elektroden 103 und 104 sowie eine bewegliche Elektrode
116 mit Elektroden 105 und 106 vorhanden. Weiterhin sind
feststehende Elektroden 107 bis 114 ausgebildet. Weitere
untere Elektroden, isolierende Schichten, Aluminiumver
drahtungen, Kontaktlöcher usw. sind in der Zeichnung nicht
dargestellt. Wie bereits beschrieben, kann der Sensorab
schnitt 101 eine Beschleunigung in den Richtungen X und Z
aufgrund der Zunahme und Abnahme der zwischen den Elektro
den 107 und 108 sowie zwischen 109 und 110 vorhandenen
Stromstärken erfassen. Weiterhin kann der Sensorabschnitt
102 eine Beschleunigung in den Richtungen Y und Z aufgrund
der Zunahme und Abnahme der zwischen den Elektroden 111 und
112 sowie zwischen 113 und 114 vorhandenen Stromstärken er
mitteln.
Demgemäß sind zwei Halbleiter-Beschleunigungsmesser des
Transistortyps entsprechend den Beispielen 2 bis 5 derart
auf demselben Siliziumsubstrat angeordnet, daß sie sich
rechtwinklig kreuzen, so daß in dieser Weise ein dreiachsi
ger Beschleunigungsmesser erzielbar ist. Anders ausgedrückt
kann eine Beschleunigung in drei Dimensionen auf einem Si
liziumchip erfaßt werden.
Das siebte Ausführungsbeispiel gemäß dem vorstehend be
schriebenen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend in größeren Einzelheiten als Beispiel 7 erläu
tert.
Fig. 23 zeigt eine Aufsicht auf dieses Ausführungsbei
spiel 7 des Halbleiter-Beschleunigungsmessers, während in
Fig. 24 eine entlang einer Linie G-G in Fig. 23 gesehene
Schnittansicht gezeigt ist.
Wie in Fig. 24 dargestellt ist, ist ein isolierender
Film 118 über der gesamten Oberfläche einer Hauptebene ei
nes Siliziumsubstrats 117 des Leitungstyps p ausgebildet.
Ein isolierender Film 119 ist auf diesem isolierenden Film
118 gebildet. Der isolierende Film 118 dient als ein Gate-
Isolierfilm eines Transistors, verringert einen Leckstrom
auf der Oberfläche des Substrats und beschränkt die alte
rungsbedingte Verschlechterung der Transistoreigenschaften.
Die isolierenden Filme 118 und 119 bestehen aus SiO2, Si3,
N4 usw. Eine Region, in der der isolierende Film 119 nicht
vorhanden ist, d. h. ein Spaltabschnitt 120, ist auf dem Si
liziumsubstrat 117 des Leitungstyps p ausgebildet (siehe
Fig. 23). Eine bewegliche Elektrode 121, die eine Doppel
stützengestaltung besitzt, ist auf dem isolierenden Film
119 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie den Spalt
abschnitt 120 brückenförmig überspannt. Diese bewegliche
Elektrode 121 besteht aus Poly-Si und fungiert als eine Ga
te-Elektrode eines MISFET. Hierbei besitzt die bewegliche
Elektrode 121 Gate-Abschnitte 157, 158, die in der Richtung
Y gemäß Fig. 23 vorstehen, und das distale Ende jedes Elek
trodenabschnitts 157, 158 ist schräg geformt. Da die Elek
trodenabschnitte 157, 158 folglich schräg geformt sind,
kann eine Beschleunigung in den biaxialen Richtungen inner
halb der Substratebene erfaßt werden (die Details der
Arbeitsweise werden im weiteren Text erläutert). U-förmige
Abschnitte 286 und 287 sind in der beweglichen Elektrode
121 ausgebildet und die bewegliche Elektrode 121 kann sich
in der biaxialen Richtung horizontal zu dem Substrat 117
bewegen (in den Richtungen X und Y gemäß Fig. 23).
Übrigens ist der Spaltabschnitt 120 des isolierenden
Films 119 unterhalb der beweglichen Elektrode 121 durch Ät
zen als eine zu opfernde Schicht hergestellt. Wenn das Ät
zen dieser zu opfernden Schicht ausgeführt wird, wird eine
Ätzlösung eingesetzt, die den isolierenden Film 118 zum
Schutz der beweglichen Elektrode 121 und der Substratober
fläche nicht ätzt, jedoch die isolierende Schicht 119 als
die zu opfernde Schicht ätzt. Beispielsweise kann ein HF-
Lösungssystem als Ätzlösung eingesetzt werden, wenn ein
Film aus Si₃N4 als der isolierende Film 118 und ein Film
aus SiO2 als der isolierende Film 119 eingesetzt werden.
Feststehende Elektroden 122 bis 125, die aus einer Ver
unreinigungs-Diffusionsschicht bestehen, sind auf dem Sili
ziumsubstrat 117 des Leitungstyps p ausgebildet. Diese wer
den durch Einbringung einer Verunreinigung des Leitungstyps
n in das Substrat 117 des Leitungstyps p mit Hilfe einer
Ionentransplantation oder dergleichen hergestellt.
Anstelle von Poly-Si kann auch ein feuerbeständiges Me
tall wie etwa Wolfram für die bewegliche Elektrode (doppelt
abgestützter Balken 121) eingesetzt werden.
Die feststehenden Elektroden 121 bis 125 sind elek
trisch mit Aluminiumverdrahtungen 130 bis 133 über jewei
lige Kontaktlöcher 126 bis 129 verbunden. Die Aluminiumver
drahtung 130 bis 133 ist mit einer externen elektronischen
Schaltung verbunden.
Die feststehenden Elektroden 122, 123 oder 124, 125,
die bewegliche Elektrode 121, der isolierende Gate-Film 118
und der Spaltabschnitt 120 bilden zusammen den Feldeffekt
transistor (MISFET).
Wenn demgemäß die bewegliche Gate-Elektrode 121 mit ei
ner Spannung beaufschlagt wird, bildet sich eine Inversi
onsschicht 134 zwischen den feststehenden Elektroden 122,
123 oder 124, 125 auf bzw. in dem Siliziumsubstrat 117 des
Leitungstyps p und es fließt ein Drainstrom durch die fest
stehenden Elektroden 122, 123 oder 124, 125.
Wie ebenfalls in Fig. 23 gezeigt ist, ist eine untere
Elektrode 135 auf dem Siliziumsubstrat 117 des Leitungstyps
p derart angeordnet, daß sie der Region (dem Balkenab
schnitt) der beweglichen Elektrode 121 mit Ausnahme der
Elektrodenabschnitte 157, 158 gegenüberliegt. Diese untere
Elektrode 135 hält das Potential bei einem Pegel, der
gleich demjenigen der beweglichen Elektrode 121 ist, und
beschränkt die Entstehung der elektrostatischen Kraft bzw.
Anziehungskraft.
Nachfolgend werden die Schritte zur Herstellung des
Halbleiter-Beschleunigungsmessers mit dem beschriebenen
Aufbau unter Bezugnahme auf die Fig. 25 bis 33 erläu
tert.
Wie in Fig. 25 dargestellt ist, wird zunächst ein Sili
ziumsubstrat 136 des Leitungstyps p vorbereitet und ein
isolierender Gate-Film 137 durch CVD-Verfahren (chemische
Dampfabscheidung) usw. ausgebildet. Dieser isolierende Film
wird nicht durch eine Ätzlösung zum Ätzen einer zu opfern
dern Schicht geätzt.
Anschließend werden, wie in Fig. 26 gezeigt ist, fest
stehende Elektroden 138, 139 eines Sensors, die aus einer
Diffusionsschicht des Leitungstyps n bestehen, durch ein
photolithographisches Verfahren, Ionenimplantation usw. aus
gebildet. Nachdem ein isolierender Film 140 gebildet wurde,
von dem ein Teil als die zu opfernde Schicht zu dienen hat,
wird eine Transistorausbildungsregion in einem Schaltungs
abschnitt mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens
geätzt und entfernt.
Weiterhin wird, wie in Fig. 27 gezeigt ist, ein Film
aus Poly-Si ausgebildet und es werden eine bewegliche Gate-
Elektrode 141 und eine Gate-Elektrode 142 des Transistors
des Schaltungsabschnitts durch Trockenätzung usw. mit Hilfe
des photolithographischen Verfahrens ausgebildet.
Nachfolgend werden, wie in Fig. 28 gezeigt ist, Öffnun
gen 144, 145 auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 142 unter
Einsatz eines Photoresists 143 mit Hilfe des photolithogra
phischen Verfahrens ausgebildet, um die Source/Drain-
Regionen des Transistors des Schaltungsabschnitts
auszubilden, die aus der Diffusionsschicht des Leitungstyps
n besteht.
Anschließend wird mittels Ionenimplantation usw. eine
Verunreinigung über die Öffnungen 144, 145 auf beiden
Seiten der Gate-Elektrode 142 in Selbstausrichtung mit der
Gate-Elektrode 142 eingebracht. In dieser Weise werden die
aus der Diffusionsschicht des Leitungstyps n bestehenden
Source/Drain-Regionen 146, 147 des Transistors hergestellt,
wie in Fig. 29 gezeigt ist.
Hieran anschließend wird ein isolierender Zwischen
schichtfilm 148 hergestellt, wie in Fig. 30 gezeigt ist, um
die bewegliche Elektrode 141, die Gate-Elektrode 142, die
feststehenden Elektroden 138, 139 und die Source/Drain-Re
gionen 146, 147 gegenüber der Aluminiumverdrahtung elek
trisch zu isolieren. Wie in Fig. 31 dargestellt ist, werden
Kontaktlöcher 149 bis 152 in den isolierenden Zwischen
schichtfilm 148 mit Hilfe des photolithographischen Verfah
rens eingebohrt bzw. eingebracht, um die feststehenden
Elektroden 138, 139 und die Source/Drain-Regionen 146, 147
elektrisch mit der Aluminiumverdrahtung zu verbinden.
