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技術 構造の平面外変位のための停止部を有する可動部を備える微小機械構造およびその製造プロセス

出願人 コミッサリアアレネルジーアトミークエオゼネルジザルタナテイヴ
発明者 フィリップ・ロベールアルノー・ワルター
出願日 2010年12月22日 (9年11ヶ月経過) 出願番号 2010-286052
公開日 2011年8月4日 (9年3ヶ月経過) 公開番号 2011-148084
状態 特許登録済
技術分野 マイクロマシン 圧力センサ 加速度、衝撃の測定
主要キーワード 長方形形態 水平ギャップ 機械的破断 側方要素 ピクリング MEMSシステム アクティブ構造 バイアス補償
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年8月4日)のものです。
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図面 (20)

課題

可動部および固定部が基板上の層の積層体によって形成されたアクティブ構造を備え、であって、可動部および固定部は対向する表面を備え、これらの表面は、システムの適用に応じて、たとえば停止部、検出または作動電極を形成し得るMEMSまたはNEMSシステムの簡略化された製造プロセスを提供する。

解決手段

基板ならびに基板上に配列された少なくとも2つの層の積層体と、積層体内に形成された可動部および積層体内に形成された基板に対する固定部と、固定部と可動部との間に形成された対向する表面とを備える微小機械構造を製造し、たとえば、積層体に実質的に垂直な方向への可動部の変位を制限する停止手段を形成するプロセスであって、基板と、積層体の材料に対して選択的にエッチングされるのに適した材料からなる積層体との間に少なくとも1つの犠牲層を使用するプロセス。

概要

背景

これらのシステムは、固定要素可動要素からなるアクティブ構造を備え、可動要素は、固定要素に対して懸垂保持され、かつ、固定要素に対して移動できる。固定要素は、基板上に積層され、アクティブ構造は、保護カバーで覆われる。

これらのシステムは、センサ、たとえば、加速度計ジャイロメータ磁束計などとして使用され得る。可動要素または懸垂保持された質量は、外部の力によって動かされ、固定要素に対するその変位が、たとえば容量の変動の形態で測定される。これらの測定は、たとえば車両の加速度の変動を推定する。

したがって、可動要素は、平面内および/または平面外で移動するように設計される。システムの寸法を決めるため、特に、要素間の空間を固定するために、可動要素の変位の程度が考慮される。しかし、下記のいくつかの異なる理由で、変位の程度を制限する必要がある。
−たとえば可動要素の変位が衝撃による場合に、部材の機械的破断を防止するため。
−ある電位の可動要素が、別の電位に置かれた部材の別の要素と短絡することを防止するため。(たとえば、交互に組合せられた櫛歯を有する加速度計の場合、目的は、可動性がある容量性櫛歯と、対向する固定櫛歯との間の短絡を回避することである)。
−たとえば衝撃の影響下で、可動部が、基板、保護カバー(またはパッケージング)、または部材の何らかの他の固定部に貼り付くリスクを少なくとも低減するため。

このために、特に、可動部の平面外変位を制限し、いくつかの要素との接触を防止するために、停止部が設けられる。

こうした停止部は、たとえば、文献US5750420に開示され、基板またはウェハ支持体と可動部との間に配列される。これらの停止部は、下方向移動を制限する。

文献US2006/0144143は、保護カバーと可動部との間に配列され、第2のウェハの搬送またはカバー層堆積によって得られ、上方向移動を制限する停止部を記載する。

したがって、これらの停止部は、可動部の平面外変位を制限する。

しかし、これらの停止部を製造することは、停止部と可動要素との間のギャップが、MEMS/カバーまたはMEMS/基板のギャップに直接依存することを意味する。ここで、これらのギャップは、シールの厚さによって、また、搬送技術の実行中のシーリングビードの厚さに関する公差によって、または、部材自体の設計によって決定される。実際には、可動構造を基板またはカバーから隔離する距離は、MEMS/基板またはMEMS/カバーの寄生容量に関して決定的であり、MEMSのダンピングにも影響を及ぼす。

この場合、ギャップは、一般に、0.5μm程度の公差で、少なくとも2μmないし3μmに等しい高さに制限される。

この下限は、可動部のわずかの変位しか許容しない、歪ゲージ検出を用いるセンサタイプの、たとえば、ピエゾ抵抗ゲージまたは共振器タイプ剛性が高い構造の場合に特に問題となる。この場合、(部材が座屈するかまたは破断する前に)許容される変位は、数十または数百ナノメートルに制限され得る。したがって、これらの最大変位は、MEMSをそのカバーまたはその支持体から隔離する距離より十分に短い。したがって、MEMSおよびそのバルクの性能は最適でない。

さらに、システムが、上方停止部および下方停止部を備える場合、上方停止部および下方停止部が対称であること、より具体的には、可動構造と、上方停止部および下方停止部との間のギャップが実質的に同じであることが最も好ましいといえる。ここで、従来技術のこれらの停止部の製造プロセスは、上方停止部および下方停止部を同時に作製しないことを意味する。実際には、上方停止部を、カバーをシールすることによって作製した後に、下方停止部をMEMSの部分的なエッチングによって作製しており、あるいは、上方停止部と下方停止部とを、異なるいくつかのタイプのシール、つまり異なるいくつかの制御機構、および異なるいくつかのギャップ公差によって、ウェハ搬送により作製している。したがって上方停止部と下方停止部との間の対称性を制御することは不可能である。

通常動作時における、その可動部の変位が平面外である、MEMSまたはNEMSセンサまたはアクチュエータもまた存在する。センサたとえばジャイロスコープの場合、これらのセンサは、互いに近づくか遠ざかるとそのことを検出する検出電極を備え、アクチュエータの場合、これらのアクチュエータは、電位差が印加されると互いに近づくかまたは遠ざかる作動電極を備える。

平面外MEMSおよびNEMSセンサまたはアクチュエータを作るための従来技術のプロセスは、複雑で、時間がかかり、高価である。

C. Wang他による文書「A novel CMOS out−of−plane accelerometer with fully differential gap−closing capacitance−sensing electrodes」J. Micromech. Microeng., Vol.17, p1275−1280, 2007には、CMOS技術を使用して作られた平面外検出加速度計が記載されている。この加速度計は、基板およびアクティブ部分を備える。アクティブ部分は、基板の上の梁によって懸垂保持された支持フレーム、および、ばねによって支持フレームに接続された可動質量を備える。アクティブ部分は、SiO2とアルミニウムの層の積層体を備え、アルミニウムは電極を形成する。

基板に対するアクティブ部分および支持フレームに対する可動質量は、アルミニウムの化学エッチングによって解放状態にされる。この場合、アルミニウムで形成された電極をエッチングしないように、アルミニウムは、堆積中に封止される必要がある。同様に、垂直解放の場合、「犠牲(sacrifice)」経路が、堆積中に作られる必要がある。このこと、すなわち製造プロセスが複雑であることの他に、垂直ギャップの寸法が、プロセス自体によってかなり制限される。さらに、この設計は、相互依存性があるため、垂直ギャップおよび水平ギャップならびに可動部の寸法の選択を制限する。

概要

可動部および固定部が基板上の層の積層体によって形成されたアクティブ構造を備え、であって、可動部および固定部は対向する表面を備え、これらの表面は、システムの適用に応じて、たとえば停止部、検出または作動電極を形成し得るMEMSまたはNEMSシステムの簡略化された製造プロセスを提供する。基板ならびに基板上に配列された少なくとも2つの層の積層体と、積層体内に形成された可動部および積層体内に形成された基板に対する固定部と、固定部と可動部との間に形成された対向する表面とを備える微小機械構造を製造し、たとえば、積層体に実質的に垂直な方向への可動部の変位を制限する停止手段を形成するプロセスであって、基板と、積層体の材料に対して選択的にエッチングされるのに適した材料からなる積層体との間に少なくとも1つの犠牲層を使用するプロセス。B

目的

(たとえば、交互に組合せられた櫛歯を有する加速度計の場合、目的は、可動性がある容量性櫛歯と、対向する固定櫛歯との間の短絡を回避することである

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

基板ならびに前記基板上に配列された少なくとも1つの第1のアクティブ層および1つの第2のアクティブ層の積層体と、前記積層体内に形成された可動部および前記積層体内に形成された前記基板に対する固定部とを備え、前記可動部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部および前記可動部は、前記構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備える微小機械構造を製造するプロセスであって、少なくとも1つの第1の犠牲層(604)および前記第1のアクティブ層(606)の積層体から、a)少なくとも2つのゾーンにおいて前記第1の犠牲層を露出させるように前記第1のアクティブ層(606)を構造化するステップと、b)前記第1のアクティブ層(606)上に第2の犠牲層(608)を形成するステップであって、前記第2の犠牲層は、前記第1の犠牲層を露出させる前記ゾーンを覆い、前記第1のアクティブ層を貫通し、前記ゾーン内の前記第1の犠牲層に接触する、ステップと、c)前記第1のアクティブ層上の第2の犠牲層の部分を、前記第2の犠牲層が前記第1のアクティブ層を貫通する前記ゾーンの位置で得るように前記第2の犠牲層を構造化するステップと、d)第2のアクティブ層(610)を、前記構造化された第2の犠牲層の前記部分上および前記第2のアクティブ層(610)が直接接触状態となる前記第1のアクティブ層上に形成するステップであって、前記第2の犠牲層の材料は、前記第1および第2のアクティブ層の材料に対して選択的にエッチングされ得る、ステップと、e)前記構造化された第2の犠牲層(608)の前記部分および前記第1の犠牲層に到達するように、前記第1および第2のアクティブ層(606、610)を構造化するステップと、f)前記第1および第2のアクティブ層の対向する面間の前記構造化された第2の犠牲層(608)の前記部分を除去するステップと、g)前記可動部(618)を解放状態にするように、前記第1の犠牲層(604)を少なくとも部分的に除去するステップとを含む微小機械構造を製造するプロセス。

