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Patent Searching and Data


Title:
ACCELERATION LIMIT SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/009174
Kind Code:
A1
Abstract:
An acceleration limit sensor presenting a support device (14; 36), a seismic mass (10; 32) and a connecting device (12; 34) with which the seismic mass (10; 32) is mounted on the support device (14; 36). The connecting device (12; 34) presents a predetermined breaking point, which interrupts the connection between seismic mass (10; 32) and the support device when the seismic mass (10; 32) is impinged upon by an acceleration that exceeds a predetermined limit.

Inventors:
GEIGER WOLFRAM (DE)
KUECK HEINZ (DE)
ERLEBACH AXEL (DE)
FISCHER WOLF-JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/EP1996/003821
Publication Date:
March 05, 1998
Filing Date:
August 30, 1996
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
GEIGER WOLFRAM (DE)
KUECK HEINZ (DE)
ERLEBACH AXEL (DE)
FISCHER WOLF JOACHIM (DE)
International Classes:
G01P15/06; G01P15/08; G01P21/00; (IPC1-7): G01P15/06; G01P15/08; G01P21/00
Domestic Patent References:
WO1991011722A11991-08-08
Foreign References:
DE748408C1944-11-02
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 212 (P - 224)<1357> 20 September 1983 (1983-09-20)
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Fritz (M�nchen, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Beschleunigungsgrenzwertsensor mit folgenden Merkmalen: einer Trägervorrichtung (14; 36); einer seismischen Masse (10; 32) ; und einer Verbindungseinrichtung (12; 34), mit der die seismische Masεe (10; 32) an der Trägereinrichtung (14; 36) angebracht ist, wobei die Verbindungseinrichtung (12; 34) eine Soll¬ bruchstelle aufweist, die die Verbindung zwischen der seismischen Masse (10; 32) und der Trägereinrichtung (14; 36) unterbricht, wenn die seismische Masse (10; 32) mit einer Beschleunigung beaufschlagt wird, die ei¬ ne vorbestim te Beschleunigung übersteigt.
2. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Trägereinrichtung (14; 36), die seismische Masse (10; 32) und die Verbindungseinrichtung (12; 34) einεtückig mittels eines mikromechanischen Verfahrens aus einer Siliziumschicht gebildet sind, derart, daß die Sollbruchstelle der Verbindungseinrichtung (12; 34) der Siliziumschicht gebildet ist.
3. Beschleunigungεgrenzwertεenεor gemäß Anspruch 2, bei dem die Sollbruchstelle durch eine zusätzliche Verringerung der Siliziumschichtdicke gebildet ist.
4. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der die Trägereinrichtung (14; 36) bildende Teil der Siliziumschicht auf einer Oxidschicht (16; 38) angebracht ist, die auf einem Siliziumsubstrat (18; 40) angebracht ist.
5. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Sollbruchstelle derart in der Siliziumschicht strukturiert ist, daß die Verbindung zwischen der Trägereinrichtung (14) und der seismischen Masse (10) unterbrochen wird, wenn die seismische Masse (10) mit einer zu den Hauptoberflächen der Siliziumschicht senkrechten Beschleunigung (19), die die vorbestimmte Beschleunigung übersteigt, beauf¬ schlagt wird.
6. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß Anspruch 3, bei dem die Sollbruchstelle derart in der Siliziumschicht strukturiert ist, daß die Verbindung zwischen der Trägereinrichtung (36) und der seismischen Masse (32) unterbrochen wird, wenn die seismische Masse (32) mit einer zu den Hauptoberflächen der Siliziumschicht parallelen Beschleunigung (30) , die die vorbestimmte Beschleunigung übersteigt, beaufschlagt wird.
7. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem durch die Sollbruchstelle ein geschlossener Stromweg gebildet ist, der unterbrochen wird, wenn die Verbindung zwischen der seismischen Masse (10; 32) und der Trägereinrichtung (14; 36) unterbrochen wird.
8. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß Anspruch 7, bei dem der Stromweg durch eine Dotierung der Siliziumschicht gebildet ist.
9. Beschleunigungεgrenzwertsensor gemäß Anspruch 7 , bei dem der Stromweg durch eine auf die Siliziumschicht aufgebrachte Leiterbahn (22; 41) gebildet ist.
10. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Verbindungseinrichtung (12; 34) und die seismische Masse (10; 32) von an der Trägereinrichtung angebrachten Abdeckungen (50, 52) eingeschlosεen εind.
11. Beschleunigungsgrenzwertsensor gemäß einem der Ansprü¬ che 7 bis 10, bei dem die seismische Masse (32) neben der Verbindungseinrichtung eine weitere leitende Ver¬ bindung (42a, 42b) zu der Trägereinrichtung (36) auf¬ weist, wobei die weitere leitende Verbindung (42a, 42b) derart ausgebildet ist, daß sie die mechanischen Eigen¬ schaften der seismiεchen Masse (32) nicht wesentlich beeinflußt.
12. Beschleunigungsgrenzwertsenεor gemäß einem der Ansprü¬ che 1 bis 11, der eine Mehrzahl von seismischen Massen (10; 32) und Verbindungseinrichtungen (12; 34) auf¬ weist, die an der Trägereinrichtung (14; 36) befestigt sind, wobei die Sollbruchstellen der Verbindungsein¬ richtungen (12; 34) bei unterschiedlichen vorbestimmten Beschleunigungen brechen.
13. Verfahren zum Herstellen des Beschleunigungssensors nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit folgenden Her¬ stellungsschritten: Bereitstellen eines SIMOXSubstrats oder eines anderen SOISubstrats oder eines Siliziumsubstrats mit einer Siliziumoxidschicht und einer Siliziumstartschicht; Abscheiden einer Siliziumepitaxieschicht oder einer Si liziumCVDSchicht auf dem dünnen Siliziumfilm des SIMOXSubstratε oder auf der Oxidschicht des SOISub¬ strats oder auf der Siliziumstartschicht; Erzeugen eines Leiterbahnsystemε und eineε Kontaktie rungεεyεtemε auf der zuletzt abgeεchiedenen Schicht; Erzeugen und Strukturieren einer Paεεivierungεεchicht über der abgeεchiedenen Schicht und dem Metallisie¬ rungssystem und dem Kontaktierungssystem mit der Eigen¬ schaft, daß diese Schicht bei der später folgenden Trenchätzung als Ätzmaske wirkt und bei der Trenchät zung nicht, nicht vollständig oder vollständig ver¬ braucht wird; Herstellen einer Rückseitenmaske und Durchführen einer Rückseitenätzung, wobei die Oxidschicht als Ätzstopp wirkt; Durchführen einer Ätzung von der Scheibenrückseite zur Entfernung der Oxidschicht; anschließendes Durchführen der Trenchätzung zum Aus¬ bilden und Freisetzen von Sensorstrukturen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, mit dem zusätzlichen Ver¬ fahrensschritt des Erzeugens einer Dotierung in der ab¬ geschiedenen Siliziumepitaxieschicht nach dem Aufbrin¬ gen derselben.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Passi vierungsschicht nach der Trenchätzung als Passivierung der Dotierungen, des Metallisierungssystems und des Kontaktierungssystems dient.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, mit dem zusätzlichen Verfahrensschritt des Aufbringens und SEFükturieren einer Schutzschicht auf der Vorderseite der Siliziumscheibe vor Trenchätzen und Entfernen nach dem Trenchätzen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, mit dem zusätzlichen Verfahrensschritt des Aufbringens einer vollständigen oder teilweisen Schutzschicht auf der Rückseite vor dem Trenchätzen und Entfernen nach dem Trenchätzen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, mit dem zusätzlichen Verfahrensschritt des Trenchätzens über eine Fotolackmaske.
Description:
Beschlβunigungsgrenzwertsensor

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu¬ nigungsgrenzwertsensor.

