DE19844686A1 - Mikromechanischer Drehratensensor und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Drehratensensors wird eine Waferstapelanordnung eingesetzt, bei der eine Substratwaferanordnung mittels einer isolierenden Verbindungsschicht mit einer Strukturwaferanordnung verbunden wird. Durch Abdünnen der Strukturwaferanordnung wird die erforderliche Dicke der Strukturwaferanordnung eingestellt, woraufhin die Strukturwaferanordnung strukturiert wird, um zumindest eine seismische Masse, eine Aufhängung und eine Federeinrichtung zu definieren, die die seismische Masse mit der Aufhängung verbindet. Die Verbindungsschicht wirkt als Ätzstopp für ein Trockenätzverfahren, bei dem die Strukturwaferanordnung strukturiert wird. In einem anschließenden weiteren Trockenätzschritt wird selektiv die Verbindungsschicht entfernt, derart, daß die seismische Masse eine Anregungsschwingung und die seismische Masse oder Teile davon eine Erfassungsschwingung aufgrund einer Corioliskraft relativ zu der Substratwaferanordnung durchführen kann. Durch die Waferstapelanordnung ist es möglich, vor dem Waferverbinden z. B. eine monolithische Schaltung in den Substratwafer zu integrieren und eine Metallisierung auf den Substratwafer aufzubringen, die ebenfalls vor dem Verbinden der Wafer strukturiert werden kann, um beispielsweise Erfassungselektroden für ein kapazitives Erfassungsverfahren zu bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sensoren und ins­ besondere auf mikromechanische Drehratensensoren und Verfah­ ren zur Herstellung derselben.

Mikromechanische Drehratensensoren sind seit längerem be­ kannt. Sie bestehen aus einer oder mehreren mikromechanisch strukturierten seismischen Schwingmassen, die einer gesteu­ erten periodischen Bewegung (Anregungsbewegung) in einer Ebene (Anregungsschwingungsebene) unterworfen sind. Diese seismischen Schwingmassen sind derart strukturiert und be­ festigt, daß sie oder Teile derselben in einer Ebene senk­ recht zur Anregungsschwingungsebene ebenfalls beweglich auf­ gehängt sind. Diese Ebene wird als Detektionsebene bestimmt. Dieselben umfassen ferner eine Detektionseinheit, die eine Auslenkung der Schwingmasse bzw. der Schwingmassen oder Tei­ len derselben in der Detektionsebene aufnimmt.

Die Auslenkung in der Detektionsebene kommt entweder auf­ grund der Corioliskraft F_C auf die bewegten Schwingmassen bei Linearschwingern zustande, oder aufgrund der Drehimpuls­ erhaltung bei Rotationsschwingern. In die Auslenkung geht die Rotationsgeschwindigkeit Ω, die auch als Drehrate be­ zeichnet wird, und die Geschwindigkeit der Anregungsbewegung (v oder ω) ein. Die Auslenkung ist senkrecht zur ursprüngli­ chen Anregungsbewegung gerichtet. Die Erfassungs- oder De­ tektionseinheit kann somit das Aufzeichnen der Bewegung in der Detektionsebene auf eine Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehrate des Sensors zurückführen:

F_C = 2mv × Ω

M = Θω × Ω

Die Besonderheit von Sensoren zur Erfassung von Drehraten beispielsweise gegenüber Beschleunigungssensoren liegt in dem Erfordernis einer Anregungsbewegung der seismischen Schwingmassen, was bei Beschleunigungssensoren selbstver­ ständlich nicht nötig ist. Die Drehrate kann nur indirekt über die Geschwindigkeit bzw. Rotationsgeschwindigkeit der zusätzlichen Anregungsbewegung gemessen werden, welche aber keinen weiteren Einfluß auf die Erfassung haben sollte. Dies erfordert eine große Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden der Anordnung.

Verschiedene Herstellungstechniken und deren Randbedingungen schränken die Realisierungsmöglichkeiten der Strukturen ein, so daß die Anordnung auf die verwendete Herstellungstechno­ logie abgestimmt werden muß. Die Herstellungstechnologie muß daher kompatibel zur komplexen Struktur des gesamten Drehra­ tensensors sein.

Im Stand der Technik sind verschiedene Realisierungsprinzi­ pien in Verbindung mit unterschiedlichen Herstellungstechni­ ken bekannt.

So zeigt die DE 195 00 800 Drehratensensoren, welche zwei linear gegeneinander schwingende Massen aufweisen. Die Mas­ sen sind dabei aus einem auf ein Substrat epitaktisch auf­ gewachsenen Polysilizium heraus strukturiert.

Die DE 195 23 895 zeigt Drehratensensoren als Rotations­ schwinger, welche die Drehimpulserhaltung ausnutzen. Diesel­ ben werden auf ähnliche Art und Weise, wie sie in der DE 195 00 800 beschrieben ist, hergestellt.

Die DE 195 28 961 zeigt Drehratensensoren in Form einer Stimmgabel, wobei die beiden Zinken aus unterschiedlichen Wafern strukturiert und anschließend zum Sensor zusammenge­ setzt werden.

Die WO 98/15799 offenbart Drehratensensoren mit entkoppelten orthogonalen Primär- und Sekundärschwingern, die mittels mikromechanischer Prozesse, Oberflächenmikromechaniktechno­ logien oder auf ähnliche Art und Weise, wie sie in der DE 195 00 800 beschrieben ist, hergestellt werden können.

Die bekannten Herstellungsverfahren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Wenn die Oberflächenmikromechanik zur Struk­ turierung der schwingenden Massen, der Biegebalken und Tor­ sionsfedern und der Aufhängungen auf aufgewachsenes Polysi­ lizium angewendet wird, entstehen Spannungen im mikromecha­ nischen Element, welche durch das epitaktisch aufgewachsene Polysilizium bewirkt werden. Diese Spannungen führen zu ei­ nem veränderten mechanischen Verhalten.