Weiterhin wird, wie in Fig. 31 gezeigt ist, ein Film
aus Aluminium als Elektrodenmaterial mit Hilfe des photoli
thographischen Verfahrens gebildet, um die Aluminiumver
drahtung 153 bis 156 herzustellen. Eine zu opfernde Schicht
als ein Teil des isolierenden Zwischenschichtfilms 148 und
als ein Teil des isolierenden Films 140 wird geätzt, wie in
Fig. 33 gezeigt ist.
In dieser Weise wird das Herstellungsverfahren des
Halbleiter-Beschleunigungsmessers des Transistortyps abge
schlossen.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des Halbleiter-Be
schleunigungsmessers unter Bezugnahme auf die Fig. 23
und 24 erläutert.
Die bewegliche Elektrode 121, der Spaltabschnitt 120,
der isolierende Gate-Film 118 und die feststehenden Elek
troden 123 bis 125 bilden den Feldeffekttransistor.
Der Drainstrom Id des Feldeffekttransistors läßt sich
durch folgende Gleichung ausdrücken:
Hierbei bezeichnet µ die Trägerbeweglichkeit und L, W
und Vth die Kanallänge, die Kanalbreite bzw. die Schwellen
spannung des Feldeffekttransistors. Vg repräsentiert die
Gate-Spannung und Ci ist eine Kapazität, die durch die be
wegliche Elektrode (Gate-Elektrode) 121, den Spaltabschnitt
120, den isolierenden Gate-Film 118 und das Silizium
substrat 117 des Leitungstyps p gebildet ist. Hierbei han
delt es sich um eine zusammengesetzte Kapazität, die durch
Reihenschaltung einer durch den isolierenden Gate-Film ge
bildeten Kapazität Cox und einer durch den Spalt gebildeten
Kapazität Cgap gebildet ist und sich durch folgende Glei
chung ausdrücken läßt:
Die Betriebsweise des Beschleunigungsmessers, der zur
zweidimensionalen Erfassung innerhalb der Substratebene im
stande ist, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 23,
34, 35 und 36 erläutert. Es ist anzumerken, daß Fig. 34 ei
ne vergrößerte Teilansicht des Transistorabschnitts gemäß
Fig. 23 zeigt.
Gemäß Fig. 34 ist das distale Ende jedes der Elektro
denabschnitte 157, 158 der beweglichen Elektrode 121 schräg
geformt und besitzt eine Breite Wo der Inversionsschichtre
gion zwischen den beiden feststehenden Elektroden
(Source/Drain-Diffusionsschicht ) 122, 123 und 124, 125.
Wenn dieser Halbleiter-Beschleunigungsmesser beschleu
nigt wird und die bewegliche Elektrode 121 eine Verlagerung
in der in Fig. 34 gezeigten Richtung X (in der horizontalen
Richtung des Substrats) erfährt, vergrößern sich sowohl die
Fläche der Inversionsschichtregion, die durch den Elektro
denabschnitt 157 der beweglichen Elektrode 121 und die
feststehenden Elektroden 122, 123 gebildet ist, als auch
die Fläche der Inversionsschichtregion, die durch den Elek
trodenabschnitt 158 der beweglichen Elektrode 121 und die
feststehenden Elektroden 124, 125 gebildet ist, und die Ga
te-Breite Wo im Fall des Feldeffekttransistors vergrößert
sich um ΔW auf W1. Dementsprechend steigt der Drainstrom
an, der zwischen der Source (der feststehenden Elektrode
122) und dem Drain (der feststehenden Elektrode 123) sowie
zwischen der Source (der feststehenden Elektrode 124) und
den Drain (der feststehenden Elektrode 125) fließt.
Wenn der Halbleiter-Beschleunigungsmesser beschleunigt
wird und die Elektrodenabschnitte 157, 158 der beweglichen
Elektrode 121 eine Verlagerung in der in Fig. 34 gezeigten
Richtung Y erfahren, vergrößert sich die Fläche der Inver
sionsschichtregion, die durch den Elektrodenabschnitt 157
und die feststehenden Elektroden 122, 123 gebildet ist, wie
in Fig. 36 gezeigt ist, und es vergrößert sich die Gate-
Breite Wo im Fall des Feldeffekttransistors um ΔW auf W2.
Demgemäß erhöht sich der Strom, der zwischen den festste
henden Elektroden 122 und 123 fließt. Die Fläche der Inver
sionsschichtregion, die durch den Elektrodenabschnitt 158
der bewegliche Elektrode 121 und die feststehenden Elektro
den 124, 125 gebildet ist, nimmt ab und die Gate-Breite Wo
im Fall des Feldeffekttransistors verringert sich um ΔW auf
W3. Demgemäß nimmt der zwischen den feststehenden Elektro
den 124 und 125 fließende Strom ab.
Die Länge jeder der Source/Drain-Diffusionsschicht kann
derart festgelegt werden, daß sie ausreichend größer ist
als die Veränderung in den Richtungen X und Y gegenüber
bzw. bei einer Beschleunigung, um eine Linearität der aus
der Veränderung der Gate-Breite herrührenden Veränderungen
des Drainstroms zu schaffen. Die Veränderung des
Drainstroms in jedem Feldeffekttransistor einschließlich
des Falls, bei dem eine Verlagerung entgegengesetzt zu den
Richtungen X und Y auftritt, ist in der nachfolgenden
Tabelle 1 aufgelistet.
Wie in Tabelle 1 aufgelistet ist, kann eine biaxiale
Beschleunigung, d. h. in den Richtungen X und Y, dann, wenn
eine Verlagerung in den Richtungen X und Y auftritt, auf
grund der Kombination der Veränderungen der Drainströme auf
der Seite bzw. im Bereich der Elektrode 157 und auf der
Seite bzw. im Bereich der Elektrode 158 der beweglichen
Elektrode 121 erfaßt werden.
Nachstehend wird der Fall betrachtet, daß der
Halbleiter-Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung
erfährt und die bewegliche Elektrode 121 sich in der
Richtung Z in Fig. 24 verlagert. In diesem Fall vergrößert
sich die elektrostatische Kapazität Cgap, die durch die
bewegliche Elektrode 121 und das Halbleitersubstrat ge
bildet wird, und es erhöht sich Ci in Übereinstimmung mit
der Gleichung (2). Demgemäß vergrößert sich der Drainstrom
des Beschleunigungsmessers des Transistortyps in Überein
stimmung mit der Gleichung (1). In dieser Weise kann eine
Verlagerung in der Richtung Z erfaßt werden. Folglich las
sen sich Beschleunigungen in den Richtungen X, Y und Z da
durch erfassen, daß jeweils eine der Gate-Elektroden X und
Y (der Elektrodenabschnitt 159 und die dem vorhergehenden
entsprechenden feststehenden Elektroden) zu dem Beschleuni
gungsmesser hinzugefügt wird, der zur Erfassung in den in
Fig. 23 gezeigten Richtungen X und Y imstande ist, wie in
Fig. 37 dargestellt ist. Dieser Elektrodenabschnitt 121 ist
in ausreichender Weise mit den darunter befindlichen fest
stehenden Elektroden überlagert und die Fläche der Inversi
onsschichtregion verändert sich selbst dann nicht, wenn die
bewegliche Elektrode 121 eine Verlagerung in den Richtungen
X und Y gemäß Fig. 37 erfährt. Die Veränderung des Drain
stroms in jedem Feldeffekttransistor zu diesem Zeitpunkt
ist in Tabelle 2 aufgelistet.
Wie in Tabelle 2 aufgelistet ist, kann, wenn eine Be
schleunigung in den Richtungen X, Y und Z auftritt, die Be
schleunigung in den drei Achsen X, Y und Z durch einen Be
schleunigungsmesser über die Kombination der Veränderung
der Drainströme auf der Seite bzw. im Bereich des Gates
(dem Elektrodenabschnitt 157 der beweglichen Elektrode
121), auf der Seite bzw. im Bereich des Gates (des Elektro
denabschnitts 158 der beweglichen Elektrode 121) und auf
der Seite bzw. im Bereich des Gates (des Elektrodenab
schnitts 159 der beweglichen Elektrode 121) erfaßt werden.
Als eine Anwendung dieses Ausführungsbeispiels besitzt die
gemäß Fig. 37 hinzugefügte Gate-Elektrode (der Elektroden
abschnitt 159 der beweglichen Gate-Elektrode 121) ein di
stales Ende, das nicht bearbeitet ist, damit sich die Gate-
Breite bei einer Verlagerung in die Richtungen X und Y
nicht verändert. Jedoch kann auch eine Gate-Elektrode
eingesetzt werden, deren distales Ende schräg bearbeitet
ist, wie zuvor beschrieben wurde. Auch wenn bei diesem
Ausführungsbeispiel der doppelt abgestützte Balken bzw.
Träger eingesetzt wird, kann der Balken auch ein einseitig
eingespannter Hebel bzw. Arm sein. Weiterhin kann der bei
diesem Ausführungsbeispiel zu erfassende Strom der
Drainstrom in der Sättigungsregion der Gleichung (1) sein,
jedoch kann auch der Drainstrom in der linearen Region für
die Erfassung eingesetzt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann sich die beweg
liche Elektrode 121 bei diesem Beispiel in horizontaler
Zweiachsenrichtung bezüglich des Siliziumsubstrats 117 des
Leitungstyps p bewegen. Weiterhin ist die bewegliche Elek
trode 121 mit den Elektrodenabschnitten 157 und 158 verse
hen, die sich in zueinander entgegengesetzte Richtungen er
strecken, und diese Elektrodenabschnitte 157, 158 sind der
art schräg geformt, daß sie sich von einer der feststehen
den Elektroden zu der anderen bezüglich des Abschnitts nei
gen, der oberhalb und zwischen der beiden feststehenden
Elektroden positioniert ist. Demgemäß kann die Bewegung der
beweglichen Elektrode 121 in der horizontalen biaxialen
bzw. zweiachsigen Richtung bezüglich des Substrats erfaßt
werden.
