JP5985147B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Description
−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。
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。
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。
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
Claims (25)
- 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た微小機械構造であって、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、前記微小機械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)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。 - 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た微小機械構造であって、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、前記微小機械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(712)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(712)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(712)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。 - 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。
- 前記第2の犠牲層の材料は酸化物である請求項1に記載の微小機械構造を製造するプロセス。
- 前記第2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または4に記載の微小機械構造を製造するプロセス。
- 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2または3に記載の微小機械構造を製造するプロセス。
- 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2、3および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。
- 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7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。
- 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8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。
- 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、前記微小機械構造の中間平面に実質的に平行な対向する面を備え、前記対向する面は隔離されていて、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。
- 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10に記載の微小機械構造。
- 通常動作では、前記可動部は、前記微小機械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10または11に記載の微小機械構造。
- 通常動作では、前記可動部は、前記微小機械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10から12のいずれか一項に記載の微小機械構造。
- 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13に記載の微小機械構造。
- 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14に記載の微小機械構造。
- 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13から15のいずれか一項に記載の微小機械構造。
- 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14から16のいずれか一項に記載の微小機械構造。
- 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、前記微小機械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13から17のいずれか一項に記載の微小機械構造。
- 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17または18に記載の微小機械構造。
- 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)のサブ部分(810.1、810.2)と協働する請求項12に記載の微小機械構造。
- 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14に記載の微小機械構造。
- 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21に記載の微小機械構造。
- 前記微小機械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の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部(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12に記載の微小機械構造。
- 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21または22に記載の微小機械構造。
- 請求項10から24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。
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