請求項2

基板ならびに前記基板上に配列された第1のアクティブ層、第2のアクティブ層、および第3のアクティブ層の積層体と、前記積層体内に形成された可動部および前記積層体内に形成された前記基板に対する固定部とを備え、前記可動部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部および前記可動部は、前記構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備える微小機械構造を製造するプロセスであって、少なくとも1つの第1の犠牲層(704)および前記第1のアクティブ層(706)の積層体から、a’)少なくとも2つのゾーンにおいて前記第1の犠牲層(704)を露出させるように前記第1のアクティブ層(706)を構造化するステップと、b’)前記第1のアクティブ層(706)上に第2の犠牲層(708)を形成するステップであって、前記第2の犠牲層(708)は、前記第1の犠牲層(704)を露出させる前記ゾーンを覆い、前記第1のアクティブ層(706)を貫通し、前記ゾーン内の前記第1の犠牲層(704)に接触する、ステップと、c’)前記第1のアクティブ層(706)上の少なくとも1つの第1および第2の部分(708’、708”)を、前記2つの面が平行であり、かつ、前記第2の犠牲層(708)が前記第1のアクティブ層(706)を貫通するゾーンに相当する一部のゾーンの位置で得るように前記第2の犠牲層(708)を構造化するステップと、d’)第2のアクティブ層(710)を、前記構造化された第2の犠牲層(708)の前記第1および第2の部分(708’、708”)上および前記第2のアクティブ層(710)が直接接触状態となる前記第1のアクティブ層(706)上に形成するステップと、e’)前記第1の部分(708’)を露出させるために、少なくとも一部のゾーンにおいて前記第1の部分(708’)の位置に位置する前記第2のアクティブ層(710)を構造化するステップと、f’)前記第2のアクティブ層(710)上に第3の犠牲層(710)を形成するステップと、g’)前記第2の犠牲層(708)の前記第1の部分(708’)を露出させるゾーンを少なくとも部分的に覆い、前記第2のアクティブ層(710)を貫通し、前記第2の犠牲層(708)の前記第1の部分(708’)に接触する前記第3の犠牲層の少なくとも一部分を得るように、前記第3の犠牲層(710)を構造化するステップと、h’)第3のアクティブ層(715)を、前記構造化された第3の犠牲層(712)の前記少なくとも一部分上および前記第3のアクティブ層(715)が直接接触状態となる前記第2のアクティブ層(710)上に形成するステップであって、前記第2の犠牲層(708)および前記第3の犠牲層(712)の材料は、前記第1のアクティブ層(706)、前記第2のアクティブ層(708)、および前記第3のアクティブ層(715)の材料に対して選択的にエッチングされ得る、ステップと、i’)前記第2の犠牲層(708)および前記第3の犠牲層(712)の前記部分ならびに前記第1の犠牲層(704)に到達するように、3つのアクティブ層(706、710、715)を構造化するステップと、j’)前記第1のアクティブ層(706)と前記第2のアクティブ層(710)の対向する面間で、また、前記第2のアクティブ層(710)と前記第3のアクティブ層(715)の対向する面間で構造化された前記第2の犠牲層(708)および前記第3の犠牲層(715)の前記部分を除去するステップと、k’)前記可動部を開放状態にするように、前記第1の犠牲層(704)を少なくとも部分的に除去するステップとを含む微小機械構造を製造するプロセス。

請求項3

ステップc’)の間に、前記第2の犠牲層(708)の前記第1の部分(708’)は、前記第2の部分(708”)の表面より低い表面を備え、前記第1の部分(708’)は、前記第1のアクティブ層(706)を貫通する前記第2の犠牲層(708)の前記部分の区域に近い表面を有する請求項2に記載の微小機械構造を製造するプロセス。

請求項4

前記第2の犠牲層および/または前記第3の犠牲層の材料は酸化物である請求項1から3のいずれか一項に記載の微小機械構造を製造するプロセス。

請求項5

前記第2のアクティブ層および/または前記第3のアクティブ層は、エピタキシャル成長によって形成される請求項1から4のいずれか一項に記載の微小機械構造を製造するプロセス。

請求項6

前記積層体の前記アクティブ層はそれぞれ、シリコンまたはSiGeである請求項1から5のいずれか一項に記載の微小機械構造を製造するプロセス。

請求項7

前記第1の犠牲層(604、704)は、シリコン酸化物であり、SOI基板の一部を形成する請求項1から6のいずれか一項に記載の微小機械構造を製造するプロセス。

請求項8

請求項1から7のいずれか一項に記載されるプロセスによって製造された微小機械構造であって、基板ならびに前記基板上に配列された少なくとも2つの層の積層体と、前記積層体内に形成された可動部および前記積層体内に形成された前記基板に対する固定部とを備え、前記可動部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部は、前記積層体の前記少なくとも2つの層の部分を備え、前記固定部および前記可動部は、前記構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備え、前記固定部と前記基板との間に挿入される材料を備え、前記材料は、前記固定部および前記可動部を形成する前記積層体の層の材料と異なり、前記材料は、前記積層体の前記層の材料に対して選択的にエッチングされ得る微小機械構造。

請求項9

前記積層体は、対向する面の第1の対および第2の対を備え、前記可動部に属する前記第1の対の面は、前記固定部に属する前記第2の対の面と同じ平面内にあり、前記固定部に属する前記第1の対の面は、前記可動部に属する前記第2の対の面と同じ平面内にある請求項8に記載の微小機械構造。

請求項10

通常動作では、前記可動部は、構造の中間平面に直交する方向に移動するように設計され、前記固定部および前記可動部の対向する面は、電極を形成し、前記固定部および前記可動部は異なる電位である請求項8または9に記載の微小機械構造。

請求項11

通常動作では、前記可動部は、構造の中間平面内で移動するように設計され、前記固定部および前記可動部の前記対向する面は、前記積層体(4、104、204、304、404、504)に実質的に垂直な方向における前記可動部(8、108、208、308、408、508)の変位を制限する停止手段(16、116、216、316、416、516)を形成する請求項8から10のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項12

前記積層体(4、104、204、304、404、504)は、前記基板の側に少なくとも1つの第1の層を、前記基板(2、102、202、302、402、502)と反対側の前記第1の層上に第2の層を備え、前記停止手段(16、116、216、316、416、516)は、前記基板への前記可動部の変位を制限する少なくとも1つの下方停止部および/または前記基板と反対への前記可動部(8、108、208、308、408、508)の変位を制限する少なくとも1つの上方停止部を備え、前記下方停止部は、前記固定部(10、110、210、310、410、510)の前記第1の層内および前記可動部(8、108、208、308、408、508)の前記第2の層内で画定され、前記上方停止部は、前記固定部(10、110、210、310、410、510)の前記第2の層内および前記可動部(8、108、208、308、408、508)の前記第1の層内で画定されている請求項11に記載の微小機械構造。

請求項13

前記下方停止部は、前記固定部(10、110、210、310、410、510)の前記第1の層内の表面および前記可動部(8、108、208、308、408、508)の前記第2の層内の表面を備え、前記2つの表面は対向し、前記上方停止部は、前記固定部(10、110、210、310、410、510)の前記第2の層内の表面および前記可動部(8、108、208、308、408、508)の前記第1の層内の表面を備え、前記2つの表面は対向する請求項11または12に記載の微小機械構造。

請求項14

前記積層体(504)は、少なくとも1つの第1の層(504.1)、第2の層(504.2)、および第3の層(504.3)を備え、前記停止手段(516)は、前記基板(502)への前記可動部(508)の変位を制限する少なくとも1つの下方停止部(520)および/または前記基板(502)と反対への前記可動部(508)の変位を制限する少なくとも1つの上方停止部(518)を備え、前記下方停止部(520)は、前記固定部(510)の前記第1の層(504.1)内および前記可動部(508)の前記第2の層(504.2)内で画定され、前記上方停止部(518)は、前記可動部(508)の前記第2の層(504.2)内および前記固定部(510)の前記第3の層(504.3)内で画定されている請求項11から13のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項15

前記固定部(110)は、少なくとも3つの指部(132.1、132.2、132.3)を備え、前記可動部(108)は、少なくとも3つの指部(128.1、128.2、128.3)を備え、前記固定部(110)の前記指部(132.1、132.2、132.3)および前記可動部(108)の前記指部(128.1、128.2、128.3)は、交互に組合せられ、前記上方停止部(118)は、前記固定部(110)の2つの指部(132.1、132.2)間で受けられる前記可動部(108)の前記指部のうちの1つの指部(128.1)によって形成され、前記指部(128.1)は、それぞれが前記上方停止部の表面を持つ2つの側方要素(134)を備え、各側方要素(134)は、前記可動部(108)の前記指部(128.1)のいずれかの側で前記固定部(110)の前記2つの指部(132.1、132.2)によって形成された相補的形態ハウジング内で受けられ、前記ハウジングの底部は、前記上方停止部(118)の対向する表面を形成し、前記下方停止部(120)は、前記可動部(108)の2つの指部(128.2、128.3)間で受けられる前記固定部(110)の前記指部のうちの1つの指部(132.3)によって形成され、前記指部(132.3)は、それぞれが前記下方停止部の表面を持つ2つの側方要素(136)を備え、各側方要素(136)は、前記固定部(110)の前記指部(132.3)の両側で前記可動部(108)の前記2つの指部(128.2、128.3)によって形成された相補的形態のハウジング内で受けられ、前記ハウジングの底部は、前記下方停止部(120)の対向する表面を形成する請求項11から14のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項16

