DE4419267A1

DE4419267A1 - Halbleiterbeschleunigungssensor und Testverfahren dafür

Info

Publication number: DE4419267A1
Application number: DE4419267A
Authority: DE
Inventors: Katsumichi Ueyanagi
Original assignee: Denso Ten Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: US5608153A; GB2280307A; GB2280307B; US5526687A; JPH06342007A; JP2549815B2; GB9411068D0; DE4419267C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Beschleunigungssensoren (Akzelerometern), um eine Be schleunigung zu erfassen. Genauer ist die vorliegende Er findung auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor gerich tet, in dem eine Beschleunigungsdektionsschaltung angeordnet ist, indem man einen Halbleiterdehnungs- bzw. -spannungssensor bzw. -messer verwendet, und ebenfalls auf ein Verfahren, um den Beschleunigungssensor zu testen.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein kompakter Halbleiterbeschleunigungssensor bzw. -messer, der aufgebaut wird, indem man einen Dehnungsmes ser,in ein Halbleitersubstrat montiert, ist auf diesem Gebiet der Technik bekannt. Normalerweise wird das Testen von Halbleiterbeschleunigungssensoren durchgeführt, indem man eine großdimensionierte mechanische Vibrationstestma schine verwendet. Um einen Halbleiterbeschleunigungssen sor herzustellen, der eine gleichförmige bzw. einheitli che Erfassungscharakteristik besitzt, wurde solch ein Einstellungsverfahren benutzt, um die Sensorsensitivitä ten einzustellen, die man durch den Vibrationstest (nämlich ein Beschleunigungstest) der mechanischen Vibrationstestmaschine erhalten hat mit Verwendung der Korrekturschaltung. Da jedoch eine Vielzahl mechanischer Vibrationstesteinrichtungen in einer parallelen Betriebs art bzw. -mode betrieben werden sollen, um diese Sensor testprozesse bzw. -abläufe in einer Massenproduktion durchzuführen, ist notwendigerweise eine lange Testzeit erforderlich und außerdem würden sich die Herstellungsko sten des Halbleiterbeschleunigungssensors erhöhen.

Um die oben erklärten Probleme zu lösen, wurde ein konventionelles Testverfahren im US-Patent Nr. 5,103,667, ausgegeben im Jahre 1992 an Allen et al. vorgeschlagen. Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel des Halblei terbeschleunigungssensors, wie er in diesem US-Patent of fenbart wurde. Der Beschleunigungssensor ist aus Silizi ummasse (Gewicht) 110, einer Kappe 140 und einer Silizi umbasis 150 aufgebaut. Die Siliziummasse 110 wird über Balken bzw. Träger (flexible Teile) 112 und 114 durch ei nen Siliziumrahmen 120 getragen. Zwei Piezowiderstände 130 und 132 werden auf den oberen Oberflächen (Oberseiten) der Träger 112 und 114 gebildet. Die Kappe 140 ist gegenüberliegend dem Rahmen 120 angeordnet, um einen Luftspalt 142 zu definieren, und eine Verschie bungselektrode 160 ist an der inneren Oberfläche (Innenfläche) der Kappe 140 vorgesehen. Die Masse 110 ist gegenüber der Siliziumbasis 150 angeordnet, um einen wei teren Luftspalt 152 aufzubauen. Ein Block (Kissen bzw. Feld) 141 ist an der oberen Oberfläche des Rahmens 120 vorgesehen. Dieser Feld 161 ist elektrisch mit einer Elektrode 160 verbunden über einen Metalleiter 180, der auf der Oberfläche der Kappe 140 gebildet ist.

Die Siliziumbasis 150, der Siliziumrahmen 120 und die Si liziumkappe 140 sind miteinander verbunden oder haften aneinander. Auch wenn diese Komponenten miteinander über Lot verbunden sind, oder aneinander haften unter Verwen dung eines Haftmittels, würde jede dieser Haft- und Verbindungsschichten sich verschlechtern, was eine geringe Zuverlässigkeit zur Folge hat. Es gibt ein weiteres Problem, daß die Dicke der Befestigungsschicht bzw. der Haftschicht kontrolliert bzw. gesteuert werden muß.