Es ist gemäß dem Stand der Technik bekannt, zur Überwachung von Beschleunigungs- und Stoß-Vorgängen, beispielsweise beim Transport wertvoller empfindlicher Güter, makroskopische me¬ chanische Anordnungen zu verwenden. Eine derartige Anordnung weist einen durchsichtigen Kunststoffbehälter mit einer Me¬ tallkugel, die durch vier Federn in einer Ruheposition ge¬ halten ist, auf. Bei einer mechanischen Beschleunigung oder bei einer Stoßbelastung oberhalb eines Grenzwertes verläßt die Kugel ihre Ruheposition. Nachfolgend kann durch eine op¬ tische Betrachtung festgestellt werden, ob ein solcher be¬ kannter Grenzwertsensor einer Beschleunigung oder Stoßbela¬ stung oberhalb eines Grenzwertes ausgesetzt war. Derartige makroskopische mechanische Anordnungen sind aufwendig. Fer¬ ner können derartige bekannte Anordnungen nur optisch, d.h. durch eine Betrachtung, ausgelesen werden.

In der Technik sind ferner zahlreiche Anwendungen mikrome¬ chanischer Strukturen zur Erfassung von Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Kräften bekannt. Mittels derartiger mikromechanischer Strukturen können beispielsweise Beschleu¬ nigungserfassungen mittels kapazitiver Messungen sowie ande¬ ren Meßprinzipien, beispielsweise mittels eines Schließens von Kontakten, durchgeführt werden. Derartige mikromechani¬ sche Strukturen sind jedoch nicht in der Lage, Informationen über die erfaßten Beschleunigungen mechanisch und damit ohne eine Hilfsenergie zu speichern.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Beschleu¬ nigungsgrenzwertsensor zu schaffen, der einen einfachen

Aufbau aufweist, kostengünstig herstellbar und ständig meßbereit ist, und ferner in der Lage ist, ohne Hilfsenergie zu speichern, daß der Sensor einer eine vorbestimmte Be¬ schleunigung übersteigenden Beschleunigung ausgesetzt war.

Diese Aufgabe wird durch einen Beschleunigungsgrenzwert¬ sensor gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Beschleunigungs¬ grenzwertsensor, der eine Trägereinrichtung, eine seismische Masse und eine Verbindungseinrichtung, mit der die seismische Masse an der Trägereinrichtung angebracht ist, aufweist. Die Verbindungseinrichtung weist eine Soll¬ bruchstelle auf, die die Verbindung zwischen der seismischen Masse und der Trägereinrichtung unterbricht, wenn die seis¬ mische Masse mit einer Beschleunigung beaufschlagt wird, die eine vorbestimmte Beschleunigung übersteigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungsgrenzwertsensor sind die Trägereinrichtung, die seismische Masse und die Verbindungseinrichtung vorzugsweise einstückig mittels eines mikromechanischen Verfahrens aus einer Halbleiterschicht gebildet, derart, daß die Sollbruchstelle der Verbindungs¬ einrichtung durch eine Gestaltung der Halbleiterschicht gebildet ist. Ein derartiger Beschleunigungsgrenzwertsensor weist——einen einfachen Aufbau auf, ist kostengünstig herstellbar, ständig meßbereit und benötigt grundsätzlich keine Hilfsenergie für die Funktion. Speziell kann der erfindungsgemäße Sensor bei Langzeiteinεätzen bei einem geringsten Energieverbrauch in batteriebetriebenen Systemen vorteilhaft eingesetzt und zu einem beliebigen Zeitpunkt elektrisch ausgelesen werden.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der mikromecha¬ nische Beschleunigungsgrenzwertsensor Bruchstrukturen auf, die aus einer seismischen Masse in der Form einer Platte oder einer ähnlichen Struktur und aus an einem Substrat und an der Masse befestigten Balken bestehen. Dabei können diese

Bruchstrukturen eine Leiterschleife bilden, die bei einem Bruch der Balken unterbrochen wird. Somit können die Grenzwertsensoren gemäß der vorliegenden Erfindung elektrisch oder aber auch optisch, beispielsweise durch eine Inaugenscheinnahme, ausgelesen werden. Derartige Bruch¬ strukturen lassen sich als Sensoren für Grenzbeschleunigun¬ gen aller Art, als Nachweiseinrichtungen für bestimmte Bela¬ stungsereignisse von Geräten und, wenn mehrere derselben in Arrayform in einem System angeordnet sind, als digitale Be¬ schleunigungssensoren verwenden.