Es wird nun ein achtes Ausführungsbeispiel gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 38 zeigt eine Draufsicht auf den Halbleiter-Be
schleunigungsmesser bei diesem Beispiel 8, während Fig. 39
eine entlang einer Linie H-H in Fig. 38 aufgenommene
Schnittansicht veranschaulicht.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Beispiel fun
giert ein zweifach abgestützter Balken als das flexible
Element, das Gewicht und die Elektrode, während bei dem in
Fig. 14 angezeigten zweiten Beispiel ein zweifach abge
stützter Balken die Funktion des flexiblen Elements und des
Gewichts ausübt und ein Paar von Elektrodenabschnitten als
das Gewicht und die Elektroden fungiert. Bei dem in Fig. 18
dargestellten dritten Beispiel besteht die bewegliche Elek
trode, die aus Poly-Si hergestellt ist, aus zwei Balkenab
schnitten, die die Funktion des flexiblen Elements, des
Massenabschnitts mit der Funktion des Gewichts und der
Elektrodenabschnitte, die die Funktionen der Elektroden be
sitzen, ausüben.
Bei diesem Beispiel 8 ist eine bewegliche Elektrode
165, die aus Poli-Si besteht, durch zwei Balkenabschnitte
160, 161, die die Funktion des flexiblen Elements in glei
cher Weise wie bei dem dritten Bespiel ausüben, einen Mas
senabschnitt 162, der die Funktion als Gewicht ausübt, und
Elektrodenabschnitte 163, 164 gebildet, die die Funktion
der Elektroden ausüben. Eine Ausnehmung 166, 167 ist in je
dem der beiden Balkenabschnitte 160, 162, die die Funktion
des flexiblen Elements ausüben, ausgebildet, wie in Fig. 39
gezeigt ist, wodurch folglich die Dicke jedes Balkenab
schnitts 160, 161 verringert ist. Da die Dicke der Balkenab
schnitte 160, 162 in dieser Weise reduziert ist, kann ihre
Funktion als flexibles Element weiter verbessert werden.
Auch bei diesem Beispiel sind feststehende Elektroden 169
bis 172, die aus einer Diffusionssicht des Leitungstyps n
bestehen, auf beiden Seiten eines Siliziumsubstrats 168 des
Leitungstyps p unterhalb der Elektrodenabschnitte 163, 164
ausgebildet. Diese feststehenden Elektroden
(Diffusionsschichten) sind elektrisch mit Diffusionsschich
ten 173 bis 176 für die Verdrahtung entsprechend verbunden
und weiterhin jeweils über Kontaktlöcher 177 bis 180 mit
Aluminiumverdrahtungen 181 bis 184 verbunden.
Die bewegliche Elektrode (Poli-Si) 165 ist mit der Alu
miniumverdrahtung 186 über ein Kontaktloch 185 verbunden.
Eine Ätzregion 187 repräsentiert eine Region, die als
eine zu opfernde Schicht des isolierenden Films zu ätzen
ist, wobei, wenn das Ätzen der zu opfernden Schicht statt
findet, die bewegliche Elektrode (Poly-Si) 165 an beiden
Befestigungsenden 188, 189 festgelegt ist, so daß die Elek
trodenabschnitte 163, 164 zu einer beweglichen Gestaltung
werden.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen die Balkenab
schnitte 160, 161 als Teil der beweglichen Elektrode 165
bei diesem Beispiel eine verringerte Dickenstruktur. Demge
mäß wird die Federkonstante der Balkenabschnitte 160, 161
kleiner als bei dem dritten Beispiel und die Verlagerung
der beweglichen Elektrode 165 kann vergrößert werden. Folg
lich läßt sich die Erfassungsempfindlichkeit erhöhen.
Das neunte Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel 9 erläu
tert.
Fig. 40 zeigt den Gesamtaufbau des dreidimensionalen
Beschleunigungsmessers des Feldeffekttransistortyps (im
folgenden als "Halbleiter-Beschleunigungsmesser" bezeich
net) gemäß diesem Beispiel.
Fig. 41 veranschaulicht eine Schnittansicht, die ent
lang einer Linie I-I in Fig. 40 gesehen ist, während Fig.
42 eine Schnittansicht zeigt, die entlang einer Linie J-J
in Fig. 40 aufgenommen ist.
Der in den Fig. 40 bis 42 gezeigte Halbleiter-Beschleu
nigungsmesser wird gemäß dem nachstehend beschriebenen Ver
fahren hergestellt.
Zunächst wird ein isolierender Film 191, der aus SiO2,
Si3N4 usw. besteht, auf einem Siliziumsubstrat 190 ausge
bildet und ein Film, der aus Poly-Si, einem Oxid oder einem
anderen metallischen Material besteht, wird auf dem isolie
rendem Film 191 gebildet. Dieser Film auf dem isolierendem
Film 191 wird auf einer beweglichen Elektrode 209 ausgebil
det, die einen zweifach abgestützten Aufbau besitzt und Ga
te-Elektrodenabschnitte 192 bis 195, die dem Gate eines
Feldeffekttransitors entsprechen, Balken- bzw. Trägerab
schnitte 196 bis 199, einen Massenabschnitt 200, Ankerab
schnitte 201 bis 204 und U-förmige Abschnitte 205 bis 208
aufweist, wobei der Film durch ein Naß- oder ein Trocken
verfahren geformt wird. Der isolierende Film 191 wird in
einer solchen Weise geätzt, daß der untere Abschnitt der
Ankerabschnitte 201 bis 204 verbleibt, die an den Endab
schnitten der beweglichen Elektrode 209 angeordnet sind,
wie dies in den Fig. 41 und 42 gezeigt ist.
Demgemäß wird hierdurch ein Spalt 210 gebildet und die
bewegliche Elektrode 209 nimmt eine Brückengestalt oberhalb
des isolierenden Films 191 an. Diese Ätzen wird als "Ätzen
der zu opfernden Schicht" bezeichnet und es wird eine Ätz
lösung eingesetzt, die die bewegliche Elektrode 209 nicht
ätzt, jedoch selektiv den isolierenden Film als die unter
halb der beweglichen Elektrode 209 gebildete, zu opfernde
Schicht ätzt.
Wie in den Fig. 40 und 42 gezeigt ist, werden festste
hende Elektroden 211 bis 218, die den Sources und Drains
der Feldeffekttransistoren entsprechen und aus einer Verun
reinigungsdiffusionsschicht bestehen, in dem Silizium
substrat 190 ausgebildet. Demgemäß fungieren der Gate-Elek
trodenabschnitt 192 und die feststehenden Elektroden 211,
212, der Gate-Elektrodenabschnitt 193 und die feststehenden
Elektroden 213, 214, der Gate-Elektrodenabschnitt 194 und
die feststehenden Elektroden 215, 216 bzw. der Gate-Elek
trodenabschnitt 195 und die feststehenden Elektrodenab
schnitte 217, 218 jeweils als die Beschleunigungserfas
sungsabschnitte.
Wie weiterhin in den Fig. 40 und 41 gezeigt ist, ist
eine untere Elektrode 219 auf dem Siliziumsubstrat 190 der
art angeordnet, daß sie dem Balkenabschnitt der beweglichen
Elektrode 209 (die Balkenabschnitte 196 bis 199 und die ge
bogenen Abschnitte 205 bis 208) gegenüberliegt. Diese unte
re Elektrode 219 ist derart angeordnet, daß sie ein Poten
tial besitzt bzw. auf dieses gelegt wird, das gleich dem
Potential der beweglichen Elektrode 209 ist, um das Auftre
ten der elektrostatischen Kraft zu begrenzen.
Ein derartiger Halbleiter-Beschleunigungsmesser wird
mittels eines IC-Herstellungsverfahrens oder durch Anwen
dung eines solchen Verfahrens hergestellt. Daher kann der
Sensoraufbau während des IC-Herstellungsverfahrens gebildet
werden und die Integration mit der Schaltung wird äußerst
einfach.
Der Halbleiter-Beschleunigungsmesser, der in der vor
stehend beschriebenen Weise hergestellt wird, besitzt die
nachstehende Konstruktion.
Anders ausgedrückt sind die Gate-Elektrodenabschnitte
192, 194 und 193, 195 an den Beschleunigungserfassungsab
schnitten der beweglichen Elektrode 209 derart angeordnet,
daß sie sich gegenseitig rechtwinklig kreuzen, wobei der
Massenabschnitt 20 bzw. 200 das Zentrum bildet, wie in Fig.
40 gezeigt ist, und der Massenabschnitt mit den Ankerab
schnitten 201 bis 204 über die vier Träger bzw. Balken ver
bunden ist, wie dies in Fig. 40 gezeigt ist. Diese Ankerab
schnitte 201 bis 204 sind mit einer externen elektronischen
Schaltung mittels einer in der Zeichnung nicht gezeigten
Aluminiumverdrahtung verbunden. Die U-förmigen Abschnitte
205 bis 208 sind jeweils auf dem zwischenliegenden Ab
schnitt der Balkenabschnitte 196 bis 199 vorgesehen, um ei
ne dreidimensionale Freiheit bzw. einen Freiheitsgrad in
drei Dimensionen für den Massenabschnitt 200 bereitzustel
len. Demgemäß kann selbst ein Element (Einrichtung) Frei
heitsgrade in den Richtungen X, Y und Z besitzen und es ist
eine Erfassung der Beschleunigung in drei Achsen möglich.
