応力分離部を有するＭＥＭＳデバイスおよび製造方法
応力分離部を有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス２０は、第１の構造層２４に形成された要素２８，３０，３２、第２の構造層２６に形成された要素６８，７０、第１の構造層２４から離間された層２６を含む。製造方法は、層２４と２６との間に接合部７２，７４を形成する工程９２，９４，１０４を含む。接合部７２，７４は、第１層２４の相当する要素３０，３２を第２層２６の要素６８，７０に接続される。製造方法８０は、すべての要素３０，３２，６８，７０がＭＥＭＳデバイス２０の基板２２上に吊らされるように下にある基板２２から構造層２４，２６を解放する工程をさらに含む。ここで、要素３０，３２，６８，７０と基板２２との取付は基板２２の中央領域４６のみに起こる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。より詳細には、本発明は、応力分離部を有するＭＥＭＳデバイスおよびそのＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサデバイスは、自動車、慣性誘導システム、家庭用機器、種々のデバイス用の保護システムや、多くの他の産業、科学、および工学システムなどの用途において広く用いられている。このようなＭＥＭＳデバイスは、加速度、圧力、または温度などの物理状態を感知し、感知した物理状態を表す電気信号を提供するために用いられる。容量感知式ＭＥＭＳセンサ設計は、高重力環境における小型化されたデバイスの動作において、またそのコストが比較的低いため、非常に望ましい。
【０００３】
多くのＭＥＭＳセンサデバイス用途では、より小さなサイズや、積極的なコスト目標を満たす低いコストパッケージが必要とされる。加えて、ＭＥＭＳデバイス用途では、より低い温度係数オフセット（ＴＣＯ）仕様が求められている。ＴＣＯは、ＭＥＭＳデバイスなどの同様デバイスの性能に熱応力がどの程度の影響を与えるかの尺度である。ＴＣＯが高いことは、それに対応して熱的に誘起される応力が大きいことを示している。ＭＥＭＳデバイスの製造およびパッケージングの用途では、異なる熱膨張係数を有する様々な材料がしばしば用いられる。種々の材料は、温度変化が存在する場合、異なる割合で膨張や収縮するので、ＭＥＭＳデバイスのアクティブトランスデューサ層は、異なる材料の寸法変化が異なることにより、伸び、曲げ、反り、その他の変形を受ける場合がある。したがって、有意な熱応力、すなわち、望ましくない高いＴＣＯが、製造または動作中に生じることがしばしばある。
【０００４】
加えて、応力は、最終用途においてパッケージ化された半導体デバイスをプリント回路基板上にはんだ付けすることによっても発生することがある。それらのパッケージ応力によって、ＭＥＭＳセンサの実装された基板のひずみが変化して、オフセットの変化、すなわち、変位が生じることがある。さらにまた、基板には、基板の表面を通じた一様でない伸び、曲げ、または反りなど、何らかの一定でないひずみが生じる場合がある。パッケージの応力および基板のひずみによって誘起される変位によって、感知信号に変化が生じることがあるので、ＭＥＭＳデバイスの出力性能に不利な影響を与えることがある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図。
【図２】２−２区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図３】３−３区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図４】４−４区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図５】本発明の別の実施形態による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの製造プロセスのフローチャート。
【図６】プロセスの開始段階における図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図７】プロセスの続く段階における図６のデバイスの側面図。
【図８】プロセスの続く段階における図７のデバイスの側面図。
【図９】プロセスの続く段階における図８のデバイスの側面図。
【図１０】プロセスの続く段階における図９のデバイスの側面図。
【図１１】プロセスの続く段階における図９のデバイスの側面図。
【図１２】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１３】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１４】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１５】１５−１５区分線に沿った図１４のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の一実施形態では、本明細書においてＭＥＭＳデバイスと呼ぶ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサが含まれる。このＭＥＭＳデバイスは、下に位置する基板から概ね分離されている。この分離は、従来技術のデバイスに比べ、基板に対する要素の接続を有意に減少させることによって、また、接続を互いに近接する範囲内に、かつ、基板の中央領域に置くことによって達成される。本発明の別の実施形態では、２つの構造層を用いるＭＥＭＳデバイスの製造方法が含まれる。１つの構造層によって、その層の平面内における感知能力が達成され、別の構造層によって、ＭＥＭＳデバイスの固定要素が懸吊され、固定要素は下に位置する基板に直接的に接触しない。
【０００７】
ここで図１〜４を参照する。図１には、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイス２０の平面図を概略的に示す。図２には、図１における２−２区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図３には、図１における３−３区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図４には、図１における４−４区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図１〜４では、以下に記載するように、ＭＥＭＳデバイス２０の構造層内に形成される様々な要素を区別して様々なシェーディングおよび／またはハッチングを用いて示す。それらの構造層内の様々な要素は、堆積、パターニング、エッチングなど、現行のおよび開発中の表面マイクロマシニング技術を利用して形成されてよい。したがって、図面においては様々なシェーディングおよび／またはハッチングが用いられるが、典型的には、構造層内の様々な要素は、ポリシリコン、単結晶シリコンなど、同じ材料から形成される。
【０００８】
ＭＥＭＳデバイス２０（下述）の要素は、ＭＥＭＳデバイス２０における他の要素に「取り付けられる」、「取り付けられている」、「接続される」、「固定される」、または「相互に接続される」のように、様々に記載される場合がある。しかしながら、それらの用語は、ＭＥＭＳ製造におけるパターニングおよびエッチングプロセスを通じて生じるＭＥＭＳデバイス２０の特定の要素の直接的または間接的な物理接続を指していることが理解される。これについては図５に関連して記載する。
【０００９】
ＭＥＭＳデバイス２０は、基板２２と、第１の構造層２４と、第２の構造層２６とを備える。第１の構造層２４には、数々の要素が形成される。一実施形態では、それらの要素には、可動要素（本明細書では、プルーフマス２８と呼ぶ）と、第１の不動要素３０と、第２の不動要素３２とが含まれる。プルーフマス２８は、右上を向いた幅の狭いハッチングによって表されている。第１の不動要素３０は、右下を向いた幅の広いハッチングによって表されており、第２の不動要素３２は、右上を向いた幅の広いハッチングによって表されている。本明細書において用いられる「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、「第１」および「第２」の用語は、記載を明確にするべく２つの可動要素３０，３２を区別する目的で用いられる。
【００１０】
プルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２は、基板２２の面３４の上方に懸吊されており（図２〜４において最もよく理解される）、基板２２の面３４の中央領域４６において基板２２に取り付けられるべく構成されている。プルーフマス２８は、１つ以上のプルーフマスアンカー部３６（例えば、２つのアンカー部３６）を介して基板２２に固定されている。同様に、第１の不動要素３０は、１つ以上の第１のアンカー部３８（例えば、３つのアンカー部３８）を介して基板２２に固定されており、第２の不動要素３２は、１つ以上の第２のアンカー部４０（例えば、３つのアンカー部４０）を介して基板２２に固定されている。一実施形態では、アンカー部３６，３８，４０は、犠牲層４２の一部分がプルーフマス２８および不動要素３０，３２の下方に残っているときに形成され、続いて処理中に犠牲層４２のエッチングが行われる（下述）。犠牲層４２は、図２，３には、濃い点描のパターンによって示す。ここでもやはり、「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、記載の明確にする目的で、「第１」の用語はアンカー部３８を第１の不動要素３０に関連付けるために用いられ、「第２」の用語はアンカー部４０を第２の不動要素３２に関連付けるために用いられる。
【００１１】
図１では、アンカー部３６，３８，４０は、それらに対応する要素２８，３０，３２の上方の「Ｘ」の印によって表されている。一実施形態では、プルーフマスアンカー部３６は、基板２２の中央領域３６においてアンカー領域４４にプルーフマス２８を取り付けている。同様に、第１のアンカー部３８は、基板２２の中央領域４６においてアンカー領域４８に第１の不動要素３０を取り付けており、第２のアンカー部４０は、基板２２の中央領域４６においてアンカー領域５０に第２の不動要素３２を取り付けている。したがって、中央領域４６は、基板２２上のプルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２の位置に対する基板２２の「中央」によって規定される。
【００１２】
１つ以上の弾性部材５２（または、ばね）は、プルーフマス２８とプルーフマスアンカー部３６とを相互に接続している。一実施形態では、弾性部材５２によって、平面（すなわち、基板２２の平坦な面３４）に平行な１つの方向（本明細書ではＹ方向５４と呼ぶ）におけるプルーフマス２８の移動が可能となる。プルーフマス２８は、幾つかの可動フィンガーまたは電極（本明細書では突出部５６と呼ぶ）を備えており、それらの突出部５６はすべて、プルーフマス２８の外部フレーム５８に接続されている。突出部５６は、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている。
【００１３】
第１および第２の不動要素３０，３２は、それぞれ第１および第２のアンカー部３８，４０を介して基板３４に取り付けられており、要素３０，３２はプルーフマス２８に対して可動でない、すなわち、固定されている。第１の不動要素３０は、第１のアンカー部３８に取り付けられた１つ以上のフレーム構造６０（この例では、３つのフレーム構造６０）と、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている幾つかの固定電極６２とを備える。固定電極６２は、感知電極および／またはアクチュエータ電極の何らかの組み合わせであってよく、本明細書では第１の固定フィンガー６２と呼ばれる。同様に、不動要素３２は、アンカー部４０に取り付けられた１つ以上のフレーム構造６４（この例では、３つのフレーム構造６４）と、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている幾つかの固定電極６６とを備える。固定電極６６は、感知電極および／またはアクチュエータ電極の何らかの組み合わせであってよく、本明細書では第２の固定フィンガー６６と呼ばれる。第１および第２の固定フィンガー６２，６６の間には、プルーフマス２８の突出部５６が介在している。
【００１４】
第１および第２の固定フィンガー６２，６６は第２の構造層２６に形成された要素を介してそれぞれそのフレーム構造６０，６４との接続によってプルーフマス２８に対して「固定されている」、すなわち、不動である。第２の構造層２６に形成されたそれらの要素は、本明細書において第１のビーム６８と呼ぶ１つ以上のビーム６８と、本明細書において第２のビーム７０と呼ぶ１つ以上のビーム７０とを含む。ここでもやはり、「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、記載の明確にする目的で、「第１」の用語はビーム６８を第１の不動要素３０に関連付けるために用いられ、「第２」の用語はビーム７０を第２の不動要素３２に関連付けるために用いられる。第１のビーム６８は薄い点描のパターンによって表され、第２のビームは右下を向いた幅の狭いハッチングによって表される。
【００１５】
第１のビーム６８は、第１のフィンガー６２上に形成され第１のフィンガー６２の上方を延びている複数の第１の接合部７２を介して第１の不動要素３０の第１のフィンガー６２に接続されている。さらに、第１のビーム６８は、第１の不動要素３０の適切なフレーム構造６０に接続されている。なお、第１のフィンガー６２の各々は、第１の不動要素３０の別個の部品であり、フレーム構造６０および第１のアンカー部３８に接続することなく第１の構造層に形成されている。第１のビーム６８は第１の接合部７２に接続されており、第１のフィンガー６２は互いに相互に接続されるとともに第１の不動要素３０の適切なフレーム構造６０に相互に接続されており、第１のフィンガー６２は基板２２の上に懸吊されたまま保持されており、続いて犠牲層４２が除去される（下述）。しかしながら、突出部５６および第２のフィンガー６６は、第１のビーム６８に接続されていない。よって、突出部５６の各々は一対の第１のフィンガー６２の間に挿間されており、第１の接合部７２を介して第１のフィンガー６２の各々に取り付けられるように、第１のビーム６８が突出部５６の位置を横断する、すなわち、横切るように配向されている。
【００１６】
同様に、第２のビーム７０は、第２のフィンガー６６上に形成され第２のフィンガー６６の上方を延びている複数の第２の接合部７４を介して第２の不動要素３２の第２のフィンガー６６に接続されている。さらに、第２のビーム７０は、第２の不動要素３２の適切なフレーム構造６４に接続されている。第１のフィンガー６２と同様に、第２のフィンガー６６の各々は、第２の不動要素３２の別個の部品であり、フレーム構造６４および第２のアンカー部４０に接続することなく第１の構造層２４に形成されている。第２のビーム７０は第２の接合部７４に接続されており、第２のフィンガー６６は互いに相互に接続されるとともに第２の不動要素３２の適切なフレーム構造６４に相互に接続されており、第２のフィンガー６６は基板２２の上に懸吊されたまま保持されており、続いて犠牲層４２が除去される（下述）。しかしながら、突出部５６および第１のフィンガー６２は、第２のビーム７０に接続されていない。よって、突出部５６の各々は一対の第２のフィンガー６６の間に挿間されており、第２の接合部７４を介して第２のフィンガー６６の各々に取り付けられるように、第２のビーム７０が突出部５６の位置を横断することが留意される。第１および第２の接合部７２，７４は、中実の黒いシェーディングによって図１，２，４に示されている。