前記固定部(210、310)は、前記可動部(208、308)の面に平行でかつ前記面に対向する面を備え、前記面は、構造の平面に実質的に直交し、各面は、少なくとも1つの突出する指部(238、244、338、344)を備え、前記可動部(208、308)の前記指部(238、338)は、対応する形態の前記固定部(210、310)のハウジング(240、340)内で受けられ、前記固定部(210、310)の前記指部(244、344)は、対応する形態の前記可動部(208、308)のハウジング(246、346)内で受けられる請求項11から15のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項17

側方停止部と呼ぶ、前記平面内での前記可動部の変位を制限する停止部を備え、かつ/または、前記ハウジングもまた、前記側方停止部を形成する請求項11から16のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項18

前記可動部(808)は、少なくとも1つの可動質量、および、前記可動質量がセグメントによって接続される、前記可動質量のいずれかの側の2つの梁(818.1、818.2)を備え、前記梁は前記電極を持ち、前記梁はそれぞれ、前記対向する電極を持つ前記固定部(810)のサブパート協働する請求項10に記載の微小機械構造。

請求項19

前記可動部(908)は、並んで配列された第1および第2の電極を備え、前記固定部(910)は、それぞれが前記可動部(908)の電極と対向する、並んで配列された第1および第2の電極を備え、前記可動部(908)の前記第1の電極は、前記第1の層内に作製され、前記固定部の前記第1の電極は、前記可動部(908)の前記第1の電極に対向する前記第2の層内に作製され、前記可動部(908)の前記第2の電極は、前記第2の層内に作製され、前記固定部(910)の前記第2の電極は、前記可動部(908)の前記第2の電極に対向する前記第1の層内に作製される請求項10に記載の微小機械構造。

請求項20

前記可動部(908)は、細長い形態を有し、前記細長い形態の第1の長手方向端部は、前記可動部(908)の軸に直交するねじれ軸上に搭載され、前記細長い形態の第2の端部は、前記電極を持つ請求項19に記載の微小機械構造。

請求項21

構造の中間平面が与えられると、前記可動部(1008)は、前記可動部(1008)の縁部内に作製された長方形形態ノッチによって形成されたハウジングを備え、前記固定部(1010)は、前記ノッチ内で受けられ、かつ、前記ノッチの形態に対応する形態を有し、前記ノッチの側縁部は、前記可動部(1008)の前記側縁部に面し、前記電極は、前記ノッチおよび前記可動電極(1008)の側縁部によって保持され、前記可動部(1008)は、前記側縁部に実質的に直交する方向に移動するように設計された請求項10に記載の微小機械構造。

請求項22

前記電極は、前記第1または第2の層内に作製された交互に組合せられた指部によって保持される請求項10および18から21のいずれか一項に記載の微小機械構造。

請求項23

請求項8から22のいずれか一項に記載の少なくとも1つの微小機械構造を備えるセンサ

技術分野

0001

本発明は、微小電気機械システムMEMS:Micro−Electro−Mechanical−System)およびナノ電気機械システム(NEMS:Nano−Electro−Mechanical−System)に関する。

背景技術

0002

これらのシステムは、固定要素可動要素からなるアクティブ構造を備え、可動要素は、固定要素に対して懸垂保持され、かつ、固定要素に対して移動できる。固定要素は、基板上に積層され、アクティブ構造は、保護カバーで覆われる。

0003

これらのシステムは、センサ、たとえば、加速度計ジャイロメータ磁束計などとして使用され得る。可動要素または懸垂保持された質量は、外部の力によって動かされ、固定要素に対するその変位が、たとえば容量の変動の形態で測定される。これらの測定は、たとえば車両の加速度の変動を推定する。

0004

したがって、可動要素は、平面内および/または平面外で移動するように設計される。システムの寸法を決めるため、特に、要素間の空間を固定するために、可動要素の変位の程度が考慮される。しかし、下記のいくつかの異なる理由で、変位の程度を制限する必要がある。
−たとえば可動要素の変位が衝撃による場合に、部材の機械的破断を防止するため。
−ある電位の可動要素が、別の電位に置かれた部材の別の要素と短絡することを防止するため。(たとえば、交互に組合せられた櫛歯を有する加速度計の場合、目的は、可動性がある容量性櫛歯と、対向する固定櫛歯との間の短絡を回避することである)。
−たとえば衝撃の影響下で、可動部が、基板、保護カバー(またはパッケージング)、または部材の何らかの他の固定部に貼り付くリスクを少なくとも低減するため。

0005

このために、特に、可動部の平面外変位を制限し、いくつかの要素との接触を防止するために、停止部が設けられる。

0006

こうした停止部は、たとえば、文献US5750420に開示され、基板またはウェハ支持体と可動部との間に配列される。これらの停止部は、下方向移動を制限する。

0007

文献US2006/0144143は、保護カバーと可動部との間に配列され、第2のウェハの搬送またはカバー層堆積によって得られ、上方向移動を制限する停止部を記載する。

0008

したがって、これらの停止部は、可動部の平面外変位を制限する。

0009

しかし、これらの停止部を製造することは、停止部と可動要素との間のギャップが、MEMS/カバーまたはMEMS/基板のギャップに直接依存することを意味する。ここで、これらのギャップは、シールの厚さによって、また、搬送技術の実行中のシーリングビードの厚さに関する公差によって、または、部材自体の設計によって決定される。実際には、可動構造を基板またはカバーから隔離する距離は、MEMS/基板またはMEMS/カバーの寄生容量に関して決定的であり、MEMSのダンピングにも影響を及ぼす。

0010

この場合、ギャップは、一般に、0.5μm程度の公差で、少なくとも2μmないし3μmに等しい高さに制限される。

0011

この下限は、可動部のわずかの変位しか許容しない、歪ゲージ検出を用いるセンサタイプの、たとえば、ピエゾ抵抗ゲージまたは共振器タイプ剛性が高い構造の場合に特に問題となる。この場合、(部材が座屈するかまたは破断する前に)許容される変位は、数十または数百ナノメートルに制限され得る。したがって、これらの最大変位は、MEMSをそのカバーまたはその支持体から隔離する距離より十分に短い。したがって、MEMSおよびそのバルクの性能は最適でない。

0012

さらに、システムが、上方停止部および下方停止部を備える場合、上方停止部および下方停止部が対称であること、より具体的には、可動構造と、上方停止部および下方停止部との間のギャップが実質的に同じであることが最も好ましいといえる。ここで、従来技術のこれらの停止部の製造プロセスは、上方停止部および下方停止部を同時に作製しないことを意味する。実際には、上方停止部を、カバーをシールすることによって作製した後に、下方停止部をMEMSの部分的なエッチングによって作製しており、あるいは、上方停止部と下方停止部とを、異なるいくつかのタイプのシール、つまり異なるいくつかの制御機構、および異なるいくつかのギャップ公差によって、ウェハ搬送により作製している。したがって上方停止部と下方停止部との間の対称性を制御することは不可能である。

0013

通常動作時における、その可動部の変位が平面外である、MEMSまたはNEMSセンサまたはアクチュエータもまた存在する。センサたとえばジャイロスコープの場合、これらのセンサは、互いに近づくか遠ざかるとそのことを検出する検出電極を備え、アクチュエータの場合、これらのアクチュエータは、電位差が印加されると互いに近づくかまたは遠ざかる作動電極を備える。

0014

平面外MEMSおよびNEMSセンサまたはアクチュエータを作るための従来技術のプロセスは、複雑で、時間がかかり、高価である。

0015

C. Wang他による文書「A novel CMOS out−of−plane accelerometer with fully differential gap−closing capacitance−sensing electrodes」J. Micromech. Microeng., Vol.17, p1275−1280, 2007には、CMOS技術を使用して作られた平面外検出加速度計が記載されている。この加速度計は、基板およびアクティブ部分を備える。アクティブ部分は、基板の上の梁によって懸垂保持された支持フレーム、および、ばねによって支持フレームに接続された可動質量を備える。アクティブ部分は、SiO2とアルミニウムの層の積層体を備え、アルミニウムは電極を形成する。

0016

基板に対するアクティブ部分および支持フレームに対する可動質量は、アルミニウムの化学エッチングによって解放状態にされる。この場合、アルミニウムで形成された電極をエッチングしないように、アルミニウムは、堆積中に封止される必要がある。同様に、垂直解放の場合、「犠牲(sacrifice)」経路が、堆積中に作られる必要がある。このこと、すなわち製造プロセスが複雑であることの他に、垂直ギャップの寸法が、プロセス自体によってかなり制限される。さらに、この設計は、相互依存性があるため、垂直ギャップおよび水平ギャップならびに可動部の寸法の選択を制限する。

0017

米国特許第5750420号明細書
米国特許出願公開2006/0144143号

先行技術

0018

C. Wang他「A novel CMOS out−of−plane accelerometer with fully differential gap−closing capacitance−sensing electrodes」, J. Micromech. Microeng., 2007年, Vol.17, p1275−1280

発明が解決しようとする課題

0019

その結果、可動部および固定部の、基板上の層の積層体によって形成されたアクティブ構造を備えるMEMSまたはNEMSシステムの簡略化された製造プロセスを提供することが本発明の目的であり、可動部および固定部は、対向する表面を備え、これらの表面は、システムの適用に応じて、たとえば停止部、検出または作動電極を形成し得る。

課題を解決するための手段

0020

上記目的は、犠牲層のエッチングによってアクティブ構造を解放状態にするステップを含む、先に規定されたようなMEMSまたはNEMSシステムの製造プロセスによって達成され、犠牲層の材料は、アクティブ構造の材料に対して選択的にエッチングされるのに適する。