Der Halbleiter-Beschleunigungsmesser mit dem in Fig. 40
gezeigten Aufbau arbeitet folglich in der nachstehend be
schriebenen Weise. Wenn eine Beschleunigung in der horizon
talen Richtung (X- und Y-Achsenrichtung) auf diesen Halb
leiter-Beschleunigungsmesser bezüglich der Balkenabschnitte
196 bis 199 einwirkt, erfährt der Massenabschnitt 200 die
durch diese Beschleunigung begründete Kraft in der horizon
talen Richtung und es ergibt sich eine Verlagerung. Die
Veränderung der Flächen der Inversionsschichtregionen zwi
schen zwei Sätzen aus dem Gate-Elektrodenabschnitt 192 (den
feststehenden Elektroden 211, 212) und dem Gate-Elektroden
abschnitt 194 (den feststehenden Elektroden 215, 216) sowie
zwischen dem Gate-Elektrodenabschnitt 193 (den feststehen
den Elektroden 213, 214) und dem Gate-Elektrodenabschnitt
195 (den feststehenden Elektroden 217, 218) führt zu einer
Veränderung der Gatebreite bei jedem der jeweiligen Be
schleunigungserfassungsabschnitte. Als Ergebnis kann eine
Beschleunigung in der horizontalen Richtung, die auf den
Halbleiter-Beschleunigungsmesser einwirkt, in Form der Ver
änderung der Drainströme der Feldeffekttransistoren erfaßt
werden. In gleicher Weise verändern sich dann, wenn der
Massenabschnitt 200 eine Beschleunigung in der vertikalen
Richtung (in der Achsenrichtung Z) bezüglich der Balkenab
schnitte 196 bis 199 erfährt und eine Verlagerung resul
tiert, die Spalte 210 zwischen jedem der beiden Sätze der
Gate-Elektroden 192, 194 und 193, 195 des Beschleunigungs
erfassungsabschnitts sowie dem Siliziumsubstrat 190, so daß
sich die Feldintensität verändert. Als Ergebnis wird eine
Beschleunigung in der vertikalen Richtung, die auf den
Halbleiter-Beschleunigungsmesser einwirkt, in Form der Ver
änderung der Drainströme der Feldeffekttransistoren erfaßt.
Die in dieser Weise selektierten Veränderungen der Drain
ströme werden über die nicht gezeigten Aluminiumverdrahtun
gen als elektrische Signale an eine externe Schaltung ange
legt und durch diese verarbeitet, so daß durch ein Element
(Einrichtung) eine Beschleunigung in drei Achsenrichtungen
erfaßbar ist.
Wenn, anders ausgedrückt, die Beschleunigungserfas
sungsabschnitte in der in Fig. 40 gezeigten Weise angeord
net sind, kann eine Beschleunigung in drei Achsenrichtungen
durch ein Element erfaßt werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 43 eine
theoretische Analyse der vorstehend im Detail beschriebenen
Erfassung der Beschleunigung in drei Achsenrichtungen gege
ben.
Der Drainstrom Id, der durch den durch den Feldeffekt
transistor gebildeten Beschleunigungserfassungsabschnitt
fließt, verändert sich in Übereinstimmung mit der vorste
hend bereits angegebenen Gleichung (1).
Wenn eine Beschleunigung auf den Halbleiter-Beschleuni
gungsmesser gemäß diesem Beispiel einwirkt und der Massen
abschnitt 200 eine Verlagerung in den in Fig. 43 gezeigten
Richtungen X, Y und Z erfährt, lassen sich die Drainströme
Id1, Id3, Id2 und Id4, die zwischen zwei Sätzen von fest
stehenden Elektroden 211, 212, zwischen den feststehenden
Elektroden 215, 216 und zwischen den feststehenden Elektro
den 213, 214 sowie zwischen den feststehenden Elektroden
217, 218 fließen, die jeweils derart angeordnet sind, daß
sie einander rechtwinklig kreuzen, durch die nachstehende
Gleichung mittels der Verlagerung Wgx, Wgy der Gatebreite
des Beschleunigungserfassungsabschnitts aufgrund einer Be
schleunigung gx und gy in der Richtung X bzw. Y sowie mit
Hilfe des sich verändernden Spalts 210 (g = gz) zwischen
den beiden Sätzen aus den Gate-Elektrodenabschnitten 192,
194 und 193, 195 und dem Siliziumsubstrat 190 beschreiben:
Id1 = (W - Wgy) α (g = gz)
Id2 = (W - Wgx) α (g = gz)
Id3 = (W + Wgy) α (g = gz)
Id4 = (W + Wgx) α (g = gz)
α (g = gz) = µCi (g = gz) (Vg - Vth (g = gz))²/2L
Id2 = (W - Wgx) α (g = gz)
Id3 = (W + Wgy) α (g = gz)
Id4 = (W + Wgx) α (g = gz)
α (g = gz) = µCi (g = gz) (Vg - Vth (g = gz))²/2L
Hierbei bezeichnen die Symbole Ci (g = gz) und Vth (g =
gz) eine Kapazität und eine Schwellenspannung des Feldef
fekttransistors, die sich proportional zu dem Spalt 210
zwischen den beiden Sätzen der Elektrodenabschnitte 192,
194 und 193, 195 des Beschleunigungserfassungsabschnitts
und dem Siliziumsubstrat 190 verändern, während α (g = gz)
eine Funktion ist, die durch die Veränderung von Ci (g =
gz) und Vth (g = gz) bestimmt ist.
Demgemäß läßt sich die nachstehende Gleichung (4) aus
der Gleichung (3) erhalten.
Wgx/W = - (Id2 - Id4) / (Id2 + Id4)
Wgy/W = + (Id1 - Id3) / (Id1 + Id3) (4).
Wgy/W = + (Id1 - Id3) / (Id1 + Id3) (4).
Hierbei sind die Beschleunigungen gx und gy in den
Richtungen X und Y jeweils proportional zu der Verlagerung
Wgz, Wgy der Gatebreite der Beschleunigungserfassungsab
schnitte. Daher ist die Beschleunigung gx in der Richtung X
proportional zu dem Unterschied der Drainströme Id2 und
Id4, die durch die feststehenden Elektroden 213, 214 bzw.
217, 218 fließen, die sich aus der Gleichung (4) ergibt,
und die Beschleunigung gy in der Richtung Y ist
proportional zu dem Unterschied der Drainströme Id1, Id2,
die durch die feststehenden Elektroden 211, 212 und 215,
216 der Beschleunigungserfassungsabschnitte fließen.
In dieser Weise kann eine Beschleunigung in den Rich
tungen X und Y in einfacher Weise von einer Beschleunigung
in der Richtung Z getrennt bzw. unterschieden werden.
Wenn eine Beschleunigung in der Richtung Z theoretisch
weiter analysiert wird, ist die Beschleunigung in der Rich
tung Z nicht durch das Verhältnis der Drainströme Id
bestimmt, die durch die Beschleunigungserfassungsabschnitte
fließen, was im Unterschied zur Erfassung der
Beschleunigung in den Richtungen X und Y steht, sondern
ergibt sich durch Berechnung des Werts ΣId und läßt sich
durch die Gleichung (5) ausdrücken:
Id1 + Id2 + Id3 + Id4 = 4Wα (g = gz) (5).
Das Ergebnis der vorstehend beschriebenen theoretischen
Analyse ist in der nachstehenden Tabelle 3 aufgelistet.
Tabelle 3 veranschaulicht, wie sich die Drainströme Id, die
durch die Beschleunigungsdetektoren 222, 223, 224, 225
fließen, verändern, wenn eine Beschleunigung auf den Halb
leiter-Beschleunigungsme 27437 00070 552 001000280000000200012000285912732600040 0002004339190 00004 27318sser einwirkt und der Massenab
schnitt 200 eine Verlagerung in der Richtung X, Y bzw. Z
erfährt, wobei die Beschleunigungsdetektoren 222, 223, 224,
225 derart angeordnet sind, daß sie einander rechtwinklig
kreuzen. Die Tabelle veranschaulicht die Zunahme und die
Abnahme der Drainströme Id der Beschleunigungsdetektoren
223, 225, wenn der Massenabschnitt 200 eine Verlagerung in
der Richtung X erfährt, die Zunahme und die Abnahme der
Drainströme Id der Beschleunigungsdetektoren 222, 224, wenn
der Massenabschnitt 200 eine Verlagerung in der Richtung Y
erfährt, und die Zunahme und die Abnahme der Drainströme Id
der Beschleunigungsdetektoren 222 bis 225, wenn der Massen
abschnitt 200 eine Verlagerung in der Richtung Z erfährt.
Falls jedoch hierbei die auf den Halbleiter-Beschleuni
gungsmesser einwirkende Beschleunigung entgegengesetzt zu
dem vorstehend beschriebenen Fall einwirkt, verhalten sich
die Zunahme und die Abnahme der Drainströme Id bei den
Richtungen X, Y und Z jeweils sämtlich entgegengesetzt.
Wie vorstehend beschrieben, sind bei diesem Beispiel die
Gate-Elektrodenabschnitte und die feststehenden Elektroden
der Beschleunigungserfassungsabschnitte, die die Feldef
fekttransistoren enthalten, in zwei Sätzen derart angeord
net, daß sie einander rechtwinklig kreuzen und vorstehen,
wodurch es der beweglichen Elektrode 209 möglich ist, sich
in dreidimensionaler Richtung zu bewegen. Demgemäß kann
eine dreidimensionale Beschleunigung durch ein Element
(Einrichtung) bestimmt werden.
Als ein Anwendungsbeispiel dieses Ausführungsbeispiels kann
jegliche Trägerstruktur als die Balkengestaltung eingesetzt
werden, solange der Massenabschnitt 200 eine dreidimensio
nale Verlagerung erfahren kann. Anders ausgedrückt können
drei oder mehr Balken zur Aufrechterhaltung der Balance
bzw. Ausgewogenheit des beweglichen Abschnitts der
beweglichen Elektrode 209 anstelle des Balkens, der bei
diesem Ausführungsbeispiel zweifach abgestützten Aufbau
besitzt, des Balkens mit einseitiger Einspannung und der
beiden bei diesem Beispiel dargestellten Balken eingesetzt
werden.