Epitaktisch aufgewachsenes Polysilizium kann ferner nur bis zu einer bestimmten Höhe hergestellt werden, wodurch das Sensorelement auf eine bestimmte Höhe begrenzt ist. Damit besteht keine ausreichende Freiheit zur Bestimmung eines optimalen Aspektverhältnisses von Strukturen, was sich nach­ teilig auf die Dimensionierung, das Sensorauflösungsvermögen und die Störempfindlichkeit des mikromechanischen Drehraten­ sensors auswirken kann.

Epitaktisch aufgewachsenes Polysilizium ist ferner Alte­ rungsprozessen vor allem bei ständiger mechanischer Bela­ stung unterworfen, wodurch sich die Eigenschaften des mikro­ mechanischen Drehratensensors über der Zeit nachteilig ver­ ändern können. Ein solcher mikromechanischer Drehratensensor altert.

Die DE 195 28 961 offenbart zur Herstellung von Drehraten­ sensoren in Form einer Stimmgabel, daß die Schwingmassen des Drehratensensors aus mehreren in Bulk-Mikromechanik vorpro­ zessierten SOI-Wafern hergestellt werden und anschließend zu Sensoren verbunden werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht in der unzureichend genauen Justierung der Zinken der Gabel gegeneinander, und dem hohen Aufwand zum Abgleich der mechanischen Eigenschaften. Ein weiterer Nachteil besteht in der Benutzung von Bulk-Mikromechanik­ technologien zur Strukturierung der Zinken, wodurch die Möglichkeiten zur Dimensionierung der Strukturen stark ein­ geschränkt sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept für preisgünstig herstellbare mikromechanische Dreh­ ratensensoren zu schaffen, das zusätzlich eine große Ent­ wurfsfreiheit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen mikromechanischen Drehraten­ sensor gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstel­ len eines mikromechanischen Drehratensensors gemäß Anspruch 14 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie mikromechanische Drehratensensoren aus geeignetem Mate­ rial liefert, bei denen eine sehr große Entwurfsfreiheit existiert, ohne daß die Strukturen abgeglichen werden müs­ sen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß von dem Konzept des einstückigen Drehratensensors, der aus einem einzigen Wafer mit epitaktisch aufgewachsenem Polysilizium oder mit einer SOI-Struktur hergestellt ist, weggegangen werden muß, um eine optimale Entwurfsfreiheit und eine preisgünstige Herstellbarkeit zu erreichen. Ein erfindungsgemäßer mikromechanischer Drehratensensor umfaßt daher eine Substratwaferanordnung, eine Strukturwaferan­ ordnung, in der wenigstens eine seismische Masse, deren Aufhängung und mindestens eine Federeinrichtung zum Verbin­ den der Aufhängung mit der seismischen Masse definiert sind, und eine isolierende Verbindungsschicht, die die Substrat­ waferanordnung mit der Strukturwaferanordnung mechanisch verbindet, derart, daß die seismische Masse eine Anregungs­ schwingung, und die seismische Masse oder Teile davon eine Erfassungsschwingung aufgrund einer Drehrate relativ zu der Substratwaferanordnung ausführen kann.

Der erfindungsgemäße mikromechanische Drehratensensor ba­ siert somit auf einer Waferstapelanordnung, wodurch es mög­ lich ist, die Waferanordnung für das Substrat und für den Drehratensensor, sowie dessen Materialien völlig unabhängig voneinander zu wählen, und wodurch zusätzlich die Möglich­ keit gegeben ist, die Wafer vor der Verbindung teilweise vorzuprozessieren. Völlig unabhängig voneinander zu wählen. Im Gegensatz zu SOI-Substraten oder Substraten mit aufge­ wachsenem Polysilizium ist die Dicke der Strukturschicht, d. h. der Federn, der seismischen Massen usw., völlig frei wählbar, indem einfach ein Wafer mit erwünschter Dicke aus­ gewählt wird und mittels der Verbindungsschicht, die aus einem Polymer oder einem anderen organischen Material sein kann, auf die Substratwaferanordnung geklebt wird, oder ein Strukturwafer über die Verbindungsschicht mit dem Substrat­ wafer verbunden wird, der anschließend auf die gewünschte Höhe eingestellt wird. Die Verbindungsschicht hat ferner den Vorteil, daß sie als Ätzstoppschicht für die Strukturierung und als Opferschicht, um freistehende Strukturen zu erhal­ ten, verwendet werden kann.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit kapazitiver Erfassung der Bewegung der seismischen Masse aufgrund der Corioliskraft umfaßt die Substratwaferanordnung eine Metal­ lisierung, die strukturiert ist, um zumindest die Erfas­ sungselektroden aufzuweisen. Die Metallisierung kann ohne Probleme auf einen Halbleiterwafer aufgebracht werden, bevor der metallisierte Wafer über die Verbindungsschicht mit dem Strukturwafer verbunden wird. Damit ist es möglich, die Kom­ plexität der Anordnung zu verringern, da nicht darauf geach­ tet werden muß, daß alle Elektroden oben auf der Struktur sind, wie es beispielsweise bei SOI-Drehratensensoren der Fall sein kann.

Die Schicht- bzw. Waferstapelanordnung führt zu einer Anord­ nung, die optimal ist für die Benutzung von geeignetem Mate­ rial, die Strukturierung der Elemente und die Plazierung, Dimensionierung und Aufbringung der Strukturen sowie die Verwendung von geeigneten Anregungs- und Detektionseinhei­ ten. Die Waferstapelanordnung erlaubt größtmögliche Freiheit bezüglich einer Gestaltung der Drehratensensoren und unter­ schiedlichen Erfassungseinheiten. Die Anregungsschwingung kann dabei durch verschiedene Methoden angeregt werden, wie z. B. piezoelektrische, elektrostatische, elektromagneti­ sche, elektrothermische, induktive oder thermomechanische Methoden. Die Erfassung des Meßeffekts kann ebenfalls durch verschiedene Detektionseinheiten realisiert werden, von de­ nen z. B. die piezoresistiven, die kapazitiven, die indukti­ ven, die optischen, die piezoelektrischen und die thermome­ chanischen zu nennen sind. Bei Drehraten mit verschiedenen Anregungs- und Erfassungseinheiten kann die Anregungsschwin­ gung als Linearschwingung, als Rotationsschwingung oder als Torsion realisiert sein. Ebenso kann für die Erfassung eine lineare Auslenkung bzw. Schwingung, eine Rotationsschwingung oder eine Torsion genutzt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die bei liegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsge­ mäßen Drehratensensors;