【００１７】
図示された実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２０は容量感知能力を有する加速度計であってよい。一般に、弾性部材５２は、何らかの他の手段による選択的な力の印可によってその変形が生じるまで、基板２２に平行な中立位置において基板２２の上にプルーフマス２８を懸吊している。例として、ＭＥＭＳデバイス２０がＹ方向５４における加速度を経験する場合、ＭＥＭＳデバイス２０のプルーフマス２８が動く。プルーフマス２８のＹ方向５４における側方移動は、プルーフマス２８の介在する第１および第２の固定フィンガー６２，６６によって検出されることが、当業者には理解される。この側方移動は、続いて電子機器（図示せず）によって加速度に応じた大きさのパラメータを有する信号（電圧、電流、周波数など）へと変換される。この例では、ＭＥＭＳデバイス２０は、Ｙ方向５４における側方移動の検出のための一軸加速度計であってもよい。しかしながら、代替の実施形態では、二軸加速度計または他のＭＥＭＳ感知デバイスを備えてもよい。
【００１８】
上述の通り、ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳデバイス２０など）のパッケージングの応力および／または下に位置するプリント回路基板に対するその半田接続によって、基板２２のひずみが変化して、センサの不正確さに繋がるオフセットのシフトまたは変位が生じる。さらにまた、基板２２のひずみプロファイルが、基板２２の平面を通じて一貫していない場合がある。ＭＥＭＳデバイス２０では、ひずみプロファイルが一貫していないことの不利な影響は、基板２２の上に第１および第２の不動要素３０，３２の懸吊された構成によって、プルーフマス２８と不動要素３０，３２との基板２２に対する接続の減少によって、また、すべての接続（すなわち、アンカー部３６，３８，４０）を基板２２の中央領域４６に近接させて配置することによって、緩和される。
【００１９】
図５には、本発明の別の実施形態による、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０のフローチャートを示す。ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０では、基板の上に固定要素を懸吊することによって下に位置する基板からほぼ分離されたＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が提供される。プロセス８０について、ＭＥＭＳデバイス２０（図１）の製造に関連して記載する。しかしながら、以下の方法は、改良されたオフセット性能のための応力分離が望ましい他の設計のＭＥＭＳデバイスの製造に適合可能であることが理解される。
【００２０】
製造プロセス８０について、図示を簡単にするために、単一のＭＥＭＳデバイス２０の製造に関連して以下に記載する。しかしながら、以下のプロセスによって複数のＭＥＭＳデバイス２０の同時製造が可能であることが当業者には理解される。例えば、複数のＭＥＭＳデバイス２０が基板２２上の同時の半導体薄膜製造によって得られてもよい。最終用途においてパッケージ化されプリント回路基板に接続可能である個々のＭＥＭＳデバイス２０を提供するべく、従来の手法により、個々のＭＥＭＳデバイス２０が切断、すなわち、ダイシングされてもよい。
【００２１】
ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０は、作業８２にて開始する。作業８２において、基板２２は、基板２２上に堆積された第１の犠牲層４２とともに与えられる。
作業８２に関連して図６を参照する。図６には、作業８２による処理の開始段階８４におけるＭＥＭＳデバイス２０（図１）の側面図を示す。開始段階８４において、基板２２が提供される。基板２２は、犠牲層４２（例えば、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ））であってよく、例えば、例えば、ウェハ提供元から提供される。これに代えて、基板２２が提供元から提供されてもよい。基板２２の受け入れに続き、ＭＥＭＳデバイス２０を製造する製造機関によって、犠牲層４２が基板の上に堆積されてもよい。シリコンウェハおよびＰＳＧについて言及したが、基板２２および犠牲層４２が他の種類の材料から形成されてもよいこと、および／または基板２２も複数層に形成されてよいことが当業者には理解される。随意の一実施形態では、アンカー部３６，３８，４０（図１）を最終的に製造するための開口部（図示せず）を形成するように、アンカー領域４４，４８、および５０（図１）にて犠牲層４２がエッチングされてもよい。
【００２２】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業８２に続いて、作業８６が実行される。作業８６において、第１の構造層２４（図３）が犠牲層４２の上に形成されて、第１の構造層２４に少なくともプルーフマス２８と、第１の可動要素３０と、第２可動要素３２とが形成される。
【００２３】
タスク８６に関連して図７を参照する。図７には、処理の続く段階８８における図６のデバイスの側面図を示す。段階８８において、第１の構造層２４を形成するために、ポリシリコンなどの材料は犠牲層４２上に堆積される。第１の構造層２４は、プルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２（図１）を形成するべく、パターニングおよびエッチングされる。加えて、犠牲層４２はアンカー領域４４，４８、および５０にて以前にエッチングされている場合、犠牲層４２の上に第１の構造層２４を堆積することによって、犠牲層４２の開口部が充填されてアンカー部３６，３８、および４０（図１）が形成される。パターニングおよびエッチング処理技術によって、要素２８，３０、および３２を互いに分離する溝（トレンチ）９０が形成される。この図では、第１の構造層２４に生じられた要素２８，３０、および３２は互いに区別されない。むしろ、右上を向いた幅の広い単一のハッチングパターンを用いて、第１の構造層２４を表している。
【００２４】
ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照する。作業８６に続いて、作業９２が実行される。作業９２において、第２の犠牲層が第１の構造層２４の上に堆積される。プロセス８０は作業９４に続く。作業９４において、開口部が第２の犠牲層を通じて形成される。
【００２５】
作業９２，９４に関連して図８を参照する。図８には処理の続く段階９６における図７のデバイスの側面図を示す。段階９６において、例えば、ＰＳＧからなる別の犠牲層９８が、作業９２によって第１の構造層２４上に堆積される。犠牲層９８は、作業８６（図５）において第１の構造層２４を通じてエッチングされた溝９０を少なくとも部分的に充填する。犠牲層９８は、次いでパターニングおよびエッチングされ、犠牲層９８を通じて複数の開口部１００が形成されて、第１の構造層２４の部分１０２を露出する、特に、第１の不動要素３０（図１）および第２の不動要素３２（図１）の部分１０２を露出する。
【００２６】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業９２に続いて、作業１０４が実行される。作業１０４において、第２の構造層２６（図３）が犠牲層９８の上に堆積され、少なくとも第１のビーム６８および第２のビーム７０（図１）が形成される。
【００２７】
作業１０４に関連して図９を参照する。図９には、処理に続く段階１０６における図８のデバイスの側面図を示す。段階１０６において、第２の構造層２６を形成するためにポリシリコンなどの材料の別の層が犠牲層９８上に堆積される。第１および第２の接合部７２，７４（図１，３，，４）をそれぞれ形成するために、犠牲層９８の上に第２の構造層２６を堆積することによって犠牲層９８の開口部１０２が充填される。
【００２８】
図１０には、処理の続く段階１０８における図９のデバイスの側面図を示す。段階１０８において、第１のビーム６８および第２のビーム７０（図１）を形成するために第２の構造層２６がパターニングおよびエッチングされる。必要な場合、相互接続部（図示せず）が含まれてもよい。作業１０４（図５）のパターニングおよびエッチング処理技術によって、要素ビーム６８，７０を互いに物理的に分離する溝または空間１１０が形成される。この図において、第２の構造層２６に形成される要素６８，７０および接合部７２，７４は、互いに区別されていない。むしろ、右下を向いた幅の狭い単一のハッチングパターンを用いて、第２の構造層２６の要素を表している。
【００２９】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業１０４に続いて、作業１１２が実行される。作業１１２において、第１および第２の構造層２４，２６における要素は、例えば、エッチング技術を用いて、第１および第２の犠牲層４２，９８を除去することによって基板２２の上に懸吊される。
【００３０】
タスク１１２に関連して図１１を参照する。図１１には、処理の続く段階１１４における図１０のデバイスの側面図を示す。段階１１４において、下に位置する基板２２から、プルーフマス２８、不動要素３０，３２、および弾性部材５２を解放するために、周知の処理を用いて犠牲層９８，４２がエッチングされる。図１１には、図２にも示したように図１の２−２区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を一般的に示す。しかしながら、先に示した図６〜１０の処理のように、第１および第２の構造層２４，２６および第１および第２の接合部７２，７４に形成される様々な要素は、図１１では互いに区別されていない。むしろ、それらの様々な要素は図２から容易に認められる。
【００３１】
一実施形態において、作業１１２における犠牲層９８，４２のエッチングによって犠牲層９８の全体がほぼ除去され、接合部７２，７４を除き、第２の構造層２６のビーム６８，７０は第１の構造層２４から離間されている。作業１１２における犠牲層９８，４２のエッチングによって、さらに、プルーフマス２８、第１および第２の不動要素３０，３２、および弾性部材５２の下に位置する犠牲層４２の全体がほぼ除去され、それらは基板２２の上方に基板２２から離間して懸吊される。しかしながら、一実施形態では、アンカー領域４４，４８、および５０に犠牲層４２が残り、プルーフマス２８および不動要素３０，３２はアンカー部３６，３８、および４０を介して基板２２に取り付けられている。
【００３２】
犠牲層９８，４２の選択的除去は、プルーフマス２８かつ不動要素３０，３２の特定領域をエッチング材料またはエッチング剤対し浸透性とすることによって達成され得る。この浸透性は、第１および第２の構造層２４，２６がスルーホール（図示を簡単にするため示していない）を有するように製造することによって達成され得る。このスルーホールによって、エッチング剤が通過して下に位置する犠牲層９８，４２に到達することの可能な通路が提供される。勿論、スルーホールは、少なくともアンカー領域４４，４８、および５０における第１の構造層２４を通じて形成される必要はなく、領域４４，４８、および５０の下に位置する犠牲層は残り、続いて適切な時間でエッチングが行われる。この浸透性は、これに代えて、第１および第２の構造層２４，２６を形成するために用いられる材料の特性によって達成され得る。例えば、第１および第２の構造層２４，２６を形成するために用いられる材料の特性は、第１および第２の構造層２４，２６にダメージを与えることなく第１および第２の構造層２４，２６の材料を通過して下に位置する犠牲層９８，４２にエッチング剤が到達するようなものであってもよい。
【００３３】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照する。タスク１１２に続いて、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０は他の作業を含み得るが、簡潔のため、ここでは説明しない。それらの追加の製造作業（楕円によって表す）には、ＭＥＭＳデバイス２０を気密封止する工程、電気的な相互接続部を形成する工程などが含まれる。ＭＥＭＳデバイス２０の製造に続いて、製造プロセス８０は、第１および第２のビーム６８，７０が対応する第１および第２の接合部７２，７４を介して対応する第１および第２の固定フィンガー６２，６６にそれぞれの接続されることによって終了する。第１および第２のビーム６８，７０は、追加では、構造の一体性を提供するために、それぞれのフレーム構造６０，６４に接続され、フレーム構造６０，６４は、それぞれ第１および第２のアンカー部３８，４０によって下に位置する基板２２に接続され、第１および第２の固定フィンガー６２，６６がビーム６８，７０によって基板２２の上方に懸吊される。
【００３４】
図１２には、本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１１８の平面図を示す。ＭＥＭＳデバイス１１８において構造層内の要素が様々に配置可能であることを示すために提供される。図１〜４のシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１１８の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１２に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００３５】
ＭＥＭＳデバイス１１８は、ＭＥＭＳデバイス２０（図１〜４）に関連して最もよく理解されるように、基板２２と第１および第２の構造層とを備える。プルーフマス２８、第１の不動要素３０、第２の不動要素３２、および弾性部材５２は、上述の通り、第１の構造層に形成されており、基板２２の面３４の上方に懸吊されている。加えて、ＭＥＭＳデバイス１１８は、第２の構造層に形成された第１および第２のビーム６８，７０や、それぞれ第１および第２のビーム６８，７０をそれぞれ第１および第２の不動要素３０，３２に相互に接続する第１および第２の接合部７２，７４を備える。
【００３６】
この示した実施形態では、プルーフマス２８は１つのプルーフマスアンカー部３６を介して基板２２に固定されており、第１の不動要素３０は２つのアンカー部３８を介して基板２２に固定されており、第２の不動要素３２は２つのアンカー部４０を介して基板３４に固定されており、それらはすべて、基板２２の中央領域４６におけるそれぞれアンカー領域４４，４８，５０に位置する。したがって、第１の構造層の要素の取付は、ＭＥＭＳデバイス２０より少ないアンカー部を用いて達成される。しかしながら、プルーフマス２８および不動要素３０，３２の基板２２に対する接続の減少によって、第１および第２の不動要素３０，３２が基板２２の上に懸吊される構成を通じてひずみプロファイルが一貫しないことによる不利な影響を緩和するために、アンカー部は依然として互いに近接するように配置され、基板２２に対して中央に配置される。
【００３７】