Nachstehend wird ein zehntes Ausführungsbeispiel gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 44 zeigt eine Draufsicht auf dieses
Ausführungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers.
In Fig. 45 ist eine Schnittansicht gezeigte die entlang
einer Linie K-K in Fig. 44 gesehen ist, während Fig. 46
eine Schnittansicht entlang einer Linie L-L in Fig. 44 und
Fig. 47 ebenfalls eine Schnittansicht entlang einer Linie
M-M in Fig. 44 zeigen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind feststehende Elektroden
8, 9 unter Selbstausrichtung mit einer beweglichen Elek
trode 4, die einen zweifach abgestützten Aufbau besitzt,
auf bzw. in einem Siliziumsubstrat 1 des Leitungstyps p in
dem mittlerem Abschnitt der beweglichen Elektrode 4 ausge
bildet, während untere Elektroden 226, 227 auf bzw. in dem
Siliziumsubstrat 1 des Leitungstyps p unterhalb der beweg
lichen Elektrode 4 in dem Bereich, in dem die feststehenden
Elektroden 8, 9 nicht vorhanden sind, gebildet sind.
Diffusionselektroden 228, 229 sind mit den unteren
Elektroden 226, 227 sowie über Kontaktlöcher 230, 231 mit
Aluminiumverdrahtungen 232 bzw. 233 verbunden.
Die unteren Elektroden 226, 227 sind derart angeordnet,
daß sie ein Potential festlegen bzw. besitzen, das gleich
dem Potential der beweglichen Elektrode 4 ist, um die Er
zeugung elektrostatischer Kräfte zu begrenzen.
Die übrigen Arbeitsabläufe dieses Halbleiterbeschleuni
gungsmessers sind dieselben wie diejenigen beim ersten Bei
spiel.
Das elfte Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert.
Fig. 48 zeigt eine Draufsicht auf dieses Beispiel des
Halbleiter-Beschleunigungsmessers. Fig. 49 veranschaulicht
eine Schnittansicht entlang einer Linie N-N in Fig. 48,
während Fig. 50 eine Schnittansicht entlang einer Linie O-O
in Fig. 48 zeigt und in Fig. 51 eine Schnittansicht entlang
einer Linie P-P in Fig. 48 dargestellt ist.
Bei diesem Beispiel ist ein isolierender Film 234 auf
der oberen Oberfläche eines Siliziumsubstrats 1 des
Leitungstyps p ausgebildet. Anders ausgedrückt sind
feststehende Elektroden 8, 9 unter Selbstausrichtung
unterhalb dem isolierenden Films 234 im mittleren Abschnitt
einer beweglichen Elektrode 4 ausgebildet und es sind
untere Elektroden 226, 227 unterhalb des isolierenden Films
234 unterhalb desjenigen Abschnitts der beweglichen
Elektrode 4 gebildet, in dem die feststehenden Elektroden
8, 9 nicht vorhanden sind. Diffusionselektroden 228, 229
sind mit den unteren Elektroden 226, 227 sowie weiterhin
über Kontaktlöcher 230, 231 mit einer Aluminiumverdrahtung
231 bzw. 233 verbunden.
Die unteren Elektroden 226, 227 sind derart angeordnet,
daß sie ein Potential bei einem Wert halten, der gleich dem
Potential der beweglichen Elektrode 4 ist, um das Auftreten
von elektrostatischen Kräften zu begrenzen bzw. zu verhin
dern.
Wenn eine Eigentestung (Selbsttest) des Sensors dadurch
durchgeführt wird, daß ein Potentialunterschied zwischen
den unteren Elektroden 226, 227 und der beweglichen Elek
trode 4 zur Erzeugung einer virtuellen Beschleunigung auf
grund der elektrostatischen Kräfte durchgeführt wird, kann
der isolierende Film 234 eine Beschädigung der Schaltung
aufgrund eines Kurzschlusses vermeiden, der aus einer Ent
ladung zwischen den Elektroden oder einem gegenseitigen
Kontakt der Elektroden bzw. einer Fusion zwischen dem Gate
und dem Substrat resultiert.
Nachstehend wird ein zwölftes Ausführungsbeispiel gemäß
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 52 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers, während in
Fig. 53 eine Schnittansicht entlang einer Linie Q-Q in Fig.
52 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel ist eine untere Elektrode 235 auf
bzw. in einem Siliziumsubstrat 48 des Leitungstyps p unter
halb eines Balkenabschnitts 44 im Hinblick auf den Balken
abschnitt 44 einer beweglichen Elektrode 47 mit einer zwei
fach abgestützten Träger- bzw. Balkengestaltung ausgebil
det. Eine Diffusionselektrode 236 ist mit dieser unteren
Elektrode 235 sowie weiterhin über ein Kontaktloch 237 mit
einer Aluminiumverdrahtung 238 verbunden.
Diese untere Elektrode 235 ist derart angeordnet, daß
sie ein Potential bei gleichem Pegel wie demjenigen des
Balkenabschnitts 44 der beweglichen Elektrode 47 hält, um
das Auftreten elektrostatischer Kräfte zu begrenzen. Die
übrige Funktionsweise des Halbleiter-Beschleunigungsmessers
ist dieselbe wie diejenige beim zweiten Beispiel.
Nachstehend wird ein dreizehntes Ausführungsbeispiel
gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläu
tert.
Fig. 54 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers, während in
Fig. 55 eine Schnittansicht entlang einer Linie R-R in Fig.
54 dargestellt ist.
Bei diesen Beispiel ist eine untere Elektrode 239 auf
bzw. in einem Siliziumsubstrat 77 des Leitungstyps p unter
halb eines Balkenabschnitts 72 einer beweglichen Elektrode
76 mit doppelt abgestütztem Balkenaufbau sowie unterhalb
eines Massenabschnitts 73 ausgebildet. Eine Diffusionselek
trode 240 ist mit dieser unteren Elektrode 239 sowie
weiterhin über ein Kontaktloch 241 mit einer
Aluminiumverdrahtung 242 verbunden.
Diese untere Elektrode 239 hält ein Potential bei einem
Pegel aufrecht, der gleich dem des Balkenabschnitts 72 der
beweglichen Elektrode 76 und dem des Massenabschnitts 73
ist, und begrenzt das Auftreten elektrostatischer Kräfte.
Der übrige Betrieb des Halbleiter-Beschleunigungsmes
sers ist derselbe wie beim Beispiel 3.
Im folgenden wird ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung erläutert. Bei dem zweiten Aspekt der vorliegen
den Erfindung kann eine untere Gate-Elektrode 245 weiterhin
zwischen den feststehenden Elektroden 8 und 9 angeordnet
sein. Anders ausgedrückt, wird bei dem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ein Kondensator durch eine bewegli
che obere Gate-Elektrode und eine untere Gate-Elektrode ge
bildet und ein Feldeffekttransistor durch einen Gateoxid
film, eine untere Elektrode und eine feste Elektrode ge
schaffen. Die bewegliche obere Gate-Elektrode erfährt eine
Verlagerung aufgrund einer Beschleunigung und es verändert
sich die elektrostatische Kapazität des Kondensators, so
daß sich die Intensität eines auf die Inversionsschicht des
Transistors ausgeübten elektrischen Felds verändert. Als
Ergebnis wird eine Beschleunigung in Form der Veränderung
eines Drainstroms des Feldeffekttransistors detektiert. Die
untere Elektrode ist an einem Abschnitt angeordnet, der der
beweglichen oberen Elektrode gegenüberliegt, wobei dann,
wenn diese untere Elektrode bei einem gleichen Potential
wie die obere bewegliche Gate-Elektrode gehalten wird, die
elektrostatische Kraft, die zwischen dem Halbleitersubstrat
und der beweglichen oberen Gate-Elektrode auftritt, auf ein
Minimum gebracht werden kann.
Fig. 56 zeigt eine Draufsicht auf das erste Ausfüh
rungsbeispiel des Halbleiter-Beschleunigungssensors gemäß
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. In Fig. 57
ist eine Schnittansicht entlang einer Linie S-S in Fig. 56
dargestellt, während Fig. 58 eine Schnittansicht entlang ei
ner Linie T-T in Fig. 56 und Fig. 59 eine Schnittansicht
entlang einer Linie U-U in Fig. 56 veranschaulichen.
Wie in den Fig. 57 bis 59 gezeigt ist, ist ein Ga
teoxidfilm 244 auf einem Siliziumsubstrat 243 des Leitungs
typs p ausgebildet. Eine untere (feststehende) Gate-Elek
trode 245 ist auf dem Gateoxidfilm 244 angeordnet, wobei
diese untere Gate-Elektrode 245 aus Poly-Si besteht. Iso
lierende Filme 246 und 247 sind auf dem Gateoxidfilm 244
und der unteren Gate-Elektrode 245 ausgebildet und aus
SiO2, SiO3N4 usw. hergestellt. Eine rechteckförmige Region,
in der der isolierende Film 247 nicht vorhanden ist, d. h.
ein Spaltabschnitt 248, ist auf dem isolierenden Film 246
ausgebildet (s. Fig. 56). Wie in Fig. 56 gezeigt ist,
umfaßt die untere Gate-Elektrode 245 einen rechteckförmigen
Abschnitt 245a und einen bandförmigen Abschnitt 245b, der
sich von diesem rechteckförmigen Abschnitt 245a erstreckt.
Der rechteckförmige Abschnitt 245a ist auf der Bodenfläche
des Spaltabschnitts 248 angeordnet und der bandförmige Ab
schnitt 245b erstreckt sich außerhalb des Bandabschnitts
248. Eine bewegliche Elektrode 249, die eine zweifach abge
stützte Balkengestaltung besitzt, ist auf dem isolierenden
Film 247 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie den
Spaltabschnitt 248 brückenförmig überspannt. Diese bewegli
che obere Gate-Elektrode 249 besteht aus Poly-Si.
