DE102004042784B4 - Beschleunigungssensor und Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors - Google Patents

Beschleunigungssensor und Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors Download PDF

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Abstract

Beschleunigungssensor mit:
einem Substrat (SB);
einem auf dem Substrat ausgebildeten Fühlerelement;
einem auf dem Substrat ausgebildeten Polysiliziumbinderahmen (FD), wobei der Polysiliziumbinderahmen das Fühlerelement in Draufsicht umgibt; und
einer Kappe (CA), die eine Endfläche beinhaltet, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist, sodass das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements bedeckt ist, und dabei um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist;
einer auf einer Oberfläche der Kappe, die dem Fühlerelement zugewandt ist, ausgebildete Metallschicht (10), wobei ein Abschnitt der Metallschicht zu dem Polysiliziumbinderahmen verbunden ist;
einem auf dem Substrat gebildeten ersten Feld (PD1a, PD1b, PD1d), wobei das erste Feld über eine erste Verbindungsleitung (LNa, LNb, LNd) elektrisch mit dem Fühlerelement verbunden ist;
einem elektrisch mit dem Substrat verbundenen zweiten Feld (PD1e); und
einem auf dem Substrat ausgebildeten dritten Feld (PD1f), wobei das dritte Feld über eine zweite Verbindungsleitung (LNf) elektrisch mit...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor und spezieller einen Beschleunigungssensor, der eine Kappe beinhaltet, die ein Fühlerelement bedeckt und dabei um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist.
  • In den letzten Jahren wurde in den meisten Automobilen auf dem Markt ein Airbagsystem verwendet. Typischerweise beinhaltet ein Airbagsystem einen Beschleunigungssensor zum Detektieren eines Aufpralls.
  • Um einen Beschleunigungssensor für den Einbau in verschiedene Automobiltypen geeignet zu machen, gab es herkömmlicherweise Anstrengungen eine Größe eines Beschleunigungssensors sowie die mit ihm in Verbindung stehenden Kosten zu reduzieren. Zum Beispiel wurde, eine Verpackung zum Bedecken eines Halbleitersubstrats, das einen Beschleunigungsdetektor bildet, und eines Signalprozessors eines Beschleunigungssensors betreffend, Me tall, das am häufigsten als ein Material für die Verpackung verwendet wurde, von Harz abgelöst.
  • Sich zu einer Struktur eines Beschleunigungssensors wendend wird in der Zwischenzeit ein Fühlerelement, das einen Massekörper beinhaltet, was ein bewegbarer Abschnitt zum Detektieren einer Beschleunigung und von ähnlichem ist, auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates in einem Beschleunigungsdetektor gebildet. Desweiteren ist eine Glaskappe zu der Oberfläche des Halbleitersubstrates verbunden, um einen zulässigen Bewegungsraum des Massekörpers zu bewahren und das Eintreten von Staub, Wasser oder Ähnlichem in den zulässigen Bewegungsraum zu verhindern. Durch Vorsehen der Glaskappe ist der zulässige Bewegungsraum des Massekörpers komplett umschlossen.
  • Spezieller ist auf dem Halbleitersubstrat ein Binderahmen ausgebildet, der das auf dem Halbleitersubstrat gebildete Fühlerelement in Draufsicht umgibt. Es wird bemerkt, dass mit Dotierungen dotiertes Polysilizium, das als ein Material für das Fühlerelement verwendet wird, auch als ein Material für den Binderahmen verwendet wird. Der Binderahmen ist mit einem Endabschnitt der Glaskappe in Kontakt. Mit dem Binderahmen und dem Endabschnitt der Glaskappe miteinander in Kontakt gehalten, werden die Glaskappe und das Halbleitersubstrat zu Zwecken der Verbesserung der Hermetizität und von Ähnlichem miteinander durch anodisches Binden verbunden (es soll bitte zum Beispiel auf die Japanische Nationale Veröffentlichung der Übersetzungsnummer 2002-500961 und die Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 9-292409 Bezug genommen werden).
  • Da der Binderahmen jedoch aus mit Dotierungen dotiertem Polysilizium gebildet ist, litt die oben beschriebene Struktur unter Problemen im Zusammenhang mit dem anodischen Binden, wie im Folgenden ausgeführt.
  • Nach dem Anwenden einer Spannung bei dem anodischen Binden werden in dem Binderahmen enthaltene Dotierungen in einem Abschnitt des Binderahmens nahe einer Bindegrenzfläche ausgeschieden. Da anodisches Binden zum Binden der Glaskappe und des Binderahmens durch Miteinandervereinen des Glases der Glaskappe und des Polysiliziums des Binderahmens erreicht wird, würden die zwischen dem Glas der Glaskappe und dem Polysilizium des Binderahmens existierenden ausgeschiedenen Dotierungen eine Bindestärke zwischen der Glaskappe und dem Binderahmen reduzieren.
  • Das heißt, es zuzulassen, dass die Dotierungen nahe der Bindegrenzfläche ausgeschieden werden, würde ein Reduzieren der Bindestärke zwischen der Glaskappe und dem Binderahmen verursachen.
  • Die US 6,465,854 B1 offenbart eine mikromechanische Vorrichtung, bei der eine auf einem Siliziumsubstrat gebildete mikromechanische Oberflächenstruktur vorgesehen ist. Ein Glas-Wafer bedeckt als Kappe die Oberflächenstruktur. Auf der Unterseite der Kappe ist eine Elektrode bereitgestellt.