0021

犠牲層たとえば酸化物は、アクティブ構造を形成する2つの層間に位置し、犠牲層が堆積されるアクティブ構造の層は、別の犠牲層を露出させる通路を備え、犠牲層は、これらの通路を充填し、他の犠牲層と接触状態になる。犠牲層および他の犠牲層の部分は、除去されると、アクティブ層の可動部を少なくとも部分的に画定する。

0022

換言すれば、対向する面を隔離する空間は、犠牲層の堆積によって得られ、構造の中間平面に直交する方向に固定部および可動部を隔離する空間は、エッチングによって得られる。

0023

こうして、可動構造の可動部は、封止することによってアクティブ構造の1つまたは複数の材料を保護する必要がなく、解放状態にされ得る。

0024

さらに、垂直解放は、フォトリソエッチング(photolithoetching)の簡単なステップによって得られる。前もって「犠牲」ビアを作る必要がない。停止部の表面を制限する、したがって、貼り付きのリスクを制限する、マイクロメートル程度の、その側方寸法が最小である対向する面を有することが可能である。これは、また、減少した側方停止距離を生成する最小側方間隔を提供する。

0025

同様に、本発明によるプロセスによると、アクティブ部分の厚さの選択は、犠牲層の厚さの選択と無関係である。

0026

これらの対向する面は、固定部に対する可動部の平面外変位の検出電極、または、固定部に対して可動部をシフトさせる作動電極を形成し得る。

0027

または、本発明によるプロセスによって得られるMEMSまたはNEMSシステムでは、対向する面は、平面外移動を制限する停止部を形成し、貼り付き現象を制限し得る。

0028

対向する面は、対向する表面を制限するために狭く、したがって、貼り付きのリスクを低減し得る。

0029

本発明によるプロセスは、要素の封止を全く必要としない。

0030

対向する表面の少なくとも1つの表面において貼り付き防止スタッドを作製することができる。たとえば、貼り付き防止スタッドは、上側対向表面に形成され、上方向変位中と下方向変位中の両方に関与する。

0031

アクティブ構造の前または後でそれぞれ必ず作られる基板またはカバーを使用する代わりに、アクティブ構造は、固定部と可動部との間に所定のギャップを有する対向するゾーンを配置するように形作られ、これらの対向するゾーンは、可動部の平面外移動を制限するように配向される。

0032

アクティブ構造内に停止部を作ることは、薄層の堆積によって得られる間隔の値の良好な制御をもたらす。

0033

有利には、上方および下方停止部の場合、上方および下方停止部は、同時に作られるため、同一のギャップを有する。

0034

平面外停止部と平面内停止部を同時に形成する停止部、すなわち、側方停止部を作製することも可能である。

0035

本発明の主題は、主に、基板ならびに基板上に配列された少なくとも1つの第1のアクティブ層および1つの第2のアクティブ層の積層体と、積層体内に形成された可動部および積層体内に形成された基板に対する固定部とを備え、可動部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部および可動部は、構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備える微小機械構造を製造するプロセスであって、少なくとも1つの第1の犠牲層および第1のアクティブ層の積層体から、
a)少なくとも2つのゾーンにおいて第1の犠牲層を露出させるように第1のアクティブ層を構造化するステップと、
b)第1のアクティブ層上に第2の犠牲層を形成するステップであって、第2の犠牲層は、第1の犠牲層を露出させるゾーンを覆い、第1のアクティブ層を貫通し、ゾーン内の第1の犠牲層と接触状態にある、ステップと、
c)第1のアクティブ層上の第2の犠牲層の部分を、第2の犠牲層が第1のアクティブ層を貫通するゾーンの位置で得るように第2の犠牲層を構造化するステップと、
d)第2のアクティブ層を、構造化された第2の犠牲層の部分上および第2のアクティブ層が直接接触状態となる第1のアクティブ層上に形成するステップであって、
第2の犠牲層の材料は、第1および第2のアクティブ層の材料に対して選択的にエッチングされ得る、ステップと、
e)構造化された第2の犠牲層の部分および第1の犠牲層に到達するように、第1および第2のアクティブ層を構造化するステップと、
f)第1および第2のアクティブ層の対向する面間の構造化された第2の犠牲層の部分を除去するステップと、
g)可動部を開放状態にするように、第1の犠牲層を少なくとも部分的に除去するステップとを含む。

0036

本発明の別の主題は、基板ならびに基板上に配列された第1のアクティブ層、第2のアクティブ層、および第3のアクティブ層の積層体と、積層体内に形成された可動部および積層体内に形成された基板に対する固定部とを備え、可動部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部および可動部は、構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備える微小機械構造を製造するプロセスであって、少なくとも1つの第1の犠牲層および第1のアクティブ層の積層体から、
a’)少なくとも2つのゾーンにおいて第1の犠牲層を露出させるように第1のアクティブ層を構造化するステップと、
b’)第1のアクティブ層上に第2の犠牲層を形成するステップであって、第2の犠牲層は、第1の犠牲層を露出させるゾーンを覆い、第1のアクティブ層を貫通し、ゾーン内の第1の犠牲層と接触状態にある、ステップと、
c’)第1のアクティブ層上の少なくとも1つの第1および第2の部分を、2つの面が平行であり、かつ、第2の犠牲層が第1のアクティブ層を貫通するゾーンに相当する一部のゾーンの位置で得るように第2の犠牲層を構造化するステップと、
d’)第2のアクティブ層を、構造化された第2の犠牲層の第1および第2の部分上および第2のアクティブ層が直接接触状態となる第1のアクティブ層上に形成するステップと、
e’)第1の部分を露出させるために、少なくとも一部のゾーンにおいて第1の部分の位置に位置する第2のアクティブ層を構造化するステップと、
f’)第2のアクティブ層上に第3の犠牲層を形成するステップと、
g’)第2の犠牲層の第1の部分を露出させるゾーンを少なくとも部分的に覆い、第2のアクティブ層を貫通し、第2の犠牲層の第1の部分と接触状態にある第3の犠牲層の少なくとも一部分を得るように、第3の犠牲層を構造化するステップと、
h’)第3のアクティブ層を、構造化された第3の犠牲層の少なくとも一部分上および第3のアクティブ層が直接接触状態となる第2のアクティブ層上に形成するステップであって、第2の犠牲層および第3の犠牲層の材料は、第1のアクティブ層、第2のアクティブ層、および第3のアクティブ層の材料に対して選択的にエッチングされ得る、ステップと、
i’)第2の犠牲層および第3の犠牲層の部分ならびに第1の犠牲層に到達するように、3つのアクティブ層を構造化するステップと、
j’)第1のアクティブ層と第2のアクティブ層の対向する面間で、また、第2のアクティブ層と第3のアクティブ層の対向する面間で構造化された第2の犠牲層および第3の犠牲層の部分を除去するステップと、
k’)可動部を開放状態にするように、第1の犠牲層を少なくとも部分的に除去するステップとを含む。

0037

第1の犠牲層および/または第2の犠牲層を備えない第1のアクティブ層のエッチングされた部分が存在し得る。その理由は、エッチングされた部分が、a)またはa’)で画定されたゾーンと対照的に、構造化に間に除去されてしまうことになるからである。これらのエッチングされた部分は、たとえば、後続の接触を可能にし得る。

0038

たとえば、ステップc’)の間に、第2の犠牲層の第1の部分は、第2の部分の表面より低い表面を備え、第1の部分は、第1のアクティブ層を貫通する第2の犠牲層の部分の区域に近い表面を有する。

0039

有利には、第2の犠牲層および/または第3の犠牲層の材料は酸化物である。

0040

第2のアクティブ層および/または第3のアクティブ層の形成は、エピタキシャル成長によって行われる。

0041

ステップa)、c)、a’)、c’)、e’)、g’)の構造化は、フォトリソグラフィおよびエッチングによって得られ得る。可動部は、フッ化水素酸によって解放状態にされ得る。

0042

ステップd)とe)との間、および、ステップe)とf)との間で、少なくとも1つの埋め込みゾーンの形成ステップが行われ、金属コンタクトの形成ステップは、少なくとも1つの埋め込みゾーン上で行われ得る。

0043

積層体のアクティブ層はそれぞれ、シリコンまたはSiGeで作られ得る。シリコンまたはSiGeは、単結晶であっても、多結晶であってもよい。

0044

変形として、積層体のアクティブ層は、金属材料、たとえば金、銅、またはFeNiで作られる。

0045

変形の実施形態では、ステップe)およびi’)の構造化は、フォトリソグラフィおよびDRIEによって得られる。

0046

第1の犠牲層は、たとえば、シリコン酸化物で作られ、SOI基板の一部を形成する。

0047

本発明のなお別の主題は、本発明によるプロセスによって得られる微小機械構造であって、基板ならびに基板上に配列された少なくとも2つの層の積層体と、積層体内に形成された可動部および積層体内に形成された基板に対する固定部とを備え、可動部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部は、積層体の少なくとも2つの層の部分を備え、固定部および可動部は、構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備え、固定部と基板との間に挿入される材料を備え、材料は、固定部および可動部を形成する積層体の層の材料と異なり、材料は、積層体の層の1つまたは複数の材料に対して選択的にエッチングされ得る。

0048

たとえば、積層体は、対向する面の第1の対および第2の対を備え、2つの対の中間平面は組み合わせられる。積層体は、対向する面の第1の対および第2の対を備えることができ、可動部に属する第1の対の面は、固定部に属する第2の対の面と同じ平面内にあり、固定部に属する第1の対の面は、可動部に属する第2の対の面と同じ平面内にある。