Wie das Verfahren, um die Glieder bzw. Teile ohne jedes Verbindungs-(Haft)Mittel zu verbinden, ist auch das elektrostatische Verbindungsverfahren (Anodenverbin dungsverfahren) in der Technik bekannt. Dieses elektro statische Verbindungsverfahren wird verwendet, um Silizium mit Glas gemäß der folgenden Art und Weise zu verbinden. Das heißt, Silizium und Glas sind in einem en gen Kontakt miteinander. Während des Erhitzens auf Temperaturen von 300 bis 500°C werden ungefähr 500 Volt an die Silizium- und Glasverbindung angelegt, so daß Al kaliionen, die in dem Glas enthalten sind, übertragen werden und eine Raumladungsschicht in der Nähe der Grenzen zwischen dem Glas und dem Silizium erzeugt wird. Als eine Folge wird eine große elektrostatische Kraft er zeugt zwischen der Oberfläche des Siliziums und des Glases, wodurch eine chemische Bindung an den Grenzen bzw. Grenzflächen auftreten kann. Es wird beabsichtigt, daß die chemische Verbindung entweder durch Deformation des Glases durch den Empfang der elekrostatischen Kraft oder aus dem Grund, daß O⁻ (Ionen), die in dem Glas enthalten sind, übertragen werden durch den Empfang des elektrischen Feldes, und dann mit Si (Silizium), sich verbindet, wodurch SiO₂ (Siliziumoxid bzw. Siliziumdi oxid) an den Grenzflächen gebildet wird, verursacht wird.

In dem Fall, daß die elektrostatische Verbindung verwen det wird, um Silizium mit Silizium gemäß dem oben be schriebenen US-Patent, zu verbinden, wird ein SiO₂-Film (Schicht) gebildet, um beide Siliziumoberflächen zu verbinden mittels nasser Oxidation. Zur selben Zeit wird eine große Menge von SiOH-Radikalen in dem SiO₂-Film ge bildet. Dies geschieht, weil H⁺, das durch die folgende Reaktionsformel gebildet wird, als ein Träger verwendet wird:

SiOH → Sio⁻ + H⁺

Da die elektrostatische Verbindung von Silizium mit Silizium bei einer so hohen Temperatur wie zum Beispiel 900°C ausgeführt wird, kann Aluminium, das normalerweise als ein Verdrahtungsmuster in einer Halbleitereinrichtung verwendet wird, nicht benutzt werden. Außerdem gibt es einen weiteren ungünstigen Einfluß, der durch das Erhitzen solch einer Einrichtung, in der die Schaltung bei höheren Temperaturen hergestellt wird, verursacht wird. Praktisch gesprochen, ist es schwierig, den oben beschriebenen elektrostatischen Verbindungsprozeß auf den Halbleiterbeschleunigungssensor anzuwenden.

Deshalb wird erwogen, Glas zu verwenden anstatt solchen Siliziums, um die Kappe 140 zu bilden, was in dem oben erläuterten US-Patent offenbart ist, und diese Glaskappe 140 wird elektrostatisch mit dem Siliziumrahmen 120 bei niedrigen Temperaturen von 300°C bis 500°C verbunden.

In Fig. 2 ist ein Beispiel gezeigt, in dem sowohl eine Kappe 200 und ein Substrat 300 aus Glas hergestellt sind und eine solche Dreifachschichtstruktur ist elektrostati sch bei einer niedrigen Temperatur mit einem Siliziumde tektionsglied 100 verbunden. Fig. 2 (a) ist eine Schnitt ansicht eines gesamten Beschleunigungssensors und Fig. 2 (b) ist ein teilweise vergrößertes Diagramm dieses Beschleunigungssensors.

Ein leitender Film bzw. Schicht 202 wird in einer Aus buchtung (Konkave bzw. Konkavität) 201 der Kappe 200 ge bildet, und ein Draht- bzw. Verdrahtungsmuster geht von diesem leitenden Film 202 über entweder eine Verbindungs oberfläche oder eine Haftoberfläche 400 auf das Silizium detektionsglied 100 über für Verbindungszwecke. Hier wird eine Wheatstone-Brücke gebildet auf der oberen Oberfläche eines Trägers 101 durch einen Halbleiterdehnungsmesser 104 und sowohl das Siliziumdetektionsglied 100 als auch das Gewicht 102 sind mit der Erdungsleitung dieser Brückenschaltung verbunden. Ein Unterstützungsglied 103 des Siliziumdetektionsglied 100 ist elektrostatisch mit einem Substrat 300 verbunden, wodurch eine Einbuchtung bzw. eine Konkave 301 gebildet wird.