  • Die US 5,243,861 offenbart einen Halbleiter-Beschleunigungsmesser vom kapazitiven Typ. Eine bewegliche Elektrode, die eine Pendelmasse bildet, ist in einer Zwischensiliziumplatte gebildet. Eine obere Glasplatte ist anodisch mit der Zwischensiliziumplatte verbunden und eine erste stationäre Elektrode, die mit der beweglichen Elektrode und einer auf einer unteren Glasplatte angeordneten zweiten stationären Elektrode ein Fühlerelement bildet, ist auf einer Unterseite der oberen Glasplatte der beweglichen Elektrode gegenüberliegend angeordnet.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Beschleunigungssensor, der eine Verbesserung einer Bindestärke zwischen einem Binderahmen und einer Kappe bereitstellt, und ein Her stellungsverfahren eines solchen Beschleunigungssensors bereitzustellen.
  • Ein beschriebener Beschleunigungssensor beinhaltet ein Substrat, ein Fühlerelement, einen Polysiliziumbinderahmen und eine Kappe. Das Fühlerelement ist auf dem Substrat ausgebildet. Der Polysiliziumbinderahmen ist auf dem Substrat ausgebildet und umgibt das Fühlerelement in Draufsicht. Die Kappe beinhaltet eine Endfläche, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist. Ebenfalls bedeckt die Kappe das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements, wobei sie um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist. Der Polysiliziumbinderahmen ist mit keiner Dotierung dotiert.
  • Selbst wenn anionisches Binden zwischen dem Polysiliziumbinderahmen und der Kappe durchgeführt wird, wird in einen Abschnitt des Polysiliziumbinderahmens in der Nähe einer Bindegrenzfläche zwischen der Kappe und dem Polysiliziumbinderahmen keine Dotierung ausgeschieden. Folglich kann das Ausscheiden einer Dotierung in der Nähe der Bindegrenzfläche verhindert werden, was gemäß den herkömmlichen Praktiken nachteilig Reduzieren einer Bindestärke einer aus anodischem Binden resultierenden Bindung verursacht hat. Somit ist es möglich, den Polysiliziumbinderahmen und die Kappe stärker zu verbinden.
  • Ein weiterer beschriebener Beschleunigungssensor beinhaltet ein Substrat, ein Fühlerelement, einen Binderahmen und eine Kappe. Das Fühlerelement ist auf dem Substrat ausgebildet. Der Binderahmen ist auf dem Substrat ausgebildet und umgibt das Fühlerelement in Draufsicht. Die Kappe beinhaltet eine Endfläche, die mit einer oberen Oberfläche des Binderahmens verbunden ist. Ebenfalls bedeckt die Kappe das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements, wobei sie um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist. Der Binderahmen beinhaltet eine erste Polysiliziumschicht, eine Isolierschicht und eine zweite Polysiliziumschicht. Die erste Polysiliziumschicht ist mit einer Dotierung dotiert. Die Isolierschicht ist auf der ersten Polysiliziumschicht gebildet. Die zweite Polysiliziumschicht ist auf der Isolierschicht gebildet und mit keiner Dotierung dotiert. Die Kappe ist mit der zweiten Polysiliziumschicht verbunden.
  • Dieser Beschleunigungssensor kann dieselben Effekte erzeugen, die durch den zuerst beschriebenen Beschleunigungssensor erzeugt wurden, und ermöglicht es weiterhin, dass eine Höhe des Binderahmens leicht gesteuert werden kann. Selbst wenn anodisches Binden zwischen dem Binderahmen und der Kappe durchgeführt wird, ist es wegen des Vorsehens der Isolierschicht zwischen der ersten Polysiliziumschicht und der zweiten Polysiliziumschicht weiterhin möglich, zu verhindern, dass die in der ersten Polysiliziumschicht enthaltene Dotierung in die zweite Polysiliziumschicht diffundiert.
  • Die Aufgabe wird durch einen Beschleunigungssensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt beinhaltet ein Beschleunigungssensor ein Substrat, ein Fühlerelement, einen Polysiliziumbinderahmen, eine Kappe, eine Metallschicht, ein erstes Feld, ein zweites Feld und ein drittes Feld. Das Fühlerelement ist auf dem Substrat ausgebildet. Der Polysiliziumbinderahmen ist auf dem Substrat ausgebildet und umgibt das Fühlerelement in Draufsicht. Die Kappe beinhaltet eine Endfläche, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist. Ebenfalls bedeckt die Kappe das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements, wobei sie um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist. Die Metallschicht ist auf einer Oberfläche der Kappe ausgebildet, die dem Fühlerelement zugewandt ist. Auch ist ein Abschnitt der Metallschicht mit dem Polysiliziumbinde rahmen verbunden. Das erste Feld ist auf dem Substrat gebildet und über eine erste Verbindungsleitung mit dem Fühlerelement verbunden. Das zweite Feld ist elektrisch mit dem Substrat verbunden. Das dritte Feld ist auf dem Substrat ausgebildet und ist elektrisch über eine zweite Verbindungsleitung mit dem Polysiliziumbinderahmen verbunden.