Der Einsatz von Bruchstrukturen, insbesondere von mikrome¬ chanischen Bruchstrukturen zur Erfassung von Grenzbeschleu¬ nigungen, als Nachweiseinrichtung für bestimmte Belastungs- ereignisεe von Geräten, als digitale Beschleunigungssensoren und als Sensoren für andere mechanische Lasten ist aus dem Stand der Technik bisher nicht bekannt.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab¬ hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich¬ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Beschleunigungs¬ grenzwertsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht des Beschleunigungs¬ grenzwertsensors von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Beschleunigungs- grenzwertεensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht des Beschleunigungs¬ grenzwertsensors von Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht des zweiten Aus¬ führungsbeispiels des Beschleunigungsgrenzwertsen¬ sors entlang der Linie A-A von Fig. 4; und

Fig. 6 eine grobe, schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Beschleunigungsgrenz¬ wertsensors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Mittels eines mikromechanischen Beschleunigungsgrenzwertsen¬ sors gemäß der vorliegenden Erfindung können Überschreitun¬ gen von Grenzbeschleunigungen oder Stößen erkannt und das Auftreten derselben gespeichert werden, so daß derartige Belastungsereignisse, beispielsweise bei einem wertvollen empfindlichen Gerät, nachweisbar sind. Dies ist möglich, da der erfindungsgemäße Beschleunigungsgrenzwertsensor eine Bruchstruktur mit einer Sollbruchstelle aufweist, die beim Auftreten einer bestimmten Beschleunigung bricht. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Sollbruchstelle Teil einer Stromschleife, wobei die Stromschleife unterbrochen wird, wenn die Sollbruchstelle bricht. Dieses Unterbrechen der Stromschleife kann später durch das Anlegen einer Spannung festgestellt werden. Alternativ kann das Brechen durch eine visuelle Beobachtung erfaßt werden. Wird ein Array von Bruchstrukturen für verschiedene Beschleunigungswerte verwendet, können dabei Informationen über die Höhe der Beschleunigungεbelastung gewonnen werden.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, daß sich die Bruchstruktur bei einer Beschleunigungsbelastung ver¬ formt, wodurch sich eine mechanische Spannung aufbaut, wobei der oder die Balken, die als eine Verbindungseinrichtung zwischen der seismischen Masεe und einem Träger wirken, an einer vorgesehenen Sollbruchstelle derselben brechen, wenn diese mechanische Spannung einen vorbestimmten bekannten Wert überschreitet. Der Bruch der Balken unterbricht bei¬ spielweise eine Leiterschleife und führt dazu, daß bei ei¬ nem späteren Anlegen von Spannung kein Strom fließt. Dies

ist ein Indikator dafür, daß die Struktur eine Beschleuni¬ gungsbelastung erfahren hat, die einen bestimmten Grenzwert überstieg. Alternativ kann die Struktur aber auch optisch durch Inaugenscheinnahme oder durch ein optisches Gerät mit einer geringen Vergrößerung ausgelesen werden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er¬ findung werden die Beschleunigungsgrenzwertsensoren unter Verwendung der Siliziumtechnik als Mikrochips gefertigt. Da¬ zu werden beispielsweise SIMOX-Wafer oder andere SOI-Wafer verwendet.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeiεpiel eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsgrenzwertsensorε darge¬ stellt. Der Beschleunigungsgrenzwertsensor weist eine seis¬ mische Masse 10 auf, die über zwei Balken 12, die als eine Verbindungseinrichtung wirken, mit einer Trägereinrichtung, die allgemein mit 14 bezeichnet ist, verbunden ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die seismische Masse 10, die Balken 12 und die Träger¬ einrichtung 14 einstückig aus einer planaren Siliziumschicht gebildet. Im Bereich der Trägereinrichtung 14 befindet sich die Siliziumschicht auf einer Siliziumoxidschicht 16. Die Siliziumoxidschicht 16 befindet sich wiederum auf einem Siliziumsubstrat 18.

