專利名稱：減小了傳感器板彎曲的半導(dǎo)體加速計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說來涉及到半導(dǎo)體，更確切地說是半導(dǎo)體加速計(jì)。
過去，半導(dǎo)體工業(yè)已利用各種各樣的結(jié)構(gòu)和方法來制作半導(dǎo)體加速計(jì)?，F(xiàn)有加速計(jì)的一類利用二個(gè)帶有固定的二塊平行平板的串聯(lián)電容器和一個(gè)懸掛在二塊固定平板之間的可移動(dòng)的平面?zhèn)鞲衅髟鞲衅髟?gòu)成一個(gè)與二個(gè)電容器共接的第三塊板。當(dāng)加速力引起傳感器元件移動(dòng)到更靠近固定電容器平板中的某一個(gè)時(shí)，加速計(jì)的電容值發(fā)生變化。耦合到加速計(jì)的外部電路就檢測(cè)到電容值的改變。這種現(xiàn)有的半導(dǎo)體加速計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是其精度不能令人滿意。典型的情況是，加速力不僅引起傳感器元件移動(dòng)，也引起傳感器元件的中央部分彎曲或下垂，以致傳感器元件不再是平面狀的。彎曲引起傳感器元件的一部分比另一部分更靠近于一個(gè)電容器平板，于是，電容不再隨外加到加速計(jì)上的力而線性變化。此外，彎曲或下垂減小了傳感器元件和電容器平板之間的距離。平板到傳感器元件的距離常常小到足以使靜電吸引力將傳感器元件推向電容器平板，從而使加速計(jì)短路。
因此希望有一種不隨加速力彎曲、而且在電容值和外加加速力之間具有大體線性關(guān)系的半導(dǎo)體加速計(jì)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體加速計(jì)的放大切開的透視圖;
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1加速計(jì)的傳感器元件的一部分;
以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器板的一個(gè)變通實(shí)施例。
圖1示出了一個(gè)半導(dǎo)體加速計(jì)10的放大的切開透視圖。加速計(jì)10包括一個(gè)制作在襯底11上的第一電容器平板13和一個(gè)覆蓋在平板13上的第二電容器平板21。平板21用多個(gè)從其側(cè)面延伸到襯底11表面的側(cè)壁22懸掛在平板13之上。多個(gè)支撐橫梁16、17、18和19把傳感器板14懸掛在電容器平板13和21之間。傳感器板14和橫梁16、17、18和19起傳感器元件20的作用。橫梁16、17、18和19的第一端裝在板14的邊上而各橫梁的末端有一個(gè)伸向襯底11表面的支柱23。在最佳實(shí)施例中，支柱23大體垂直于橫梁16、17、18和19而延伸。支柱23固定在支撐區(qū)12上以便把加到支柱23上的力分布到整個(gè)襯底11上。當(dāng)不加外力時(shí)，板14大體上共面地懸掛在平板13和21之間大約正中間處。如下面將要看到的，加速力引起板14大體共面地垂直于平板13和21移動(dòng)。
平板21和14組成一個(gè)第一電容器而平板13和14組成一個(gè)與第一電容器串聯(lián)的第二電容器。平板13、14和21與監(jiān)測(cè)二個(gè)電容器數(shù)值的電路(未示出)連接。電路可制作在襯底11上，也可以是外部電路。
加速計(jì)10可用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的各種半導(dǎo)體材料和技術(shù)來制作。襯底可以是包括諸如硅之類的半導(dǎo)體材料的多種材料。而且，為了支撐加速計(jì)10，襯底11可帶有一個(gè)氮化硅或其它材料的表面層。在1993年9月7日授予Addie等人的美國專利5241864中，描述了一例這種材料和技術(shù)。在最佳實(shí)施例中，支撐區(qū)12、側(cè)壁22和平板13及21都用多晶硅制作。板14、支柱23和橫梁16、17、18、19的最佳實(shí)施例是一種多層結(jié)構(gòu)，其特征是一層氮化硅夾在二層多晶硅之間。
圖2示出了圖1所述傳感器元件20一部分的平面圖。圖2還包括一個(gè)力的圖解40，示出了加于板14的加速力的一個(gè)例子。圖2中與圖1相同的元件的參考號(hào)與圖1中相同。板14有許多約束點(diǎn)26、27、28和29，它們位于橫梁16、17、18、19分別與板14側(cè)邊相交的地方。約束點(diǎn)26、27、28和29支持板14的質(zhì)量并起著使板14對(duì)平板13和21保持大體共面的作用(圖1)。如箭頭32所示，板14的總質(zhì)量包括由約束點(diǎn)26、27、28和29圍起來的板14中央部分的中央質(zhì)量和懸在約束點(diǎn)26和27之外的懸臂質(zhì)量23。約束點(diǎn)26和27之間的點(diǎn)線31示出了質(zhì)量33的支撐端，而板14的外邊緣代表自由端。在約束點(diǎn)27和28、28和29、29和26之間也有相同的懸臂質(zhì)量。
當(dāng)加速力加于板14時(shí)，這些懸臂質(zhì)量沿著板14的邊緣產(chǎn)生平衡力矩。這一平衡力矩傾向于使平板的中心恢復(fù)到共面或平行條件，從而改善了傳感器10(圖1)的精度。圖解40示出了這一平衡力矩、圖解40中板14用元件34表示。支點(diǎn)36和37分別代表約束點(diǎn)26和29的作用。為簡(jiǎn)化解釋，圖解40中只示出了二個(gè)約束點(diǎn)，但解釋適用于板14的全部懸臂質(zhì)量。箭頭41、42和43代表加于板14的加速力。由箭頭41代表的作用于板14中央部分的那部分力傾向于使板14的中央部分從平面狀態(tài)發(fā)生彎曲或移位。此彎曲狀態(tài)用虛線44表示。由箭頭42和43代表的是加于懸臂質(zhì)量上的力，該力對(duì)板14的各懸臂部分加一向下的力。但36和37將箭頭42和43的向下力分別轉(zhuǎn)變?yōu)閲@各支點(diǎn)36和37的平衡力矩，它傾向于將板14的中央部分恢復(fù)到大體平面的狀態(tài)。借助于使板14保持在大體為平面的狀態(tài)，懸臂質(zhì)量有利于在加速力和加速計(jì)電容變化之間形成大體的線性關(guān)系(圖1)。