ＭＥＭＳデバイス２０と同様、ＭＥＭＳデバイス１１８のプルーフマス２８は、外部フレーム６８に接続された突出部５６を備える。同様に、不動要素３０は第１の固定フィンガー６２を備え、第２の不動要素３２は第２の固定フィンガー６６を備える。しかしながら、ＭＥＭＳデバイス１１８のアンカー構成によって、第１および第２の不動要素３０，３２について異なった構成が得られる。この例では、第１の不動要素３０は２つのフレーム構造６０を備え、第２の不動要素３２は２つのフレーム構造６４を備え、それらはすべてほぼＵ字状である。したがって、第１および第２の不動要素３０，３２の応力分離は、ビームおよびフレーム構造を介して第１および第２の固定フィンガー６２，６６を懸吊することによって達成される。
【００３８】
図１３には、本発明のさらに別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１２０の平面図を示す。ＭＥＭＳデバイス２０，１１８は、Ｙ方向５４における加速度を検出するための一軸加速度計として構成されている。図１３の代替の実施形態では、本発明の原理は二軸加速度計ＭＥＭＳデバイス１２０に適用されている。図１〜４のシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１２０の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１３に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００３９】
ＭＥＭＳデバイス１２０は、基板１２２、第１の構造層１２４、および第２の構造層１２６を備える。数々の要素が第１の構造層１２４に形成されている。一実施形態では、これらの要素には、プルーフマス２８（右上方向の幅の狭いハッチング）、第１の不動要素１３０（右下方向の幅の広いハッチング）、および第２の不動要素１３２（右上方向の幅の広いハッチング）が含まれる。ＭＥＭＳデバイス１２０は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）によって製造可能である。
【００４０】
プルーフマス１２８、第１の不動要素１３０、第２の不動要素１３２は、基板１２２の面１３４の上方に懸吊されている。プルーフマス１２８は、１つ以上のプルーフマスアンカー部１３６（例えば、１つアンカー部１３６）を介して基板１２２に取り付けられている。同様に、第１の不動要素１３０は１つ以上の第１のアンカー部１３８（例えば、８つのアンカー部１３８）を介して基板１２２に取り付けられており、第２の不動要素１３２は１つ以上の第２のアンカー部１４０（例えば、４つのアンカー部４０）を介して基板３４に固定されている。アンカー部１３６，１３８、および１４０は、それらに対応する要素１２８，１３０、および１３２の上方の「Ｘ」の印によって表されている。示したように、プルーフマスアンカー部１３６は、基板１２２のほぼ中央領域１４６のアンカー領域にてプルーフマス１２８に取り付けられている。同様に、第１のアンカー部１３８は基板１２２の中央領域１４６のアンカー部にて第１の不動要素１３０に取り付けられており、第２のアンカー部１４０は基板１２２の中央領域１４６のアンカー領域にて第２の不動要素１３２に取り付けられている。
【００４１】
１つ以上の弾性部材１５２（またはバネ）は、プルーフマス１２８をプルーフマスアンカー部１３６に相互に接続している。一実施形態では、弾性部材１５２によって、互いに垂直であり、かつ、平面すなわち基板１２２の平坦な面１３４に平行である２つの方向におけるプルーフマス１２８の移動が可能となる。この２つの方向は、Ｙ方向５４およびＸ方向１５４を含む。
【００４２】
プルーフマス１２８は、複数の突出部１５６を備え、それらはすべてプルーフマス１２８の外部フレーム１５８に接続されている。突出部１５６は、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている。加えて、第１の不動要素１３０は、第１のアンカー部１３８に取り付けられている１つ以上のフレーム構造１６０と、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている幾つかの第１の固定フィンガー１６２とを備える。同様に、不動要素１３２は、アンカー部１４０に取り付けられている１つ以上のフレーム構造１６４と、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている幾つかの第２の固定フィンガー１６６とを備える。第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６からなる対の間には、プルーフマス１２８の突出部１５６が介在している。よって、第１および第２の不動要素１３０，１３２は、それぞれ第１および第２のアンカー部１３８，１４０を介して基板１２２に取り付けられており、要素１３０，１３２はプルーフマス１２８に対して不動である、すなわち、固定されている。
【００４３】
第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６は第２の構造層１２６に形成された要素を介して第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６とそれぞれそのフレーム構造１６０，１６４との接続によってプルーフマス２８に対して「固定されている」、すなわち、不動である。第２の構造層２６に形成されたそれらの要素は、１つ以上の第１のビーム１６８（薄い点描のパターンによって表される）および１つ以上の第２のビーム１７０（右下方向の幅の狭いハッチングによって表される）を含む。
【００４４】
第１のビーム１６８は、第１のフィンガー１６２上に形成され第１のフィンガー１６２の上方を延びている複数の第１の接合部１７２を介して第１の不動要素１３０の第１のフィンガー１６２に接続されている。加えて、第１のビーム１６８は、第１の不動要素１３０の適切なフレーム構造１６０に接続されている。なお、第１のフィンガー１６２の各々は、第１の不動要素１３０の別個の部品であり、フレーム構造１６０および第１のアンカー部１３８に接続することなく第１の構造層１２４に形成されている。第１のビーム１６８は第１の接合部１７２に接続されており、第１のフィンガー１６２は互いに相互に接続されるとともに第１の不動要素１３０の適切なフレーム構造１６０に相互に接続されている。よって、第１のフィンガー１６２は基板１２２上に懸吊されたまま保持されている。
【００４５】
同様に、第２のビーム１７０は、第２のフィンガー１６６上に形成され第２のフィンガー１６６の上方を延びている複数の第２の接合部１７４を介して第２の不動要素１３２の第２のフィンガー１６６に接続されている。加えて、第２のビーム１７０は、第２の不動要素１３２の適切なフレーム構造１６４に接続されている。第１のフィンガー１６２と同様、第２のフィンガー１６６の各々は、第２の不動要素１３２の別個の部品であり、フレーム構造１６４および第２のアンカー部１４０に接続することなく第１の構造層１２４に形成されている。第２のビーム１７０は第２の接合部１７４に接続されており、第２のフィンガー１６６は互いに相互に接続されるとともに第２の不動要素１３２の適切なフレーム構造１６４に相互に接続されている。よって、第２のフィンガー１６６は基板１２２上に懸吊されたまま保持されている。第１および第２の接合部１７２，１７４は、中実の黒いシェーディングによって図１３に示されている。
【００４６】
示した実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１２０は容量感知能力を有する加速度計であってよい。弾性部材１５２は、何らかの他の手段によるＹ方向５４またはＸ方向１５４における選択的な力の印可によってその変形が生じるまで、基板１２２に平行な中立位置において基板１２２の上にプルーフマス１２８を懸吊している。プルーフマス１２８のＹ方向５４における側方移動は、第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６（それらの間にはプルーフマス１２８が介在するとともに、Ｙ方向５４にほぼ垂直に配向されている）のサブセット１７６によって検出され得る。同様に、プルーフマス１２８のＸ方向１５４における側方移動は、第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６（それらの間にはプルーフマス１２８が介在するとともに、Ｘ方向１５４にほぼ垂直に配向されている）のサブセット１７８によって検出され得る。Ｙ方向５４および／またはＸ方向１５４における側方移動は、続いて電子機器（図示せず）によって加速度に応じた大きさのパラメータを有する信号（電圧、電流、周波数など）へと変換される。
【００４７】
図１４，１５を参照する。図１４には、本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１８０の平面図を示し、図１５には図１４における１５−１５区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス１８０の側面図を示す。上述の製造方法について、相対的に厚い第１の構造層２４（図２）の上に位置する相対的に薄い第２の構造層２６（図２）の形成に関連して記載する。他の実施形態では、相対的に厚い上に位置する層の堆積より前に相対的に薄い下に位置する層を堆積することが望ましい。図１４，１５の代替の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス製造方法の原理は、相対的に薄い第１の構造層と第１の構造層の上に位置する相対的に厚い第２の構造層とを有する一軸加速度ＭＥＭＳデバイス１８０に対して適用される。図１〜４におけるシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１８０の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１４，１５に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００４８】
ＭＥＭＳデバイス１８０は、基板１８２、第１の構造層１８４、および第２の構造層１８６を備える。第１の構造層１８４に形成される要素には、第１のビーム１８８（薄い点描のパターンによって表される）および第２のビーム１９０（右下方向の幅の狭いハッチングによって表される）が含まれる。第２の構造層１８６に形成される要素には、プルーフマス１９２（右上方向の幅の狭いハッチングによって表される）、第１の不動要素１９４（右下方向の幅の広いハッチングによって表される）、第２の不動要素１９４（右上方向の幅の広いハッチングによって表される）、および弾性部材１９８が含まれる。
【００４９】
プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８、は基板１８２の面２００の上方に懸吊されている（図１５を見ると最もよく理解される）。プルーフマス１９２は、１つ以上のプルーフマスアンカー部２０２を介して基板１８２に固定されている。同様に、第１の不動要素１９４は１つ以上の第１のアンカー部２０４を介して基板１８２に固定されており、第２の不動要素１９６は１つ以上の第２のアンカー部２０６を介して基板１８２に固定されている。図１４において、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、それらに対応する要素１９２，１９４、および１９６の上方の「Ｘ」の印によって表されている。
【００５０】
一実施形態では、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、基板１８２の中央領域２０８で犠牲層および構造層のビルドアップによって形成されており、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、第２の構造層１８６に形成されている対応する要素１９２，１９４、および１９６に取り付けられている。犠牲層２１０は、中央領域２０８にてアンカー部２０２，２０４、および２０６を下に位置する基板１８２に取り付けており、図１５では濃い点描のパターンによって示されている。
【００５１】
プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８の残るフィーチャは、プルーフマス２８、第１の不動要素３０、第２の不動要素３２、および弾性部材５２（図１〜４）における設計と同様である。したがって、簡単のため、要素２８，３０，３２，５２の特定のフィーチャについては要素１９２，１９４，１９６、および１９８に同じく適用され、ここでは繰り返さない。
【００５２】
第１の接合部２１２は、第１のビーム１８８を第１の不動要素１９４の一部分（例えば、固定フィンガおよびフレーム構造）に接続する。同様に、第２の接合部２１４は、第２のビーム１９０を第２の不動要素１９６の一部分（例えば、固定フィンガおよびフレーム構造）に接続する。ＭＥＭＳデバイス１８０（第１および第２の構造層１８４，１８６および第１および第２の接合部２１２，２１４に形成されている要素を含む）は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）にしたがって形成され得る。
【００５３】
図１４，１５に関連して図５を参照する。第１および第２のビーム１８８，１９０は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０の作業８６の実行を介して第１の構造層１８４に形成される。次に、第２の犠牲層（図示せず）は第１の構造層１８４の上に堆積され、開口部（図示せず）は作業９２，９４の実行を介して第１および第２の接合部２１２，２１４について形成される。次に、作業１０４の実行を介して、プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８を形成するべく、第２の構造層１８６が形成される。第１および第２の構造層１８４，１８６の様々な要素は、続いて、作業１１２によって犠牲層を除去することにより、下に位置する基板１８２から懸吊される、すなわち、解放される。さらに、相対的に薄いビーム１８８，１９０によって、不動要素１９４，１９６を基板１８２の上方に懸吊したまま保持し、中央領域２０８においてのみ基板１８２に取り付けておくのに十分な構造安定性が提供される。
【００５４】
本明細書に記載の実施形態は、下に位置する基板から応力分離されたＭＥＭＳセンサを備える。１つの構造層に形成された不動要素の応力分離は、製造プロセスにおいて第２の構造層を通じて要素を支持することによって達成される。この設計アプローチでは、２つの構造層の要素を接続する接合部が必要である。この２つの構造層は、下に位置する基板から後に解放される、すなわち、脱着される。したがって、一方の構造層における要素は、層の面内における感知能力を得ることが可能であり、他方の構造層は要素を不動のまま、すなわち固定されたまま保持するので、基板に直接接触しない。これによって、基板に対するアンカー接続が、基板に近接して中心に配置されることが可能となる。アンカー部が中心に配置される構成と、アンカー部の量が最小化されることとによって、基板の面を通じたひずみが一貫せず不規則であることによる不利な影響が減少される。よって、そうしたＭＥＭＳデバイスは、熱によって誘起されるパッケージ応力勾配に対する影響を受けにくく、従来製造プロセスを利用して低コスト、かつ、小型の、シングルダイトランスデューサとして容易に実装されることができる。