  • Mit dem ersten Feld, dem zweiten Feld und dem dritten Feld alle elektrisch miteinander verbunden, wird anodisches Binden zwischen dem Polysiliziumbinderahmen und der Kappe durchgeführt. Selbst wenn eine Spannung bei dem anodischen Binden angelegt ist, werden auf diese Art das Substrat, der Polysiliziumbinderahmen, das Fühlerelement, die Metallschicht und ähnliche aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Feld auf demselben Potential gehalten. Dementsprechend wird, selbst wenn anodisches Binden durchgeführt wird, keine elektrostatische Kraft zwischen dem Fühlerelement und den anderen Elementen verursacht, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass das Fühlerelement von den anderen Elementen angezogen wird und sich auf diese zu bewegt.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors nach Anspruch 2 gelöst.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors die Schritte (a), (b) und (c). Der Beschleunigungssensor beinhaltet ein Substrat, ein Fühlerelement, einen Polysiliziumbinderahmen, eine Kappe, eine erste Metallschicht, ein erstes Feld, ein zweites Feld und ein drittes Feld. Das Fühlerelement ist auf dem Substrat ausgebildet. Der Polysiliziumbinderahmen ist auf dem Substrat gebildet und umgibt das Fühlerelement in Draufsicht. Die Kappe beinhaltet eine Endfläche, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist. Ebenfalls bedeckt die Kappe das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements, wobei sie um ei nen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist. Die erste Metallschicht ist auf einer Oberfläche der Kappe gebildet, die dem Fühlerelement zugewandt ist. Auch ist ein Abschnitt der ersten Metallschicht mit dem Polysiliziumbinderahmen verbunden. Das erste Feld ist auf dem Substrat gebildet und ist elektrisch über eine erste Verbindungsleitung mit dem Fühlerelement verbunden. Das zweite Feld ist elektrisch mit dem Substrat verbunden. Das dritte Feld ist auf dem Substrat gebildet und ist elektrisch über eine zweite Verbindungsleitung mit dem Polysiliziumbinderahmen verbunden. Der Schritt (a) ist, eine zweite Metallschicht zum elektrischen Verbinden des ersten Feldes, des zweiten Feldes und des dritten Feldes auszubilden. Der Schritt (b) ist, nach dem Schritt (a) anodisches Binden zwischen der Kappe und dem Polysiliziumbinderahmen durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Substrat und der Kappe durchzuführen. Der Schritt (c) ist, nach dem Schritt (b) die zweite Metallschicht zu entfernen.
  • Selbst wenn anodisches Binden zwischen dem Polysiliziumbinderahmen und der Kappe durchgeführt wird, werden die jeweiligen Elemente (das Fühlerelement, die Kappe und ähnliche) auf demselben Potential gehalten. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass sich das Fühlerelement während des anodischen Bindens zum Beispiel in Richtung der Kappe bewegt.
    •
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Draufsicht einer Gesamtstruktur eines Beschleunigungssensors;
  • 2 eine Draufsicht eines Beschleunigungsdetektierchips;
  • 3 eine Schnittansicht des Beschleunigungsdetektierchips;
  • 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Binderahmens und von dessen peripherem Bereich bei dem Beschleunigungsdetektierchip;
  • 5 eine Schnittansicht zum Illustrieren eines Falles, in dem der Beschleunigungsdetektierchip eine flache Kappe beinhaltet;
  • 6 eine Schnittansicht zum Illustrieren eines Zustandes, bei dem eine Metallschicht in einer Kappe eines Beschleunigungsdetektierchips ausgebildet ist;
  • 7 eine Schnittansicht zum Illustrieren eines Zustandes, bei dem eine Metallschicht mit einem verlängerten Abschnitt in der Kappe des Beschleunigungsdetektierchips nach einer Ausführungsform ausgebildet ist;
  • 8 eine Draufsicht einer Struktur des Beschleunigungsdetektierchips nach der Ausführungsform;
  • 9 eine Illustration eines Zustandes, bei dem jeweilige Felder in dem Beschleunigungsdetektierchip nach der Ausführungsform elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Unten wird die vorliegende Erfindung detaillierter mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Aufsicht, die eine Gesamtstruktur eines Beschleunigungssensors illustriert. Wie in 1 illustriert ist, beinhaltet der Beschleunigungssensor einen Signalverarbeitungschip CP1, einen Beschleunigungsdetektierchip CP2, der als ein Beschleunigungsdetektor arbeitet, einen Anschluss LD und ein Chip-Kontaktfeld DP.
  • Der Signalverarbeitungschip CP1 und der Beschleunigungsdetektierchip CP2 sind beide auf dem Chip-Kontaktfeld DP montiert. Ein Feld PD1 des Beschleunigungsdetektierchips CP2 und ein Feld PD2 des Signalverarbeitungschip CP1 sind miteinander über eine Verdrahtung WR1 verbunden, während ein Feld PD3 des Signalverarbeitungschips CP1 und der Anschluss LD miteinander über eine Verdrahtung WR2 verbunden sind. Die vorhergehenden in dem Beschleunigungssensor beinhalteten Elemente, die wie oben beschrieben angeordnet sind, sind mit einer Einheit PK bedeckt, die aus Harz besteht.