Um solch eine Struktur eines konventionellen Halbleiter beschleunigungssensors zu realisieren, muß das Verdrah tungsmuster gebildet sein von der Einbuchtung 201 der Kappe 200 durch entweder die Verbindungsoberfläche oder die Haftoberfläche 400 an das Siliziumdetektionsglied 100. Im Ergebnis ist es technisch schwierig, die Flach heit von entweder der Verbindung(s-) oder der Haftober fläche 400 aufrechtzuerhalten, was die Zuverlässigkeit hinsichtlich der mechanischen Stärke verschlechtern wird. Insbesondere, wenn ein solcher Beschleunigungssensor als ein Crash oder Zusammenstoßdetektionssensor verwendet würde, zum Beispiel in einer Gassack-(airbag)Einrich tung für Automobile, würde die oben beschriebene ver schlechterte Zuverlässigkeit ernste Sensorprobleme verursachen, da die Sensorstruktur eine hohe Zuverlässig keit erforderlich macht. Andererseits, obwohl es prak tisch möglich sein könnte, entweder die Verbindungsfläche oder die Haftfläche größer auszuführen, um die oben be schriebenen Probleme zu vermeiden, gibt es andere verschiedene Probleme dahingehend, daß die Chipgröße des Beschleunigungssensors größer werden würde, und die Herstellungskosten davon erhöht würden.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Halblei terbeschleunigungssensor bzw. -messer mit hoher Zuverläs sigkeit zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ei nen solchen Halbleiterbeschleunigungssensor zu schaffen, dessen Herstellungskosten gering sind und der leicht getestet werden kann oder kalibriert werden kann, ohne großdimensionierte Beschleunigungstestmaschinen zu ver wenden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, um die Charakteristik bzw. Kennlinie eines Halbleiterbeschleunigungssensors zu testen, ohne großdimensionierte Beschleunigungstestmaschinen zu ver wenden.

Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, ist ein Halbleiterbeschleunigungssensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:
ein Siliziumdetektionsglied, das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht, ein Unterstützungsteil, und einen Balken bzw. Träger besitzt, um das Gewicht mit dem Unterstützungsteil zu koppeln bzw. kuppeln, mindestens einen Halbleiterdehnungsmesser, der auf einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird;
ein oberes Glas, das auf dem oberen Teil des Siliziumde tektionsglieds vorgesehen ist und eine Einbuchtung be sitzt, durch die das Gewicht verschiebbar bzw. im Ort veränderbar ist; und
ein unteres Glas, das auf einem unteren Teil des Silizi umdetektionsglieds vorgesehen ist und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist;
wobei das Unterstützungsteil des Siliziumdetektionsglieds elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas verbunden ist; wobei ein leitender Film auf der Einbuch tung des unteren Glases gebildet wird; und wobei ein Öff nungsteil, durch das ein Verdrahtungsmuster extern von dem leitenden Film abgeleitet wird, in dem unteren Glas gebildet wird.

Hier kann ein Öffnungsteil zum elektrischen Verbinden des Halbleiterdehnungsmessers mit einer externen Schaltung vorgesehen sein zwischen dem Siliziumdetektionsglied und dem oberen Glas.

Der Träger kann ein Hebel sein.

Der Träger kann ein Brückenträger sein.

Der Träger kann eine Zwei-Trägerbrückenstruktur sein.

Der Träger kann eine Vier-Trägerbrückenstruktur sein.

Eine Dimension des unteren Glases kann größer ausgeführt sein als die des Siliziumdetektionsglieds.

Ebenfalls gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Testen eines Halb leiterbeschleunigungssensors folgendes auf: ein Silizium detektionsglied, das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht besitzt, ein Unter stützungsteil und einen Träger, um das Gewicht mit dem Unterstützungsteil zu koppeln bzw. kuppeln, mindestens einen Halbleiterdehnungsmesser, der auf einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird; ein oberes Glas, das auf dem oberen Teil des Siliziumdetektionsglieds vor gesehen ist, und das eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist; und ein unteres Glas, das auf einem unteren Teil des Siliziumdetektionsglieds vorgesehen ist, und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist; wobei das Unterstützungs teil des Siliziumdetektionsglieds elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. unteren Glas verbunden ist; ein leiten der Film bzw. Schicht auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet wird; und ein Öffnungsteil, durch das ein Verdrahtungsmuster extern von dem leitenden Film abgelei tet wird, in dem unteren Glas gebildet wird, und wobei das Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungs sensors dadurch gekennzeichnet ist, daß: ein DC (Gleichstrom) Potential an den leitenden Film des unteren Glases derart angelegt wird, daß eine Potentialdifferenz zwischen dem Substrat des Siliziumdetektionsglieds und der Einbuchtung des unteren Glases erzeugt wird; und künstliche Beschleunigung wird erzeugt mittels einer elektrostatischen Kraft, die zwischen der unteren Oberfläche des Gewichts des Siliziumdetektionsgliedes und des leitenden Films ausgeübt wird, der gebildet wird auf der Einbuchtung des unteren Glases, wodurch die Kalibrie rung des Halbleiterbeschleunigungssensors durchgeführt wird.