【００５５】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。以上、具体的な実施例に関して、利益、他の利点、及び問題の解決方法について説明してきたが、利益、利点、問題の解決方法、及びこうした利益、利点、問題 の解決方法をもたらし、又はより顕著なものにする構成要素は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要 素であると見なされるべきではない。例えば、ＭＥＭＳデバイスは、様々な数の中心に配置されたアンカー部および／またはビームを備えるように適合されてよい。加えて、プルーフマス、不動要素、ビーム、弾性部材などが、示した以外の形状および寸法であってもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。より詳細には、本発明は、応力分離部を有するＭＥＭＳデバイスおよびそのＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサデバイスは、自動車、慣性誘導システム、家庭用機器、種々のデバイス用の保護システムや、多くの他の産業、科学、および工学システムなどの用途において広く用いられている。このようなＭＥＭＳデバイスは、加速度、圧力、または温度などの物理状態を感知し、感知した物理状態を表す電気信号を提供するために用いられる。容量感知式ＭＥＭＳセンサ設計は、高重力環境における小型化されたデバイスの動作において、またそのコストが比較的低いため、非常に望ましい。
【０００３】
多くのＭＥＭＳセンサデバイス用途では、より小さなサイズや、積極的なコスト目標を満たす低いコストパッケージが必要とされる。加えて、ＭＥＭＳデバイス用途では、より低い温度係数オフセット（ＴＣＯ）仕様が求められている。ＴＣＯは、ＭＥＭＳデバイスなどの同様デバイスの性能に熱応力がどの程度の影響を与えるかの尺度である。ＴＣＯが高いことは、それに対応して熱的に誘起される応力が大きいことを示している。ＭＥＭＳデバイスの製造およびパッケージングの用途では、異なる熱膨張係数を有する様々な材料がしばしば用いられる。種々の材料は、温度変化が存在する場合、異なる割合で膨張や収縮するので、ＭＥＭＳデバイスのアクティブトランスデューサ層は、異なる材料の寸法変化が異なることにより、伸び、曲げ、反り、その他の変形を受ける場合がある。したがって、有意な熱応力、すなわち、望ましくない高いＴＣＯが、製造または動作中に生じることがしばしばある。
【０００４】
加えて、応力は、最終用途においてパッケージ化された半導体デバイスをプリント回路基板上にはんだ付けすることによっても発生することがある。それらのパッケージ応力によって、ＭＥＭＳセンサの実装された基板のひずみが変化して、オフセットの変化、すなわち、変位が生じることがある。さらにまた、基板には、基板の表面を通じた一様でない伸び、曲げ、または反りなど、何らかの一定でないひずみが生じる場合がある。パッケージの応力および基板のひずみによって誘起される変位によって、感知信号に変化が生じることがあるので、ＭＥＭＳデバイスの出力性能に不利な影響を与えることがある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図。
【図２】２−２区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図３】３−３区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図４】４−４区分線に沿った図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図５】本発明の別の実施形態による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの製造プロセスのフローチャート。
【図６】プロセスの開始段階における図１のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【図７】プロセスの続く段階における図６のデバイスの側面図。
【図８】プロセスの続く段階における図７のデバイスの側面図。
【図９】プロセスの続く段階における図８のデバイスの側面図。
【図１０】プロセスの続く段階における図９のデバイスの側面図。
【図１１】プロセスの続く段階における図９のデバイスの側面図。
【図１２】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１３】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１４】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１５】１５−１５区分線に沿った図１４のＭＥＭＳデバイスの側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の一実施形態では、本明細書においてＭＥＭＳデバイスと呼ぶ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサが含まれる。このＭＥＭＳデバイスは、下に位置する基板から概ね分離されている。この分離は、従来技術のデバイスに比べ、基板に対する要素の接続を有意に減少させることによって、また、接続を互いに近接する範囲内に、かつ、基板の中央領域に置くことによって達成される。本発明の別の実施形態では、２つの構造層を用いるＭＥＭＳデバイスの製造方法が含まれる。１つの構造層によって、その層の平面内における感知能力が達成され、別の構造層によって、ＭＥＭＳデバイスの固定要素が懸吊され、固定要素は下に位置する基板に直接的に接触しない。
【０００７】
ここで図１〜４を参照する。図１には、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳデバイス２０の平面図を概略的に示す。図２には、図１における２−２区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図３には、図１における３−３区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図４には、図１における４−４区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を示す。図１〜４では、以下に記載するように、ＭＥＭＳデバイス２０の構造層内に形成される様々な要素を区別して様々なシェーディングおよび／またはハッチングを用いて示す。それらの構造層内の様々な要素は、堆積、パターニング、エッチングなど、現行のおよび開発中の表面マイクロマシニング技術を利用して形成されてよい。したがって、図面においては様々なシェーディングおよび／またはハッチングが用いられるが、典型的には、構造層内の様々な要素は、ポリシリコン、単結晶シリコンなど、同じ材料から形成される。
【０００８】
ＭＥＭＳデバイス２０（下述）の要素は、ＭＥＭＳデバイス２０における他の要素に「取り付けられる」、「取り付けられている」、「接続される」、「固定される」、または「相互に接続される」のように、様々に記載される場合がある。しかしながら、それらの用語は、ＭＥＭＳ製造におけるパターニングおよびエッチングプロセスを通じて生じるＭＥＭＳデバイス２０の特定の要素の直接的または間接的な物理接続を指していることが理解される。これについては図５に関連して記載する。
【０００９】
ＭＥＭＳデバイス２０は、基板２２と、第１の構造層２４と、第２の構造層２６とを備える。第１の構造層２４には、数々の要素が形成される。一実施形態では、それらの要素には、可動要素（本明細書では、プルーフマス２８と呼ぶ）と、第１の不動要素３０と、第２の不動要素３２とが含まれる。プルーフマス２８は、右上を向いた幅の狭いハッチングによって表されている。第１の不動要素３０は、右下を向いた幅の広いハッチングによって表されており、第２の不動要素３２は、右上を向いた幅の広いハッチングによって表されている。本明細書において用いられる「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、「第１」および「第２」の用語は、記載を明確にするべく２つの可動要素３０，３２を区別する目的で用いられる。
【００１０】
プルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２は、基板２２の面３４の上方に懸吊されており（図２〜４において最もよく理解される）、基板２２の面３４の中央領域４６において基板２２に取り付けられるべく構成されている。プルーフマス２８は、１つ以上のプルーフマスアンカー部３６（例えば、２つのアンカー部３６）を介して基板２２に固定されている。同様に、第１の不動要素３０は、１つ以上の第１のアンカー部３８（例えば、３つのアンカー部３８）を介して基板２２に固定されており、第２の不動要素３２は、１つ以上の第２のアンカー部４０（例えば、３つのアンカー部４０）を介して基板２２に固定されている。一実施形態では、アンカー部３６，３８，４０は、犠牲層４２の一部分がプルーフマス２８および不動要素３０，３２の下方に残っているときに形成され、続いて処理中に犠牲層４２のエッチングが行われる（下述）。犠牲層４２は、図２，３には、濃い点描のパターンによって示す。ここでもやはり、「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、記載の明確にする目的で、「第１」の用語はアンカー部３８を第１の不動要素３０に関連付けるために用いられ、「第２」の用語はアンカー部４０を第２の不動要素３２に関連付けるために用いられる。
【００１１】
図１では、アンカー部３６，３８，４０は、それらに対応する要素２８，３０，３２の上方の「Ｘ」の印によって表されている。一実施形態では、プルーフマスアンカー部３６は、基板２２の中央領域３６においてアンカー領域４４にプルーフマス２８を取り付けている。同様に、第１のアンカー部３８は、基板２２の中央領域４６においてアンカー領域４８に第１の不動要素３０を取り付けており、第２のアンカー部４０は、基板２２の中央領域４６においてアンカー領域５０に第２の不動要素３２を取り付けている。したがって、中央領域４６は、基板２２上のプルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２の位置に対する基板２２の「中央」によって規定される。
【００１２】
１つ以上の弾性部材５２（または、ばね）は、プルーフマス２８とプルーフマスアンカー部３６とを相互に接続している。一実施形態では、弾性部材５２によって、平面（すなわち、基板２２の平坦な面３４）に平行な１つの方向（本明細書ではＹ方向５４と呼ぶ）におけるプルーフマス２８の移動が可能となる。プルーフマス２８は、幾つかの可動フィンガーまたは電極（本明細書では突出部５６と呼ぶ）を備えており、それらの突出部５６はすべて、プルーフマス２８の外部フレーム５８に接続されている。突出部５６は、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている。
【００１３】
第１および第２の不動要素３０，３２は、それぞれ第１および第２のアンカー部３８，４０を介して基板３４に取り付けられており、要素３０，３２はプルーフマス２８に対して可動でない、すなわち、固定されている。第１の不動要素３０は、第１のアンカー部３８に取り付けられた１つ以上のフレーム構造６０（この例では、３つのフレーム構造６０）と、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている幾つかの固定電極６２とを備える。固定電極６２は、感知電極および／またはアクチュエータ電極の何らかの組み合わせであってよく、本明細書では第１の固定フィンガー６２と呼ばれる。同様に、不動要素３２は、アンカー部４０に取り付けられた１つ以上のフレーム構造６４（この例では、３つのフレーム構造６４）と、基板２２の平坦な面３４にほぼ平行に延びている幾つかの固定電極６６とを備える。固定電極６６は、感知電極および／またはアクチュエータ電極の何らかの組み合わせであってよく、本明細書では第２の固定フィンガー６６と呼ばれる。第１および第２の固定フィンガー６２，６６の間には、プルーフマス２８の突出部５６が介在している。
【００１４】
第１および第２の固定フィンガー６２，６６は第２の構造層２６に形成された要素を介してそれぞれそのフレーム構造６０，６４との接続によってプルーフマス２８に対して「固定されている」、すなわち、不動である。第２の構造層２６に形成されたそれらの要素は、本明細書において第１のビーム６８と呼ぶ１つ以上のビーム６８と、本明細書において第２のビーム７０と呼ぶ１つ以上のビーム７０とを含む。ここでもやはり、「第１」及び「第２」の用語は、数えられる一連の要素における要素の順番または優先順位を示すものではない。むしろ、記載の明確にする目的で、「第１」の用語はビーム６８を第１の不動要素３０に関連付けるために用いられ、「第２」の用語はビーム７０を第２の不動要素３２に関連付けるために用いられる。第１のビーム６８は薄い点描のパターンによって表され、第２のビームは右下を向いた幅の狭いハッチングによって表される。
【００１５】
第１のビーム６８は、第１のフィンガー６２上に形成され第１のフィンガー６２の上方を延びている複数の第１の接合部７２を介して第１の不動要素３０の第１のフィンガー６２に接続されている。さらに、第１のビーム６８は、第１の不動要素３０の適切なフレーム構造６０に接続されている。なお、第１のフィンガー６２の各々は、第１の不動要素３０の別個の部品であり、フレーム構造６０および第１のアンカー部３８に接続することなく第１の構造層に形成されている。第１のビーム６８は第１の接合部７２に接続されており、第１のフィンガー６２は互いに相互に接続されるとともに第１の不動要素３０の適切なフレーム構造６０に相互に接続されており、第１のフィンガー６２は基板２２の上に懸吊されたまま保持されており、続いて犠牲層４２が除去される（下述）。しかしながら、突出部５６および第２のフィンガー６６は、第１のビーム６８に接続されていない。よって、突出部５６の各々は一対の第１のフィンガー６２の間に挿間されており、第１の接合部７２を介して第１のフィンガー６２の各々に取り付けられるように、第１のビーム６８が突出部５６の位置を横断する、すなわち、横切るように配向されている。
【００１６】
同様に、第２のビーム７０は、第２のフィンガー６６上に形成され第２のフィンガー６６の上方を延びている複数の第２の接合部７４を介して第２の不動要素３２の第２のフィンガー６６に接続されている。さらに、第２のビーム７０は、第２の不動要素３２の適切なフレーム構造６４に接続されている。第１のフィンガー６２と同様に、第２のフィンガー６６の各々は、第２の不動要素３２の別個の部品であり、フレーム構造６４および第２のアンカー部４０に接続することなく第１の構造層２４に形成されている。第２のビーム７０は第２の接合部７４に接続されており、第２のフィンガー６６は互いに相互に接続されるとともに第２の不動要素３２の適切なフレーム構造６４に相互に接続されており、第２のフィンガー６６は基板２２の上に懸吊されたまま保持されており、続いて犠牲層４２が除去される（下述）。しかしながら、突出部５６および第１のフィンガー６２は、第２のビーム７０に接続されていない。よって、突出部５６の各々は一対の第２のフィンガー６６の間に挿間されており、第２の接合部７４を介して第２のフィンガー６６の各々に取り付けられるように、第２のビーム７０が突出部５６の位置を横断することが留意される。第１および第２の接合部７２，７４は、中実の黒いシェーディングによって図１，２，４に示されている。