  • Diesbezüglich ist ein Abschnitt des Anschlusses LD mit der aus Harz bestehenden Einheit PK nicht bedeckt und steht aus dieser hervor, so das er als ein Anschluss arbeitet, der mit einer externen Komponente verbunden ist. Es wird bemerkt, dass 1 eine Struktur im Inneren der aus Harz bestehenden Einheit PK illustriert, wenn diese durch die Einheit PK gesehen wird, was durch verdeckte Linien (gestrichelte Linien) bezeichnet ist.
  • 2 ist eine Draufsicht des Beschleunigungsdetektierchips CP2 und 3 ist eine Schnittansicht des Beschleunigungsdetektierchips CP2. Die Schnittansicht von 3 ist entlang einer Linie III-III von 2 genommen.
  • Wie in den 1, 2 und 3 illustriert, ist eine aus Glas oder Ähnlichem bestehende Kappe CA mit einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats SB des Beschleunigungsdetektierchips CP2 verbunden. Es wird bemerkt, dass 2 eine Struktur im Inneren der Kappe CA illustriert, wenn diese durch die Kappe CA gesehen wird, was durch verdeckte Linien (gestrichelte Linien) bezeichnet ist.
  • Bezug nehmend auf 2 sind Felder PD1a, PD1b, PD1c und PD1d, die das Feld PD1 bilden, in einem Abschnitt des Halbleitersubstrats SB ausgebildet, der die Oberfläche des Halbleitersubstrats SB ("Oberflächenabschnitt") beinhaltet. Es sind ebenfalls Verbindungsleitungen LNa, LNb, LNc und LNd, die mit den Feldern PD1a, PD1b, PD1c bzw. PD1d verbunden sind, in dem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats SB bereitgestellt, wie in den 2 und 3 illustriert ist. Weiter ist eine Abschirmelektrode SE, die mit der Verbindungsleitung LNc verbunden ist, in dem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats SB ausgebildet.
  • Ferner ist ein Fühlerelement, das aus Polysilizium in der Form einer dünnen Schicht besteht, auf dem Halbleitersubstrat SB ausgebildet. Das Fühlerelement ist mit Dotierungen wie z.B. Phosphor dotiert, um das Fühlerelement elektrisch leitend zu machen. Es wird zusätzlich bemerkt, dass Gallium, Bor, Arsen und Ähnliches als Dotierung zum Dotieren anstelle von Phosphor verwendet werden kann.
  • Das Fühlerelement beinhaltet einen Massekörper MS zum Detektieren einer Beschleunigung, eine Festelektrode FE1, die mit der Verbindungsleitung LNd verbunden ist, eine Festelektrode FE2, die mit der Verbindungsleitung LNa verbunden ist, eine Stütze SP, die den Massekörper MS stützt und mit der Verbindungsleitung LNb verbunden ist, und Ähnliches. Der Massekörper MS ist mit der Stütze SP über einen Träger BM verbunden und ist folglich in der Luft gehalten, wie in 3 illustriert ist.
  • Das Fühlerelement auf dem Halbleitersubstrat SB ist durch Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt. Spezieller sind jewei lige in den 1, 2 und 3 illustrierte Elemente durch Verwenden von Techniken wie Fotolithographie, Ätzen, Ionenimplantation von Dotierungen und Ähnlichen hergestellt. Zum Beispiel sind der Massekörper MS, die Festelektroden FE1 und FE2, die Stütze SP, der Träger BM und Ähnliche durch epitaktisches Wachsen von Silizium auf dem Halbleitersubstrat SB und Strukturieren des epitaktisch gewachsenen Siliziums unter Verwendung von Fotolithographie und Ätzen derart hergestellt, dass sie die in den Figuren illustrierte Konfiguration zeigen.
  • Eine wie ein Kamm geformte bewegliche Elektrode ME ist in jedem der entgegengesetzten Flügelabschnitte des Massekörpers MS vorgesehen. Die Festelektroden FE1 und FE2 sind derart angeordnet, dass sie der beweglichen Elektrode ME zugewandt sind. Mit einer solchen Anordnung wird der Träger BM, wenn beschleunigt, gebogen, so dass die Position des Massekörpers MS verschoben wird, so dass ein Abstand zwischen der beweglichen Elektrode ME und jeder der Festelektroden FE1 und FE2 geändert wird. Der Änderung des Abstandes zwischen der beweglichen Elektrode ME und jeder der Festelektroden FE1 und FE2 wird von einer Änderung einer elektrostatischen Kapazität gefolgt, die zwischen der beweglichen Elektrode ME und jeder der Festelektroden FE1 und FE2 existiert. Dementsprechend ist es durch Überwachen der Änderung einer elektrostatischen Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode ME und jeder der Festelektroden FE1 und FE2 möglich, eine Beschleunigung zu detektieren.
  • Das heißt, der Massekörper MS funktioniert als ein beweglicher Abschnitt zum Detektieren einer Beschleunigung und die Festelektroden FE1 und FE2 und die bewegliche Elektrode ME des Massekörpers MS funktionieren als ein Beschleunigungsdetektor.
  • Die Kappe CA ist mit einem Binderahmen FD verbunden, der auf dem Halbleitersubstrat SB ausgebildet ist, so dass ein zulässi ger Bewegungsraum des Massekörpers MS bewahrt und komplett umschlossen ist.