Die Kalibrierung kann in solch einer Art und Weise ausge führt werden, daß eine charakteristische Kurve oder Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem angelegten DC- Potential und der künstlichen Beschleunigung darstellt, als eine Kalibrierungskurve verwendet wird.

Weiter gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Er findung weist ein Verfahren zum Testen eines Halbleiter beschleunigungssensors folgendes auf: ein Siliziumdetek tionsglied, das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht besitzt, ein Unter stützungsteil und einen Träger, um das Gewicht mit dem Unterstützungsteil zu koppeln, mindestens einen Halblei terdehnungssensor, der auf einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird; ein oberes Glas, das auf einem oberen Teil des Siliziumdetektionsglieds vorgesehen ist und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht ver schiebbar ist; und ein unteres Glas, das auf einem unte ren Teil des Siliziumdetektionsglieds vorgesehen ist, und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht ver schiebbar ist; wobei das Unterstützungsteil des Silizium detektionsgliedes elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas verbunden ist; ein leitender Film auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet wird; und ein Öffnungsteil, durch das ein Verdrahtungsmuster extern aus dem leitenden Film abgeleitet wird, in dem unteren Glas gebildet wird, wobei das Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungssensors dadurch gekennzeichnet ist, daß: ein AC (Wechselstrom) Potential an den leiten den Film des unteren Glases derart angelegt wird, daß ei ne Potentialdifferenz zwischen dem Substrat des Silizium detektionsgliedes und der Einbuchtung des unteren Glases erzeugt wird; und eine künstliche Beschleunigung erzeugt wird mittels einer elektrostatischen Kraft, die zwischen der unteren Oberfläche des Gewichtes des Siliziumdetekti onsglieds und dem leitenden Film, der auf der Einbuchtung des unteren Glas gebildet wird, ausgeübt wird, wodurch die Kalibrierung des Halbleiterbeschleunigungssensors durchgeführt wird.

Die Kalibrierung kann durchgeführt werden derart, daß ei ne charakteristische Kurve, die repräsentativ für die Be ziehung zwischen dem angelegten AC-Potential und der künstlichen Beschleunigung ist, verwendet wird als eine Kalibrierungskurve.

Die obigen und andere Ziele, Wirkungen, Merkmale und Vor teile der vorliegenden Erfindung werden klarer werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Kurze Bescheibung der Zeichnungen

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird Bezug genommen auf die detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines konventionellen Halb leiterbeschleunigungssensors;

Fig. 2(a) eine Schnittansicht eines anderen konventionel len Halbleiterbeschleunigungssensors;

Fig. 2(b) ein teilweise vergrößerte Ansicht des Halb leiterbeschleunigungssensors, der in Fig. 2(a) gezeigt ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Halbleiterbe schleunigungssensors gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A bis 4D perspektivische Ansichten zur Dar stellung einer Struktur des ersten Halblei terbeschleunigungssensors, der in Fig. 3 gezeigt wurde, Fig. 4A eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung des ersten Halbleiterbeschleunigungssensors, und Fig. 4B bis 4D perspektivische Explosionsansichten eines oberen Glases 20, eines Siliziumde tektionsgliedes 10 und eines unteren Glases 30 eines ersten Ausführungsbeispiels des Halb leiterbeschleunigungssensors;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleu nigungssensors gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumdetektionsgliedes, das eine Zwei- Trägerbrückenstruktur besitzt;

Fig. 7 ist eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumdetektionsglieds, das eine Vier-Trägerbrückenstruktur besitzt, und

Fig. 8 stellt eine charakteristische Kurve bwz. Kennlinie einer Beziehung zwischen einer angelegten Spannung und einer künstlichen Beschleunigung dar.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

In Bezug auf die Zeichnungen wird ein Halbleiterbeschleu nigungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbe schleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4A bis 4D sind Illustrationen, um die geschnittenen Strukturen des ersten Halbleiterschleunigungssensors zu erklären, Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht der äußeren Erschei nung des ersten Halbleiterbeschleunigungssensors und die Fig. 4B bis 4D sind perspektivische Explosionsansichten eines oberen Glases 20, eines Siliziumdetektionsglieds 10 bzw. eines unteren Glases 30 davon. Das heißt, Fig. 4B zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsansicht des oberen Glases 20, dessen obere und untere Teile umge kehrt sind und Fig. 4C ist ein teilweises fragmentäres Diagramm des Siliziumdetektionsglieds 10. Fig. 3 ist eine Schnittansicht des ersten Beschleunigungssensors, wobei entlang der unterbrochenen Linie A der Fig. 4A geschnit ten wurde.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, schließt das Siliziumde tektionsglied 10 einen Hebel (flexibler Teil) 11, ein Ge wicht (Masse) 12, und ein Unterstützungsteil 13 ein, die integral aus einem Siliziumsubtrat verarbeitet wurden. Ein Halbleiterdehnungsmesser 14 ist auf der oberen Oberfläche des Hebels (Kantilever) 11 hergestellt.

