改良された慣性要素を利用する微小電子機械の磁界センサ
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）が開示される。このＭＥＭＳは、基板と、基板から上方へ延在する第１の枢動軸と、基板上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第１のレバーアームと、基板上の、第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下の位置に形成された第１のキャパシタ層と、基板上の、第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下の位置に形成された第２のキャパシタ層であって、第１の枢動軸が、第１のレバーアームを、第１のキャパシタ部分と第２のキャパシタ部分の間の位置で第１の前後軸に沿って支持する第２のキャパシタ層と、第１の前後軸にわたって延在し、第１の枢動軸線から離隔された第１の導体部材とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に磁界の強さおよび方向を測定するのに使用されるデバイスに関し、より具体的には、面内磁界を感知するように改良された慣性感知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]慣性感知および磁界感知は、様々な異なる用途で有用である。さらに、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を使用する慣性感知素子を含むものには、例えばビデオゲーム用の付属装置および付属装置の方向転換を決定するためのナビゲーションシステムといった新規の用途が頻繁に見つかっている。ＭＥＭＳは、これらの用途に対する廉価な解決策を小さなパッケージで提供する。したがって、多くのＭＥＭＳベースの慣性感知素子が、動いている物体の指向的加速度を求めるための感度を高めるのに使用され得る。
【０００３】
[0003]従来技術では、固定電極に対して反対側に配置された可動電極を含むサイズミックマスを使用すると、キャパシタを形成し得ることが示されている。加速度ベクトルに起因する慣性力による可動電極の運動が、静電容量の変化をもたらすことができる。静電容量の変化が測定され、加速度に相関づけられ得る。
【０００４】
[0004]同様に、垂直磁界を、磁界の大きさを求めるために測定され得る電気的特性の変化に相関づけることができる様々なセンサが知られている。しかし、従来技術で提供される解決策は、センサの表面と平行な磁界を効果的に測定するのに必要な感度が不足する、またはセンサの表面に対して垂直な加速度ベクトルを測定するのに必要な感度が不足する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]センサの接線に沿って働く磁界を効果的に感知し、かつセンサに対して垂直な加速度ベクトルを感知するためのＭＥＭＳベースのセンサを提供する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]一実施形態によれば、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）が開示される。このＭＥＭＳは、基板と、基板から上方へ延在する第１の枢動軸と、基板上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第１のレバーアームと、基板上の、第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下の位置に形成された第１のキャパシタ層と、基板上の、第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下の位置に形成された第２のキャパシタ層であって、第１の枢動軸が、第１のレバーアームを、第１のキャパシタ部分と第２のキャパシタ部分の間の位置で第１の前後軸に沿って支持する、第２のキャパシタ層と、第１の前後軸にわたって延在し、第１の枢動軸線から離隔された第１の導体部材とを含む。
【０００７】
[0007]別の実施形態では、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を形成する方法が開示される。この方法は、基板を設けるステップと、基板から上方へ延在する第１の枢動軸を形成するステップと、基板上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられる第１のレバーアームを形成するステップと、基板上の、第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下に選択された位置において、第１のキャパシタ層を形成するステップと、基板上の、第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下に選択された位置であって、第１の枢動軸が、第１のレバーアームを、第１のキャパシタ部分と第２のキャパシタ部分の間で第１の前後軸に沿って支持するように選択された位置において、第２のキャパシタ層を形成するステップと、第１の前後軸にわたってある位置で延在し、第１の枢動軸線から離隔されるように第１の導体部材を形成するステップとを含む。
【０００８】
[0008]当業者には、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、前述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、より容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]微小電子機械センサを含む微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のブロック図である。
【図２】[0010]一実施形態によるＭＥＭＳセンサの斜視図である。
【図３】[0011]図２に示されたＭＥＭＳセンサの側面図である。
【図４】[0012]一実施形態によるＭＥＭＳセンサの斜視図である。