  • Spezieller ist der Binderahmen FD auf dem Halbleitersubstrat SB derart gebildet, dass er das Fühlerelement in Draufsicht umgibt, wie in den 2 und 3 illustriert ist.
  • Es wird bemerkt, dass ein Abschnitt des Binderahmens FD (ein Abschnitt der in 4 durch ein Bezugszeichen "FD1" bezeichnet ist) in demselben Schritt hergestellt ist, der zum Herstellen des Fühlerelements durchgeführt wird. Entsprechend ist der Abschnitt des Binderahmens FD (der Abschnitt der in 4 mit dem Bezugszeichen "FD1" bezeichnet ist) aus mit Dotierungen wie Phosphor dotiertem Polysilizium ausgebildet, wie es der Fall bei dem Fühlerelement ist.
  • Eine obere Oberfläche des Binderahmens FD und eine Endfläche der Kappe CA sind miteinander derart verbunden, dass eine obere Oberfläche des Fühlerelements mit der Kappe CA bedeckt ist, wobei es um einen vorbestimmten Abstand von der Kappe CA beabstandet ist. Das Fühlerelement ist durch das miteinander Verbinden der Kappe CA und des Binderahmens FD vollständig umschlossen.
  • Die Kappe CA besteht aus Glas und ist durch anodisches Binden mit dem Binderahmen FD verbunden. Es wird bemerkt, dass anodisches Binden ein Verfahren des Miteinanderverbindens von Glas, das ein Alkalimetallion wie zum Beispiel Natrium oder Lithium beinhaltet, und eines Metalls (oder eines Halbleiters) als einer Anode ist und durch Anlegen einer mehrere Hundert Spannung über das Glas und das Metall bei einer Temperatur von etwa 400°C, bei der thermische Diffusion des Alkalimetallions stattfinden kann, durchgeführt wird. Üblicherweise wird anodisches Binden für eine Zeitdauer in einem Bereich von einigen Zig Minuten bis mehreren Stunden durchgeführt.
  • Anodisches Binden kann im Vakuum durchgeführt werden. Alternativ kann anodisches Binden unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen ein vorbestimmter Druck durch Verwenden eines Inertgases erhalten wird, in welchem Fall ein Druck im Inneren der Kappe CA, der bereitgestellt ist, nachdem die Kappe CA mit dem Binderahmen FD verbunden ist, derart gesteuert werden kann, dass er gleich dem vorbestimmten Druck ist.
  • Weiter beinhaltet eine Seitenfläche der Kappe CA eine trapezoid geneigte Fläche mit einer Breite, die an einer Verbindung mit der oberen Oberfläche der Kappe CA am kleinsten ist und mit abnehmenden Abstand von einer Bindegrenzfläche zwischen der Kappe CA und dem Binderahmen FD ansteigt. Die Gründe für eine solche Konfiguration der Seitenfläche der Kappe CA werden im Folgenden dargestellt.
  • Beim Ausführen eines Gussprozesses zum Ausbilden der aus Harz bestehenden Einheit, die den Beschleunigungssensor bedeckt, liegt an die Seitenfläche der Kappe CA eine Kraft an, die aufgrund von thermischen Schrumpfen oder Ähnlichem der aus Harz bestehenden Einheit verursacht ist. Die an die Seitenfläche der Kappe CA angelegte Kraft wird über den Binderahmen FD an das Halbleitersubstrat SB übertragen. Eine in einer Richtung senkrecht zu dem Halbleitersubstrat SB auf das Halbleitersubstrat SB wirkende Kraft würde nicht so signifikant das Fühlerelement beeinflussen, selbst wenn die Kraft auf das Halbleitersubstrat SB übertragen wird. Wenn jedoch eine auf das Halbleitersubstrat SB in einer Richtung horizontal zu dem Halbleitersubstrat SB wirkende Kraft auf das Halbleitersubstrat SB übertragen wird, beeinträchtigt die Kraft in der horizontalen Richtung dementsprechend das Fühlerelement, so dass eine Verschlechterung in der Genauigkeit des Fühlerelements verursacht wird.
  • Aus diesem Gesichtspunkt ist die Seitenfläche der Kappe CA derart konfiguriert, dass sie geneigt ist und die oben erwähnte trapezoide Form aufweist. Wegen dieser Konfiguration kann eine während des Gießverfahrens zum Ausbilden der aus Harz bestehenden Einheit an der Seitenfläche der Kappe CA anliegende Kraft in der Richtung senkrecht zu dem Halbleitersubstrat SB verteilt werden.
  • Entsprechend kann eine auf das Halbleitersubstrat SB in der Richtung horizontal zu dem Halbleitersubstrat SB wirkende Kraft verglichen mit einer Konfiguration, bei der die Seitenfläche der Kappe CA relativ zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats SB aufrecht steht, reduziert werden. Als ein Ergebnis kann die Genauigkeit des Fühlerelements verbessert werden.
  • Es wird zusätzlich bemerkt, dass das Ausbilden der oben erwähnten trapezoid geneigten Fläche in wenigstens einem Abschnitt der Seitenfläche der Kappe CA zum Erzeugen der obigen Effekte ausreichen könnte, obwohl dies zu tun die obigen Effekte verglichen mit einem Fall, in dem die gesamte Seitenfläche der Kappe CA geneigt und trapezoid mit einer Breite gemacht ist, die mit einem abfallenden Abstand von der Bindegrenzfläche ansteigt, verringern kann.