Die Balken 12, und damit die Sollbruchstelle dieses Ausfüh¬ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Beschleunigungεgrenz- wertsensors, sind derart ausgelegt, daß sie gegenüber Be¬ schleunigungen senkrecht zur Chipebene, d.h. Beschleunigun¬ gen in der Richtung des Pfeilε 19 in Fig. 1, empfindlich sind. D.h., daß die Sollbruchstellen brechen, wenn die seiε- mische Masse 10 mit einer Beschleunigung in der Richtung des Pfeils 19 beaufschlagt wird, die eine vorbestimmte Beschleu¬ nigung übersteigt.

Fig. 2 zeigt eine schematiεche Draufεicht des in Fig. 1 dar¬ gestellten Beschleunigungsgrenzwertεensors, wobei nur die

seismische Masse 10, die Balken 12 und der aus der Silizium¬ schicht bestehende Teil der Trägereinrichtung 14 dargestellt sind. Die gestrichelte Linie 20 kennzeichnet den Teil der Siliziumschicht, der "wegbricht", wenn der Beschleunigungs¬ grenzwertsensor mit einer Beschleunigung beaufschlagt wird, die den vorbestimmten Beschleunigungswert übersteigt. In Fig. 2 ist ferner eine Leiterbahn 22, die auf der Silizium¬ schicht angebracht ist, dargestellt. Diese Leiterbahn 22 weist Kontakte 24a und 24b auf, mittels derer durch das An¬ legen einer Spannung erfaßt werden kann, wenn der Beschleu- nigungεgrenzwertεenεor mit einer die Grenzbeεchleunigung überεteigenden Beschleunigung beaufschlagt worden ist, d.h. wenn der von der gestrichelten Linie 20 eingerahmte Teil "weggebrochen" ist. In diesem Fall ist der durch die Leiter¬ bahn 22 gebildete geschlossene Stromweg unterbrochen.

In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ei¬ nes erfindungsgemäßen Beschleunigungsgrenzwertsensors darge¬ stellt. Dieser Sensor ist für eine Empfindlichkeit für Be¬ schleunigungen in der Chipoberfläche, d.h. für Beschleuni¬ gungen in der Richtung des Pfeils 30 in Fig. 3, ausgelegt. Wiederum ist eine seismische Masse 32, eine Verbindungsein¬ richtung, die durch einen Balken 34 gebildet ist, und eine Trägereinrichtung 36 einstückig aus einer Siliziumschicht gebildet. Der die Trägereinrichtung bildende Teil der Sili- ziumεσtricht 36 befindet sich auf einer Oxidschicht 38, die sich auf einem Siliziumεubstrat 40 befindet.

Wird die seismiεche Maεεe 32 in der Richtung deε Pfeils 3u mit einer Beschleunigung beaufschlagt, die eine vorbestimmte Beschleunigung übersteigt, bricht der Balken 34, der die Verbindungseinrichtung zwischen seiεmiεcher Masse 32 und Trägervorrichtung 36 bildet. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann wiederum eine Leiterbahn 41 auf der Siliziumschicht an¬ gebracht sein. Auf diese Leiterbahn kann verzichtet werden, wenn die Siliziumschicht selbst derart dotiert ist, daß die¬ selbe stromführend ist. Wie ferner in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist, sind an der seisraiεchen Maεse 32 dünne Verbindun-

gen 42a, 42b, die aus der Siliziumschicht gebildet sind, an¬ gebracht. Diese Verbindungen 42a und 42b stellen eine weite¬ re Verbindung zu dem die Trägereinrichtung bildenden Teil der Siliziumschicht dar. Die als Stromzuführung dienenden Verbindungen 42a und 42b sind geometrisch derart ausgestal¬ tet, daß die mechanischen Eigenschaften des Systems durch dieselben nicht weεentlich beeinflußt werden.