Der Spaltabschnitt 248 des isolierenden Films 247
unterhalb der beweglichen oberen Gate-Elektrode 249 wird
durch Ätzen als zu opfernde Schicht hergestellt. Wenn diese
zu opfernde Schicht geätzt wird, wird eine Ätzlösung einge
setzt, die die bewegliche obere Gate-Elektrode 249 und den
isolierenden Film 246 nicht ätzt, jedoch den isolierenden
Film 247 als die zu opfernde Schicht ätzt. Der isolierende
Film 246 muß nicht vorhanden sein, wenn der Gateoxidfilm
244 nicht durch die Ätzlösung, die den isolierenden Film
247 als die zu opfernde Schicht ätzt, geätzt wird.
Ein isolierender Zwischenschichtfilm 250 ist auf dem
isolierenden Film 247 angeordnet und eine Aluminiumverdrah
tung 252 für die elektrische Verbindung mit der beweglichen
oberen Gate-Elektrode 249 über ein Kontaktloch 251 ist auf
dem isolierenden Zwischenschichtfilm 250 angebracht.
Gemäß Fig. 58 sind feststehende Elektroden 243, 244,
die aus einer Verunreinigungs-Diffusionsschicht bestehen,
auf beiden Seiten des bandförmigen Abschnitts 245b der un
teren Gate-Elektrode auf dem Siliziumsubstrat 243 des Lei
tungstyps p ausgebildet. Diese feststehenden Elektroden
253, 254 sind durch Einbringung einer Verunreinigung des
Leitungstyps n in das Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps
p unter Selbstausrichtung mit dem bandförmigen Abschnitt
245b der unteren Gate-Elektrode 245 mit Hilfe einer Ionen
implantation oder dergleichen ausgebildet. Übrigens kann
anstelle von Poly-Si auch ein feuerfestes Metall wie etwa
Wolfram für die untere Gate-Elektrode 245 und für die be
wegliche obere Gate-Elektrode (zweifach abgestützter Bal
ken) 249 eingesetzt werden.
Wie in Fig. 56 gezeigt ist, sind die feststehenden
Elektroden 253, 254 elektrisch mit der Aluminiumverdrahtung
257, 258 über Kontaktlöcher 255 bzw. 256 verbunden. Die
Aluminiumverdrahtungen 257, 258, 252 sind mit einer exter
nen elektronischen Schaltung verbunden.
Die feststehenden Elektroden 253, 254, die untere Gate-
Elektrode 245 und der Gateoxidfilm 244 bilden zusammen den
Feldeffekttransistor.
Wenn demgemäß, wie in Fig. 58 gezeigt ist, eine Span
nung an die untere Gate-Elektrode 245 angelegt wird, bildet
sich eine Inversionsschicht 259 zwischen den feststehenden
Elektroden 253, 254 auf dem bzw. in dem Siliziumsubstrat
243 des Leitungstyps p und ein Drain-Strom fließt zwischen
den feststehenden Elektroden 253, 254.
Wie weiterhin in Fig. 56 gezeigt ist, sind untere Elek
troden 260, 261 auf beiden Seiten des rechteckförmigen Ab
schnitts 245a der unteren Gate-Elektrode 245 auf bzw. in
dem Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps p unterhalb der
beweglichen unteren Gate-Elektrode 249 ausgebildet. Die
Diffusionselektroden 262, 263 sind mit diesen unteren Elek
troden 260, 261 und weiterhin über Kontaktlöcher 264 bzw.
265 mit einer Aluminiumverdrahtung 266 bzw. 267 verbunden.
Diese unteren Elektroden 260, 261 halten ein Potential
bei dem gleichen Potentialwert wie die bewegliche obere Ga
te-Elektrode 249 und begrenzen das Auftreten elektrostati
scher Kräfte.
Dieser Halbleiter-Beschleunigungsmesser bzw. Beschleu
nigungssensor erfaßt die Veränderung der elektrostatischen
Kapazität, die durch die bewegliche obere Gate-Elektrode
243 und die untere Gate-Elektrode 245 gebildet ist, wenn er
eine Beschleunigung erfährt, und zwar über die Veränderung
des Ausgangssignals des Feldeffekttransistors (die Verände
rung des Drain-Stroms). Anders ausgedrückt kann eine Be
schleunigung über die Ausgangssignalveränderung (die Verän
derung des Drain-Stroms) des Feldeffekttransistors erfaßt
werden, die durch die von der Einwirkung der Beschleunigung
herrührende Verlagerung der beweglichen oberen Gate-Elek
trode 249 verursacht wird.
Wie vorstehend erläutert, enthält dieses Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungsmessers das Silizi
umsubstrat 243 des Leitungstyps p (das Halbleitersubstrat),
den auf dem Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps p ange
ordneten Gateoxidfilm 244, die untere, auf dem Gateoxidfilm
244 angeordnete Gate-Elektrode 245, die feststehenden
Elektroden 253, 254, die aus der Verunreinigungs-Diffusi
onsschicht bestehen und auf beiden Seiten der unteren Gate-
Elektrode 245 auf dem Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps
p unter Selbstausrichtung mit der unteren Gate-Elektrode
245 ausgebildet sind, die bewegliche obere Gate-Elektrode
249, die balkenförmige Gestalt besitzt und auf dem Silizi
umsubstrat 243 des Leitungstyps p angeordnet und durch ei
nen vorbestimmten Spalt von der unteren Gate-Elektrode 245
getrennt ist, und die unteren Gate-Elektroden 260, 261, die
auf dem Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps p an dessen
der oberen Gate-Elektrode 249 gegenüberliegenden Abschnitt
angeordnet sind und ein Potential bei einem Potentialwert
halten, der gleich dem der beweglichen oberen Gate-Elek
trode 249 ist, und erfaßt eine Beschleunigung über die Ver
änderung des Stroms zwischen den feststehenden Elektroden
253, 254, die aus der durch diese Beschleunigung hervorge
rufenen Verlagerung der beweglichen oberen Gate-Elektrode
249 resultiert. Anders ausgedrückt, ist der Kondensator
durch die bewegliche obere Gate-Elektrode 249 und die unte
re Gate-Elektrode 245 gebildet und der Feldeffekttransistor
ist durch den Gateoxidfilm 244, die untere Gate-Elektrode
245 und die feststehenden Elektroden 253, 254 gebildet.
Wenn die bewegliche obere Gate-Elektrode 249 eine Verlage
rung aufgrund einer Beschleunigung erfährt, verändert sich
der elektrostatische Kapazitätswert des Kondensators bzw.
der Kapazität und es verändert sich folglich die Feldinten
sität, die auf die Inversionsschicht des Transistors ausge
übt wird. Als Ergebnis wird eine Beschleunigung über die
Veränderung des Drain-Stroms des Feldeffekttransistors de
tektiert. Der Gateoxidfilm 244 ist auf der Inversions
schicht angeordnet, wodurch die Arbeitsweise des Feldef
fekttransistors stabilisiert wird. Weiterhin sind die
unteren Elektroden 260, 261 an einem Abschnitt angeordnet,
der der beweglichen oberen Gate-Elektrode 249
gegenüberliegt, und werden bei einem Potential gehalten,
das gleich dem Potential der beweglichen oberen Gate-
Elektrode 249 ist. In dieser Weise kann die
elektrostatische Kraft, die zwischen dem Siliziumsubstrat
243 und der beweglichen oberen Gate-Elektrode 249 auftritt,
minimiert werden.
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung als Beispiel
15 erläutert.
Fig. 60 zeigt eine Draufsicht auf dieses Beispiel des
Halbleiter-Beschleunigungssensors, während in Fig. 61 eine
Schnittansicht entlang einer Linie V-V in Fig. 60 und in
Fig. 62 eine Schnittansicht entlang einer Linie W-W in Fig.
60 dargestellt sind.
Bei diesem Beispiel ist eine untere Elektrode 268 der
art angeordnet, daß sie sich unterhalb einer beweglichen
oberen Gate-Elektrode 249 auf einem Siliziumsubstrat 243
des Leitungstyps p erstreckt. Eine Diffusionselektrode 269
ist mit dieser unteren Elektrode 268 sowie ferner über ein
Kontaktloch 270 mit einer Aluminiumverdrahtung 271 verbun
den.
Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung als Beispiel
16 erweitert.
Fig. 63 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungssensors, während in
Fig. 64 eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X in Fig.
63 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel sind zwei Feldeffekttransistoren
für eine bewegliche obere Gate-Elektrode 249 angeordnet.
Untere Gate-Elektroden 272, 273 sind symmetrisch für bzw.
zu der beweglichen oberen Gate-Elektrode 249 in einer sol
chen Weise angeordnet, daß sie sich teilweise mit der obe
ren Gate-Elektrode 249 überlappen.
Wenn in Fig. 64 eine Spannung an die bewegliche obere
Gate-Elektrode 249 angelegt wird, wird eine Spannung, die
durch die elektrostatische Kapazität, die durch die beweg
liche obere Gate-Elektrode 249 und die unteren Gate-Elek
troden 272, 273 sowie die Kapazität des Gateoxidfilms ge
bildet ist, bestimmt ist, an die unteren Gate-Elektroden
272, 273 angelegt und ein Drain-Strom fließt in jedem Fel
deffekttransistor.
Wenn der Halbleiter-Beschleunigungssensor beschleunigt
wird und die bewegliche obere Gate-Elektrode 249 eine Ver
lagerung in der in Fig. 64 gezeigten Richtung Z erfährt,
wird der Spalt zwischen der beweglichen oberen Gate-Elek
trode 249 und den unteren Gate-Elektroden 272, 273 klein.