0049

変形として、積層体は、対向する面の第1および第2の対を備えることができ、2つの対の中間平面は別個である。

0050

第1の実施形態では、通常動作では、可動部は、構造の中間平面に直交する方向に移動するように設計され、固定部および可動部の対向する面は、電極を形成し、固定部および可動部は異なる電位である。

0051

別の実施形態では、通常動作では、可動部は、構造の中間平面内で移動するように設計され、固定部および可動部の対向する面は、積層体に実質的に垂直な方向における可動部の変位を制限する停止手段を形成する。

0052

こうして、積層体は、基板の側に少なくとも1つの第1の層を、基板と反対側の第1の層上に第2の層を備え、停止手段は、基板への可動部の変位を制限する少なくとも1つの下方停止部および/または基板と反対への可動部の変位を制限する少なくとも1つの上方停止部を備え、下方停止部は、固定部の第1の層内および可動部の第2の層内で画定され、上方停止部は、固定部の第2の層内および可動部の第1の層内で画定される。

0053

下方停止部は、固定部の第1の層内の表面および可動部の第2の層内の表面を備え、2つの表面は対向し、上方停止部は、固定部の第2の層内の表面および可動部の第1の層内の表面を備え、2つの表面は対向する。

0054

ある実施形態では、積層体は、少なくとも1つの第1の層、第2の層、および第3の層を備えることができ、停止手段は、基板への可動部の変位を制限する少なくとも1つの下方停止部および/または基板と反対への可動部の変位を制限する少なくとも1つの上方停止部を備え、下方停止部は、固定部の第1の層内および可動部の第2の層内で画定され、上方停止部は、可動部の第2の層内および固定部の第3の層内で画定される。

0055

固定部は、たとえば、少なくとも3つの指部を備えることができ、可動部は、少なくとも3つの指部を備えることができ、固定部の指部および可動部の指部は、交互に組合せられ、上方停止部は、固定部の2つの指部間で受けられる可動部の指部のうちの1つの指部によって形成され、指部は、それぞれが上方停止部の表面を持つ(bear)2つの側方要素を備え、各側方要素は、可動部の指部のいずれかの側で固定部の2つの指部によって形成された相補的形態ハウジング内で受けられ、ハウジングの底部は、上方停止部の対向する表面を形成し、下方停止部は、可動部の2つの指部間で受けられる固定部の指部のうちの1つの指部によって形成され、指部は、それぞれが下方停止部の表面を持つ2つの側方要素を備え、各側方要素は、固定部の指部のいずれかの側で可動部の2つの指部によって形成された相補的形態のハウジング内で受けられ、ハウジングの底部は、下方停止部の対向する表面を形成する。

0056

固定部は、可動部の面に平行でかつ面に対向する面を備えることができ、面は、構造の平面に実質的に直交し、各面は、少なくとも1つの突出する指部を備え、可動部の指部は、対応する形態の固定部のハウジング内で受けられ、固定部の指部は、対応する形態の可動部のハウジング内で受けられる。

0057

微小機械構造はまた、側方停止部と呼ぶ、平面内での可動部の変位を制限する停止部を備えることができる。

0058

ハウジングもまた、側方停止部を形成し得る。利点として、指部は、対応する形態のハウジング内で受けられる円板の形態の自由端を備える。

0059

ある実施形態では、可動部が、構造の中間平面に直交する方向に移動するように設計される場合、可動部が、少なくとも1つの可動質量、および、可動質量がセグメントによって接続される、可動質量のいずれかの側の2つの梁を備え、梁が電極を持ち、梁がそれぞれ、対向する電極を持つ固定部のサブパート協働することが保証され得る。

0060

別の実施形態では、可動部が構造の中間平面に直交する方向に移動するように設計される場合、可動部は、並んで配列された第1および第2の電極を備えることができ、固定部は、それぞれが可動部の電極と対向する、並んで配列された第1および第2の電極を備え、可動部の第1の電極は、第1の層内に作製され、固定部の第1の電極は、可動部の第1の電極に対向する第2の層内に作製され、可動部の第2の電極は、第2の層内に作製され、固定部の第2の電極は、可動部の第2の電極に対向する第1の層内に作製される。可動部は、細長い形態を有することができ、細長い形態の第1の長手方向端部は、可動部の軸に直交するねじれ軸上に搭載され、細長い形態の第2の端部は、電極を持つ。

0061

微小機械構造は、たとえば、平面外移動の検出デバイスを作製するか、または、発振器をトリミングするのに適する。

0062

別の実施形態では、可動部が構造の中間平面に直交する方向に移動するように設計される場合、可動部は、可動部の縁部内に作製された長方形形態ノッチによって形成されたハウジングを備え、固定部は、このノッチ内で受けられ、かつ、このノッチの形態に対応する形態を有し、ノッチの側縁部は、可動部の側縁部に面し、電極は、ノッチおよび可動部の側縁部によって保持され、可動部は、側縁部に実質的に直交する方向に移動するように設計される。

0063

電極は、たとえば、第1および第2の層内に作製された交互に組合せられた指部によって保持される。

0064

本発明の別の主題は、本発明による少なくとも1つの微小機械構造を備えるセンサである。センサは、可動部の平面外変位を測定するように設計され得る。たとえば、センサは、平面外加速度計を形成し得る。センサは、ピエゾ抵抗ゲージまたは歪ゲージを備え得る。

0065

本発明の別の主題は、中間平面に垂直な方向に沿って可動質量をシフトさせるように設計されたアクチュエータである。

0066

本発明は、以下の説明および添付図面に関してより明確に理解されるであろう。

図面の簡単な説明

0067

本発明による微小機械構造の実施例の平面図である。
図1Aの構造の横断面図である。
微小機械構造の別の実施形態の平面図である。
ラテラル停止部を備える微小機械構造の別の実施形態の平面図である。
ラテラル停止部の変形を備える微小機械構造の別の実施形態の平面図である。
微小機械構造の別の実施形態の平面図である。
3つの層からなるアクティブ構造を備える微小機械構造の横断面図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
そのアクティブ部分が3つの層を備える微小機械構造の製造プロセスの実施例のステップを示す図である。
ジャイロメータを作るように適合された構造の平面図および側立面図である。
垂直加速度計を作るように適合された構造の平面図および側立面図である。
直交バイアス(quadrature bias)の補正電極を作るように適合された構造の平面図である。
直交バイアスの補正電極を作るように適合された構造の側立面図である。

実施例

0068

説明全体を通して、述べる微小機械構造は、加速度計を作るのに適合するが、本発明が、こうした微小機械構造を使用して、任意の他のタイプのセンサを作ること、たとえば、ジャイロメータおよび/または任意の他のシステムを作ることに適用されることが十分に理解される。

0069

説明において、MEMSは、微小電気機械システムとナノ電気機械システムの両方を指す。

0070

図1Aおよび1Bは、歪ゲージを有する平面外加速度計を作るための微小電気機械構造の第1の実施例を示す。

0071

微小電気機械構造は、その可動部の変位の方向が、その主平面に実質的に垂直方向であるとき、平面外であると呼ばれる。

0072

図1Aおよび1Bの微小電気機械構造S1は、示す実施例において、少なくとも2つの層4.1、4.2の積層体4が配列される基板2を備える。

0073

積層体4は、微小電気機械構造のアクティブ構造を形成し、アクティブ構造6は、可動部8および固定部10を備える。

0074

固定部10は、基板2に対して固定される。

0075

本発明によれば、犠牲層11は、基板2と積層体4との間に挿入され、この層11は、可動部8を解放状態にするように働く。犠牲層11は、以降で述べるように、アクティブ構造を形成する積層体の材料に対して選択的にエッチングされ得る材料で作られる。

0076

可動部8は、外部力の作用下で、基板2に対して平面外に移動するのに適しており、したがって、可動部8の移動は、制限されなければならない。

0077

示す実施例では、可動部8は、長方形の形態を有する。

0078

可動部8は、その長い側面8.1のうちの1つの側面の位置でオーバハング(overhang)状態で維持される。示す実施例では、オーバハングは、可動部の長い側面8.1と固定部の2つのスタッド10.1を接続する2つの要素12によって作られる。これらの2つの要素はまた、可動部8が、平面外で、実質的に軸Xの周りで移動することを可能にするヒンジ12を形成する。

0079

示す実施例では、スタッド10.1の位置で、電気接触が行われる。

0080

さらに、微小機械構造は、可動部8と固定部10のスタッド10.2との間に延在する歪ゲージ14を備え、歪ゲージ14によって、可動部8の変位が検知される。電気接触もまた、スタッド10.2の位置で生成される。

0081

微小機械構造はまた、基板に垂直な軸Yによる可動部8の変位の程度を制限する、より詳細には、可動部8の平面外変位の程度を制限する停止手段16を備える。停止手段16は、固定部10と可動部8との間に形成される。

0082

図1B上で見ることができるように、停止手段16は、軸Yに垂直な対向する表面を形成するように、積層体4の層を構造化することによって形成される。

0083

示す実施例では、停止手段16は、基板2から離れて、すなわち、図1Bにおいて上部へ移動する可動部の変位を制限する上方停止部18、および、基板2の近くに、すなわち、図1Bにおいて底部へ移動する可動部の変位を制限する下方停止部20を備える。

0084

停止手段は、1つまたは複数の上方停止部および/または1つまたは複数の下方停止部を備え得る。

0085

上方停止部18は、積層体4の第1の層4.1内に形成され、かつ、基板から離れて配向された第1の表面18.1(この表面18.1は、可動部8によって保持される)および積層体4の第2の層4.2内に形成され、かつ、基板2の方向に配向された第2の表面18.2(この第2の表面18.2は、固定部10によって保持される)を備える。表面18.1および18.2は、対向し、表面18.1は、基板2から離れて移動する可動部8の変位が過剰である場合、表面18.2に接触するように設計される。