In Fig. 4 ist der Teil der Sensorvorrichtung, der "weg¬ bricht", wenn der Beschleunigungεgrenzwertsenεor einer Be- εchleunigung ausgesetzt ist, die eine vorbestimmte Beschleu- nigung überεteigt, durch gestrichelte Linien 44 gekenn¬ zeichnet. Die Leiterbahn ist derart über der Trägerein¬ richtung, den Balken 34 und die Verbindungen 42a und 42b ausgebildet, daß der Stromweg unterbrochen ist, wenn der Beschleunigungsgrenzwertsensor einer übermäßigen Beschleunigung ausgesetzt wurde. Dies kann durch das Anlegen einer Spannung an zwei von Kontakten 46a, 46b und 46c elektrisch erfaßt werden.

Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Beschleunigungsgrenzwertsensors entlang der Linie A-A in Fig. 4. Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, wie der Beschleunigungsgrenzwertsensor aus ei¬ nem System, das aus einer Siliziumschicht, einer Oxidschicht 38 und einem Siliziumsubstrat 40 besteht, hergestellt wurde. Dazu wird zuerst die Siliziumschicht in die in der Fig. 3 dargestellte Struktur strukturiert. Nachfolgend wird unter¬ halb der Bruchstruktur, die bei einer übermäßigen Beschleu¬ nigung "wegbricht", das Siliziu substrat 40 und die Sili- ziumoxidεchicht 38 weggeätzt. Die Ätzung von Siliziu - εchicht, Siliziumsubstrat und Oxidschicht kann auch in einer anderen Reihenfolge geschehen. Die fertige Struktur wird nachfolgend mittelε Abdeckungen 50 und 52 eingeschlosεen. Die Abdeckung 52 ist an der Unterseite des Siliziumsubstrats 40 angebracht. Die Abdeckung 50 ist über Verbindungseinrich¬ tungen 54a und 54b auf der Siliziumschicht, in der die Sen¬ sorstruktur gebildet ist, angebracht. Derartige Abdeckungen

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liefern einen Schutz der Sensorstruktur vor einer Verschmut¬ zung, vor Zerstörungen oder anderen Beeinträchtigungen.

Nachfolgend wird teilweise bezugnehmend auf Fig. 6 auf ge¬ eignete Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsgrenzwertsensors eingegangen. Fig. 6 ist eine schematische Querschnittansicht, die grob die Bauteile eines erfindungsgemäßen Sensors zeigt. In einer Platte oder Schei¬ be 100 ist eine Bruchstruktur 102 gebildet. Auf einer oder alternativ auf beiden Seiten der Scheibe 100 sind Träger¬ schichten 104 bzw. 106 vorgesehen. Die Trägerschichten sind im Bereich der Bruchεtruktur 102 entfernt. Auf den Träger¬ schichten 104 und 106 sind Abdeckungen 108 und 110 ange¬ bracht, die einen Schutz der in der Scheibe 100 gebildeten Bruchstruktur 102 von beiden exponierten Seiten liefern. Es ist offensichtlich, daß, wenn eine der oder die Abdeckungen 108 und 110 nicht vorgesehen sind, eine der Trägerschichten 104 oder 106 entfallen kann. Ebenso kann die Trägerschicht 104 oder 106 bei geeigneter Ausbildung der Abdeckungen 108 und 110 entfallen.

Die Bruchstruktur des erfindungsgemäßen Beschleunigungs¬ grenzwertsensors wird in einem geeigneten, im Falle einer späteren elektrischen Auslesung vorzugsweise leitfähigen Material, das in der Form einer dünnen Schicht oder Platte vorliegt, strukturiert. Die Strukturierung wird beispiels¬ weise durch einfache mechanische Verfahren wie Stanzen, Schneiden oder Sägen, durch Lasertrennverfahren, durch li¬ thographische Verfahren, durch Ätzverfahren oder dergleichen durchgeführt. Die Bruchstruktur kann dabei mit einer der Trägerschichten 104, 106 während der Strukturierung fest verbunden sein, wobei die Trägerschicht entweder eine nicht-leitende Schicht ist, oder zwischen der Trägerschicht und der Platte, in der die Bruchstruktur gebildet ist, ein Isolator (nicht dargestellt) angeordnet ist. Der Träger und die eventuell vorliegende Isolationsschicht unterhalb der Bruchstruktur 102 werden unterhalb der Bruchstruktur ent¬ fernt. Alternativ kann die Bruchstruktur auch nach der