  • Weiter ist ein Ausnehmungsabschnitt CAa in der Kappe CA ausgebildet, um zu Erlauben, dass die Kappe CA die obere Oberfläche des Fühlerelementes bedeckt und dabei um einen vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Fühlerelementes beabstandet ist. Das Ausbilden des Ausnehmungsabschnitts CAa ermöglicht es, zu verhindern, dass das Fühlerelement in Kontakt mit der Kappe CA gelangt. Der Ausnehmungsabschnitt CAa ist durch Durchführen von Ätzen oder Sandstrahlen auf einer Oberfläche der Kappe CA, die dem Fühlerelement zugewandt ist, ausgebildet.
  • Eine Tiefe des Ausnehmungsabschnitts CAa ist abhängig von einer Dicke des Fühlerelements bestimmt. Zum Beispiel ist es durch Ausbilden der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts CAa in etwa gleich zu der Dicke des Fühlerelements möglich, die Bewegung des Fühlerelements in Richtung der Kappe CA zu limitieren. Andererseits würde das relativ klein machen eines Abstands zwischen dem Fühlerelement und der Kappe CA weitere Effekte erzeugen. Speziell können, selbst wenn sich das Fühlerelement in Richtung der Kappe CA bewegt und gegen die Kappe CA stößt, Schäden an dem Fühlerelement, die aufgrund der Kollision verursacht werden können, minimiert werden, weil die auf das Fühlerelement übertragene Stoßenergie aufgrund des relativ geringen Abstandes zwischen dem Fühlerelement und der Kappe CA klein ist.
  • Als Nächstes wird eine Struktur des Binderahmens FD detaillierter durch Bezugnehmen auf 4 beschrieben. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines umkringelten Abschnittes in 3.
  • Wie in 4 gezeigt, beinhaltet der Binderahmen FD eine geschichtete Struktur, bei der eine dotierte Polysiliziumschicht FD1, die mit Dotierungen dotiert ist, eine Isolierschicht FD2, wie eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht, und eine undotierte Polysiliziumschicht FD3, die mit keiner Dotierung dotiert ist, sequentiell in der Reihenfolge des Auftretens in dieser Erklärung abgeschieden sind.
  • Anodisches Binden zwischen dem Binderahmen FD mit der beschriebenen geschichteten Struktur und der Kappe CA zu erreichen, erfordert Anlegen einer Spannung, die wegen des Einbeziehens der undotierten Polysiliziumschicht FD3 etwa doppelt so groß wie eine Spannung ist, die bei anodischen Binden zwischen mit Dotierungen dotierten Polysilizium und einer Glaskappe verwendet wird.
  • Spezieller beträgt eine Spannung, die bei anodischem Binden zwischen mit Dotierungen dotiertem Polysilizium und einer Glaskappe angewandt wird, etwa 200V und eine Spannung, die bei anodischen Binden zwischen der undotierten Polysiliziumschicht FD3 und der Kappe CA angewandt wird, beträgt etwa 400V. Es wird bemerkt, dass die Bedingungen, die die Wärmebehandlung bei dem anodischen Binden betreffen, die Gleichen sind, egal ob anodischen Binden ausgesetztes Polysilizium mit Dotierungen dotiert ist oder nicht.
  • In der beschriebenen geschichteten Struktur des Binderahmens FD funktioniert die Isolierschicht FD2 derart, dass die Diffusion der in der dotierten Polysiliziumschicht FD1 enthaltenen Dotierungen unterdrückt wird, die dazu neigen, während des anodischen Bindens zwischen dem Binderahmen FD und der Kappe CA zu diffundieren. Als ein Ergebnis ist es möglich, Diffusion der Dotierungen in die undotierte Polysiliziumschicht FD3 zu verhindern.
  • Selbst wenn anodisches Binden durchgeführt wird, wird folglich keine Dotierung in einen Abschnitt der undotierten Polysiliziumschicht FD3 in der Nähe der Bindegrenzfläche ausgeschieden, so dass dadurch die Probleme bewältigt werden, die in der Struktur verursacht sind, die in dem Abschnitt zum Stand der Technik 'der vorliegenden Beschreibung angeführt sind (das heißt, die Probleme, die mit anodischem Binden zwischen einer Glaskappe und mit Dotierungen dotiertem Polysilizium in Verbindung stehen). Speziell kann ein Reduzieren einer Bindestärke verhindert werden, so dass dadurch eine Verbesserung in einer Bindestärke zwischen dem Binderahmen FD und der Kappe CA bereitgestellt ist.
  • Es wird bemerkt, dass der Binderahmen FD alternativ nur die undotierte Polysiliziumschicht FD3 enthalten kann, obwohl in der obigen Beschreibung nur ein Fall abgehandelt wurde, in dem der Binderahmen FD eine geschichtete Struktur beinhaltet. Bei dieser Alternative besteht bei dem Dotieren des Fühlerelements mit Dotierungen eine Notwendigkeit des Bedeckens des Binderahmens FD mit einer Maske, um zu verhindern, dass der Binderahmen FD mit den Dotierungen dotiert wird.