0086

示す実施例では、また、図1A上で見ることができるように、表面18.1は、可動部の短い側面18.2から突出する要素22上に形成される。

0087

下方停止部20は、積層体4の第2の層4.2内に形成され、かつ、基板の方向に配向した第2の表面20.2(この表面20.2は、可動部8によって保持される)および積層体4の第1の層4.1内に形成され、かつ、基板2から離れて配向された第1の表面20.1(この第1の表面20.1は、固定部10によって保持される)を備える。表面20.1および20.2は、対向し、表面20.1は、基板2への可動部8の変位が過剰である場合、表面20.2に接触するように設計される。

0088

示す実施例では、また、図1Aで明らかであるように、表面20.2は、表面18.1を持つ要素22を持つ可動部の短い側面と反対の、可動部の短い側面から突出する要素24上に形成される。

0089

微小機械構造の動作を以下に説明する。

0090

可動部8は、外部力に応じて軸Xの周りに移動する。可動部8は、基板2に近づく、また、基板2から遠ざかる。この変位は、層4.1内に作られた懸垂保持された歪ゲージ14に応力を加え、歪ゲージ14の応力が収集され、好ましい大きさが確定されることを可能にする。

0091

衝撃がある場合、可動部8の移動は、基板2に近づくか、または、基板2から遠ざかるときにかなりの振幅を有する。表面18.1または20.1は、それぞれ、表面18.2または20.2に接触し、可動部8の変位を制限し、可動部8および周囲の要素に対する損傷を回避する。

0092

図1B’は、図1Aおよび1Bの構造の変形を示し、表面18.1と18.2との間、また、表面20.1と20.2との間の貼り付きのリスクを制限するように設計された、表面18.2および20.2から突出する貼り付き防止スタッド19を備える。

0093

平面外停止手段を装備したMEMSシステムの製造プロセスがここで述べられる。

0094

SOI構造(シリコンオンインシュレータ)が使用され、たとえば、基板602と、犠牲層604を形成する埋め込み酸化膜(Buried Oxide:Box)層と、アクティブ積層体の層のうちの1つの層を形成するシリコン層606とを備える。犠牲層604は、1μm程度の厚さを有し、シリコン層606は、0.2μm程度の厚さを有する。

0095

図7Aに示す第1のステップ中に、層606は、たとえばフォトリソグラフィおよびエッチングによって構造化される。このステップが終了すると、樹脂マスクを除去するためにピクリング(pickling)が実行され、犠牲層を露出させるゾーンZ1をもたらす。

0096

図7Bに示す後続のステップ中に、酸化物層608が、0.3μm程度の厚さのシリコン層606上に堆積される。酸化物層608は、ゾーンZ1を充填し、かつ、犠牲層604に接触する。

0097

次に、層608の構造化が、フォトリソグラフィおよびエッチングによって実行される。このステップが終了すると、エッチング残留物を除去するためにピクリングが実行される。このステップの終了は、第1の層606を貫通する酸化物層の部分および第1の層606を部分的に覆う酸化物層の部分ならびに層606が覆われていないゾーンの少なくとも2つをもたらす。示す実施例では、構造は、3つの部分を備える。

0098

図7Cに示す後続のステップ中に、ドープされたシリコン層610が堆積され、アクティブ積層体の第2の層が形成される。層610は、たとえばエピタキシャル成長によって得られ、10μm程度の厚さを有する。少なくとも2つのアクティブ層を使用することによって、構造化された酸化物層608が第1のアクティブ層606と第2のアクティブ層610との間に埋め込まれる。

0099

この場合、酸化物層608の構造化された部分上にエピタキシャル成長によって堆積されたシリコンは、多結晶であり、一方、アクティブ層606上に堆積されたシリコンは、単結晶である。堆積条件は、シリコン層606が完全に多結晶になるようなものであり得る。

0100

このステップが終了すると、犠牲層による段差(step)を平らにするために、機械化学的研磨(mechano−chemical polishing)が実施され得る。

0101

変形として、図1Bに示すような貼り付き防止スタッドを作るために、層610の堆積前に、部分608のリソグラフィおよび部分的エッチングが実行され得る。

0102

図7Dに示す有利な後続のステップ中に、電気コンタクトを作るために、埋め込み(implanted)ゾーン612が生成される。

0103

埋め込みゾーンは、エピタキシャル成長によって得られるシリコンが低濃度でドープされる場合、コンタクト抵抗を減少させる。

0104

これが起こるようにするため、フォトリソグラフィによって埋め込まれるゾーンが生成され、その後、ピクリングが行われる。次に、関連ゾーンの埋め込みが遂行され、その後、埋め込みゾーン612をアクティブ化させるためにアニーリングが行われる。

0105

図7Eに示す後続のステップ中に、微小機械構造が作られる。たとえば、フォトリソグラフィによってエッチングされるゾーンは、境界を定められ、その後、垂直エッチング614が、たとえばシリコンのDRIE(深堀反応性イオンエッチング(Deep Reactive Ion Etching))または深堀りエッチングによって、2つのアクティブ層606、610の厚さで、下方に酸化物層608および犠牲層604に達するまで実行される。

0106

図7Fに示す後続のステップ中に、埋め込みゾーン612上の電気コンタクト616が作られる。このために、金属層の堆積が行われ、フォトリソグラフィによって除去されまた保持されるゾーンが区別される。次に、金属層は、コンタクト616だけを保持するようにエッチングされる。

0107

このステップが終了すると、樹脂マスクを除去するためにピクリングが遂行される。

0108

最後に、図7Gに示す最終ステップ中に、可動部618は、たとえば液体および/または蒸気のフッ化水素酸(HF)によって、犠牲層604および酸化物の除去によって解放状態にされる。これは時間エッチング(time etching)である。フッ化水素酸は、固定部の下に犠牲層を残したままで、可動部を解放状態にするのに十分に長い間、犠牲層および酸化物に接触したままにされる。

0109

酸化物層の部分を除去することで、可動部はアクティブ構造から水平に解放状態となる。

0110

したがって、下方停止部622および上方停止部624がアクティブ構造内に作られる微小構造が、簡略化された方法で製造され得る。このプロセスは、フッ化水素酸によるアクティブ構造の材料のエッチングを防止するために、アクティブ構造の材料の封止を必要としない。さらに、垂直エッチングは、ビアを作ることによってではなく、フォトリソエッチングによって容易に得られる。

0111

SOI基板を使用する場合、第2の層および、必要である場合、後続の層は、シリコンまたは多結晶SiGeを堆積させることによって作られ得る。

0112

標準的な基板はまた、たとえば酸化物の犠牲層を堆積させることによって、また、多結晶Siまたは多結晶SiGeの第1の層を堆積させることによって使用され得る。同様に多結晶シリコンまたは多結晶SiGeで、第2のアクティブ層および、必要である場合、後続の層が完成される。

0113

金、銅、FeNiなどの金属材料の層もまた、アクティブ層を作るために使用され得る。

0114

図2は、その可動部が、通常動作で、平面内で移動するように設計されている加速度計を形成する微小機械構造S2の第2の実施例を示す。

0115

微小機械構造は、基板102、微小機械構造のアクティブ構造を形成する少なくとも2つの層の積層体104を備える。積層体104は、固定部110および可動部108を備えるように構造化される。

0116

この実施例では、可動部108は、実質的に長方形および二等辺三角形からなる五角形の形態を有し、長方形の短い側面および三角形ベースは共通である。

0117

可動部108は、固定部110のスタッド110.1上の二等辺三角形の頂点の位置で梁109によって懸垂保持される。

0118

可動部108は、紙面の平面に垂直な軸Yを中心に旋回するのに適する。

0119

微小機械構造はまた、可動部108の変位を検知するために、懸垂保持されたピエゾ抵抗ゲージ115を備える。

0120

微小機械構造はまた、可動部108に対して回転軸Yと反対に配列された停止手段116を備える。

0121

示す実施例では、停止手段116は、上方停止部118および下方停止部120を備える。停止部118および120は、積層体104の可動部108によってまた固定部120によって保持される対抗する表面を備える。

0122

停止手段116の一部は、長方形の短い側面上に作られる。

0123

可動部108は、短い側面から突出する3つの指部128.1、128.2、128.3を備える。

0124

固定部は、短い側面に平行なバー130および同様に3つの指部123.1、132.2、132.3を備える。

0125

指部128.1は、2つの指部132.1と132.2との間に遊びを持つように配列され、指部132.3は、指部128.2と128.3との間に遊びを持つように配列される。

0126

指部128.1、128.2、128.3、132.1、132.2、132.3は、積層体104の第2の層内に作られる。

0127

指部128.1は、積層体104の第1の層104.1内に形成されたその側縁部から突出する2つの要素134を備える。

0128

2つの要素134のそれぞれの1つは、点線で示すように、指部132.1、132.2の下に配置される。指部132.1、132.2および要素134は、対向する表面を持ち、上方停止部を形成する。

0129

固定部110の指部132.3は、積層体104の第1の層104.1内に形成されたその側縁部から突出する2つの要素136を備える。

0130

2つの要素136のそれぞれの1つは、点線で示すように、指部128.2、128.3の下に配置される。指部128.2、128.3および要素136は、対向する表面を持ち、下方停止部を形成する。

0131

停止部は、図1Aおよび1Bの実施例の停止部と同様に動作する。

0132

図3は、微小機械構造S3の別の実施形態を示す。

0133

微小機械構造S3は、図2の構造S2に非常に類似している。微小機械構造S3は、基板202、微小機械構造のアクティブ構造を形成する少なくとも2つの層の積層体204を備える。積層体は、固定部210および可動部208を備えるように構造化される。