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Strukturierung durch Fügetechniken, beispielsweise durch Kleben oder durch anodisches Bonden oder andere Füge¬ verfahren mit einer Trägerschicht verbunden werden, wobei die Trägerschicht wiederum entweder eine nicht-leitende Schicht ist oder zwischen der Trägerschicht und der Bruch¬ struktur ein Isolator (nicht dargestellt) angeordnet ist. Auf die gleiche Art und Weise kann auf der anderen Seite der Platte 100 eine Trägerschicht angebracht werden. Auf diesen Trägerschichten 104 und 106 können zum Schutz vor Ver¬ schmutzungen, Zerstörungen oder anderen Beeinträchtigungen der Bruchstruktur 102 Abdeckungen 108 und 110 angebracht werden. Bei geeigneter Ausbildung der Abdeckungen 108 und 110 kann auf die Trägerschichten verzichtet werden.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer elek¬ trisch auslesbaren Bruchstruktur näher erläutert. Auf den dünnen oberen Siliziumfilm eines SIMOX-Wafers wird eine zu¬ sätzliche Siliziumschicht mit einer geeigneten Dicke zur Einstellung des Beschleunigungsgrenzwerts durch Epitaxie aufgebracht. Danach wird das Leiterbahn- und Kontakt-System mit der Leiterschleife erzeugt. Die Leiterschleife kann durch eine Aluminium-Metallisierung oder durch eine Dotie¬ rung des Siliziums selbst gebildet werden.

Nach dem Aufbringen einer Trenchätzmaske und einer Rücksei- tenmsske—erfolgt ein anisotropes Ätzen des Siliziums von der Rückεeite her, εowie die naßchemische Entfernung des vergra¬ benen Oxids, um das Gebiet der Bruchstrukturen von unten her freizulegen. Dann wird eine Trenchätzung durchgeführt, die zur Strukturierung der Bruchstrukturen selbst führt. Diese Ätzungen können auch in einer anderen Reihenfolge durch¬ geführt werden. Bei den in den Fig. 2 und 4 dargestellten Beschleunigungsgrenzwertsensoren führt die Trenchätzung zu den dargestellten Umrissen der Siliziumschicht.

Nachfolgend wird das Vereinzeln und Hausen der Chips mit den Bruchstrukturen durchgeführt, wobei die Chips vor dem Sägen bzw. Vereinzeln durch eine geeignete Schutzschicht geschützt