  • In dem Fall, in dem der Binderahmen FD die oben beschriebene geschichtete Struktur beinhaltet, ist es durch angemessenes Steuern einer Höhe der geschichteten Struktur (bitte auf 5 Bezug nehmen) weiterhin möglich, es der Kappe CA zu ermöglichen, auf den Ausnehmungsabschnitt CAa zu verzichten (mit anderen Worten ist es möglich, eine flache Kappe CA zum Bedecken des Fühlerelements zu verwenden). Dies würde eine Notwendigkeit des Ausführens von Sandstrahlen oder Ähnlichem an der Kappe CA zum Ausbilden des Ausnehmungsabschnitt CAa eliminieren, was in einem Reduzieren der Herstellungskosten resultiert.
  • Bevorzugte Ausführungsform
  • Wenn an dem in 3 illustrierten Beschleunigungssensor anodisches Binden durchgeführt wird, um den Binderahmen FD und die Kappe CA aneinander zu Binden, bewegt sich zum Beispiel der Massekörper MS, der ein beweglicher Abschnitt des Fühlerelements ist, unter dem Einfluss einer elektrostatischen Kraft in einigen Fällen in Richtung einer oberen Oberfläche der Kappe CA. Solch eine Bewegung kann verursachen, dass der Massekörper MS in Kontakt mit dem Ausnehmungsabschnitt CAa der Kappe CA gelangt, was in anodischen Binden auch zwischen dem Massekörper MS und Kappe CA resultiert, so dass der Massekörper MS an der Kappe CA haftet.
  • Eine Möglichkeit um anodisches Binden zwischen dem Massekörper MS und der Kappe CA zu verhindern, ist es, eine Metallschicht 10 in einem unteren Abschnitt des Ausnehmungsabschnitts CAa der Kappe CA auszubilden (mit anderen Worten, auf einer Oberfläche der Kappe CA, die dem Fühlerelement zugewandt ist), wie in 6 illustriert. Als ein Ergebnis des Ausbildens der Metallschicht 10 zwischen dem Massekörper MS und der Kappe CA kehrt der Massekörper MS, selbst wenn der Massekörper MS aufgrund des Anlegens einer Spannung über das Halbleitersubstrat SB und die Kappe CA beim anodischen Binden zwischen dem Binderahmen FD und der Kappe CA in Kontakt mit dem unteren Abschnitt des Ausnehmungsabschnittes CAa der Kappe CA gelangt, nach dem anodischen Binden in die Ausgangsposition zurück. Auf diese Art ist es möglich zu verhindern, dass der Massekörper MS an der Kappe CA haftet.
  • Nichtsdestoweniger ist die in 6 illustrierte Struktur noch nicht geeignet zu verhindern, dass sich der Massekörper MS unter dem Einfluss einer während des anodischen Bindens verursachten elektrostatischen Kraft in Richtung der Kappe CA bewegt. Weiterhin ist eine elektrostatische Kraft auch zwischen dem Massekörper MS und den anderen Elementen als der Kappe CA (den Festelektroden FE1 und FE2, der Abschirmelektrode SE und Ähnlichem) während des anodischen Bindens verursacht, so dass sich der Massekörper MS in Richtung der anderen Elemente bewegt und in Kontakt mit ihnen gerät. Solch unnötige Bewegung des Massekörpers MS während der Herstellung ist unerwünscht.
  • In dieser Hinsicht ist bei einem Beschleunigungssensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Metallschicht 10 in dem unteren Abschnitt des Ausnehmungsabschnittes CAa der Kappe CA ausgebildet und weiter ist ein Abschnitt der Metallschicht 10 zwischen dem Binderahmen FD und der Kappe CA eingefügt. Mit anderen Worten ist die in 6 illustrierte Metallschicht 10 derart verlängert, dass sie den Binderahmen FD erreicht und mit diesem verbunden ist, wie in 7 illustriert ist.
  • Ferner unterscheidet sich der Beschleunigungssensor gemäß der bevorzugten Ausführung, der in einer Draufsicht von 8 il lustriert ist, von dem in 2 illustrierten Beschleunigungssensor auch darin, dass die Felder PD1e und PD1f zusätzlich in dem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats SB vorgesehen sind. Weiterhin sind Verbindungsleitungen LNe und LNf, die mit den Feldern PD1e bzw. PD1f verbunden sind, weiter in dem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats SB bereitgestellt. Die Verbindungsleitung LNe ist auch mit dem Halbleitersubstrat SB verbunden. Entsprechend sind das Feld PD1e und das Halbleitersubstrat SB über die Verbindungsleitung LNe miteinander verbunden. Andererseits ist die Verbindungsleitung LNf auch mit dem Binderahmen FD verbunden. Dementsprechend sind das Feld PD1f und der Binderahmen FD über die Verbindungsleitung LNf miteinander verbunden.
  • Es wird bemerkt, dass 8 eine Struktur im Inneren der Kappe CA illustriert, wenn sie durch die Kappe CA gesehen wird, was durch verdeckte Linien (gestrichelte Linien) bezeichnet ist.
  • Beim Herstellen des Beschleunigungssensors mit der beschriebenen Struktur wird eine elektrisch mit all den Feldern PD1a, PD1b, PD1c, PD1d, PD1e und PD1f verbundene Metallschicht 11 derart ausgebildet, dass sie sich vor dem anodischen Binden der Kappe CA mit dem Binderahmen FD über alle die Felder PD1a, PD1b, PD1c, PD1d, PD1e und PD1f erstreckt. Der Zustand, in dem die Metallschicht 11 ausgebildet ist, ist in 9 illustriert.