Ein oberes Glas 20, in dem eine Einbuchtung 21 auf der Seite gebildet wird, die gegenüberliegend dem Gewicht 12 angeordnet ist, ist elektrostatisch mittels des oben er klärten bekannten Verfahrens an die obere Oberfläche (Oberseite) des Unterstützungsteils 13 derart verbunden, daß das Gewicht 12, getragen von dem Träger 11 verschoben werden kann, wenn es eine Beschleunigung erfährt. Ähnlich ist ein unteres Glas 30, das eine Einbuchtung 31 besitzt, die gegenüberliegend dem Gewicht 12 angeordnet ist, elektrostatisch mit einer unteren Seite des Unter stützungsteils 13 des Siliziumdetektionsglieds 10 derart verbunden, daß das Gewicht 12, getragen von dem Träger 11, verschoben werden kann, wenn es eine Beschleunigung erfährt. Ein dünner leitender Film 32 wird auf der Oberfläche der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30 gebildet, mittels "Vapor deposition" (Dampfabscheidung), Sputtern (Sprühen) und ähnliches. Die Größe des unteren Glases 30 ist etwas größer als die des Siliziumdetekti onsgliedes 10, damit ein Verdrahtungsmuster, das zum Bei spiel aus Aluminium hergestellt ist, von dem dünnen leitenden Film 32 abgeleitet werden kann mittels einer Drahthaftung bzw. -verbindung und ähnlichem.

Die Wheatstone-Brückenschaltung ist derart konstruiert, daß, wenn eine Beschleunigung erzeugt wird, eine Diffe renzausgabe erzeugt wird durch eine Vielzahl von Halblei terdehnungsmessern 14, die auf der oberen Oberfläche des Trägers 11 hergestellt wurden. Das Siliziumsubstrat auf dem Siliziumdetektionsglied 10 ist mit einer Erdungslei tung einer Stromversorgung der Wheatstone-Brückenschal tung verbunden. Sonst wird das Potential auf dem Substrat auf Erdepotential gelegt.

Man sollte beachten, daß ein Halbleiterdehnungsmesser per se in der Technik bekannt ist und deshalb kann der Halbleiterdehnungsmesser 14, der in dem ersten Ausfüh rungsbeispiel verwendet wird, mit dem bekannten Her stellungsverfahren hergestellt werden. Dehnung, die in dem Träger (flexibles Teil) 11 erzeugt wird, wird extern abgeleitet als eine Widerstandsvariation durch den Dehnungssensor 14 über einen Feld 15, der auf der Oberfläche des Detektionsglieds 10 vorgesehen ist. Ebenfalls wird in diesem Halbleiterbeschleunigungssensor das Verdrahtungsmuster oder ein Teil davon geschützt durch einen Passivierungsfilm, wie zum Beispiel entweder SiO₂ oder SiN, ähnlich der normalen Halbleitereinrich tung. Als eine Konsequenz wird die elektrostatische Verbindung zwischen dem Siliziumdetektionsglied 10 und dem oberen Glas 20 so ausgeführt, daß sie nicht das Verdrahtungsmuster oder einen Passivierungsfilm kontak tiert und das linke Ende der oberen Oberfläche des Siliziumdetektionsgliedes, das in Fig. 3 dargestellt ist, wird geöffnet. Dies kann die elektrostatische Verbindung sichern und ebenfalls die Sicherheitscharakteristiken des Verdrahtungsmusters verbessern. Ahnlich ist ein Nutteil 33 an dem unteren Glas 30 vorgesehen, so daß die Verbin dung des dünnen leitenden Films 32 mit dem externen Teil leicht sichergestellt werden kann, und ebenfalls die elektrostatische Verbindung zwischen dem Siliziumdetekti onsglied 10 und dem unteren Glas 30 kann sichergestellt werden. Es sollte beachtet werden, daß die Form des Nutteils 33 verwendet wird, um das Verdrahtungsmuster aus dem dünnen leitenden Film 32 abzuleiten, nicht begrenzt ist auf die Formen, die in den Fig. 4A und 4D gezeigt sind. Die Abmessungen des unteren Glases 30 können größer als die des Siliziumdetektionsglieds 10 ausgeführt sein. Zum Beispiel kann ein großer Öffnungsteil vorgesehen sein, der sich der gesamten Länge des rechten Endes des Siliziumdetektionsglieds 10 der Fig. 4A nähert.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbe schleunigungssensors gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung. Grob gesprochen, be sitzt dieser zweite Beschleunigungssensor eine ähnliche Struktur der des ersten Beschleunigungssensors mit der Ausnahme, daß der oben erläuterte Hebel durch einen Brüc kenträger ersetzt ist. Eine gesamte äußere Erscheinung des zweiten Halbleiterbeschleunigungssensors ist ähnlich zu der der Fig. 4A und Fig. 5 ist eine Schnittansicht des zweiten Halbleiterbeschleunigungssensors, geschnitten entlang der unterbrochenen Linie A der Fig. 4A. Die For men des oberen Glases 20 und des unteren Glases 30 sind ähnlich zu denen, wie in Fig. 4B und 4D gezeigt ist. Fig. 6 ist eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumde tektionsglieds, das eine Zwei-Trägerbrückenstruktur besitzt, und Fig. 7 ist eine perspektivische Teilansicht eines anderen Siliziumdetektionsglieds, das eine Vier- Trägerbrückenstruktur besitzt. Das Siliziumdetektions glied 10, das obere Glas 20 und das untere Glas 30 sind elektrostatisch miteinander verbunden in einer ähnlichen Art und Weise zu der des ersten Ausführungsbeispiels.