Fig. 2 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Drehratensensors;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehratensensors mit vergrabenen Elektroden;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehratensensors mit monolithisch integrierter Schaltung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Strukturwaferanordnung ei­ nes erfindungsgemäßen Drehratensensors;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Strukturwaferanordnung ei­ nes anderen erfindungsgemäßen Drehratensensors;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfin­ dungsgemäßen Drehratensensors zur Darstellung einer Metallisierungsverbindung;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehratensensors zur Darstellung einer alternativen Metallisierungsverbindung;

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Strukturwaferanordnung ei­ nes weiteren Drehratensensors, der gemäß der vor­ liegenden Erfindung hergestellt werden kann; und

Fig. 10. eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drehratensensors mit einem Deckelwafer.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Drehratensensor gezeigt, der auf einem Schaltungssubstrat 10, das aus Keramik beste­ hen kann, aufgebracht ist. Der Drehratensensor umfaßt eine Substratwaferanordnung 12 und eine Strukturwaferanordnung 14, die mittels einer Verbindungsschicht 15 verbunden sind, wobei die Substratwaferanordnung ferner eine optionale Metallisierung 16 umfaßt, während die Strukturwaferanordnung eine ebenfalls optionale Metallisierung 18 aufweist. Der mikromechanische Drehratensensor umfaßt ferner zwei linear gegeneinander schwingende seismische Massen 20a, 20b, die über eine Federeinrichtung, die einen Torsionsbalken 22a so­ wie Biegebalken 22b aufweist, mit einer Aufhängung 24 ver­ bunden sind. Die beiden seismischen Massen werden mittels zweier gegenphasig betriebener elektrostatischer Antriebs­ einheiten 26 und 28 in eine gegenphasige Schwingung ver­ setzt, wie es durch die Pfeile 30 angedeutet ist. Jede elek­ trostatische Kammantriebseinrichtung 26 und 28 umfaßt einen feststehenden Abschnitt 26a bzw. 28a sowie einen beweglichen Abschnitt 26b bzw. 28b, wobei die beweglichen Abschnitte je­ weils mit einer seismischen Masse 20a bzw. 20b verbunden sind.

Wenn der in Fig. 1 gezeigte mikromechanische Drehratensensor um eine Achse, die parallel zu seiner Längsrichtung ist, in Drehung versetzt wird, wie es durch den Pfeil 32 angedeutet ist, führen die seismischen Massen 20a und 20b aufgrund ihrer gegenphasigen Anregung eine gegenphasige Auslenkung aufgrund der Corioliskraft durch, die mittels Erfassungs­ elektroden 34a, 34b erfaßbar ist. Da die linke seismische Masse 20a von der Substratwaferanordnung 12 durch die Corio­ liskraft weggezogen wird, wenn die rechte seismische Masse 20b zur Substratwaferanordnung hingezogen wird, bilden die beiden Elektroden 34a, 34b eine Differenzkapazitätserfas­ sung, die von einem ASIC-Baustein 38 über Bonddrähte 40 er­ faßt und ausgewertet wird.

Neben den Bonddrähten für die beiden Erfassungselektroden 34a, 34b existieren weitere Bonddrähte zu der der Aufhängung 24 gegenüberliegenden Aufhängung und zu den feststehenden Teilen 28a, 26a der Kammantriebe. Vorzugsweise ist die An­ ordnung, die aus der seismischen Masse, den Torsionsbalken und der Aufhängung besteht, auf Masse gelegt, derart, daß sowohl für die Anregung als auch für die Erfassung ein fe­ stes Referenzpotential vorhanden ist. Die feststehenden Teile der Kammantriebe 28a, 26a werden mit entsprechenden Wechselspannungen beaufschlagt, die über mit der Metallisie­ rung 18 verbundene Bonddrähte von der integrierten Schaltung 38 zugeführt wird.

Fig. 1 zeigt somit einen Drehratensensor als Linearschwinger in Schicht- bzw. Waferstapelanordnung mit zwei gegenphasig schwingenden seismischen Massen 20a, 20b, der hybrid inte­ griert ist, d. h. bei dem eine vorgefertigte ASIC-Schaltung zur Anregung und Detektion bzw. Auswertung verwendet wird. Alternativ zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann statt der beiden Aufhängungen 24 lediglich eine Aufhän­ gung in der Mitte vorgesehen sein, um die seismischen Massen gegenüber der Substratwaferanordnung 12 beweglich zu halten. Alternativ könnte statt den Erfassungselektroden, die eine kapazitive Erfassung durchführen, auch eine piezoresistive Erfassung in Form von implantierten Widerständen in den Tor­ sionsbalken 22a vorgesehen sein. Dann würde die Metalli­ sierung der Substratwaferanordnung 12 nicht benötigt. In diesem Fall würde es ausreichen, lediglich als Substratwa­ feranordnung 12 einen Halbleiterwafer zu nehmen, auf den über die Verbindungsschicht 14 als Strukturwaferanordnung ebenfalls ein Halbleiter mit Metallisierung aufgebracht ist. Auf die Metallisierung 18 der Strukturwaferanordnung kann ebenfalls verzichtet werden, wenn ein entsprechendes Anre­ gungs- oder Erfassungsverfahren verwendet wird, das ohne eine solche Metallisierung auskommt.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der Herstellung des erfindungs­ gemäßen mikromechanischen Drehratensensors. In der obersten Zeichnung von Fig. 2 ist eine Substratwaferanordnung ge­ zeigt, die einen Substratwafer 12 und eine darauf gebildete und strukturierbare Metallisierung 16 aufweist. Die Sub­ stratwaferanordnung 12, 16 ist über die Verbindungsschicht 15 mit dem Strukturwafer 14 verbunden. In der zweiten Zeich­ nung von Fig. 2 ist zu sehen, daß der Strukturwafer eben­ falls um eine Metallisierung 18 ergänzt werden kann, um eine Strukturwaferanordnung 14, 18 zu bilden. Zunächst wird ein Substratwafer 12 genommen und mit der Metallisierung 16 ver­ sehen, aus der dann durch geeignete Strukturierung bei­ spielsweise die Erfassungselektroden 34a, 34b strukturiert werden. Über die Substratwaferanordnung, die den Substrat­ wafer 12 und die Metallisierung 16 aufweist, wird dann die Verbindungsschicht 15 aufgebracht, woraufhin die Struktur­ waferanordnung 14, 18 auf die Verbindungsschicht 15 aufge­ setzt wird, damit dieselben mechanisch verbunden, bei­ spielsweise verklebt, werden. Vor dem Aufbringen der Me­ tallisierung 18 kann der Strukturwafer gedünnt werden.