傳感器板14不局限于八角形，也可有多種形狀和結(jié)構(gòu)，只要有一部分質(zhì)量在約束點(diǎn)之外即可。適合的形狀有圓形、三角形或其它多角形。
懸臂所占總質(zhì)量的百分比依賴于板14的形狀。若懸臂質(zhì)量太大，則在加速時(shí)板14會(huì)向一邊傾斜而不是保持平面狀態(tài)。為了保持其平面性，懸臂總質(zhì)量可從板14總質(zhì)量的大約10%變到大約80%。在最佳實(shí)施例中，每一懸臂質(zhì)量約為板14總質(zhì)量的16%，總的懸臂質(zhì)量約為64%。16%的懸臂質(zhì)量使板14中央部分的彎曲降低了大約50%。
圖3示出了傳感器元件50的一個(gè)變通實(shí)施例，它適用于如圖1中加速計(jì)10的半導(dǎo)體加速計(jì)。圖3中與圖2相同的部分的參考號(hào)相同。元件50包括一個(gè)大致方形的傳感器板51，由橫梁16、17、18和19分別在約束點(diǎn)26、27、28和29支持著。元件50還包括從約束點(diǎn)26和27向外延伸的懸臂質(zhì)量52，如箭頭32所示。與圖2解釋的平衡力矩相似，質(zhì)量52也產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩，它保持板51處于大體平面狀的狀態(tài)。至此，已提供了一種新穎的制作半導(dǎo)體加速計(jì)的方法。約束點(diǎn)外邊懸出去的那部分板的質(zhì)量使得容易形成平衡力矩，此平衡力矩當(dāng)加速力加于加速計(jì)時(shí)保持傳感器板大體為平面狀。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體加速計(jì)傳感器板，其特征在于包括由多個(gè)約束點(diǎn)圍起來的第一質(zhì)量，其中該第一質(zhì)量被安在多個(gè)約束點(diǎn)之內(nèi)；以及為在第一質(zhì)量上產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩而從第一質(zhì)量懸伸出去的第二質(zhì)量，其中第二質(zhì)量被安置在多個(gè)約束點(diǎn)之外。
2.權(quán)利要求1的傳感器板，其中的第二質(zhì)量利用多個(gè)約束點(diǎn)中的至少二個(gè)從第一質(zhì)量懸伸出示。
3.權(quán)利要求1的傳感器板，其中的第二質(zhì)量為傳感器板總質(zhì)量的大約10%-80%。
4.權(quán)利要求1的傳感器板，其中的傳感器板為八角形。
5.權(quán)利要求1的傳感器板，其中的傳感器板為方形。
6.一種半導(dǎo)體加速計(jì)，其特征在于包括一個(gè)具有表面的半導(dǎo)體襯底;一個(gè)在該半導(dǎo)體襯底表面上的第一電容器平板;一個(gè)覆蓋在第一電容器平板上并與第一電容器平板隔開的第二電容器平板;以及一個(gè)具有側(cè)邊、第一質(zhì)量和第二質(zhì)量的平面狀傳感器板，其中的第二質(zhì)量從第一質(zhì)量懸伸出去以便在第一質(zhì)量上產(chǎn)生平衡力矩，其中的第一質(zhì)量由多個(gè)約束點(diǎn)圍繞起來并設(shè)置在多個(gè)約束點(diǎn)以內(nèi)，其中的第二質(zhì)量設(shè)置在多個(gè)約束點(diǎn)以外，以及其中的傳感器板懸掛在多個(gè)約束點(diǎn)中一個(gè)以上的約束點(diǎn)處以便使傳感器板懸掛在第一電容器平板和第二電容器平板之間。
7.權(quán)利要求6的半導(dǎo)體加速計(jì)，還包括多個(gè)支撐橫梁，其各有一個(gè)端點(diǎn)于多個(gè)約束點(diǎn)中的一個(gè)約束點(diǎn)處連接到傳感器板側(cè)壁，這些支持橫梁自側(cè)壁徑向延伸。
8.權(quán)利要求7的半導(dǎo)體加速計(jì)，還包括一個(gè)位于多個(gè)支撐橫梁中每個(gè)橫梁末端的支柱。
9.權(quán)利要求6的半導(dǎo)體加速計(jì)，其中的第一電容器平板和第二電容器平板各為一多晶硅層。
10.權(quán)利要求6的半導(dǎo)體加速計(jì)，其中的傳感器板是夾在二層多晶硅之間的一層氮化硅。
全文摘要
一種半導(dǎo)體加速計(jì)，它帶有一個(gè)有外加加速力時(shí)保持大體平面狀的傳感器板。傳感器板由在約束點(diǎn)處與傳感器板相連的支撐橫梁來支持。傳感器元件的一部分質(zhì)量懸伸到約束點(diǎn)之外。當(dāng)加以加速力時(shí)，懸臂質(zhì)量產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩使傳感器板保持大體平面的狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01L29/84GK1113008SQ9411816
公開日1995年12月6日 申請(qǐng)日期1994年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月8日
發(fā)明者阿謝爾·T·馬特蘇達(dá) 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司