【００１７】
図示された実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２０は容量感知能力を有する加速度計であってよい。一般に、弾性部材５２は、何らかの他の手段による選択的な力の印可によってその変形が生じるまで、基板２２に平行な中立位置において基板２２の上にプルーフマス２８を懸吊している。例として、ＭＥＭＳデバイス２０がＹ方向５４における加速度を経験する場合、ＭＥＭＳデバイス２０のプルーフマス２８が動く。プルーフマス２８のＹ方向５４における側方移動は、プルーフマス２８の介在する第１および第２の固定フィンガー６２，６６によって検出されることが、当業者には理解される。この側方移動は、続いて電子機器（図示せず）によって加速度に応じた大きさのパラメータを有する信号（電圧、電流、周波数など）へと変換される。この例では、ＭＥＭＳデバイス２０は、Ｙ方向５４における側方移動の検出のための一軸加速度計であってもよい。しかしながら、代替の実施形態では、二軸加速度計または他のＭＥＭＳ感知デバイスを備えてもよい。
【００１８】
上述の通り、ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳデバイス２０など）のパッケージングの応力および／または下に位置するプリント回路基板に対するその半田接続によって、基板２２のひずみが変化して、センサの不正確さに繋がるオフセットのシフトまたは変位が生じる。さらにまた、基板２２のひずみプロファイルが、基板２２の平面を通じて一貫していない場合がある。ＭＥＭＳデバイス２０では、ひずみプロファイルが一貫していないことの不利な影響は、基板２２の上に第１および第２の不動要素３０，３２の懸吊された構成によって、プルーフマス２８と不動要素３０，３２との基板２２に対する接続の減少によって、また、すべての接続（すなわち、アンカー部３６，３８，４０）を基板２２の中央領域４６に近接させて配置することによって、緩和される。
【００１９】
図５には、本発明の別の実施形態による、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０のフローチャートを示す。ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０では、基板の上に固定要素を懸吊することによって下に位置する基板からほぼ分離されたＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が提供される。プロセス８０について、ＭＥＭＳデバイス２０（図１）の製造に関連して記載する。しかしながら、以下の方法は、改良されたオフセット性能のための応力分離が望ましい他の設計のＭＥＭＳデバイスの製造に適合可能であることが理解される。
【００２０】
製造プロセス８０について、図示を簡単にするために、単一のＭＥＭＳデバイス２０の製造に関連して以下に記載する。しかしながら、以下のプロセスによって複数のＭＥＭＳデバイス２０の同時製造が可能であることが当業者には理解される。例えば、複数のＭＥＭＳデバイス２０が基板２２上の同時の半導体薄膜製造によって得られてもよい。最終用途においてパッケージ化されプリント回路基板に接続可能である個々のＭＥＭＳデバイス２０を提供するべく、従来の手法により、個々のＭＥＭＳデバイス２０が切断、すなわち、ダイシングされてもよい。
【００２１】
ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０は、作業８２にて開始する。作業８２において、基板２２は、基板２２上に堆積された第１の犠牲層４２とともに与えられる。
作業８２に関連して図６を参照する。図６には、作業８２による処理の開始段階８４におけるＭＥＭＳデバイス２０（図１）の側面図を示す。開始段階８４において、基板２２が提供される。基板２２は、犠牲層４２（例えば、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ））であってよく、例えば、例えば、ウェハ提供元から提供される。これに代えて、基板２２が提供元から提供されてもよい。基板２２の受け入れに続き、ＭＥＭＳデバイス２０を製造する製造機関によって、犠牲層４２が基板の上に堆積されてもよい。シリコンウェハおよびＰＳＧについて言及したが、基板２２および犠牲層４２が他の種類の材料から形成されてもよいこと、および／または基板２２も複数層に形成されてよいことが当業者には理解される。随意の一実施形態では、アンカー部３６，３８，４０（図１）を最終的に製造するための開口部（図示せず）を形成するように、アンカー領域４４，４８、および５０（図１）にて犠牲層４２がエッチングされてもよい。
【００２２】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業８２に続いて、作業８６が実行される。作業８６において、第１の構造層２４（図３）が犠牲層４２の上に形成されて、第１の構造層２４に少なくともプルーフマス２８と、第１の可動要素３０と、第２可動要素３２とが形成される。
【００２３】
タスク８６に関連して図７を参照する。図７には、処理の続く段階８８における図６のデバイスの側面図を示す。段階８８において、第１の構造層２４を形成するために、ポリシリコンなどの材料は犠牲層４２上に堆積される。第１の構造層２４は、プルーフマス２８、第１の不動要素３０、および第２の不動要素３２（図１）を形成するべく、パターニングおよびエッチングされる。加えて、犠牲層４２はアンカー領域４４，４８、および５０にて以前にエッチングされている場合、犠牲層４２の上に第１の構造層２４を堆積することによって、犠牲層４２の開口部が充填されてアンカー部３６，３８、および４０（図１）が形成される。パターニングおよびエッチング処理技術によって、要素２８，３０、および３２を互いに分離する溝（トレンチ）９０が形成される。この図では、第１の構造層２４に生じられた要素２８，３０、および３２は互いに区別されない。むしろ、右上を向いた幅の広い単一のハッチングパターンを用いて、第１の構造層２４を表している。
【００２４】
ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照する。作業８６に続いて、作業９２が実行される。作業９２において、第２の犠牲層が第１の構造層２４の上に堆積される。プロセス８０は作業９４に続く。作業９４において、開口部が第２の犠牲層を通じて形成される。
【００２５】
作業９２，９４に関連して図８を参照する。図８には処理の続く段階９６における図７のデバイスの側面図を示す。段階９６において、例えば、ＰＳＧからなる別の犠牲層９８が、作業９２によって第１の構造層２４上に堆積される。犠牲層９８は、作業８６（図５）において第１の構造層２４を通じてエッチングされた溝９０を少なくとも部分的に充填する。犠牲層９８は、次いでパターニングおよびエッチングされ、犠牲層９８を通じて複数の開口部１００が形成されて、第１の構造層２４の部分１０２を露出する、特に、第１の不動要素３０（図１）および第２の不動要素３２（図１）の部分１０２を露出する。
【００２６】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業９２に続いて、作業１０４が実行される。作業１０４において、第２の構造層２６（図３）が犠牲層９８の上に堆積され、少なくとも第１のビーム６８および第２のビーム７０（図１）が形成される。
【００２７】
作業１０４に関連して図９を参照する。図９には、処理に続く段階１０６における図８のデバイスの側面図を示す。段階１０６において、第２の構造層２６を形成するためにポリシリコンなどの材料の別の層が犠牲層９８上に堆積される。第１および第２の接合部７２，７４（図１，３，，４）をそれぞれ形成するために、犠牲層９８の上に第２の構造層２６を堆積することによって犠牲層９８の開口部１０２が充填される。
【００２８】
図１０には、処理の続く段階１０８における図９のデバイスの側面図を示す。段階１０８において、第１のビーム６８および第２のビーム７０（図１）を形成するために第２の構造層２６がパターニングおよびエッチングされる。必要な場合、相互接続部（図示せず）が含まれてもよい。作業１０４（図５）のパターニングおよびエッチング処理技術によって、要素ビーム６８，７０を互いに物理的に分離する溝または空間１１０が形成される。この図において、第２の構造層２６に形成される要素６８，７０および接合部７２，７４は、互いに区別されていない。むしろ、右下を向いた幅の狭い単一のハッチングパターンを用いて、第２の構造層２６の要素を表している。
【００２９】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照すると、作業１０４に続いて、作業１１２が実行される。作業１１２において、第１および第２の構造層２４，２６における要素は、例えば、エッチング技術を用いて、第１および第２の犠牲層４２，９８を除去することによって基板２２の上に懸吊される。
【００３０】
タスク１１２に関連して図１１を参照する。図１１には、処理の続く段階１１４における図１０のデバイスの側面図を示す。段階１１４において、下に位置する基板２２から、プルーフマス２８、不動要素３０，３２、および弾性部材５２を解放するために、周知の処理を用いて犠牲層９８，４２がエッチングされる。図１１には、図２にも示したように図１の２−２区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス２０の側面図を一般的に示す。しかしながら、先に示した図６〜１０の処理のように、第１および第２の構造層２４，２６および第１および第２の接合部７２，７４に形成される様々な要素は、図１１では互いに区別されていない。むしろ、それらの様々な要素は図２から容易に認められる。
【００３１】
一実施形態において、作業１１２における犠牲層９８，４２のエッチングによって犠牲層９８の全体がほぼ除去され、接合部７２，７４を除き、第２の構造層２６のビーム６８，７０は第１の構造層２４から離間されている。作業１１２における犠牲層９８，４２のエッチングによって、さらに、プルーフマス２８、第１および第２の不動要素３０，３２、および弾性部材５２の下に位置する犠牲層４２の全体がほぼ除去され、それらは基板２２の上方に基板２２から離間して懸吊される。しかしながら、一実施形態では、アンカー領域４４，４８、および５０に犠牲層４２が残り、プルーフマス２８および不動要素３０，３２はアンカー部３６，３８、および４０を介して基板２２に取り付けられている。
【００３２】
犠牲層９８，４２の選択的除去は、プルーフマス２８かつ不動要素３０，３２の特定領域をエッチング材料またはエッチング剤対し浸透性とすることによって達成され得る。この浸透性は、第１および第２の構造層２４，２６がスルーホール（図示を簡単にするため示していない）を有するように製造することによって達成され得る。このスルーホールによって、エッチング剤が通過して下に位置する犠牲層９８，４２に到達することの可能な通路が提供される。勿論、スルーホールは、少なくともアンカー領域４４，４８、および５０における第１の構造層２４を通じて形成される必要はなく、領域４４，４８、および５０の下に位置する犠牲層は残り、続いて適切な時間でエッチングが行われる。この浸透性は、これに代えて、第１および第２の構造層２４，２６を形成するために用いられる材料の特性によって達成され得る。例えば、第１および第２の構造層２４，２６を形成するために用いられる材料の特性は、第１および第２の構造層２４，２６にダメージを与えることなく第１および第２の構造層２４，２６の材料を通過して下に位置する犠牲層９８，４２にエッチング剤が到達するようなものであってもよい。
【００３３】
戻ってＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）を参照する。タスク１１２に続いて、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０は他の作業を含み得るが、簡潔のため、ここでは説明しない。それらの追加の製造作業（楕円によって表す）には、ＭＥＭＳデバイス２０を気密封止する工程、電気的な相互接続部を形成する工程などが含まれる。ＭＥＭＳデバイス２０の製造に続いて、製造プロセス８０は、第１および第２のビーム６８，７０が対応する第１および第２の接合部７２，７４を介して対応する第１および第２の固定フィンガー６２，６６にそれぞれの接続されることによって終了する。第１および第２のビーム６８，７０は、追加では、構造の一体性を提供するために、それぞれのフレーム構造６０，６４に接続され、フレーム構造６０，６４は、それぞれ第１および第２のアンカー部３８，４０によって下に位置する基板２２に接続され、第１および第２の固定フィンガー６２，６６がビーム６８，７０によって基板２２の上方に懸吊される。
【００３４】
図１２には、本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１１８の平面図を示す。ＭＥＭＳデバイス１１８において構造層内の要素が様々に配置可能であることを示すために提供される。図１〜４のシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１１８の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１２に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００３５】
ＭＥＭＳデバイス１１８は、ＭＥＭＳデバイス２０（図１〜４）に関連して最もよく理解されるように、基板２２と第１および第２の構造層とを備える。プルーフマス２８、第１の不動要素３０、第２の不動要素３２、および弾性部材５２は、上述の通り、第１の構造層に形成されており、基板２２の面３４の上方に懸吊されている。加えて、ＭＥＭＳデバイス１１８は、第２の構造層に形成された第１および第２のビーム６８，７０や、それぞれ第１および第２のビーム６８，７０をそれぞれ第１および第２の不動要素３０，３２に相互に接続する第１および第２の接合部７２，７４を備える。
【００３６】
この示した実施形態では、プルーフマス２８は１つのプルーフマスアンカー部３６を介して基板２２に固定されており、第１の不動要素３０は２つのアンカー部３８を介して基板２２に固定されており、第２の不動要素３２は２つのアンカー部４０を介して基板３４に固定されており、それらはすべて、基板２２の中央領域４６におけるそれぞれアンカー領域４４，４８，５０に位置する。したがって、第１の構造層の要素の取付は、ＭＥＭＳデバイス２０より少ないアンカー部を用いて達成される。しかしながら、プルーフマス２８および不動要素３０，３２の基板２２に対する接続の減少によって、第１および第２の不動要素３０，３２が基板２２の上に懸吊される構成を通じてひずみプロファイルが一貫しないことによる不利な影響を緩和するために、アンカー部は依然として互いに近接するように配置され、基板２２に対して中央に配置される。
【００３７】