Daran anschließend wird, wie es im unteren Bild von Fig. 2 gezeigt ist, die Strukturwaferanordnung 14, 18 behandelt, derart, daß die optionale Metallisierung 18 durch bekannte Techniken definiert wird, um Anschlußflächen für den fest­ stehenden Teil 28a bzw. 26a zu bilden. Dann wird mittels eines Strukturierungsschritts, der vorzugsweise als Trocken­ ätzung ausgeführt wird, die Strukturschicht strukturiert. Somit werden die seismischen Massen 20a, 20b und die ent­ sprechenden Biegebalken, Torsionsbalken, usw. hergestellt.

Für diesen Trockenätzschritt wirkt die Verbindungsschicht 15 als Ätzstopp. Die Verbindungsschicht 15 unter den Komponen­ ten, die frei beweglich sein sollen, dient als Opferschicht und wird in einem anschließenden weiteren Trockenätzschritt entfernt.

Um die Verbindungsschicht 15 unter den üblicherweise flächi­ gen seismischen Massen zu entfernen, werden in dieselben Durchbrüche 21 eingebracht. Diese Durchbrüche 21 werden ebenfalls während des Schritts des Strukturierens gebildet. Mittels eines selektiven Trockenätzverfahrens, das lediglich die Verbindungsschicht 15 ätzt, und das weder Metallmateria­ lien noch Wafermaterialien angreift, wird die Opferschicht entfernt. Wie es aus der unteren Zeichnung von Fig. 2 zu se­ hen ist, muß dieses Ätzverfahren bei Verwendung flächiger seismischer Massen ebenfalls eine gewisse laterale Ätzrate haben, derart, daß die seismischen Massen freihängend wer­ den. Werden jedoch keine flächigen Massen eingesetzt, son­ dern eher stabförmige Massen, so kann auf die Durchbrüche 21 verzichtet werden. In diesem Fall wird die laterale Ätzrate ausreichen, um eher schmale Massen freihängend zu bekommen.

Als Material sowohl für den Substratwafer 12 als auch den Strukturwafer 14 wird vorzugsweise einkristallines Silizium verwendet. Vorzugsweise wird, bevor die Metallisierung 18 auf den Strukturwafer aufgebracht wird, derselbe bis zu ei­ ner gewissen Dicke d gedünnt. Erst anschließend wird die Strukturierung durchgeführt. Zum Abdünnen des Wafers können in der Technik bekannte Verfahren verwendet werden. Diesel­ ben bieten einerseits den Vorteil einer preisgünstigen Aus­ führung und andererseits den Vorteil, daß im wesentlichen alle Elemente des Drehratensensors, die durch die Struktur­ schicht definiert sind, die gleiche Dicke d haben. Dies macht einen mechanischen Abgleich von Schwingstrukturen nach der Herstellung beispielsweise mittels Laserablation oder ähnlichem unnötig. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung bietet sich speziell für die erfindungsgemäßen Drehratensensoren an, da die Dicke bzw. Höhe d des Strukturwafers 14 nahezu beliebig und daher auch nahezu beliebig groß eingestellt werden kann, wodurch eine große und damit auch schwere Schwingmasse erhalten wird, die eine höhere Sensorempfind­ lichkeit liefert. Desweiteren wird der Sensor mit einer hohen Höhe h störunempfindlicher gegenüber Beschleunigungen senkrecht zu der Waferstapelanordnung und unterdrückt gleichzeitig stärker Levitationseffekte. Neben der erreich­ baren großen Höhe d bietet auch einkristallines Silizium bessere Empfindlichkeiten, bessere Langzeitstabilitäten und bessere Dimensionierungsmöglichkeiten.

Fig. 3 zeigt eine zu Fig. 2 ähnliche Anordnung, in der je­ doch keine Elektroden 34a, 34b in Form einer Metallisierung des Substratwafers 12 gebildet sind, sondern bei der implan­ tierte Elektroden 35a, 35b gebildet sind. Als Alternative kann der Substratwafer mit Vertiefungen versehen werden, wobei die Metallisierung in diesen Vertiefungen die Elektro­ den bilden.

Die vergrabenen Elektroden können beispielsweise mittels Implantierens des Substratwafers 12 an den entsprechenden Stellen hergestellt werden. Wie es aus den Fig. 2 und 3 zu sehen ist, befindet sich unter dem feststehenden Teil 26a bzw. 26b ebenfalls eine Metallisierungsschicht 16 (Fig. 2) bzw. 17 (implantierte Schicht mit niedrigem Widerstand, Fig. 3). Dies bedeutet, daß der Substratwafer 12 über die Metal­ lisierungsschicht 16 bzw. 17 mit der Verbindungsschicht 15 und dann mit dem Strukturwafer verbunden ist. Diese Metalli­ sierungsschicht an den Verbindungsstellen ist nicht zwingend erforderlich.