In solch einem Halbleiterbeschleunigungssensor, der rea lisiert wurde durch Verwendung der oben beschriebenen Strukturen, können sowohl das obere Glas 20 als auch das untere Glas 30 zwangsweise die Verschiebung des Gewichtes 12 anhalten, damit der Träger 11 nicht zerstört wird durch das Erfahren von exzessiver Beschleunigung. Außerdem können exzessive Vibrationen, die bei einer Re sonanzfrequenz der Struktur oder Schwingungen, die aus dem Träger 11 und dem Gewicht 12 aufgebaut ist, auftre ten, unterdrückt werden durch den Drückfilmeffekt (squeeze film effect), der in einem Raum zwischen dem Ge wicht 12 und den oberen/unteren Gläsern 20, 30 ausgeübt wird.

Eine Beschreibung wird nun gegeben werden für ein Verfah ren, um solche Halbleiterbeschleunigungssensoren zu kalibrieren.

Wenn eine Spannung "V" angelegt wird an den dünnen lei tenden Film 32, der in der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30 gebildet wird, wird eine elektrostatische Kraft "Fv", die durch die weiter unten erwähnte Formel darge stellt wird, zwischen der unteren Oberfläche des Gewich tes 12 und dem dünnen leitenden Film 32 des unteren Gla ses 30 ausgeübt. Die elektrostatische Kraft "Fv" wird in Gleichgewicht stehen mit der Federkraft "Fk", die von dem Träger 11 an einem Punkt erzeugt wird, an dem das Gewicht 12 um "Δx" verschoben wird. Diese Gleichgewichtsformel wird wie folgt ausgedrückt:

Fv = Fk

wobei die Kraft Fv und Fk dargestellt werden durch die unten erwähnten Formeln:

Fv = 0,5 × ε x ε₀ × S × (V/d-Δx)²

Fk = KxΔx

wobei das Symbol "ε" eine relative dielektrische Kon stante eines Mediums indiziert, das zwischen dem Gewicht 12 und der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30 exi stiert, das Symbol "ε₀" eine dielektrische Konstante (F/m) im Vakuum bezeichnet, das Symbol "S" eine Fläche (m²) der unteren Oberfläche des Gewichts 12, das Symbol "d" eine Tiefe (m) der Einbuchtung 31 darstellt, das Sym bol "Δa" ein Verschieben des Gewichtes 12 darstellt, das durch die elektrostatische Kraft verursacht wurde, und das Symbol "K" zeigt eine Federkonstante des Trägers 11.

Die Verschiebung "Δx" in dieser Gleichgewichtsstellung kann ersetzt werden durch eine Verschiebung, die auf tritt, wenn eine bestimmte Beschleunigung erzeugt wird. Die Sensitivitätskorrektur des Beschleunigungssensors kann durchgeführt werden unter solch einer Bedingung, daß die elektrostatische Kraft aus künstlicher Beschleunigung verwendet wird, nämlich die Kalibration durchgeführt wird.

