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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Das
heißt,
es zuzulassen, dass die Dotierungen nahe der Bindegrenzfläche ausgeschieden
werden, würde
ein Reduzieren der Bindestärke
zwischen der Glaskappe und dem Binderahmen verursachen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Beschleunigungssensor,
der eine Verbesserung einer Bindestärke zwischen einem Binderahmen
und einer Kappe bereitstellt, und ein Herstellungsverfahren eines
solchen Beschleunigungssensors bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird durch einen Beschleunigungssensor gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Nach
einem ersten Aspekt beinhaltet ein Beschleunigungssensor 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
beabstan det ist. Der Polysiliziumbinderahmen ist mit keiner Dotierung
dotiert.
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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.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls durch einen Beschleunigungssensor gemäß Anspruch
2 gelöst.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt beinhaltet ein Beschleunigungssensor 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.
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Der
Beschleunigungssensor gemäß dem zweiten
Aspekt kann dieselben Effekte erzeugen, die durch den Beschleunigungssensor
gemäß dem ersten
Aspekt 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.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls durch einen Beschleunigungssensor gemäß Anspruch
3 gelöst.
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Gemäß einem
dritten 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
Polysiliziumbinderahmen 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.
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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.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Herstellen eines
Beschleunigungssensors nach Anspruch 4 gelöst.
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Gemäß einem
vierten 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 einen 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.
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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.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen.
Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Draufsicht einer Gesamtstruktur eines Beschleunigungssensors;
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2 eine
Draufsicht eines Beschleunigungsdetektierchips nach einer ersten
bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine
Schnittansicht des Beschleunigungsdetektierchips nach der ersten
bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Binderahmens und von dessen peripherem Bereich nach der ersten
bevorzugten Ausführungsform;
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5 eine
Schnittansicht zum Illustrieren eines Falles, in dem der Beschleunigungsdetektierchip nach
der ersten bevorzugten Ausführungsform
eine flache Kappe beinhaltet;
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6 eine
Schnittansicht zum Illustrieren eines Zustandes, bei dem eine Metallschicht
in einer Kappe eines Beschleunigungsdetektierchips gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
ausgebildet ist;
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7 eine
Schnittansicht zum Illustrieren eines Zustandes, bei dem eine Metallschicht
mit einem verlängerten
Abschnitt in der Kappe des Beschleunigungsdetektierchips nach der
zweiten bevorzugten Ausführungsform
ausgebildet ist;
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8 eine
Draufsicht einer Struktur des Beschleunigungsdetektierchips nach
der zweiten bevorzugten Ausführungsform;
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9 eine
Illustration eines Zustandes, bei dem jeweilige Felder in dem Beschleunigungsdetektierchip
nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform elektrisch miteinander
verbunden sind.
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Unten
wird die vorliegende Erfindung detaillierter durch Bezug nehmen
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung illustrieren.
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Erste bevorzugte
Ausführungsform
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1 ist
eine Aufsicht, die eine Gesamtstruktur eines Beschleunigungssensors
gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
illustriert. Wie in 1 illustriert ist, beinhaltet
der Beschleunigungssensor nach der ersten bevorzugten Ausführungsform
einen Signalverarbeitungschip CP1, einen Beschleunigungsdetektierchip
CP2, der als ein Beschleunigungsdetektor arbeitet, einen Anschluss
LD und ein Chip-Kontaktfeld DP.
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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 nach der ersten
bevorzugten Ausführungsform
beinhalteten Elemente, die wie oben beschrieben angeordnet sind,
sind mit einer Einheit PK bedeckt, die aus Harz besteht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Fühlerelement
auf dem Halbleitersubstrat SB ist durch Halbleiterherstellungsverfahren
hergestellt. Spezieller sind jeweilige 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.
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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.
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Das
heißt,
der Massekörper
MS funktioniert als ein beweglicher Abschnitt zum Detektieren einer Beschleunigung
und die Fest elektroden FE1 und FE2 und die bewegliche Elektrode
ME des Massekörpers
MS funktionieren als ein Beschleunigungsdetektor.
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Die
Kappe CA ist mit einem Binderahmen FD verbunden, der auf dem Halbleitersubstrat
SB ausgebildet ist, so dass ein zulässiger Bewegungsraum des Massekörpers MS
bewahrt und komplett umschlossen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
Nächstes
wird eine Struktur des Binderahmens FD detaillierter durch Bezugnehmen
auf 4 beschrieben. 4 ist eine
vergrößerte Ansicht
eines umkringelten Abschnittes in 3.
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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.
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Anodisches
Binden zwischen dem Binderahmen FD mit der beschriebenen geschichteten
Struktur und der Kappe CR 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 Do tierungen
dotierten Polysilizium und einer Glaskappe verwendet wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zweite bevorzugte
Ausführungsform
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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.
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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.
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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.
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In
dieser Hinsicht ist bei einem Beschleunigungssensor gemäß einer
zweiten 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 er reicht und mit diesem verbunden ist, wie
in 7 illustriert ist.
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Ferner
unterscheidet sich der Beschleunigungssensor gemäß der zweiten bevorzugten Ausführung, der
in einer Draufsicht von 8 illustriert 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.
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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.
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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.
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Mit
der Metallschicht 11 wie oben beschrieben ausgebildet,
wird eine Spannung zwischen dem Halbleitersubstrat SB und der Kappe
CA angelegt, um anodisches Binden auszuführen.
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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 Abschirmelektrode SE, der Binderahmen FD und Ähnliche
auf demselben Potential gehalten, da all diese Elemente elektrisch über die
Metallschicht 11 verbunden sind.
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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.
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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.
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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 Fühlerele ments während des
Betriebs des Beschleunigungssensors durch externe Störungen nachteilig
beeinflusst werden.