Demgemäß nimmt seine elektrostatische Kapazität zu und es
vergrößert sich folglich der Drain-Strom.
Wenn andererseits der Halbleiter-Beschleunigungsmesser
bzw. -sensor eine Beschleunigung erfährt und die bewegliche
obere Gate-Elektrode 249 eine Verlagerung in der in Fig. 64
gezeigten Richtung X durchführt, vergrößert sich eine der
Überlappungsflächen zwischen der oberen Gate-Elektrode 249
und den unteren Gate-Elektroden 272, 273, während sich die
andere Überlappungsfläche verringert. Als Ergebnis
vergrößert sich die elektrostatische Kapazität zwischen der
beweglichen oberen Gate-Elektrode 249 und den unteren Gate-
Elektroden 272, 273 bei einem der Überlappungsabschnitte
und verringert sich bei dem anderen. Demgemäß erhöht sich
auch der Drain-Strom bei einem der Überlappungsabschnitte
und verringert sich bei dem anderen. In dieser Weise kann
bei diesem Ausführungsbeispiel des Halbleiter-Beschleuni
gungssensors eine zweidimensionale Beschleunigung aufgrund
der Zunahme und der Abnahme der beiden Stromstärken erfaßt
werden.
Die untere Elektrode 274 ist derart unterhalb der be
weglichen oberen Gate-Elektrode 249 angeordnet, daß sie
sich auf bzw. in dem Siliziumsubstrat 243 des Leitungstyps
p erstreckt. Eine Diffusionselektrode 275 ist mit dieser
unteren Elektrode 274 sowie ferner über ein Kontaktloch 276
mit einer Aluminiumverdrahtung 277 verbunden.
Diese untere Elektrode 274 hält ein Potential bei einem
gleichen Potentialwert wie das Potential der beweglichen
oberen Gate-Elektrode 243 und begrenzt das Auftreten der
elekrostatischen Kraft.
Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung als Beispiel
17 erläutert.
Fig. 65 zeigt eine Draufsicht auf dieses Ausführungs
beispiel des Halbleiter-Beschleunigungssensors.
Bei diesem Beispiel sind untere Elektroden 280, 281 auf
beiden Seiten von unteren Gate-Elektroden 272, 273 auf oder
in einem Siliziumsubstrat 273 des Leitungstyps p unterhalb
einer beweglichen oberen Gate-Elektrode 249 ausgebildet.
Diffusionselektroden 280, 281 sind mit den unteren Elektro
den 278, 279 sowie weiterhin über Kontaktlöcher 282 bzw.
283 mit Aluminiumverdrahtungen 284 bzw. 285 verbunden.
Diese unteren Elektroden 278, 279 halten ein Potential
bei gleichem Potentialwert wie das Potential der bewegli
chen oberen Gate-Elektrode 249 und begrenzen das Auftreten
elektrostatischer Kräfte.
Die vorliegende Erfindung ist im übrigen nicht auf die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispielsweise wurde bislang der Halbleiter-Beschleunigungs
sensor mit einem Siliziumsubstrat des Leitungstyps p erör
tert. Es kann jedoch auch ein Substrat des Leitungstyps n
eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß die Dotierung der
Diffusionsschicht in diesem Fall in den Leitungstyp p abge
ändert wird. Die Schritte der Erläuterung des Halbleiter-
Beschleunigungssensors und des MOSFET für die Erfassung
sind bei der vorstehenden Beschreibung vereinfacht
dargestellt und es wurden offensichtlich mehrere
Herstellungsschritte (beispielsweise ein Schritt der
Isolierung des Bauelements) nicht beschrieben, damit die
charakteristischen Merkmale der Herstellungsschritte nicht
insgesamt zweideutig bzw. unklar werden.
Der Träger bzw. Balken kann zweifach abgestützte Ge
stalt besitzen oder in der Form eines einseitig eingespann
ten Hebels ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 18 gezeigten
dritten Beispiel sind zwei Balken vorhanden, es können je
doch auch drei oder mehr Balken bzw. Träger zur Balancie
rung oder Symmetrierung des beweglichen Abschnitts einge
setzt werden.
Wie vorstehend im Detail beschrieben ist, schafft die
vorliegende Erfindung einen neuartigen Halbleiter-Beschleu
nigungsmesser oder -Beschleunigungssensor, der eine kleine
re Anzahl von Substraten besitzt, sowie ein Herstellungs
verfahren für diesen, und stellt hervorragende Effekte und
Wirkungen bereit.
Claims (27)
1. Halbleiter-Beschleunigungsmesser mit
einem Halbleitersubstrat (1),
einer beweglichen Elektrode (4), die einen trägerför migen Aufbau besitzt und oberhalb des Halbleitersubstrats (1) mit vorbestimmtem Spalt zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden (8, 9), die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Ab schnitts des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet sind und aus einer Verunreinigungs-Diffusionsschicht bestehen,
wobei eine Beschleunigung über eine Veränderung eines Stroms zwischen den feststehenden Elektroden (8, 9) erfaßt wird, die durch eine Verlagerung der beweglichen Elektrode aufgrund der Wirkung der Beschleunigung erfaßt wird.
einem Halbleitersubstrat (1),
einer beweglichen Elektrode (4), die einen trägerför migen Aufbau besitzt und oberhalb des Halbleitersubstrats (1) mit vorbestimmtem Spalt zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden (8, 9), die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Ab schnitts des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet sind und aus einer Verunreinigungs-Diffusionsschicht bestehen,
wobei eine Beschleunigung über eine Veränderung eines Stroms zwischen den feststehenden Elektroden (8, 9) erfaßt wird, die durch eine Verlagerung der beweglichen Elektrode aufgrund der Wirkung der Beschleunigung erfaßt wird.
2. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die feststehenden Elektroden un
ter Selbstausrichtung mit der beweglichen Elektrode (4)
ausgebildet sind.
3. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn eine Beschleunigung
auf das Halbleitersubstrat (1) in vertikaler Richtung ein
wirkt, ein Strom aufgrund der Veränderung einer Feldinten
sität variiert und die Beschleunigung über diese Stromän
derung erfaßt wird.
4. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein
Strom dann, wenn eine Beschleunigung auf das Halbleiter
substrat (1) in horizontaler Richtung einwirkt, aufgrund
der Veränderung einer Fläche einer Inversionsschichtregion
(16) zwischen den beiden feststehenden Elektroden (8, 9)
verändert und eine Beschleunigung aus dieser Stromänderung
erfaßt wird.
5. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb
leitersubstrat eine untere Elektrode an einem Abschnitt
desselben, der der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, in
zumindest einer Region enthält, in der die feststehenden
Elektroden nicht vorhanden sind.
6. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen isolierenden
Film (5) auf dem Halbleitersubstrat.
7. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beweg
liche Elektrode in horizontaler Richtung in zwei Achsen be
weglich ist, daß ein Abschnitt der beweglichen Elektrode,
der zwischen und oberhalb den beiden feststehenden Elektro
den angeordnet ist, in einer solchen Weise schräg ausge
staltet ist, daß er sich von einer der feststehenden Elek
troden zur anderen Elektrode erstreckt, und daß ein Paar
solcher Abschnitte in zueinander entgegengesetzten Richtun
gen vorgesehen sind.
8. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beweg
liche Elektrode (8) an einem Teil der Elektrode mit einem
Abschnitt verringerter Dicke versehen ist.
9. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beweg
liche Elektrode in drei Dimensionen beweglich ist, vier
Elektrodenabschnitte besitzt, die in einander rechtwinklig
kreuzenden Richtungen vorstehen, und daß die feststehenden
Elektroden derart angeordnet sind, daß sie den Elektroden
abschnitten entsprechen.
10. Halbleiter-Beschleunigungsmesser mit
einem Halbleitersubstrat,
einem auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Gate- Oxidfilm,
einer auf dem Gate-Oxidfilm angeordneten unteren Gate- Elektrode,
feststehenden Elektroden, die aus einer Verunrei nigungs-Diffusionsschicht bestehen und auf beiden Seiten der unteren Gate-Elektrode auf bzw. im Halbleitersubstrat unter Selbstausrichtung mit der unteren Gate-Elektrode aus gebildet sind,
einer beweglichen oberen Gate-Elektrode, die eine stab- bzw. trägerförmige Gestalt besitzt und derart ober halb des Halbleitersubstrats angeordnet ist, daß sie mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand von der unteren Gate-Elektrode beabstandet ist, und
einer unteren Elektrode, die an einem der beweglichen oberen Gate-Elektrode gegenüber liegenden Abschnitt des Halbleitersubstrats angeordnet ist,
wobei eine Beschleunigung über die Änderung eines Stroms zwischen den feststehenden Elektroden erfaßt wird, wobei die Stromänderung durch die Verlagerung der beweg lichen oberen Gate-Elektrode aufgrund der Wirkung der Be schleunigung hervorgerufen wird.
einem Halbleitersubstrat,
einem auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Gate- Oxidfilm,
einer auf dem Gate-Oxidfilm angeordneten unteren Gate- Elektrode,
feststehenden Elektroden, die aus einer Verunrei nigungs-Diffusionsschicht bestehen und auf beiden Seiten der unteren Gate-Elektrode auf bzw. im Halbleitersubstrat unter Selbstausrichtung mit der unteren Gate-Elektrode aus gebildet sind,
einer beweglichen oberen Gate-Elektrode, die eine stab- bzw. trägerförmige Gestalt besitzt und derart ober halb des Halbleitersubstrats angeordnet ist, daß sie mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand von der unteren Gate-Elektrode beabstandet ist, und
einer unteren Elektrode, die an einem der beweglichen oberen Gate-Elektrode gegenüber liegenden Abschnitt des Halbleitersubstrats angeordnet ist,
wobei eine Beschleunigung über die Änderung eines Stroms zwischen den feststehenden Elektroden erfaßt wird, wobei die Stromänderung durch die Verlagerung der beweg lichen oberen Gate-Elektrode aufgrund der Wirkung der Be schleunigung hervorgerufen wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Beschleuni
gungsmessers, mit
einem ersten Schritt der Erzeugung einer Opferschicht auf einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats,
einem zweiten Schritt der Ausbildung einer trägerför migen beweglichen Elektrode auf der Opferschicht,
einem dritten Schritt der Ausbildung feststehender Elektroden auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode un ter Selbstausrichtung mit der beweglichen Elektrode mit Hilfe einer Diffusion einer Verunreinigung in das Halblei tersubstrat, und
einem vierten Schritt des Ätzens und Entfernens der Opferschicht unterhalb der beweglichen Elektrode, derart, daß die aus der Verlagerung der beweglichen Elektrode her rührende Veränderung eines Stroms zwischen den feststehen den Elektroden erfaßbar ist.