Fig. 8 stellt eine Beziehung zwischen der künstlichen Be schleunigung "G" und der angelegten Spannung V dar, um eine elektrostatische Kraft unter den Bedingungen, daß das oben erklärte Medium Luft ist; die Dimensionen des Trägers 11 sind 1,9 mm Länge, und 0,03 mm Dicke; die Flä che der unteren Oberfläche des Gewichtes 12 wird als 2,25 mm² ausgewählt; und die Tiefe der Einbuchtung 31 wird als 0,012 mm ausgewählt. Die in Fig. 8 gezeigte Kurve wird als Kalibrationskurve verwendet, um die Sensitivitätskor rektur des Beschleunigungssensors durchzuführen.

Es sollte ebenfalls beachtet werden, daß, obwohl Fig. 8 einen solchen Fall anzeigt, wenn eine DC-Spannung ange legt wird, das alternativ ebenso eine AC-Spannung ange legt werden kann. In diesem alternativen Fall kann eine höhere künstliche Beschleunigung erreicht werden mit ei ner niedrigeren angelegten Spannung, indem man solch eine AC-Spannung anlegt, die eine Frequenz besitzt in der Nähe der natürlichen Frequenz (Eigenfrequenz), die durch die Masse des Gewichtes 12 und die Federkonstante des Trägers 11 bestimmt wird.

Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Erfindung folgende verschiedene Vorteile erreicht werden.

(1) Die Sensitivitätskalibrierung des Beschleunigungssen sors kann einfach ausgeführt werden ohne Verwendung des mechanischen Vibrationstests und der mechanischen Vibrationstestmaschine, so daß die Herstellungskosten dieses Beschleunigungsmessers verringert werden können.
(2) Da das Verbindungsteil von dem oberen Glas und dem unteren Glas und dem Siliziumdetektionsglied, das eine exzessive Verschiebung des Gewichtes verhindern kann, in einen flachen Zustand aufrechterhalten werden kann, kann die Zuverlässigkeit hinsichtlich mechanischer Stärke ver bessert werden.

Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben und es wird klar sein, daß Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, um von der Erfindung abzuweichen in ihren breiteren Aspekten, und es ist deshalb die Absicht, in den angefügten Patentansprüchen alle solchen Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des wahren Geistes der Erfindung fallen, abzudecken.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor. Ein Halbleiterbeschleunigungssensor, der folgendes auf weist: ein Siliziumdetektionsglied, das integral aus ei nem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht besitzt, ein Unterstützungsteil, und einen Träger, um das Gewicht mit dem Unterstützungsteil zu koppeln, mindestens einen Halbleiterdehnungsmesser, der an einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird; ein oberes Glas, das an dem oberen Teil des Siliziumdetektionsgliedes vor gesehen ist und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist; und ein unteres Glas, das an einem unteren Teil des Siliziumdetektionsgliedes vorgese hen ist, und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Ge wicht verschiebbar ist. Das Unterstützungsteil des Siliziumdetektionsgliedes ist elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas verbunden; und der lei tende Film wird auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet; und ein Öffnungsteil, durch das im Verdrah tungsmuster extern abgeleitet wird, von dem leitenden Film in dem unteren Glas gebildet wird.

Claims

1. Halbleiterbeschleunigungssensor, der folgendes auf weist:
ein Siliziumdetektionsglied, das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht besitzt, ein Unterstützungsteil und einen Träger bzw. Balken, um das Gewicht mit dem Unterstützungs teil zu koppeln bzw. kuppeln, mindestens einen Halb leiterdehnungsmesser, der auf einer oberen Oberflä che des Trägers gebildet wird,
ein oberes Glas, das auf einem oberen Teil des Sili ziumdetektionsgliedes vorgesehen ist, und eine Ein buchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist;
ein unteres Glas, das an dem unteren Teil des Sili ziumdetektionsgliedes vorgesehen ist und eine Ein buchtung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist; und
wobei das Unterstützungsteil des Siliziumdetektions gliedes elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas verbunden ist; ein leitender Film ge bildet wird auf der Einbuchtung des unteren Glases; und ein Öffnungsteil, durch das ein Verdrahtungsmu ster extern aus dem leitenden Film abgeleitet wird, auf dem unteren Glas gebildet wird.

2. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wo bei eine Öffnungsteil zum elektrischen Verbinden mit dem Halbleiterdehnungsmesser mit einem externen Schaltkreis vorgesehen ist, zwischen dem Silizium detektionsglied und dem oberen Glas.

3. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wo bei der Träger ein Hebel, insbesondere ein Kantile ver, ist.

4. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wo bei der Träger ein Brückenträger ist.

5. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 4, wo bei der Balken eine Zwei-Trägerbrückenstruktur ist.

6. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 4, wo bei der Träger eine Vier-Trägerbrückenstruktur ist.

7. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wo bei eine Dimension des unteren Glases größer ausge führt ist als die des Siliziumdetektionsgliedes.

8. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleuni gungssensors, der folgendes aufweist: ein Silizium detektionsglied, das integral aus einem Silizium substrat verarbeitet wurde, der ein Gewicht besitzt, ein Unterstützungsteil und einen Träger zum Koppeln des Gewichtes mit dem Unterstützungsteil, mindestens einen Halbleiterdehnungssensor, der auf einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet ist; ein oberes Glas, das an einem oberen Teil des Siliziumdetekti onsgliedes vorgesehen ist und eine Einbuchtung (Konkavität) besitzt, durch die das Gewicht ver schiebbar ist; und ein unteres Glas, das an dem un teren Teil des Siliziumdetektionsgliedes vorgesehen ist, und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Ge wicht verschiebbar ist; wobei das Unterstützungsteil des Siliziumdetektionsgliedes elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas verbunden ist;
ein leitender Film gebildet wird auf der Einbuchtung des unteren Glases; und ein Öffnungsteil, durch das ein Verdrahtungsmuster extern aus dem leitenden Film abgeleitet wird, in dem unteren Glas gebildet wird;
wobei das Halbleiterbeschleunigungssensortestver fahren gekennzeichnet wird, dadurch daß:
ein DC (Gleichstrom)-Potential an den leitenden Film des unteren Glases derart angelegt wird, daß eine Potentialdifferenz zwischen dem Substrat des Silizi umdetektionsgliedes und der Einbuchtung des unteren Glases erzeugt wird; und
künstliche Beschleunigung erzeugt wird mittels einer elektrostatischen Kraft, die zwischen der unteren Oberfläche des Gewichtes des Siliziumdetektionsglie des und dem leitenden Film, der auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet ist, ausgeübt wird, wo durch eine Kalibrierung des Halbleiterbeschleuni gungssensors durchgeführt wird.

9. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleuni gungssensors nach Anspruch 8, wobei die Kalibrierung ausgeführt wird derart, daß eine charakteristische Kurve bwz. Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem angelegten DC-Potential und der künstlichen Be schleunigung darstellt, als eine Kalibrierungskurve verwendet wird.

10. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleuni gungssensors, der folgendes aufweist: ein Silizium detektionsglied, das integral aus einem Silizium substrat verarbeitet wurde, das ein Gewicht besitzt, ein Unterstützungsteil und einen Träger, um das Ge wicht mit dem Unterstützungsteil zu koppeln, mind estens einen Halbleiterdehnungsmesser, der an einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird; ein oberes Glas, das an einem oberen Teil des Silizium detektionsgliedes vorgesehen ist, und eine Einbuch tung besitzt, durch die das Gewicht verschiebbar ist und ein unteres Glas, das an dem unteren Teil des Siliziumdetektionsgliedes vorgesehen ist und eine Einbuchtung besitzt, durch die das Gewicht ver schiebbar ist; wobei das Unterstützungsteil des Si liziumdetektionsgliedes elektrostatisch mit dem obe ren Glas bzw. dem unteren Glas verbunden ist; und der leitende Film auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet wird; und ein Öffnungsteil, durch das ein Verdrahtungsmuster extern aus dem leitenden Film abgeleitet wird, in dem unteren Glas gebildet wird;
wobei das Verfahren zum Testen eines Halbleiterbe schleunigungssensors dadurch gekennzeichnet ist, daß:
ein AC (Wechselstrom)-Potential an den leitenden Film des unteren Glases derart angelegt wird, daß eine Potentialdifferenz zwischen dem Substrat des Siliziumdetektionsgliedes und der Einbuchtung des unteren Glases erzeugt wird; und
eine künstliche Beschleunigung erzeugt wird mittels einer elektrostatischen Kraft, die zwischen der un teren Oberfläche des Gewichtes des Siliziumdetekti onsgliedes und des leitenden Films, der auf der Ein buchtung des unteren Glases gebildet wird, ausgeübt wird, wodurch eine Kalibrierung des Halbleiterbe schleunigungssensors durchgeführt wird.

11. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleuni gungssensors nach Anspruch 10, wobei die Kalibrie rung derart ausgeführt wird, daß eine charakteristi sche Kurve bzw. Kennlinie, die repräsentativ für ei ne Beziehung zwischen dem angelegten AC-Potential und der künstlichen Beschleunigung ist, als eine Ka librierungskurve verwendet wird.