Da jedoch erfindungsgemäß eine Waferstapelanordnung verwen­ det wird, wobei zunächst der Substratwafer metallisiert wird, um eine Substratwaferanordnung zu bilden, woraufhin die Metallisierung geeignet strukturiert wird, können viele einzelnen Drehratensensoren auf einem "Mutterwafer" struk­ turiert werden. Es ist nicht erforderlich, an den Grenz­ bereichen der einzelnen Drehratensensoren die angesprochene Metallisierung zu entfernen. Sie könnte jedoch entfernt werden, wenn es erforderlich ist, bzw. eine minimale Höhe der seismischen Massen über dem Substratwafer 12 erforder­ lich ist, bzw. wenn eine dickere Verbindungsschicht 15 aufgebracht werden soll. Nachdem ein Mutterwafer für die Substratwaferanordnung und ein Mutterwafer für die Struktur­ waferanordnung über die Verbindungsschicht verbunden worden sind, und nachdem die Strukturierung und Opferschichtätzung stattgefunden hat, wird die "Mutterwaferstapelanordnung" zerteilt, um die einzelnen mikromechanischen Drehratensenso­ ren zu erhalten, die dann auf das Grundsubstrat 10 aufge­ klebt werden und an die integrierte Schaltung 38 angeschlos­ sen werden.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel bezüglich Fig. 3, bei dem eine integrierte Schaltung 44 in die Sub­ stratwaferanordnung monolithisch integriert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann auf die Bonddrähte 40 verzichtet werden. Die Elektroden 34a, 34b können direkt mit einer darunter oder daneben in den Substratwafer integrierten Schaltungsanordnung verbunden werden, während die Metalli­ sierungen 18 der feststehenden Kammantriebseinrichtungen 26a, 28a noch nach unten mit der Metallisierung der Sub­ stratwaferanordnung verbunden werden müssen, wie es durch die Fig. 7 und 8, welche später erläutert werden, angedeutet ist.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel für die Strukturwaferan­ ordnung nach der Strukturierung eines erfindungsgemäßen Drehratensensors. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten Drehratensensor umfaßt der in Fig. 5 gezeigte Drehratensen­ sor, von dem lediglich die strukturierte Strukturwaferanord­ nung dargestellt ist, weitere Biegebalken 22c, die die seis­ mischen Massen 20a, 20b verbinden. Der in Fig. 5 gezeigte Linearschwinger, der aus zwei seismischen Massen besteht, die über den Verbindungsbalken 22c gekoppelt sind, zeigt eine hervorragende Trennung der Schwingungsmoden. Durch die Kopplung 22c haben die gleichphasige und die gegenphasige Schwingung der seismischen Massen unterschiedliche Resonanz­ frequenzen. Die großen seismischen Massen 20a, 20b umfassen die mit 21 gekennzeichneten Durchbrüche zur Opferschicht­ ätzung. Durch eine beliebige Höhenvariationsmöglichkeit (d, Fig. 2) kann allein durch die Höhe Einfluß auf die Torsions­ balken 22a genommen werden, während die Höhe hier keinen Einfluß auf die Biegebalken 22b hat, derart, daß allein durch die Einstellung der Höhe die Resonanzfrequenzen auf­ einander abgestimmt werden können.

Fig. 6 zeigt einen Drehratensensor gemäß einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der lediglich eine einzige seismische Masse 20 aufweist, die kreisförmig ist und über Biegebalken 22a mit der Aufhängung 24 verbunden ist. Entsprechende Kammantriebe 26, die jeweils einen fest­ stehenden Teil 26a und einen mit der seismischen Masse 20 verbundenen beweglichen Teil 26b haben, werden geeignet an­ gesteuert, um eine kreisförmige Anregungsschwingung in der Zeichenebene auszuführen. Der in Fig. 6 gezeigte Rotations­ schwinger nutzt die Torsion des Schwingers 20 um die Achse x herum sowie die um die y-Achse zur Erfassung von zwei senk­ recht aufeinanderstehenden Drehraten. Die Aufhängung 24 ist in der Mitte der seismischen Masse 20 an nur einer Stelle vorgesehen. Die in Richtung der y-Achse gerichtete Drehrate führt zu einer Torsion der seismischen Masse 20 um die x- Achse, während die parallel zur x-Achse gerichtete Drehrate zu einer Verbiegung um die y-Achse der seismischen Masse 20 führt. Die Anregungsschwingung, die durch die Kammantriebe 26 geschaffen wird, findet um die z-Achse herum statt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei unterschiedliche Möglichkeiten, wie eine Metallisierungsverbindung von der Substratwaferan­ ordnung, die aus dem Substratwafer 12 und der Metallisierung 16 besteht, zu der Strukturwaferanordnung, die aus dem Strukturwafer 14 und der Metallisierung 18 besteht, erhalten werden kann. In Fig. 7 wird eine Metallisierungsverbindung 46 zum Substratwafer 14 hergestellt, bei der der Struktur­ wafer entfernt ist. In Fig. 8 wird dagegen während der Strukturierung der Strukturschicht ebenfalls ein Fenster oder Loch 48 in den Strukturwafer 14 eingebracht, das dann durch die Verbindungsmetallisierung 46 aufgefüllt wird, um die Metallisierungsebene 16 mit der Metallisierungsebene 18 zu verbinden. Dies hat bezugnehmend auf Fig. 1 den Vorteil, daß alle Bondanschlußflächen des Drehratensensors auf eine Höhe, beispielsweise auf die Höhe der Metallisierung der Substratwaferanordnung, gelegt werden können, um die Bond­ operationen zu vereinfachen und damit zuverlässiger zu ma­ chen. Alternativ kann unter Verwendung von vergrabenen Elek­ troden (35a, 35b, Fig. 3) in Verbindung mit einer integrier­ ten Schaltung 44 (Fig. 4) eine Verbindung mittels Leiterbah­ nen mit den zu kontaktierenden Stellen zu der integrierten Schaltung 44 hergestellt werden, wobei die Schaltung 44 mo­ nolithisch in den Substratwafer 12 der Substratwaferanord­ nung integriert ist.

Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, können beliebige Drehratensensorstrukturen hergestellt werden, welche zumin­ dest eine seismische Masse, die als Linear- oder Rotations­ schwinger ausgeführt sein kann, aufweisen können. Weiterhin kann jede Art von Biegebalken, wie z. B. gefaltete Biegebal­ ken, verwendet werden, um eine Anregungsschwingung mit höhe­ rer Amplitude und höherer Geschwindigkeit zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit zu erhalten.

Desweiteren können Drehratensensorstrukturen hergestellt werden, die gleichzeitig zwei senkrecht zueinander stehende Drehraten detektieren können, und es können Drehratensensor­ strukturen hergestellt werden, wobei die Detektion der Dreh­ rate in der Strukturwaferebene erfolgt, so daß auf die Me­ tallisierung der Substratwaferanordnung verzichtet werden kann.