ＭＥＭＳデバイス２０と同様、ＭＥＭＳデバイス１１８のプルーフマス２８は、外部フレーム６８に接続された突出部５６を備える。同様に、不動要素３０は第１の固定フィンガー６２を備え、第２の不動要素３２は第２の固定フィンガー６６を備える。しかしながら、ＭＥＭＳデバイス１１８のアンカー構成によって、第１および第２の不動要素３０，３２について異なった構成が得られる。この例では、第１の不動要素３０は２つのフレーム構造６０を備え、第２の不動要素３２は２つのフレーム構造６４を備え、それらはすべてほぼＵ字状である。したがって、第１および第２の不動要素３０，３２の応力分離は、ビームおよびフレーム構造を介して第１および第２の固定フィンガー６２，６６を懸吊することによって達成される。
【００３８】
図１３には、本発明のさらに別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１２０の平面図を示す。ＭＥＭＳデバイス２０，１１８は、Ｙ方向５４における加速度を検出するための一軸加速度計として構成されている。図１３の代替の実施形態では、本発明の原理は二軸加速度計ＭＥＭＳデバイス１２０に適用されている。図１〜４のシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１２０の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１３に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００３９】
ＭＥＭＳデバイス１２０は、基板１２２、第１の構造層１２４、および第２の構造層１２６を備える。数々の要素が第１の構造層１２４に形成されている。一実施形態では、これらの要素には、プルーフマス２８（右上方向の幅の狭いハッチング）、第１の不動要素１３０（右下方向の幅の広いハッチング）、および第２の不動要素１３２（右上方向の幅の広いハッチング）が含まれる。ＭＥＭＳデバイス１２０は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）によって製造可能である。
【００４０】
プルーフマス１２８、第１の不動要素１３０、第２の不動要素１３２は、基板１２２の面１３４の上方に懸吊されている。プルーフマス１２８は、１つ以上のプルーフマスアンカー部１３６（例えば、１つアンカー部１３６）を介して基板１２２に取り付けられている。同様に、第１の不動要素１３０は１つ以上の第１のアンカー部１３８（例えば、８つのアンカー部１３８）を介して基板１２２に取り付けられており、第２の不動要素１３２は１つ以上の第２のアンカー部１４０（例えば、４つのアンカー部４０）を介して基板３４に固定されている。アンカー部１３６，１３８、および１４０は、それらに対応する要素１２８，１３０、および１３２の上方の「Ｘ」の印によって表されている。示したように、プルーフマスアンカー部１３６は、基板１２２のほぼ中央領域１４６のアンカー領域にてプルーフマス１２８に取り付けられている。同様に、第１のアンカー部１３８は基板１２２の中央領域１４６のアンカー部にて第１の不動要素１３０に取り付けられており、第２のアンカー部１４０は基板１２２の中央領域１４６のアンカー領域にて第２の不動要素１３２に取り付けられている。
【００４１】
１つ以上の弾性部材１５２（またはバネ）は、プルーフマス１２８をプルーフマスアンカー部１３６に相互に接続している。一実施形態では、弾性部材１５２によって、互いに垂直であり、かつ、平面すなわち基板１２２の平坦な面１３４に平行である２つの方向におけるプルーフマス１２８の移動が可能となる。この２つの方向は、Ｙ方向５４およびＸ方向１５４を含む。
【００４２】
プルーフマス１２８は、複数の突出部１５６を備え、それらはすべてプルーフマス１２８の外部フレーム１５８に接続されている。突出部１５６は、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている。加えて、第１の不動要素１３０は、第１のアンカー部１３８に取り付けられている１つ以上のフレーム構造１６０と、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている幾つかの第１の固定フィンガー１６２とを備える。同様に、不動要素１３２は、アンカー部１４０に取り付けられている１つ以上のフレーム構造１６４と、基板１２２の平坦な面１３４にほぼ平行に延びている幾つかの第２の固定フィンガー１６６とを備える。第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６からなる対の間には、プルーフマス１２８の突出部１５６が介在している。よって、第１および第２の不動要素１３０，１３２は、それぞれ第１および第２のアンカー部１３８，１４０を介して基板１２２に取り付けられており、要素１３０，１３２はプルーフマス１２８に対して不動である、すなわち、固定されている。
【００４３】
第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６は第２の構造層１２６に形成された要素を介して第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６とそれぞれそのフレーム構造１６０，１６４との接続によってプルーフマス２８に対して「固定されている」、すなわち、不動である。第２の構造層２６に形成されたそれらの要素は、１つ以上の第１のビーム１６８（薄い点描のパターンによって表される）および１つ以上の第２のビーム１７０（右下方向の幅の狭いハッチングによって表される）を含む。
【００４４】
第１のビーム１６８は、第１のフィンガー１６２上に形成され第１のフィンガー１６２の上方を延びている複数の第１の接合部１７２を介して第１の不動要素１３０の第１のフィンガー１６２に接続されている。加えて、第１のビーム１６８は、第１の不動要素１３０の適切なフレーム構造１６０に接続されている。なお、第１のフィンガー１６２の各々は、第１の不動要素１３０の別個の部品であり、フレーム構造１６０および第１のアンカー部１３８に接続することなく第１の構造層１２４に形成されている。第１のビーム１６８は第１の接合部１７２に接続されており、第１のフィンガー１６２は互いに相互に接続されるとともに第１の不動要素１３０の適切なフレーム構造１６０に相互に接続されている。よって、第１のフィンガー１６２は基板１２２上に懸吊されたまま保持されている。
【００４５】
同様に、第２のビーム１７０は、第２のフィンガー１６６上に形成され第２のフィンガー１６６の上方を延びている複数の第２の接合部１７４を介して第２の不動要素１３２の第２のフィンガー１６６に接続されている。加えて、第２のビーム１７０は、第２の不動要素１３２の適切なフレーム構造１６４に接続されている。第１のフィンガー１６２と同様、第２のフィンガー１６６の各々は、第２の不動要素１３２の別個の部品であり、フレーム構造１６４および第２のアンカー部１４０に接続することなく第１の構造層１２４に形成されている。第２のビーム１７０は第２の接合部１７４に接続されており、第２のフィンガー１６６は互いに相互に接続されるとともに第２の不動要素１３２の適切なフレーム構造１６４に相互に接続されている。よって、第２のフィンガー１６６は基板１２２上に懸吊されたまま保持されている。第１および第２の接合部１７２，１７４は、中実の黒いシェーディングによって図１３に示されている。
【００４６】
示した実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１２０は容量感知能力を有する加速度計であってよい。弾性部材１５２は、何らかの他の手段によるＹ方向５４またはＸ方向１５４における選択的な力の印可によってその変形が生じるまで、基板１２２に平行な中立位置において基板１２２の上にプルーフマス１２８を懸吊している。プルーフマス１２８のＹ方向５４における側方移動は、第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６（それらの間にはプルーフマス１２８が介在するとともに、Ｙ方向５４にほぼ垂直に配向されている）のサブセット１７６によって検出され得る。同様に、プルーフマス１２８のＸ方向１５４における側方移動は、第１および第２の固定フィンガー１６２，１６６（それらの間にはプルーフマス１２８が介在するとともに、Ｘ方向１５４にほぼ垂直に配向されている）のサブセット１７８によって検出され得る。Ｙ方向５４および／またはＸ方向１５４における側方移動は、続いて電子機器（図示せず）によって加速度に応じた大きさのパラメータを有する信号（電圧、電流、周波数など）へと変換される。
【００４７】
図１４，１５を参照する。図１４には、本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイス１８０の平面図を示し、図１５には図１４における１５−１５区分線に沿ったＭＥＭＳデバイス１８０の側面図を示す。上述の製造方法について、相対的に厚い第１の構造層２４（図２）の上に位置する相対的に薄い第２の構造層２６（図２）の形成に関連して記載する。他の実施形態では、相対的に厚い上に位置する層の堆積より前に相対的に薄い下に位置する層を堆積することが望ましい。図１４，１５の代替の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス製造方法の原理は、相対的に薄い第１の構造層と第１の構造層の上に位置する相対的に厚い第２の構造層とを有する一軸加速度ＭＥＭＳデバイス１８０に対して適用される。図１〜４におけるシェーディングおよび／またはハッチングにしたがって、ＭＥＭＳデバイス１８０の構造層内に形成される様々な要素を区別するために、図１４，１５に関連しても同じシェーディングおよび／またはハッチングが用いられる。
【００４８】
ＭＥＭＳデバイス１８０は、基板１８２、第１の構造層１８４、および第２の構造層１８６を備える。第１の構造層１８４に形成される要素には、第１のビーム１８８（薄い点描のパターンによって表される）および第２のビーム１９０（右下方向の幅の狭いハッチングによって表される）が含まれる。第２の構造層１８６に形成される要素には、プルーフマス１９２（右上方向の幅の狭いハッチングによって表される）、第１の不動要素１９４（右下方向の幅の広いハッチングによって表される）、第２の不動要素１９４（右上方向の幅の広いハッチングによって表される）、および弾性部材１９８が含まれる。
【００４９】
プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８、は基板１８２の面２００の上方に懸吊されている（図１５を見ると最もよく理解される）。プルーフマス１９２は、１つ以上のプルーフマスアンカー部２０２を介して基板１８２に固定されている。同様に、第１の不動要素１９４は１つ以上の第１のアンカー部２０４を介して基板１８２に固定されており、第２の不動要素１９６は１つ以上の第２のアンカー部２０６を介して基板１８２に固定されている。図１４において、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、それらに対応する要素１９２，１９４、および１９６の上方の「Ｘ」の印によって表されている。
【００５０】
一実施形態では、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、基板１８２の中央領域２０８で犠牲層および構造層のビルドアップによって形成されており、アンカー部２０２，２０４、および２０６は、第２の構造層１８６に形成されている対応する要素１９２，１９４、および１９６に取り付けられている。犠牲層２１０は、中央領域２０８にてアンカー部２０２，２０４、および２０６を下に位置する基板１８２に取り付けており、図１５では濃い点描のパターンによって示されている。
【００５１】
プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８の残るフィーチャは、プルーフマス２８、第１の不動要素３０、第２の不動要素３２、および弾性部材５２（図１〜４）における設計と同様である。したがって、簡単のため、要素２８，３０，３２，５２の特定のフィーチャについては要素１９２，１９４，１９６、および１９８に同じく適用され、ここでは繰り返さない。
【００５２】
第１の接合部２１２は、第１のビーム１８８を第１の不動要素１９４の一部分（例えば、固定フィンガおよびフレーム構造）に接続する。同様に、第２の接合部２１４は、第２のビーム１９０を第２の不動要素１９６の一部分（例えば、固定フィンガおよびフレーム構造）に接続する。ＭＥＭＳデバイス１８０（第１および第２の構造層１８４，１８６および第１および第２の接合部２１２，２１４に形成されている要素を含む）は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０（図５）にしたがって形成され得る。
【００５３】
図１４，１５に関連して図５を参照する。第１および第２のビーム１８８，１９０は、ＭＥＭＳデバイス製造プロセス８０の作業８６の実行を介して第１の構造層１８４に形成される。次に、第２の犠牲層（図示せず）は第１の構造層１８４の上に堆積され、開口部（図示せず）は作業９２，９４の実行を介して第１および第２の接合部２１２，２１４について形成される。次に、作業１０４の実行を介して、プルーフマス１９２、第１の不動要素１９４、第２の不動要素１９６、および弾性部材１９８を形成するべく、第２の構造層１８６が形成される。第１および第２の構造層１８４，１８６の様々な要素は、続いて、作業１１２によって犠牲層を除去することにより、下に位置する基板１８２から懸吊される、すなわち、解放される。さらに、相対的に薄いビーム１８８，１９０によって、不動要素１９４，１９６を基板１８２の上方に懸吊したまま保持し、中央領域２０８においてのみ基板１８２に取り付けておくのに十分な構造安定性が提供される。
【００５４】
本明細書に記載の実施形態は、下に位置する基板から応力分離されたＭＥＭＳセンサを備える。１つの構造層に形成された不動要素の応力分離は、製造プロセスにおいて第２の構造層を通じて要素を支持することによって達成される。この設計アプローチでは、２つの構造層の要素を接続する接合部が必要である。この２つの構造層は、下に位置する基板から後に解放される、すなわち、脱着される。したがって、一方の構造層における要素は、層の面内における感知能力を得ることが可能であり、他方の構造層は要素を不動のまま、すなわち固定されたまま保持するので、基板に直接接触しない。これによって、基板に対するアンカー接続が、基板に近接して中心に配置されることが可能となる。アンカー部が中心に配置される構成と、アンカー部の量が最小化されることとによって、基板の面を通じたひずみが一貫せず不規則であることによる不利な影響が減少される。よって、そうしたＭＥＭＳデバイスは、熱によって誘起されるパッケージ応力勾配に対する影響を受けにくく、従来製造プロセスを利用して低コスト、かつ、小型の、シングルダイトランスデューサとして容易に実装されることができる。
【００５５】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。以上、具体的な実施例に関して、利益、他の利点、及び問題の解決方法について説明してきたが、利益、利点、問題の解決方法、及びこうした利益、利点、問題 の解決方法をもたらし、又はより顕著なものにする構成要素は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要 素であると見なされるべきではない。例えば、ＭＥＭＳデバイスは、様々な数の中心に配置されたアンカー部および／またはビームを備えるように適合されてよい。加えて、プルーフマス、不動要素、ビーム、弾性部材などが、示した以外の形状および寸法であってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から分離されている微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造するための方法において、