0134

微小機械構造S3は、上方停止部218と下方停止部220の両方および側方停止部を形成する停止手段216の点において、構造S2と異なる。

0135

上方停止部は、積層体の第1の層204内に形成された長方形の短い側面から突出する2つの指部238を備え、これらの指部は、長方形の短い側面に実質的に直交する。これらの2つの指部は、示す実施例では、短い側面の2つの端部に配列される。

0136

固定部のバー230は、積層体の第1の層204.1内に作られ、かつ、それぞれが可動部208の1つの指部238を引き受ける2つのハウジング240を備える。ハウジング240は、指部238の形態と相補的な形態を有する。ハウジング240は、積層体204の第2の層204.2内に形成された上側ベースおよび積層体204の第1の層204.1内に形成された外側壁240.1を備える。

0137

示す実施例では、指部238は、梁によって短い側面に取付けられた円板の形態の端部を備え、梁の幅は、円板の径より小さい。したがって、ハウジング240は、指部238の端部の形態と相補的な形態を有する。円形停止部は、両方の方向への併進時の停止を保証する。構造がその水平位置にあると考えると、円形停止部は、左右への、また、前後への停止を形成する。さらに、指部と指部が受けられるハウジングとの間のコンタクトは、特殊であり、貼り付きのリスクを制限する。

0138

下方停止部220はまた、積層体204の第1の層内に形成された、バー230から突出する2つの指部244を備え、これらの指部244は、バー230の軸に実質的に直交する。これらの2つの指部244は、示す実施例では、2つのハウジング240の間にある。

0139

固定部は、積層体204の第1の層内に作られ、かつ、それぞれが固定部の指部244を引き受ける2つのハウジング246を備える。ハウジング246は、指部244の形態と相補的な形態を有する。ハウジング246は、積層体204の第2の層内に形成された下側ベースおよび積層体204の第1の層内に形成された外側壁246.1を備える。

0140

示す実施例では、指部244は、梁によってバー230に取付けられた円板の形態の端部を備え、梁の幅は、円板の径より小さい。したがって、ハウジング246は、相補的な形態を有する。

0141

停止部の指部の数も、それらの配置も限定的でないことが十分に理解される。さらに、下方停止部は、上方停止部よりより多いかまたはより少ない指部を備え得る。

0142

停止部の機能を説明する。

0143

たとえば、衝撃が可動部の過剰な上方向変位を生じると、指部238、より詳細には、円板および梁の一部は、ハウジング240の上側ベースに接触する。

0144

衝撃が可動部の過剰な下方向変位を生じると、指部244、より詳細には、円板および梁の一部は、ハウジング246の下側ベースに接触する。

0145

衝撃が可動部の過剰な変位を横方向に(図3の図では、上部から底部へまたは右から右に)生じると、指部238、244の少なくとも一方は、ハウジングの外側壁240.1、246.1に接触し、横方向変位を制限する。

0146

図4は、図3の微小機械構造S3の変形実施形態S4を示す。この微小機械構造S4では、側方停止部は、上方停止部および下方停止部と別個である。

0147

微小機械構造S4の停止手段316は、対応する形態のハウジング340、346内でそれぞれ受けられる長方形形態の指部338、344を備える。

0148

さらに、微小機械構造S4は、固定部内に形成され、かつ、長方形の長い側面に対向して配列された側方停止部348を備える。衝撃が可動部の過剰な変位を横方向に生じると、長い側面の一方が、変位の配向に応じて、側方停止部348の一方に接触し、したがって、横方向変位を制限する。

0149

この実現は、停止手段316を作ることを簡略化する。

0150

図5は、交互に組合せされた櫛歯タイプの加速度計を作るように設計された微小機械構造S5の別の実施例を示す。

0151

構造S5は、基板402、微小機械構造のアクティブ構造を形成する少なくとも2つの層の積層体404を備える。積層体は、固定部410および可動部408を備えるように構造化される。

0152

可動部408は、2つの長い側面408.1および2つの短い側面408.2を有する長方形の形態を有する。

0153

可動部は、可動部408の4つの角部に位置し、かつ、固定部の4つのスタッド452に取付けられる、曲げ応力を受ける4つのばね450によって基板の上に懸垂保持される。可動部408はまた、その長い側面から突出する歯454を備える。

0154

固定部410は、可動部408の両側に配列され、かつ、長い側面402.2に平行な2つのバー458を備える。バー485はまた、突出する歯460を備える。

0155

歯454および460は、交互に組合せされ、対向する平行面を有する。

0156

可動部408の変位は、通常動作では、矢印Fで示される。

0157

微小機械構造S5はまた、図3の微小機械構造S3の形態と同様の形態である停止手段416を備える。しかし、停止手段416は、可動部408の2つの短い側面402.1上に位置する。実際には、微小機械構造S3と対照的に、可動部408の平面外変位は、回転軸によって一方の端部に制限されず、曲げ応力を受けるばねは、こうした変位を適切に制限するのに適さない。

0158

固定部410は、それぞれが短い側面に対向する2つのバー430を備える。可動部408は、固定部410のハウジング440内で受けられる指部238を備え、固定部は、可動部408のハウジング446内で受けられる指部444を備える。停止手段416は、上方停止部、下方停止部、および側方停止部を、同時に形成する。

0159

機能は、微小機械構造S3の機能と同じである。

0160

図6は、図1Aおよび1Bの微小機械構造S1の変形S6を示す。微小機械構造S6は、積層体が3つの層を備える点において、微小機械構造S1と異なる。

0161

本発明は、停止手段を作るために2層の積層体を使用することに限定されない。積層体は、n層を備え得る。nは2以上である。さらに、層は、異なる厚さであり、また、異なる材料からなることができる。

0162

少なくとも3つの層の積層体を使用することによって、アクティブ層の異なる位置で、かつ/または、異なる間隔の値を有して停止部が作られる。

0163

微小機械構造S6は、基板502、微小機械構造のアクティブ構造を形成する3つの層504.1、504.2、504.3の積層体504、および停止手段516を備える。積層体は、可動部508および固定部510を備えるように構造化される。

0164

本発明によれば、犠牲層511は、基板502と層504.1との間に挿入され、犠牲層511の材料は、アクティブ構造の材料に対して選択的にエッチングされ得る。

0165

この実施形態では、層504.1、504.2、504.3は、異なる厚さであり、層504.1は、最小厚さを有し、層504.3は、最大厚さを有する。

0166

示す実施例では、上方停止部518は、第2の層504.2内に形成された可動部508の面および第3の層504.3内に形成された固定部510の面を備える。

0167

下方停止部520は、第2の層504.2内に形成された可動部508の面および第1の層504.1内に形成された固定部510の面を備える。

0168

高さが薄層の厚さによって規定されるため、これは、垂直停止部のギャップの高さの非常に良好な制御を提供する。

0169

MEMSシステムの製造プロセスの実施例がここで述べられ、その製造プロセスにおいて、アクティブ部分は3つの層を備え、製造プロセスのステップは図8A〜8Iに描かれている。

0170

SOI構造(シリコンオンインシュレータ)が使用され、たとえば、基板702と、犠牲層704を形成する酸化物(BOX:埋め込み酸化膜)層と、アクティブ積層体の層のうちの1つの層を形成するシリコン層706とを備える。犠牲層704は、1μm程度の厚さを有し、シリコン層706は、0.2μm程度の厚さを有する。

0171

図8Aに示す第1のステップ中に、層706は、たとえばフォトリソグラフィおよびエッチングによって構造化される。このステップが終了すると、樹脂マスクを除去するためにピクリングが実行され、犠牲層を露出させるゾーンZ1を生成する。

0172

図8Bに示す後続のステップ中に、酸化物層708が、0.3μm程度の厚さを有するシリコン層706上に堆積される。酸化物層708は、ゾーンZ1を充填し、かつ、犠牲層704に接触する。

0173

層708の構造化が、フォトリソグラフィおよびエッチングによって実行される。このステップが終了すると、エッチング残留物を除去するためにピクリングが行われ得る。このステップの終了は、第1の層706を貫通する酸化物層の部分および第1の層706を部分的に覆う酸化物層の部分ならびに層706が覆われていないゾーンの少なくとも2つを生成する。示す実施例では、3つの酸化物の部分が存在する。

0174

示す実施例では、部分708’のうちの1つは、その部分708’が覆うゾーンZ1の水平寸法に実質的に等しい水平寸法を有する。他の部分708”は、下方停止部の形成を可能にすることになる。しかし、酸化物の全ての部分が同じ寸法を有する場合もある。

0175

変形として、部分708’のリソグラフィおよび部分的なエッチングは、貼り付き防止スタッドを作るために層710を堆積する前に遂行され得る。

0176

図8Cに示す後続のステップ中に、ドープされたシリコン層710が堆積され、アクティブ積層体の第2の層が形成される。層710は、たとえばエピタキシャル成長によって得られ、5μmの厚さを有する。

0177

酸化物層708の構造化された部分上にエピタキシャル成長によって堆積されたシリコンは、多結晶であり、一方、アクティブ層706上に堆積されたシリコンは、単結晶である。

0178

このステップが終了すると、犠牲層による、また、シリコン単結晶と多結晶シリコンとの間の異なる成長レートによる段差を平らにするために、機械−化学的研磨が実施され得る。

0179

図8Dに示す後続のステップ中に、アクティブ層710のゾーンのフォトリソグラフィが、部分708’の位置で遂行され、その後、このゾーンが、酸化物の部分708’に達するようにエッチングされ、したがって、アクティブ層710内に垂直チャネル711が形成される。