  • Mit der Metallschicht 11 wie oben beschrieben ausgebildet, wird eine Spannung zwischen dem Halbleitersubstrat SB und der Kappe CA angelegt, um anodisches Binden auszuführen.
  • Selbst mit einer zwischen dem Halbleitersubstrat SB und der Kappe CA während des anodischen Bindens angelegten Spannung werden das Halbleitersubstrat SB, die Metallschicht 10, der Massekörper MS, die Festelektroden FE1 und FE2, die Abschirm elektrode SE, der Binderahmen FD und Ähnliche auf demselben Potential gehalten, da all diese Elemente elektrisch über die Metallschicht 11 verbunden sind.
  • Dementsprechend wird keine elektrostatische Kraft zwischen den Elementen verursacht, die während des anodischen Bindens auf demselben Potential gehalten sind. Somit ist es möglich zu verhindern, dass der Massekörper MS während des anodischen Bindens von den anderen Elementen angezogen wird und sich in deren Richtung bewegt. Dies stellt ein Ansteigen in der Ausbeute eines Beschleunigungssensors bereit, die aufgrund von Bewegungen des Massekörpers MS während des anodischen Bindens zum Reduziertwerden neigt.
  • Nachdem das anodische Binden beendet ist, wird die Metallschicht 11 entfernt. Der nach dem anodischen Binden bereitgestellte Beschleunigungssensor beinhaltet die Felder PD1a, PD1b, PD1c, PD1d, PD1e und PD1f, die elektrisch voneinander getrennt sind, und die Metallschicht 10, die mit einem Abschnitt des Binderahmens verbunden ist.
  • Folglich kann, nachdem das anodische Binden beendet ist, jedes der Felder PD1a, PD1b, PD1c, PD1d, PD1e und PD1f als ein Feld zum Verdrahtungsverbinden verwendet werden. Andererseits wird die Metallschicht 10 nach dem anodischen Binden unentfernt gelassen, weil die Metallschicht 10 zum Abblocken externer Störungen während des Betriebs des Beschleunigungssensors arbeiten kann. Die Einbeziehung der Metallschicht 10 ermöglicht es zu verhindern, dass die elektrischen Eigenschaften des Fühlerelements während des Betriebs des Beschleunigungssensors durch externe Störungen nachteilig beeinflusst werden.

Claims (2)

  1. Beschleunigungssensor mit: einem Substrat (SB); einem auf dem Substrat ausgebildeten Fühlerelement; einem auf dem Substrat ausgebildeten Polysiliziumbinderahmen (FD), wobei der Polysiliziumbinderahmen das Fühlerelement in Draufsicht umgibt; und einer Kappe (CA), die eine Endfläche beinhaltet, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist, sodass das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements bedeckt ist, und dabei um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist; einer auf einer Oberfläche der Kappe, die dem Fühlerelement zugewandt ist, ausgebildete Metallschicht (10), wobei ein Abschnitt der Metallschicht zu dem Polysiliziumbinderahmen verbunden ist; einem auf dem Substrat gebildeten ersten Feld (PD1a, PD1b, PD1d), wobei das erste Feld über eine erste Verbindungsleitung (LNa, LNb, LNd) elektrisch mit dem Fühlerelement verbunden ist; einem elektrisch mit dem Substrat verbundenen zweiten Feld (PD1e); und einem auf dem Substrat ausgebildeten dritten Feld (PD1f), wobei das dritte Feld über eine zweite Verbindungsleitung (LNf) elektrisch mit dem Polysiliziumbinderahmen verbunden ist.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors, der aufweist: ein Substrat (SB); ein auf dem Substrat ausgebildetes Fühlerelement; einen Polysihiziumbinderahmen (FD), der auf dem Substrat ausgebildet ist und das Fühlerelement in Draufsicht umgibt; eine Kappe (CA), die eine Endfläche beinhaltet, die mit einer oberen Oberfläche des Polysiliziumbinderahmens verbunden ist, sodass das Fühlerelement oberhalb des Fühlerelements bedeckt ist, und dabei um einen vorbestimmten Abstand von dem Fühlerelement beabstandet ist; einer ersten Metallschicht (10), die auf einer dem Fühlerelement zugewandten Oberfläche der Kappe ausgebildet ist und einen mit dem Polysiliziumbinderahmen verbundenen Abschnitt beinhaltet; ein erstes Feld (PD1a, PD1b, PD1d), das auf dem Substrat ausgebildet ist und über eine erste Verbindungsleitung (LNa, LNb, LNd) mit dem Fühlerelement verbunden ist; ein elektrisch mit dem Substrat verbundenes zweites Feld (PD1e); und ein drittes Feld (PD1f), das auf dem Substrat ausgebildet ist und über eine zweite Verbindungsleitung (LNf) elektrisch mit dem Polysiliziumbinderahmen verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Bilden einer zweiten Metallschicht (11) zum elektrischen Verbinden des ersten Feldes, des zweiten Feldes und des dritten Feldes; (b) Ausführen anodischen Bindens zwischen der Kappe und dem Polysiliziumbinderahmen durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Substrat und der Kappe nach dem Schritt (a); und (c) Entfernen der zweiten Metallschicht nach dem Schritt (b).
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