基板の上に位置する第１の犠牲層上に第１の構造層を形成して、溝によって互いに隔てられた第１および第２の要素を形成する工程と、
第１の構造層の上に第２の犠牲層を堆積する工程であって、第２の犠牲層は前記溝を少なくとも部分的に充填する、工程と、
第２の犠牲層を通じる開口部を形成して、第２の要素の一部を露出させる工程と、
第２の犠牲層の上に第２の構造層を形成して第３の要素を形成する工程であって、第２の構造層は前記開口部を充填して第２の要素と第３の要素との間に接合部を形成する工程と、
第１および第２の犠牲層の少なくとも一部を除去することによって、前記基板の上に第１、第２、および第３の要素を懸吊する工程であって、前記基板の上の第１、第２、および第３の要素の位置に対する前記基板上の中央領域においてのみ、第２の要素が前記基板に取り付けられており、第３の要素は少なくとも前記接合部を介して第２の要素に接続される工程と、を備える方法。
【請求項２】
前記基板上に第１のアンカー部を形成する工程と、
前記基板上の前記中央領域に第２のアンカー部を形成する工程と、
前記基板の平面とほぼ平行に第１の要素が移動することを可能にするように、第１の要素と第２の要素との間に弾性部材を形成する工程であって、第２の要素が第１の要素に対して移動不能であるように第２の要素は第２のアンカー部に固定される、工程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の構造層を形成する前記工程によって、別の溝によって第１および第２の要素から隔てられた第４の要素が形成され、
前記懸吊する工程によって、第４の要素が前記基板の上に懸吊され、第４の要素が第１の要素に対して移動不能であるように第４の要素は前記基板の中央領域において第３のアンカー部を介して前記基板に取り付けられている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の構造層を形成する前記工程によって、別の溝によって第１および第２の要素から隔てられた第４の要素が形成され、
堆積する工程によって、前記別の溝は第２の犠牲層により少なくとも部分的に充填され、
開口部を形成する工程によって、第４の要素の第２の
部分を露出する、第２の犠牲層を通じる第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程によって第５の要素が形成され、第２の構造層は第２の開口部を充填して５の要素と第４の要素との間に第２の接合部を形成し、
懸吊する工程によって第４および第５の要素が基板の上に懸吊され、前記基板の中央領域においてのみ、第４の要素が前記基板に取り付けられており、第５の要素は第２の接合部を介して第４の要素に接続される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１の構造層を形成する前記工程によって、突出部を有する第１の要素と、該突出部の介在する複数のフィンガーを有する第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに前記複数のフィンガーの各々の一部分を露出する開口部が形成され、前記開口部は該開口部のうちの１つであり、
第２の構造層を形成する前記工程は、
前記開口部の各々を充填して複数の接合部を形成する工程であって、前記接合部は該複数の接合部のうちの１つである、工程と、
前記接合部の各々に接続されているビームとして、第２の構造層に第３の要素を形成し、前記複数のフィンガーが該ビームに相互接続され、前記突出部が該ビームに接続されない工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フィンガーは第１のフィンガーであり、前記開口部は第１の開口部であり、前記ビームは第１のビームであり、
第１の構造層を形成する前記工程によって、前記突出部の介在する複数の第２のフィンガーを有する第４の要素が形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに前記複数の第２のフィンガーの各々の第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する前記工程は、さらに、
前記第２の開口部の各々を充填して第２の接合部を形成する工程と、
前記第２の接合部の各々に接続されている第２のビームとして、第２の構造層に第５の要素を形成し、前記第２のフィンガーが該第２のビームに相互接続され、前記突出部および前記第１のフィンガーが該第２のビームに接続されない工程と、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の構造層を形成する前記工程によって、第１のビームとしての第１の要素と第２のビームとしての第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のビームの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のビームの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程は、
前記第１および第２の開口部を充填してそれぞれ第１および第２の接合部を形成する工程と、
可動要素を形成する工程であって、可動要素は該可動要素を基板に取り付けるための第１のアンカー部を有し、前記可動要素は前記基板の１つの平面に対して可動であり、突出部を備える、前記工程と、
前記中央領域に第２のアンカー部を有する第１の不動要素として第３の要素を形成する工程であって、第３の要素は複数の第１のフィンガーを備え、前記第１の接合部によって前記複数の第１のフィンガーが第１のビームに接続され、第１の不動要素の第１のフィンガーが相互に接続される前記工程と、
前記中央領域に第２のアンカー部を有する第２の不動要素として第４の要素を形成する工程であって、第４の要素は複数の第２のフィンガーを備え、前記第２の接合部によって前記複数の第２のフィンガーが第２のビームに接続され、第２のフィンガーが相互に接続され、第１および第２のフィンガーには前記突出部が介在する前記工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
懸吊する工程は、第２の犠牲層のほぼ全体を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
懸吊する工程は、第１および第２の要素の下に位置する第１の犠牲層のほぼ全体を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスにおいて、
基板と、
第１の構造層に形成された第１の要素および第２の要素であって、第１の要素および第２の要素の両方は基板の一部分の上に懸吊されており、第１の要素は基板に可動に接続されており、第２の要素は基板に不動に接続されており、基板の上方における第１の要素および第２の要素の位置に対する該基板の中央領域においてのみ、第２の要素が基板に取り付けられている、第１の要素および第２の要素と、
第１の構造層から離間した第２の構造層に形成されている第３の要素と、
第２の要素と第３の要素との間に形成されており、第３の要素を第２の要素に接続する接合部と、を備えるＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
前記基板の中央領域の上に位置する犠牲層をさらに備え、該犠牲層は前記基板において第１および第２の要素が懸吊されている部分の上に位置していない、請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
前記基板に取り付けられている第１のアンカー部と、
第１の要素と第１のアンカー部との間に接続されている弾性部材であって、第１の要素は前記基板の平面に対しほぼ平行に移動可能である弾性部材と、
前記基板の中央領域に位置し、第２の要素と接続されている第２のアンカー部であって、第２の要素は第１の要素に対して不動である第２のアンカー部と、をさらに備える請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
第１の構造層に形成されており、前記基板の前記部分の上方に懸吊される第４の要素と、
前記基板の中央領域に位置し、第４の要素と接続されている第３のアンカー部であって、第４の要素は第１の要素に対して不動である第３のアンカー部と、をさらに備え、第４の要素は前記基板の中央領域においてのみ前記基板に取り付けられている、請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
弾性部材によって、第１の要素は第１の方向と第１の方向に垂直な第２の方向とに移動可能であり、第１および第２の方向の各々は前記基板の平面に対しほぼ平行である、請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
第１の要素は、前記基板の平面にほぼ平行に延びている突出部を備え、
第２の要素は、前記突出部の介在するフィンガーを備え、
第３の要素は、ビームとして第２の構造層に形成されており、
前記ＭＥＭＳデバイスは、第１および第２の構造層の間に延びている複数の接合部をさらに備え、前記接合部は複数の接合部のうちの１つであり、ビームは接合部の各々に接続されており、フィンガーはビームによって相互に接続されており、突出部はビームに接続されていない、請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
前記フィンガーは第１のフィンガーであり、接合部は第１の接合部であり、ビームは第１のビームであり、前記ＭＥＭＳデバイスは、
第１の構造層に形成されており、前記基板の前記部分の上方に懸吊される第４の要素であって、前記突出部の介在する第２のフィンガーを備える第４の要素と、
第２の構造層に形成されている第２のビームと、
第１および第２の構造層の間に延びている複数の第２の接合部をさらに備え、第２のビームは第２の接合部の各々に接続されており、第２のフィンガーは第２のビームによって相互に接続されており、突出部および第１のフィンガーは第２のビームに接続されていない、請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
前記突出部のうちの少なくとも１つは前記フィンガーのうちの一対のフィンガーの間に挿間されており、前記ビームは前記突出部のうちの前記少なくとも１つの位置を横切り、前記ビームは前記接合部を介して前記一対のフィンガーの各々に取り付けられている、請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
基板から分離されている微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造するための方法において、
基板の上に位置する第１の犠牲層上に第１の構造層を形成して、溝によって互いに隔てられた第１および第２の要素を形成する工程と、
第１の構造層の上に第２の犠牲層を堆積する工程であって、第２の犠牲層は前記溝を少なくとも部分的に充填する、工程と、
第２の犠牲層を通じる開口部を形成して、第２の要素の一部を露出させる工程と、
第２の犠牲層の上に第２の構造層を形成して第３の要素を形成する工程であって、第２の構造層は前記開口部を充填して第２の要素と第３の要素との間に接合部を形成する工程と、
第１および第２の犠牲層のほぼ全体を除去することによって、前記基板の上に第１、第２、および第３の要素を懸吊する工程であって、前記基板の上の第１、第２、および第３の要素の位置に対する前記基板の中央領域においてのみ、第２の要素が前記基板に取り付けられており、第３の要素は前記接合部を介して第２の要素に接続される工程と、を備える方法。
【請求項１９】
第１の構造層を形成する前記工程によって、突出部を有する第１の要素と、該突出部の介在する第１のフィンガーを有する第２の要素と、該突出部の介在する第２のフィンガーを有する第４の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のフィンガーの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のフィンガーの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する前記工程は、
前記第１の開口部を充填して複数の第１の接合部を形成する工程であって、前記接合部は複数の第１の接合部のうちの１つである、工程と、
前記第２の開口部を充填して複数の第２の接合部を形成する工程と、
前記第１の接合部の各々に接続されている第１のビームとして、第２の構造層に第３の要素を形成し、前記第１のフィンガーが第１のビームによって相互に接続される工程と、
前記第２の接合部の各々に接続されている第２のビームとして、第２の構造層に第４の要素を形成し、前記第２のフィンガーが第２のビームによって相互に接続される工程と、を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１の構造層を形成する前記工程によって、第１のビームとしての第１の要素と第２のビームとしての第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のビームの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のビームの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程は、
前記第１および第２の開口部を充填してそれぞれ第１および第２の接合部を形成する工程と、
可動要素を形成する工程であって、可動要素は該可動要素を基板に取り付けるための第１のアンカー部を有し、前記可動要素は前記基板の１つの平面に対して可動であり、突出部を備える、前記工程と、
前記中央領域にのみ第２のアンカー部を有する第１の不動要素として第３の要素を形成する工程であって、第３の要素は複数の第１のフィンガーを備え、前記第１の接合部によって前記複数の第１のフィンガーが第１のビームに接続され、第１の不動要素の第１のフィンガーが第１のビームによって相互に接続される前記工程と、
前記中央領域にのみ第３のアンカー部を有する第２の不動要素として第４の要素を形成する工程であって、第４の要素は複数の第２のフィンガーを備え、前記第２の接合部によって前記複数の第２のフィンガーが第２のビームに接続され、第２の不動要素の第２の複数の第２のフィンガーが第２のビームによって相互に接続され、第１および第２のフィンガーには前記突出部が介在する前記工程と、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
基板から分離されている微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造するための方法において、
基板の上に位置する第１の犠牲層上に第１の構造層を形成して、溝によって互いに隔てられた第１および第２の要素を形成する工程と、