0180

次に、新しい酸化物層712の堆積およびその構造化が実行される。チャネル711は酸化物で充填される。エッチングが終了すると、ある部分が、部分708’の上に残り、部分708’に接続され、上方停止部の形成を可能にする。層715を堆積する前に、この部分のリソグラフィおよび部分的なエッチングを遂行することも可能であり、それは、貼り付き防止スタッドを作るために、以降で述べられるであろう。

0181

この第2の層の酸化物は、第1の層の酸化物と同じかまたは異なり得る。

0182

図8Fに示す後続のステップ中に、シリコン715の堆積が、たとえばエピタキシャル成長によって行われ、第3のアクティブ層が形成される。層715の厚さは、たとえば約3μmである。

0183

図8Gに示す後続のステップ中に、金属層718の堆積が行われる。電気コンタクトの境界を定めるために、フォトリソグラフィが使用され、その後、これらのコンタクトを形成するためにエッチングが行われる。埋め込みゾーンもまた作られ得る。

0184

図8Hに示す後続のステップ中に、微小機械構造が作られる。たとえば、フォトリソグラフィによってエッチングされるゾーンが作られ、その後、垂直エッチング720が、たとえばシリコンのDRIE(深堀り反応性イオンエッチング)または深堀りエッチングによって、3つのアクティブ層706、710、715の厚さで、酸化物層の部分708’、708”、および712に達するまで、また、犠牲層704に達するまで実行される。

0185

最後に、図8Iに示す最終ステップ中に、可動部708は、たとえば液体および/または蒸気のフッ化水素酸(HF)によって、犠牲層704および酸化物の部分の除去によって解放状態にされる。これは時間エッチングである。フッ化水素酸は、固定部の下に犠牲層を残したままで、可動部を解放状態にするのに十分に長い間、犠牲層および酸化物に接触したままにされる。

0186

酸化物層の部分708”および712を除去することによって、上方停止部および下方停止部が解放状態となる。

0187

下方停止部および上方停止部がアクティブ構造内で2つの異なる平面内に作られる微小機械構造が、簡略化された方法で生成され得る。

0188

2つの層を有する構造の場合にそうであるように、SOI基板を使用する場合、第2の層および、必要である場合、後続の層は、シリコンまたは多結晶SiGeの堆積によって作られ得る。

0189

標準的な基板はまた、たとえば酸化物の犠牲層を堆積させることによって、また、多結晶シリコンまたは多結晶SiGeの第1の層を堆積させることによって使用され得る。第2のアクティブ層が作られ、必要である場合、後続の層もまた多結晶シリコンまたは多結晶SiGeで作られる。

0190

金、銅、FeNiなどのような金属材料の層もまた、アクティブ層を作るために使用され得る。

0191

異なる層を構造化する全ての方法が適用可能であることが十分に理解される。

0192

さらに、停止部が2つのステップで生成されるため、両方の垂直変位方向に対称または非対称ギャップを有する停止部が作られ得る。

0193

最後に、垂直停止部と側方停止部を組み合わせること、および、ウェハ搬送を必要としない表面技術を使用することによって、空間の3つの軸に沿って停止部を得ることが可能である。

0194

本発明による微小機械構造は、特に、機械エネルギー電気エネルギーに変換するシステム内での、MEMSまたはNEMSマイクロセンサ慣性センサ(加速度計、ジャイロメータ)、ピエゾ抵抗または容量検出を有するMEMSまたはNEMS磁束計、MEMSマイクロアチュエータ(光学スキャナなど)において使用され得る。

0195

本発明は、垂直移動を検出する水平容量検出電極および/または垂直力によって生成される作動手段を使用する、MEMSまたはNEMSセンサおよびアクチュエータを作るときに適用される。

0196

たとえば、こうしたMEMSまたはNEMSシステムは、容量検出または他の検出を用いて方向Zに応じて、かつ/または、Zに応じて検出移動のフィードバックを使用する、加速度計、あるいは、容量検出または他の検出を用い、かつ、Zに応じて検出移動のフィードバックを使用し得るX/Yジャイロスコープなどの慣性センサを作るのに使用され得る。述べたプロセスに従って作られた水平電極はまた、平面外移動共振器静電共振周波数(トリミング)、または、ジャイロメータの場合、直交バイアスの補償電極励起する、かつ/または、調整するのに役立ち得る。

0197

こうしたMEMSまたはNEMSシステムはまた、平面外移動を使用してアクチュエータを作るために使用され得る。

0198

図9は、ジャイロスコープYで利用され得る微小機械構造の実施形態を示す。図9では、励起櫛歯および直交バイアスの補償電極は示されない。

0199

ジャイロスコープは、基板802上に堆積されたアクティブ構造804を備える。本発明によれば、アクティブ部分は、犠牲層811上に載る少なくとも2つの層807.1、807.2の積層体によって形成され、犠牲層811の材料は、積層体の材料に対して選択的にエッチングされ得る。

0200

アクティブ構造は、それぞれが対向する面をそれぞれ備える可動部808および固定部810を備え、これらの対向する面は、カウンタリアクション(counter−reaction)、トリミングなどの検出電極を形成する。

0201

可動部の回転は、用紙の平面に垂直な軸Zに沿って検出される。

0202

示す実施例では、可動部は、軸Yに対して並んで対称に配列された2つの可動質量816、および、2つの可動質量の両側で平行に配列された2つの梁818.1、818.2を備える。各可動質量は、接続セグメント820によって2つの梁に接続される。可動部808は、軸Yに対して対称である。示す実施例では、接続セグメント820は、梁の軸に対して、また、接続セグメント820が取付けられる可動質量の面に対して垂直である。

0203

固定部810はまた、それぞれが、可動部の2つの梁818と協働する2つのサブ部分810.1、810.2内にある。

0204

固定サブ部分810.1は、第2の層内に形成された電極812.1を備え、梁818.1は、第1の層内に形成された電極814.1を備え、梁818.1は、反転Tの形態を有し、固定サブ部分810.1は、対応する形態のハウジングを備える。

0205

固定サブ部分810.2は、第1の層内に形成された電極812.2を備え、梁818.2は、第2の層内に形成された電極814.2を備え、梁818.2は、その分岐が積層体の第1の層に対向するサイトにおいてTの形態を有する。

0206

その材料が、積層体の材料に対して選択的にエッチングされ得る犠牲層811が使用され、製造プロセスを簡略化する。

0207

この構造はまた、アクチュエータに適用可能である。

0208

図10は、発振器のトリミング、カウンタリアクション、または差動検出、あるいは、平面外移動の検出に特に適用可能なシステムの実施形態を示す。

0209

このシステムは、形状が実質的に長方形で、第1の長手方向端部に位置する、その長手方向に直交する歪軸Tの周りで移動するのに適した可動部908を備える。

0210

歪軸Tを持つ端部に対向する第2の端部の位置において、可動部は、積層体の第1の層内に形成された電極914.1および積層体の第2の層内に形成された電極914.2を同時に備え、2つの電極914.1、914.2は、並んでいる。逆に、固定部910は、可動部908の第1の層内の電極914.1に対向する、積層体の第2の層内に形成された電極912.1および可動電極908の積層体の第1の層内に形成された電極914.2に対向する、積層体の第2の層内の電極912.2を備える。

0211

システムは、垂直加速度計を作るのに特によく適合する。

0212

本発明はまた、平面内励起を用いるジャイロスコープX/Yにおいて適用可能な、水平移動の垂直成分の補正のための、直交バイアスの補正電極を作る。こうしたシステムの詳細図は、図11Aおよび11Bに示される。

0213

この実施例では、固定部1010は、固定部1010の縁部がノッチの縁部に対向するように、可動部1008内に形成されたノッチ1016内で受けられる。2重矢印Fの方向への固定部の変位中に、ノッチ1016の側縁部は、固定部に対向する側縁部に近づき、他の側縁部は、固定部の他の側縁部から遠ざかる。

0214

固定部1010は、積層体の第2の層内に形成された上側電極1012.1、および、基板上の固定ゾーンに対して対向する積層体の第1の層内に形成された下側電極1012.2を備える。可動部1008は、第1の層内に形成された下側電極1014.1および第2の層内に形成された上側電極1014.2を有する。

0215

犠牲層1011は、積層体と基板との間に挿入される。

0216

バイアス補償電極に対する静的電圧の印加は、機械的直交バイアスを補償する、変位AXに比例するZに応じた力(たとえば、質量の懸垂腕の非対角剛性係数(non−diagonal stiffness coefficient)によってもたらされる)を生成し、FZ=−kxz.xの形態の、Zに応じた弾性戻り力(elastic return force)を生成する。静的電圧は、Zに応じた寄生振動を相殺するように調節される。質量によって生じる振動は、好ましい方向xだけで起こる。

0217

平面外センサおよびアクチュエータは、図6に示す構造などの3つ以上の層によって形成されたアクティブ部分を備え得る。

0218

図7A〜7Gおよび8A〜8Iで述べる製造プロセスは、平面外変位を有するMEMSまたはNEMS構造を作ることに十分に適用される。

0219

2、102、202、302、402、502基板
4、104、204、304、404、504積層体
8、108、208、308、408、508可動部
10、110、210、310、410、510 固定部
16、116、216、316、416、516停止手段
128.1、128.2、128.3、132.1、132.2、132.3、238、244、338、344 指部
240、340ハウジング
504.1 第1の層
504.2 第2の層
504.3 第3の層
518 上方停止部
520 下方停止部
604、704 第1の犠牲層
606、706 第1のアクティブ層
608、708 第2の犠牲層
610、710 第2のアクティブ層
708’ 第1の部分
708” 第2の部分
712 第3の犠牲層
715 第3のアクティブ層
808、908、1008 可動部
810、910、1010 固定部
818.1、818.2 梁

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