werden, die nach dem Sägen wieder entfernt wird. Alternativ können die Chips vor dem Sägen bzw. Vereinzeln beispielswei¬ se durch anodischeε Bonden oder Kleben mit einem unteren und oberen Deckel verεehen werden, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungεbeispiel zur Herstellung ei¬ nes erfindungsgemäßen Beschleunigungsgrenzwertsensors wird folglich zuerst eine Schichtfolge Siliziumsubstrat-Oxid- opferschicht-Siliziumεchicht durch die Bearbeitung eines Si- liziumwafers hergestellt. Die Oxidopferschicht kann bei¬ spielsweise auf der Basis eines SIMOX-Prozesεes oder einer Oxidabscheidung erzeugt werden. Die Materialschicht in der nachfolgend die Bruchstruktur gebildet wird, kann beispiels¬ weise durch Aufepitaxieren von Silizium auf den Siliziumfilm einer SOI-Scheibe oder durch eine Polysiliziumabscheidung hergestellt werden. Danach wird die rückseitige Entfernung des Substrats und des Oxids unterhalb der Bruchstruktur durch Rückseitenätzen durchgeführt. Nachdem diese Prozeßschritte, die meist naßchemisch oder im Dampf eines Ätzmittels durchgeführt werden, erfolgt sind, werden die Sensorstrukturen durch ein plasmatechnisches Trenchätzen erzeugt. Hierbei kann die SOI-Scheibe von der dem Ätzangriff nicht ausgesetzten Seite mit einer geeigneten Schutzschicht, z. B. Fotolack ganz oder teilweise bedeckt sein, um eine für das Verfahren schädliche Veränderung des Plasma-Ätzprozesses beim Beginn des Durchätzens der Schicht 100 zu vermeiden. Diese Schutzschicht wird anschließend wieder plasmatechnisch entfernt. Durch das Trenchätzen und das Entfernen der Schutzschicht wird die Sensorstruktur beweglich und empfindlich für Beschleunigungen. Für die Trenchätzung wird bei diesem Verfahren eine Maske aus den üblichen Passivierungsschichten bei Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid. Diese Schicht wird in ausreichender Dicke abgeschieden und in der üblichen Weise strukturiert, so daß die Metallkontaktierungsflachen der Bauelemente, die Bond- padε, freigelegt werden und daε gleichzeitig erfindungsgemäß die Ätzmaske für das Trenchätzen entsteht. Vor dem Trench-

ätzen werden dann die Metallkontaktierungsflachen mit einer Schutzschicht, beispielεweiεe Fotolack, εo abgedeckt, daß sie beim Trenchätzen nicht beschädigt werden. Die Schutz¬ schicht wird nach dem Trenchätzen entfernt. Der Trenchätz- prozeß kann auch über eine Fotolackmaske erfolgen. Nach¬ folgend kann vorzugsweise durch anodisches Bonden ein oberer und ein unterer Deckel aufgebracht werden.

Mittels des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens können unterschiedliche Mikrostrukturen hergestellt werden. Bei¬ spielsweise ist dieses Verfahren auch für die Herstellung von Beschleunigungεsensoren mit Empfindlichkeit für Be¬ schleunigungen in der Chipoberfläche oder senkrecht zur Chipoberfläche, von Gyroεkopen sowie anderen mikroelektrome- chanischen Strukturen verwendbar.

Vorteilhaft an dem Herstellungsverfahren ist, daß zum einen die Beweglichkeit der Sensorstruktur durch einen trockenen plasmatechnischen Prozeß erreicht wird. Dadurch besteht bei diesem Verfahren nicht die Gefahr der bekannten Aneinander- haftung der beweglichen Sensorstruktur und dem unbeweglichen Rest der Schicht 100, das aufgrund von Kohäsions- und Adhäεionskräften im Zusammenhang mit der Entfernung des Ätz- mediu s nach erfolgter Ätzung mit flüssigem Ätzmedium oder mit dem Dampf des Ätzmediums als Ätzmedium. Weiterhin ist die Gefahr einer späteren Aneinanderhaftung gegenüber bekannten Verfahren dadurch dramatisch verringert, daß das Siliziumsubstrat im Bereich der Sensorstruktur 32 entfernt wurde, so daß hier keine Haftung auftreten kann.

Die vorliegende Erfindung schafft somit einen mikromechani¬ schen Beschleunigungsgrenzwertsensor, der sich als Sensor für Grenzbeschleunigungen aller Art, als Nachweiseinrichtung für bestimmte Belastungsereignisse von Geräten und in Array- form angefertigt als digitaler Beschleunigungssensor verwen¬ den läßt. Der erfindungsgemäße Beschleunigungsgrenzwertsen¬ sor weist einen einfachen Aufbau auf, ist kostengünstig her¬ stellbar und ständig meßbereit. Ferner ist der erfindungsge-

mäße Beschleunigungεgrenzwertεensor vorzugsweise elektrisch auslesbar. Der erfindungsgemäße Sensor ist somit zur Überwa¬ chung von Beschleunigungs- und Stoßvorgängen beim Transport wertvoller empfindlicher Güter vorteilhaft einsetzbar.