【図５】[0013]一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図６】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図７】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図８】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図９】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１０】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１１】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１２】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１３】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１４】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１５】[0014]１つのＭＥＭＳセンサに関連したΔＶを測定するための概略を示す図である。
【図１６】[0015]共通の基板上に配置された、様々な方向の磁界および加速度ベクトルを測定するためのＭＥＭＳセンサの配列を示す図である。
【図１７】共通の基板上に配置された、様々な方向の磁界および加速度ベクトルを測定するためのＭＥＭＳセンサの配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0016]次に、本発明の原理の理解を助長するために、図面に示されて以下の明細書で説明される実施形態が参照されることになる。本発明の範囲に対する限定がそれによって意図されていないことが理解される。本発明が、示された実施形態に対するあらゆる改変形態および変更形態も含み、本発明が関係する技術の当業者なら普通に考えつくはずの本発明の原理のさらなる用途を含むことが、さらに理解される。
【００１１】
[0017]図１を参照すると、面内磁界および／または面外加速度の感知センサ（ＭＥＭＳセンサ）用の回路が、全体的に１０で指定して表されている。回路１０は、Ｉ／Ｏデバイス１２、処理回路１４およびメモリ１６を含む。Ｉ／Ｏデバイス１２は、ユーザインターフェースと、グラフィカルユーザインターフェースと、キーボードと、ポインティングデバイスと、遠隔通信リンクおよび／または局所的通信リンクと、ディスプレイと、外部で生成された情報が回路１０に供給されることを可能し、回路１０の内部情報が外部と通信されることを可能にする他のデバイスとを含むことができる。
【００１２】
[0018]処理回路１４は、適切には、マイクロプロセッサおよびその関連する回路などの汎用コンピュータ処理回路でよい。処理回路１４は、本明細書に帰する動作を実行するように動作可能である。
【００１３】
[0019]メモリ１６の内部には、様々なプログラム命令１８がある。プログラム命令１８は、必要に応じて、処理回路１４および／またはその他の構成要素によって実行することができる。
【００１４】
[0020]回路１０は、処理回路１４に接続されたセンサの励振／応答の回路２０をさらに含む。センサの励振／応答の回路２０は、ＭＥＭＳセンサ１００に対する励振を供給して励振の効果を測定する。励振は処理回路１４によって制御され得、測定値は処理回路１４に通信される。
【００１５】
[0021]図２を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の斜視図が示されている。基板１０２が設けられる。基板１０２用の適切な基板材料の例には、シリコン、ガラス、炭素、ゲルマニウム、炭化シリコン、およびシリコンゲルマニウムがある。基板１０２は、絶縁層１０４で電気的に絶縁される。絶縁層１０４用の適切な絶縁材料の例には、二酸化シリコン、およびシリコン基板とともに用いる窒化シリコンがある。半導体層１０６が、絶縁層１０４の上に、枢動部材１０８によって懸垂されるように設けられる。半導体層１０６の材料の一例には、非ドープのポリシリコンがある。枢動部材１０８は、半導体層１０６が枢動部材１０８のまわりを枢動することができるように、基板１０２／絶縁層１０４と半導体層１０６の間に枢動する機能を与える。枢動部材１０８は、ＡＡで示された点線より下にあり、半導体層１０６を２つのレバーアーム１１０と１１２に分割する。各レバーアーム１１０と１１２の長手方向は、例えばＸ軸といった前後軸に沿って延びる。一実施形態では、２つのレバーアーム１１０と１１２のそれぞれが同一の長さを有する。しかし、図２に示された実施形態では、レバーアーム１１０はレバーアーム１１２より短い。レバーアーム１１０に構造用窓１１４が設けられ、レバーアーム１１２に構造用窓１１６が設けられて、２つのレバーアームのねじり曲げをさらに助長する。窓１１４と半導体層１０６の縁端部の間の部分が、ばねアーム１１１を画定する。同様に、窓１１６と半導体層１０６の縁端部の間の部分が、ばねアーム１１３を画定する。レバーアーム１１０および１１２が力を受けたとき、ばねアーム１１１および１１３と以下で説明されるレバーアーム１１０および１１２の枢動動作の組合せが、レバーアームのねじり曲げをもたらす。ばねアーム１１１および１１３の寸法（長さ、幅、および厚さ）は、所与の力に対して起こり得るレバーアーム１１０および１１２のねじり曲げ量を決定する要因の１つである。具体的には、同一の付与力に対して、より長い／より薄いばねアーム１１１および１１３は、より大きく曲げり、より短い／より厚いばねアーム１１１および１１３は、より曲がりにくい。したがって、所望の感度を実現するために使用され得るばねアーム１１１／１１３の設計によって可撓性がもたらされる。別の要因に、レバーアーム１１０／１１２の長さがある。レバーアーム１１０／１１２がより長ければ、レバーアームの縁端部が所与の力を受けたときのねじり曲げが、より大きくなる。
【００１６】