einem ersten Schritt der Erzeugung einer Opferschicht auf einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats,
einem zweiten Schritt der Ausbildung einer trägerför migen beweglichen Elektrode auf der Opferschicht,
einem dritten Schritt der Ausbildung feststehender Elektroden auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode un ter Selbstausrichtung mit der beweglichen Elektrode mit Hilfe einer Diffusion einer Verunreinigung in das Halblei tersubstrat, und
einem vierten Schritt des Ätzens und Entfernens der Opferschicht unterhalb der beweglichen Elektrode, derart, daß die aus der Verlagerung der beweglichen Elektrode her rührende Veränderung eines Stroms zwischen den feststehen den Elektroden erfaßbar ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Beschleuni
gungsmessers, mit
einem ersten Schritt der Ausbildung einer Opferschicht auf einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats,
einem zweiten Schritt der Ausbildung eines Paars von gegenseitig beabstandeten, feststehenden Elektroden mit Hilfe einer Diffusion einer Verunreinigung in das Halblei tersubstrat,
einem dritten Schritt der Ausbildung einer trägerför migen beweglichen Elektrode auf der Opferschicht zwischen den und oberhalb der feststehenden Elektroden, und
einem vierten Schritt des Ätzens und Entfernens der Opferschicht unterhalb der beweglichen Elektrode, derart, daß die von einer Verlagerung der beweglichen Elektrode herrührende Veränderung eines Stroms zwischen den festste henden Elektroden erfaßbar ist.
einem ersten Schritt der Ausbildung einer Opferschicht auf einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats,
einem zweiten Schritt der Ausbildung eines Paars von gegenseitig beabstandeten, feststehenden Elektroden mit Hilfe einer Diffusion einer Verunreinigung in das Halblei tersubstrat,
einem dritten Schritt der Ausbildung einer trägerför migen beweglichen Elektrode auf der Opferschicht zwischen den und oberhalb der feststehenden Elektroden, und
einem vierten Schritt des Ätzens und Entfernens der Opferschicht unterhalb der beweglichen Elektrode, derart, daß die von einer Verlagerung der beweglichen Elektrode herrührende Veränderung eines Stroms zwischen den festste henden Elektroden erfaßbar ist.
13. Halbleiter-Beschleunigungssensor mit
einem Halbleitersubstrat,
einer beweglichen Elektrode mit einer trägerförmigen Gestalt, die oberhalb des Halbleitersubstrats mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden, die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Abschnitts des Halbleitersubstrats ausgebildet sind und aus einer Verun reinigungs-Diffusionsschicht bestehen,
wobei das Halbleitersubstrat eine untere Elektrode in einem Abschnitt desselben besitzt, der der beweglichen Elektrode in zumindest einer Region gegenüber liegt, in der die feststehenden Elektroden nicht vorhanden sind,
wobei eine Beschleunigung über eine Veränderung des zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms de tektiert wird, wobei die Stromänderung durch die Verlage rung der beweglichen Elektrode aufgrund der Einwirkung der Beschleunigung hervorgerufen wird.
einem Halbleitersubstrat,
einer beweglichen Elektrode mit einer trägerförmigen Gestalt, die oberhalb des Halbleitersubstrats mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden, die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Abschnitts des Halbleitersubstrats ausgebildet sind und aus einer Verun reinigungs-Diffusionsschicht bestehen,
wobei das Halbleitersubstrat eine untere Elektrode in einem Abschnitt desselben besitzt, der der beweglichen Elektrode in zumindest einer Region gegenüber liegt, in der die feststehenden Elektroden nicht vorhanden sind,
wobei eine Beschleunigung über eine Veränderung des zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms de tektiert wird, wobei die Stromänderung durch die Verlage rung der beweglichen Elektrode aufgrund der Einwirkung der Beschleunigung hervorgerufen wird.
14. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach Anspruch 13, da
durch gekennzeichnet, daß die feststehenden Elektroden un
ter Selbstausrichtung mit der beweglichen Elektrode ausge
bildet sind.
15. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Strom dann, wenn
eine Beschleunigung auf das Halbleitersubstrat in verti
kaler Richtung einwirkt, aufgrund der Veränderung eine
Feldintensität verändert und eine Beschleunigung mittels
dieser Stromänderung detektiert wird.
16. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach einem der An
sprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein
Strom dann, wenn eine Beschleunigung auf das Halbleiter
substrat in horizontaler Richtung einwirkt, aufgrund der
Veränderung der Fläche einer Inversionsschichtregion zwi
schen den beiden feststehenden Elektroden verändert und die
Beschleunigung über diese Veränderung erfaßt wird.
17. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach einem der An
sprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch einen isolierenden
Film auf dem Halbleitersubstrat.
18. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach einem der An
sprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode in zwei horizontalen Achsenrichtungen beweg
lich ist, daß ein Abschnitt der beweglichen Elektrode, der
zwischen den und oberhalb der beiden feststehenden Elek
troden angeordnet ist, schräg in einer solchen Weise ge
formt ist, daß er sich von einer der feststehenden Elektro
den zu der anderen erstreckt, wobei ein Paar derartiger Ab
schnitte in zueinander entgegengesetzten Richtungen vorge
sehen sind.
19. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach einem der An
sprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode an einem Teil derselben mit einem Abschnitt
verringerter Dicke versehen ist.
20. Halbleiter-Beschleunigungssensor nach einem der An
sprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode in dreidimensionaler Richtung beweglich ist,
vier Elektrodenabschnitte besitzt, die in jeweils zueinan
der und sich rechtwinklig kreuzenden Richtungen vorstehen,
und daß die feststehenden Elektroden derart angeordnet
sind, daß sie den Elektrodenabschnitten entsprechen.
21. Halbleiter-Beschleunigungsmesser mit
einem Halbleitersubstrat,
einer beweglichen Elektrode, die eine trägerförmige Gestalt besitzt und oberhalb des Halbleitersubstrats mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden, die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Abschnitts des Halbleitersubstrats ausgebildet sind und aus einer Verun reinigung-Diffusionsschicht bestehen sowie unter Selbstaus richtung mit der beweglichen Elektrode ausgebildet sind,
wobei eine Beschleunigung aufgrund einer Änderung ei nes zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms erfaßt wird, wobei die Stromänderung durch eine Verlagerung der beweglichen Elektrode aufgrund der Wirkung der Be schleunigung hervorgerufen wird.
einem Halbleitersubstrat,
einer beweglichen Elektrode, die eine trägerförmige Gestalt besitzt und oberhalb des Halbleitersubstrats mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand zu diesem angeordnet ist, und
feststehenden Elektroden, die auf beiden Seiten eines der beweglichen Elektrode gegenüberliegenden Abschnitts des Halbleitersubstrats ausgebildet sind und aus einer Verun reinigung-Diffusionsschicht bestehen sowie unter Selbstaus richtung mit der beweglichen Elektrode ausgebildet sind,
wobei eine Beschleunigung aufgrund einer Änderung ei nes zwischen den feststehenden Elektroden fließenden Stroms erfaßt wird, wobei die Stromänderung durch eine Verlagerung der beweglichen Elektrode aufgrund der Wirkung der Be schleunigung hervorgerufen wird.
22. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 21, da
durch gekennzeichnet, daß sich ein Strom dann, wenn eine
Beschleunigung auf das Halbleitersubstrat in vertikaler
Richtung einwirkt, aufgrund der Veränderung einer Feldin
tensität ändert und eine Beschleunigung anhand dieser
Stromänderung erfaßt wird.
23. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 21 oder
22, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Strom dann, wenn
eine Beschleunigung auf das Halbleitersubstrat in einer
horizontalen Richtung einwirkt, aufgrund der Veränderung
einer Fläche einer Inversionsschichtregion zwischen den
beiden feststehenden Elektroden ändert und eine Beschleuni
gung anhand dieser Stromänderung detektiert wird.
24. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 21, 22
oder 23, gekennzeichnet durch einen isolierenden Film auf
dem Halbleitersubstrat.
25. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der An
sprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode in zwei horizontalen Richtungen beweglich
ist, daß ein Abschnitt der beweglichen Elektrode, der zwi
schen den und oberhalb der beiden feststehenden Elektroden
angeordnet ist, in einer solchen Weise schräg ausgestaltet
ist, daß er sich von einer der feststehenden Elektroden zu
der anderen erstreckt, und daß ein Paar derartiger Ab
schnitte in zueinander entgegengesetzten Richtungen vorge
sehen ist.
26. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der An
sprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode an einem Teil derselben mit einem Abschnitt
verringerter Dicke versehen ist.
27. Halbleiter-Beschleunigungsmesser nach einem der An
sprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli
che Elektrode dreidimensional beweglich ist, vier Elektro
denabschnitte besitzt, die in einander rechtwinklig kreu
zenden Richtungen vorstehen, und daß die feststehenden
Elektroden derart angeordnet sind, daß sie den Elektroden
abschnitten entsprechen.
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