Fig. 9 zeigt einen Drehratensensor gemäß einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der eine seis­ mische Masse 20 aufweist, die über vier Kammantriebe 26, die jeweils einen feststehenden Teil 26a und einen beweglichen Teil 26b aufweisen, in Rotationsschwingung versetzt wird. Die Schwingung ist um die Aufhängung 24 herum gerichtet, welche mittels vier Torsionsbalken 22a bis 22d mit der seis­ mischen Masse 20 verbunden ist.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Drehratensensor, der in Fig. 9 gezeigt ist, als seismische Masse die seismische Masse 20 und zwei weitere seismische Massen 21, die über Torsionsbalken mit der seis­ mische Masse 20 verbunden ist. Wird die gesamte seismische Masse 20, 21 in eine Rotationsschwingung um den Aufhängungs­ punkt versetzt, und wirkt eine Drehrate auf den Sensor, die zumindest eine Komponente in einer Richtung aufweist, wie sie durch einen Pfeil 52 angedeutet ist, so führt die ent­ stehende Corioliskraft zu einer Auslenkung der beiden wei­ teren seismischen Massen 21 senkrecht zur zeichenebene. Im Sinne der vorliegenden Erfindung muß also nicht die gesamte seismische Masse, die angeregt wird, durch die Corioliskraft ausgelenkt werden. Es genügt auch, wenn ein Teil der seismi­ schen Masse ausgelenkt wird, im Beispiel die weiteren seis­ mischen Massen 21.

Die seismischen Massen 21 sind über den Erfassungselektroden 34a, 34b, die in Fig. 9 schematisch angedeutet sind, metal­ lisiert, derart, daß über eine Kapazitätsveränderung zwi­ schen den metallisierten seismischen Massen 21 und den da­ runterliegenden Elektroden 34a, 34b eine Kapazitätsänderung aufgezeichnet werden kann.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel führt somit nicht die Torsion der seismischen Masse 20 sondern die Ver­ kippung der beiden weiteren seismischen Massen 21 zur Detek­ tion der Drehrate. Dies hat bei Verwendung einer elektrosta­ tischen Anregung den Vorteil, daß sich bei einer Verkippung der weiteren seismischen Massen 21 die Kapazität der Anre­ gungsstrukturen nicht ändert. Dabei muß darauf geachtet wer­ den, daß die Aufhängung 24 im Mittelpunkt so steif ist, daß die seismische Masse 20 nicht durch die Corioliskraft ver­ kippt wird, sondern daß lediglich über die Torsionsbalken 25 die seismischen Massen 21 kippen. Somit kann die Anregungs­ schwingung von der Detektionsschwingung entkoppelt werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß unter Umständen erforderliche Durchbrüche 21 sowohl für die seismische Masse 20 als auch für die äußeren Massen 21 aus übersichtlich­ keitsgründen nicht eingezeichnet sind. Sollte die laterale Ätzrate des verwendeten Prozesses nicht ausreichen, um die in Fig. 9 gezeichneten Strukturen der Strukturwaferanordnung zu ätzen, so müssen an entsprechenden Stellen die Durchbrü­ che 21 vorgesehen werden.

Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine erfin­ dungsgemäße Drehratensensorstruktur, die der Querschnitts­ ansicht von Fig. 2 ähnelt, bei der jedoch ein Deckelwafer 54 vorhanden ist, der über eine weitere Verbindungsschicht 56 mit der Strukturwaferanordnung, beim Beispiel in Fig. 10 mit der oberen Metallisierung 18, verbunden ist. Fig. 10 zeigt somit eine Erweiterung der Waferstapelanordnung um den Deckelwafer 54, der vorprozessiert sein kann, um beispiels­ weise die in Fig. 10 dargestellte Ausnehmung 55 über der seismischen Masse 20a und der seismischen Masse 20b zu ha­ ben. Derselbe dient dazu, die Strukturwaferanordnung und darüber hinaus den gesamten Drehratensensor zu schützen und/oder die Kavität zwischen dem Deckelwafer 54 und dem Substratwafer zu evakuieren. Die Evakuierung hat den Vor­ teil, daß bewegliche Teile der Strukturwaferanordnung nicht durch einen Luftwiderstand beeinflußt werden. Alternativ könnte die Kavität mit einem bestimmten Fluid befüllt wer­ den, um eine definierte Dämpfung der beweglichen Strukturen herzustellen.

Gegenüber bekannten mikromechanischen Drehratensensoren, die keine Waferstapelanordnung aufweisen, bietet das erfindungs­ gemäße Konzept der Waferstapelung zur Herstellung von mikro­ mechanischen Drehratensensoren eine Fülle von Vorteilen, von denen nur einige im nachfolgenden genannt werden:

• - Die Schicht- bzw. Waferstapelanordnung, sowie das Struk­ turieren der Drehratensensoren kann einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden und ist für die Massen­ herstellung geeignet, so daß sich Wettbewerbsvorteile er­ geben können.
• - Für die Schichten bzw. Wafer können verschiedenste Mate­ rialien und Halbleitermaterialien benutzt werden, v.a. kann einkristallines Silizium für die Strukturschicht bzw. -wafer verwendet werden.
• - Die Schicht- bzw. Waferverbindung, die gleichzeitig den Abstand der Substrat- und Strukturschichten bzw. -wafer definiert, kann mit großer Variationsmöglichkeit bezüg­ lich der Dicke eingestellt werden, was bei einer kapazi­ tiven Detektionseinheit vorteilhaft ist.
• - Für die Schicht- bzw. Waferverbindung können verschiedene Polymere verwendet werden (Polyimide, Epoxidharze, Ther­ moplaste), oder andere organische Materialien, die in se­ lektiven Ätzschritten, v.a. in einem Trockenätzprozess teilweise wieder entfernt werden können.
• - Die mögliche Nutzung von Trockenätzprozessen führt zu keinem "Sticking", d. h. Kleben, der freigeätzten Struk­ turen am Substrat.
• - Das Dünnen der großflächigen Strukturschicht bzw. -wafer führt zu einheitlichen Höhen der Strukturelemente und er­ möglicht die abgleichfreie Herstellung von Drehratensen­ soren.
• - Das Dünnen der Strukturschicht bzw. -wafer, und damit die Höheneinstellung der Struktur erfolgt durch einfache Ver­ fahren, wie z. B. schleifen und polieren.
• - Die Vorteile der Oberflächenmikromechaniktechnologien zur Strukturierung der Sensorstruktur können ohne Einschrän­ kung genutzt werden.
• - Die in Oberflächenmikromechanik hergestellten Drehraten­ sensoren sind aufgrund ihrer kleinen Größe und aufgrund von möglichen hohen Balkenstrukturen robust gegenüber Schockbelastungen.
• - Die Struktur kann in einem Ätzschritt definiert werden und besteht aus einem Teil.
• - Die Höhe der Struktur kann mit großer Variationsmöglich­ keit eingestellt werden.
• - Durch die Einstellung der Höhe der Struktur sind ver­ schiedene Auflösungsvermögen einstellbar.
• - Durch große Höhen sind große Massen realisierbar und da­ her große Meßeffekte und Empfindlichkeiten erreichbar
• - Durch große Höhen werden Störeffekte, wie z. B. Levitati­ on, besser unterdrückt.
• - Durch die große Höhe können Linearbeschleunigungen senk­ recht zur Schicht- bzw. Waferstapelanordnung besser un­ terdrückt werden.
• - Durch große Höhen sind großflächige Kapazitätsanordnungen zur Schwingungsanregung möglich und daher nur geringe Versorgungsspannungen nötig.
• - Ein optimales Aspektverhältnis kann durch die große Va­ riation der Höheneinstellung und Nutzung der Oberflächen­ mikromechaniktechnologien eingestellt werden, wodurch op­ timale Designfreiheit erreicht werden kann.
• - Durch die große Designfreiheit können die Resonanzfre­ quenzen der beiden Schwingungen (Anregungs- und Detek­ tionsschwingung) optimal aufeinander abgestimmt werden. Dies ist nötig, da die Anregung bei der Resonanzfrequenz erfolgen soll, damit eine große Auslenkung erreicht wer­ den kann, und damit ein großer Meßeffekt.
• - Das optimal einstellbare Aspektverhältnis der Struktur führt zu einer hohen Selektivität in den verschiedenen Schwingungsmoden.
• - Da die Höhe der Struktur keinen Einfluß auf die Biegung von Biegebalken in der Schichtebene hat, aber einen line­ aren Einfluß auf die Torsion, können durch die Höhenein­ stellung die Resonanzfrequenzen von Torsionsbalken auf die der Biegebalken abgestimmt werden.
• - Bei Verwendung von einkristallinem Silizium tauchen keine Alterungs- und Ermüdungserscheinungen des Materials auf.
• - Bei Verwendung von einkristallinem Silizium tauchen keine Verspannungen der freigeätzten Sensorstruktur auf.
• - Einkristallines Silizium hat optimale mechanische und elektrische Eigenschaften.
• - Bei Verwendung von einkristallinem Silizium ist die monolithische Integration der Elektronik leicht möglich.
• - Durch die Schicht- bzw. Waferstapelanordnung sind drei­ dimensionale Aufbauten des mechanischen Elementes, der Detektionseinheit und der Auswerteschaltung möglich.
• - Durch das Herstellungsverfahren sind gute Reproduzierbar­ keiten möglich und damit kostengünstige Drehratensenso­ ren.
• - Die Reihenfolge, zuerst die Schichten bzw. Wafer zu ver­ binden, und dann die Strukturschicht bzw. -wafer zu strukturieren führt zu keinem nötigen Abgleich der mecha­ nischen Elemente bezüglich der Schwingeigenschaften.
• - Das verwendete organische Material zur Schicht- bzw. Wa­ ferverbindung dient weiter als Ätzstopp, Opferschicht und Abstandsschicht um freistehende Strukturen zu erhalten.
• - Es können unterschiedlichste Anregungs- und Detektions­ einheiten benutzt werden.
• - Bei Verwendung einer kapazitiven Detektionseinheit können die Elektroden auf den Substratwafer angebracht oder in demselben vergraben werden.
• - Bei vergrabenen Elektroden erhält man eine plane Fläche für die Schicht- bzw. Waferverbindung.
• - Als Elektroden können Metalle oder dotierte Bereiche in der Substratschicht verwendet werden.
• - Die benötigte Auswerteschaltung kann monolithisch inte­ griert werden oder durch hybride Integration realisiert werden.
• - Bei einer kapazitiven Detektionseinheit mit Hybridinte­ gration der Auswerteschaltung kann das nötige Bonden auf der unteren Elektrode durch eine Verbindung zur oberen Leitungsschicht auch auf der oberen Elektrode stattfin­ den.
• - Durch das Strukturieren von Löchern oder Fenster in die Strukturschicht bzw. -wafer, und das anschließende Auf­ füllen mit leitendem Material wie Metall kann die Bond­ verbindung auf der Oberfläche der Strukturschicht erfol­ gen.

Claims (21)

1. Mikromechanischer Drehratensensor mit Waferstapelan­ ordnung, mit folgenden Merkmalen:
einer Substratwaferanordnung (12, 16);
einer Strukturwaferanordnung (14, 18), in der wenig­ stens eine seismische Masse (20; 20a, 20b), deren Auf­ hängung (24) und mindestens eine Federeinrichtung (22a, 22b; 22c) zum Verbinden der Aufhängung (24) mit der seismischen Masse definiert sind; und
einer isolierenden Verbindungsschicht (15), die die Substratwaferanordnung mit der Strukturwaferanordnung mechanisch verbindet, derart, daß die seismische Masse eine Anregungsschwingung und zumindest ein Teil der seismischen Masse eine Erfassungsschwingung aufgrund einer Drehrate relativ zu der Substratwaferanordnung (12, 16) ausführen kann.

2. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Substratwaferanordnung (12, 16) einen Sub­ stratwafer (12) und eine Metallisierung (16) auf der der Verbindungsschicht (15) zugewandten Seite des Sub­ stratwafers (12) aufweist, wobei die Metallisierung (16) flächige Erfassungselektroden (34a, 34b) unter der seismischen Masse (20; 20a, 20b) aufweist, um eine kapazitive Erfassungseinrichtung der Erfassungsschwin­ gung aufgrund der Corioliskraft zu erhalten.

3. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Strukturwaferanordnung (14, 18) ferner eine Kammantriebseinrichtung (26, 28) zur Er­ zeugung einer Anregungsschwingung der seismischen Mas­ se (20; 20a, 20b) aufweist, wobei ein feststehender Teil (26a, 28a) der Kammantriebseinrichtung eine Me­ tallisierung (18) aufweist, durch die eine elektrische Spannung an die Kammantriebseinrichtung anlegbar ist.

4. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem die seismische Masse (20; 20a, 20b) Durchbrüche (21) aufweist, die derart angeordnet sind, daß die Verbindungsschicht (15) unter der seismischen Masse unter Verwendung einer lateralen Ätzung entfernt werden kann, derart, daß die seismi­ sche Masse die Anregungsschwingung und zumindest ein Teil der seismischen Masse die Erfassungsschwingung relativ zur Substratwaferanordnung (12, 16) ausführen kann.

5. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem die Substratwaferanord­ nung vergrabene Elektroden (35a, 35b) unter der seis­ mischen Masse (20a, 20b) aufweist.

6. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem sowohl die Substrat­ waferanordnung als auch die Strukturwaferanordnung ei­ nen Halbleiterwafer (12, 14) aus einkristallinem Sili­ zium aufweisen können.

7. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der An­ sprüche 3 bis 6, bei dem Abschnitte der Metallisierung (16) der Substratwaferanordnung und der Metallisierung (18) der Strukturwaferanordnung über eine Verbindungs­ metallisierung (46) verbunden sind, derart, daß An­ schlußflächen für den Drehratensensor auf einer glei­ chen Höhe bezüglich der Substratwaferanordnung (12, 16) sind.

8. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke (d) der Strukturwaferanordnung (14, 18) höchstens das 50-fache der Dicke der Verbindungsschicht (15) und vorzugsweise das 20- bis 30-fache beträgt.

9. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem in der Strukturwaferan­ ordnung eine Mehrzahl von seismischen Massen (20a, 20b) definiert ist.

10. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine in der Substratwaferanordnung monolithisch inte­ grierte Anregungs- und Auswertungsschaltung (44).

11. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei dem die Verbindungsschicht (15) aus einem Polymer oder einem anderen organischen Material besteht.

12. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß Anspruch 11, bei dem die Verbindungsschicht Polyimid, Epoxidharz oder Thermoplaste aufweist.

13. Mikromechanischer Drehratensensor gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, der ferner einen Deckelwafer (54) aufweist, der mit der Strukturwaferanordnung (14, 18) verbunden ist, derart, daß ein Hohlraum zwischen der Substratwaferanordnung (12, 16) und dem Deckelwa­ fer (54) gebildet wird.

14. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Dreh­ ratensensors mit folgenden Schritten:

• a) Bereitstellen einer Substratwaferanordnung (12, 16);
• b) Bereitstellen einer Strukturwaferanordnung (14, 18);
• c) mechanisches Verbinden der Substratwaferanordnung und der Strukturwaferanordnung mittels einer iso­ lierenden Verbindungsschicht (15), um eine Wafer­ stapelanordnung zu erhalten;
• d) Strukturieren der Strukturwaferanordnung der Wa­ ferstapelanordnung, um wenigstens eine seismische Masse (20; 20a, 20b), eine Aufhängung (24) und eine Federeinrichtung (22a, 22b; 22c) zum Verbin­ den der Aufhängung (24) mit der seismischen Masse (20; 20a, 20b) zu definieren; und
• e) Entfernen der Verbindungsschicht (15) zumindest unter der seismischen Masse, derart, daß die seis­ mische Masse eine Anregungsschwingung und zumin­ dest ein Teil derselben eine Erfassungsschwingung aufgrund einer Drehrate relativ zur Substratwafer­ anordnung ausführen kann.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Schritt a) folgende Teilschritte aufweist:
Bereitstellen eines Halbleiterwafers (12);
Metallisieren (16) des Halbleiterwafers (12); und
Strukturieren der Metallisierung (16), um zumindest eine Elektrode (34a, 34b) zu bilden, die unter der seismischen Masse (20; 20a, 20b) plaziert ist, um die Substratwaferanordnung (12, 16) zu erhalten.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Schritt a) folgende Teilschritte aufweist:
Bereitstellen eines Halbleiterwafers (12);
Bilden einer vergrabenen Elektrode (35a, 35b) in dem Halbleiterwafer (12), die unter der seismischen Masse (20; 20a, 20b) plaziert ist, um die Substratwaferan­ ordnung zu erhalten.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Schritt d) durch Trockenätzen der Strukturwaferan­ ordnung ausgeführt wird, wobei die Verbindungsschicht (15) als Ätzstopp wirkt.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der Schritt e) durch Trockenätzen ausgeführt wird, wo­ durch lediglich die Verbindungsschicht selektiv geätzt wird.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem im Schritt d) eine Mehrzahl von Durchbrüchen (21) in die seismische Masse (20a, 20b) strukturiert wird, und bei dem im Schritt e) die Verbindungsschicht (15) in den Durch­ brüchen und lateral unter den Durchbrüchen weggeätzt wird.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, das vor dem Schritt b) ferner folgenden Schritt aufweist:
Dünnen der Strukturwaferanordnung (14) auf eine vorbe­ stimmte Dicke (d), um zusammen mit der lateralen Aus­ dehnung der in dem Schritt d) definierten Elemente eine Federkonstante der Federeinrichtung und die Masse der seismischen Masse festzulegen.

21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, das ferner vor dem Schritt a) folgenden Schritt aufweist:
monolithisches Integrieren einer Anregung- und Auswer­ tungsschaltung (44) für den mikromechanischen Dreh­ ratensensor in den Substratwafer (12) der Substrat­ waferanordnung (12, 16).