第１の構造層の上に第２の犠牲層を堆積する工程であって、第２の犠牲層は前記溝を少なくとも部分的に充填する、工程と、
第２の犠牲層を通じる開口部を形成して、第２の要素の一部を露出させる工程と、
第２の犠牲層の上に第２の構造層を形成して第３の要素を形成する工程であって、第２の構造層は前記開口部を充填して第２の要素と第３の要素との間に接合部を形成する工程と、
第１および第２の犠牲層の少なくとも一部を除去することによって、前記基板の上に第１、第２、および第３の要素を懸吊する工程であって、前記基板の上の第１、第２、および第３の要素の位置に対する前記基板上の中央領域においてのみ、第２の要素が前記基板に取り付けられており、第３の要素は少なくとも前記接合部を介して第２の要素に接続される工程と、を備える方法。
【請求項２】
前記基板上に第１のアンカー部を形成する工程と、
前記基板上の前記中央領域に第２のアンカー部を形成する工程と、
前記基板の平面とほぼ平行に第１の要素が移動することを可能にするように、第１の要素と第２の要素との間に弾性部材を形成する工程であって、第２の要素が第１の要素に対して移動不能であるように第２の要素は第２のアンカー部に固定される、工程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の構造層を形成する前記工程によって、別の溝によって第１および第２の要素から隔てられた第４の要素が形成され、
前記懸吊する工程によって、第４の要素が前記基板の上に懸吊され、第４の要素が第１の要素に対して移動不能であるように第４の要素は前記基板の中央領域において第３のアンカー部を介して前記基板に取り付けられている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の構造層を形成する前記工程によって、別の溝によって第１および第２の要素から隔てられた第４の要素が形成され、
堆積する工程によって、前記別の溝は第２の犠牲層により少なくとも部分的に充填され、
開口部を形成する工程によって、第４の要素の第２の
部分を露出する、第２の犠牲層を通じる第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程によって第５の要素が形成され、第２の構造層は第２の開口部を充填して５の要素と第４の要素との間に第２の接合部を形成し、
懸吊する工程によって第４および第５の要素が基板の上に懸吊され、前記基板の中央領域においてのみ、第４の要素が前記基板に取り付けられており、第５の要素は第２の接合部を介して第４の要素に接続される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１の構造層を形成する前記工程によって、突出部を有する第１の要素と、該突出部の介在する複数のフィンガーを有する第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに前記複数のフィンガーの各々の一部分を露出する開口部が形成され、前記開口部は該開口部のうちの１つであり、
第２の構造層を形成する前記工程は、
前記開口部の各々を充填して複数の接合部を形成する工程であって、前記接合部は該複数の接合部のうちの１つである、工程と、
前記接合部の各々に接続されているビームとして、第２の構造層に第３の要素を形成し、前記複数のフィンガーが該ビームに相互接続され、前記突出部が該ビームに接続されない工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フィンガーは第１のフィンガーであり、前記開口部は第１の開口部であり、前記ビームは第１のビームであり、
第１の構造層を形成する前記工程によって、前記突出部の介在する複数の第２のフィンガーを有する第４の要素が形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに前記複数の第２のフィンガーの各々の第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する前記工程は、さらに、
前記第２の開口部の各々を充填して第２の接合部を形成する工程と、
前記第２の接合部の各々に接続されている第２のビームとして、第２の構造層に第５の要素を形成し、前記第２のフィンガーが該第２のビームに相互接続され、前記突出部および前記第１のフィンガーが該第２のビームに接続されない工程と、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の構造層を形成する前記工程によって、第１のビームとしての第１の要素と第２のビームとしての第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のビームの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のビームの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程は、
前記第１および第２の開口部を充填してそれぞれ第１および第２の接合部を形成する工程と、
可動要素を形成する工程であって、可動要素は該可動要素を基板に取り付けるための第１のアンカー部を有し、前記可動要素は前記基板の１つの平面に対して可動であり、突出部を備える、前記工程と、
前記中央領域に第２のアンカー部を有する第１の不動要素として第３の要素を形成する工程であって、第３の要素は複数の第１のフィンガーを備え、前記第１の接合部によって前記複数の第１のフィンガーが第１のビームに接続され、第１の不動要素の第１のフィンガーが相互に接続される前記工程と、
前記中央領域に第２のアンカー部を有する第２の不動要素として第４の要素を形成する工程であって、第４の要素は複数の第２のフィンガーを備え、前記第２の接合部によって前記複数の第２のフィンガーが第２のビームに接続され、第２のフィンガーが相互に接続され、第１および第２のフィンガーには前記突出部が介在する前記工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
懸吊する工程は、第２の犠牲層のほぼ全体を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
懸吊する工程は、第１および第２の要素の下に位置する第１の犠牲層のほぼ全体を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスにおいて、
基板と、
第１の構造層に形成された第１の要素および第２の要素であって、第１の要素および第２の要素の両方は基板の一部分の上に懸吊されており、第１の要素は基板に可動に接続されており、第２の要素は基板に不動に接続されており、基板の上方における第１の要素および第２の要素の位置に対する該基板の中央領域においてのみ、第２の要素が基板に取り付けられている、第１の要素および第２の要素と、
第１の構造層から離間した第２の構造層に形成されている第３の要素と、
第２の要素と第３の要素との間に形成されており、第３の要素を第２の要素に接続する接合部と、を備えるＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
前記基板の中央領域の上に位置する犠牲層をさらに備え、該犠牲層は前記基板において第１および第２の要素が懸吊されている部分の上に位置していない、請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
前記基板に取り付けられている第１のアンカー部と、
第１の要素と第１のアンカー部との間に接続されている弾性部材であって、第１の要素は前記基板の平面に対しほぼ平行に移動可能である弾性部材と、
前記基板の中央領域に位置し、第２の要素と接続されている第２のアンカー部であって、第２の要素は第１の要素に対して不動である第２のアンカー部と、をさらに備える請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
第１の構造層に形成されており、前記基板の前記部分の上方に懸吊される第４の要素と、
前記基板の中央領域に位置し、第４の要素と接続されている第３のアンカー部であって、第４の要素は第１の要素に対して不動である第３のアンカー部と、をさらに備え、第４の要素は前記基板の中央領域においてのみ前記基板に取り付けられている、請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
弾性部材によって、第１の要素は第１の方向と第１の方向に垂直な第２の方向とに移動可能であり、第１および第２の方向の各々は前記基板の平面に対しほぼ平行である、請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
第１の要素は、前記基板の平面にほぼ平行に延びている突出部を備え、
第２の要素は、前記突出部の介在するフィンガーを備え、
第３の要素は、ビームとして第２の構造層に形成されており、
前記ＭＥＭＳデバイスは、第１および第２の構造層の間に延びている複数の接合部をさらに備え、前記接合部は複数の接合部のうちの１つであり、ビームは接合部の各々に接続されており、フィンガーはビームによって相互に接続されており、突出部はビームに接続されていない、請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
前記フィンガーは第１のフィンガーであり、接合部は第１の接合部であり、ビームは第１のビームであり、前記ＭＥＭＳデバイスは、
第１の構造層に形成されており、前記基板の前記部分の上方に懸吊される第４の要素であって、前記突出部の介在する第２のフィンガーを備える第４の要素と、
第２の構造層に形成されている第２のビームと、
第１および第２の構造層の間に延びている複数の第２の接合部をさらに備え、第２のビームは第２の接合部の各々に接続されており、第２のフィンガーは第２のビームによって相互に接続されており、突出部および第１のフィンガーは第２のビームに接続されていない、請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
前記突出部のうちの少なくとも１つは前記フィンガーのうちの一対のフィンガーの間に挿間されており、前記ビームは前記突出部のうちの前記少なくとも１つの位置を横切り、前記ビームは前記接合部を介して前記一対のフィンガーの各々に取り付けられている、請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
基板から分離されている微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造するための方法において、
基板の上に位置する第１の犠牲層上に第１の構造層を形成して、溝によって互いに隔てられた第１および第２の要素を形成する工程と、
第１の構造層の上に第２の犠牲層を堆積する工程であって、第２の犠牲層は前記溝を少なくとも部分的に充填する、工程と、
第２の犠牲層を通じる開口部を形成して、第２の要素の一部を露出させる工程と、
第２の犠牲層の上に第２の構造層を形成して第３の要素を形成する工程であって、第２の構造層は前記開口部を充填して第２の要素と第３の要素との間に接合部を形成する工程と、
第１および第２の犠牲層のほぼ全体を除去することによって、前記基板の上に第１、第２、および第３の要素を懸吊する工程であって、前記基板の上の第１、第２、および第３の要素の位置に対する前記基板の中央領域においてのみ、第２の要素が前記基板に取り付けられており、第３の要素は前記接合部を介して第２の要素に接続される工程と、を備える方法。
【請求項１９】
第１の構造層を形成する前記工程によって、突出部を有する第１の要素と、該突出部の介在する第１のフィンガーを有する第２の要素と、該突出部の介在する第２のフィンガーを有する第４の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のフィンガーの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のフィンガーの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する前記工程は、
前記第１の開口部を充填して複数の第１の接合部を形成する工程であって、前記接合部は複数の第１の接合部のうちの１つである、工程と、
前記第２の開口部を充填して複数の第２の接合部を形成する工程と、
前記第１の接合部の各々に接続されている第１のビームとして、第２の構造層に第３の要素を形成し、前記第１のフィンガーが第１のビームによって相互に接続される工程と、
前記第２の接合部の各々に接続されている第２のビームとして、第２の構造層に第４の要素を形成し、前記第２のフィンガーが第２のビームによって相互に接続される工程と、を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１の構造層を形成する前記工程によって、第１のビームとしての第１の要素と第２のビームとしての第２の要素とが形成され、
開口部を形成する前記工程によって、第２の犠牲層を通じるとともに第１のビームの第１の部分を露出する第１の開口部が形成され、第２の犠牲層を通じるとともに第２のビームの第２の部分を露出する第２の開口部が形成され、
第２の構造層を形成する工程は、
前記第１および第２の開口部を充填してそれぞれ第１および第２の接合部を形成する工程と、
可動要素を形成する工程であって、可動要素は該可動要素を基板に取り付けるための第１のアンカー部を有し、前記可動要素は前記基板の１つの平面に対して可動であり、突出部を備える、前記工程と、
前記中央領域にのみ第２のアンカー部を有する第１の不動要素として第３の要素を形成する工程であって、第３の要素は複数の第１のフィンガーを備え、前記第１の接合部によって前記複数の第１のフィンガーが第１のビームに接続され、第１の不動要素の第１のフィンガーが第１のビームによって相互に接続される前記工程と、
前記中央領域にのみ第３のアンカー部を有する第２の不動要素として第４の要素を形成する工程であって、第４の要素は複数の第２のフィンガーを備え、前記第２の接合部によって前記複数の第２のフィンガーが第２のビームに接続され、第２の不動要素の第２の複数の第２のフィンガーが第２のビームによって相互に接続され、第１および第２のフィンガーには前記突出部が介在する前記工程と、を含む、請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２０１３−５０３３４１（Ｐ２０１３−５０３３４１Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２６８０４（Ｐ２０１２−５２６８０４）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４５１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２８３５９
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４５１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２８３５９
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
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