[0022]枢動部材１０８は、垂直の支持区間１１８を有する。枢動部材１０８は、半導体層１０６の底部面と一体化して形成され、ばねアーム１１１および１１３とともに枢動する機能をもたらす。枢動部材１０８は、半導体層１０６の下に頂部の水平の支持区間（図示せず）も含むことができ、「Ｔ」字形の枢動部材を形成する。頂部の水平の支持区間の長さは、半導体層１０６の底部面の小部分に及ぶ長さから、半導体層１０６のほぼ全体の幅に及ぶ長さまであり得る。頂部の水平の支持区間の長さは、半導体層１０６が、枢動部材１０８のまわりでねじれるか、または枢動部材１０８のまわりを枢動するか、といったことに影響を与えることができる。一実施形態では、底部の水平の支持区間（図示せず）を形成するために、追加の材料も一体化して設けることができ、基板１０２／絶縁層１０４が「Ｉ」字形の枢動部材を形成する。垂直の支持区間１１８の高さが、１対のキャパシタの静電容量を決定する。枢動部材１０８の材料の一例には、非ドープのポリシリコンがある。
【００１７】
[0023]２つの感知電極１２２および１２８が、絶縁層１０４の上で半導体層１０６の下に設けられる。感知電極１２２および１２８は、「Ｙ」字方向に、実質的に半導体層１０６の全幅に延在する。感知電極１２２および１２８は、例えば接合パッドおよび接合電線といった当技術分野で既知のやり方で、励振／応答の回路２０に電気的接続（図示せず）をもたらす。２つのバイアス用電極１２４および１２６は、導体部材１３０への電気的接続をもたらす。図２に示された実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６は、絶縁層１０４の両側に配置される。しかし、別の実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６は、どちらも同じ側に配置され得る。図２に示された実施形態では、半導体層１０６の頂面上に導体部材１３０が設けられる。他の実施形態では、導体部材１３０は、半導体層１０６の中に埋め込まれる、または半導体部材１０６の底面に設けられ得る。これらの実施形態のうちどれでも、導体部材１３０の終端１３２および１３４は、それぞれバイアス用電極１２４および１２６に電気的に結合される。
【００１８】
[0024]導体１３０は、横方向部分１４２および軸方向部分１４４を含む。導体部材１３０の横方向部分１４２は、２つのばねアーム１１１および１１３のうちの一方だけ（図２に示されるようにばねアーム１１３）に関連して、枢動部材１０８から距離１３６だけ離れて、例えば「Ｘ」軸といった前後軸を横切る。距離１３６は、以下でより詳細に論じられる「Ｚ」軸に平行なベクトルを有する生成されたローレンツ力の結果としてばねアームが受けることになる回転量を決定する。
【００１９】
[0025]感知電極１２２および１２８は、それぞれレバーアーム１１２および１１０の（図３に示されている）キャパシタ部分２０４および２０２の下のキャパシタ層をもたらす。感知電極１２２とキャパシタ部分２０４の組合せが、想像線で示されているキャパシタ１４０を形成する。同様に、感知電極１２８とキャパシタ部分２０２の組合せがキャパシタ１３８を形成する。各キャパシタの静電容量は次式で定義され、
Ｃ＝ε（Ａ／ｄ） （１）
εは誘電体の誘電率であり、
Ａは、感知電極１２２／１２８の面積ならびにキャパシタ部分２０４および２０２の面積によって定義される、すなわち電荷が集まるところの実効面積であり、
ｄは、感知電極１２２／１２８とキャパシタ部分２０２／２０４の間の距離である。一実施形態では、誘電体は空気である。静電容量は、感知電極１２２／１２８とキャパシタ部分２０２／２０４の間の距離に反比例するので、キャパシタ部分が感知電極１２２／１２８の方へ曲がると静電容量が増加する。反対に、キャパシタ部分が感知電極１２２／１２８から離れるように曲がると、静電容量が減少する。
【００２０】
[0026]半導体層１０６の、枢動部材１０８のまわりの枢動運動により、レバーアーム１１０／１１２のうち１つに対して力が作用すると、そのレバーアームが、下方へそれぞれの感知電極の方へ撓み、次いで他方のレバーアームが、反対方向に、すなわち、そのそれぞれの感知電極から離れる方向に移動する。レバーアーム１１０／１１２の撓みにおけるこのような関係は、シーソー機構に似ている。例えば、レバーアーム１１２に対して働く下方への力により、レバーアーム１１２が、下方へ、感知電極１２２の方に撓む場合、レバーアーム１１０は、感知電極１２８から離れて上方へ撓み、その逆もまた同様である。例えばレバーアームのうちの１つに対して与えられる力の和がシーソー機構をもたらすように、不均衡な力が必要とされる。したがって、両方のレバーアームが同一の力密度を経験する慣性／加速度の感知については、シーソー機構をもたらすのに必要とされる不均衡な力を生成するために、例えばレバーアーム１１０／１１２の長さといった幾何学的設計パラメータが利用され得る。例として、一方のレバーアーム、例えば１１２が、他方のレバーアーム、例えば１１０より長い。２つのレバーアーム１１０／１１２向けに別々の長さを実現することにより、別々の運動が生成され得る。
【００２１】
[0027]２つのレバーアーム１１０と１１２の間の撓みの変化量が、キャパシタ１３８と１４０の静電容量の変化量に変換され得る。次いで、これらの変化量が、以下でより詳細に論じられることになる電気回路を使用して感知され得る。
【００２２】
[0028]図３を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の側面図が与えられている。キャパシタ部分２０２および２０４は、レバーアーム１１０および１１２の一部分として示されている。上記で論じられたように、感知電極１２２および１２８は、それぞれレバーアーム１１０および１１２のキャパシタ部分２０２および２０４の下にキャパシタ層２０８および２０６をもたらす。キャパシタ層２０６とキャパシタ部分２０２の組合せが、キャパシタ１３８を形成する。同様に、キャパシタ層２０８とキャパシタ部分２０４がキャパシタ１４０を形成する。
【００２３】
[0029]図３に示されるように、導体部材１３０の終端１３２および１３４は、バイア２１０および２１２によってバイアス用電極１２４および１２６に電気的に接続される。バイアス用電極１２４および１２６は、水平部分および垂直部分を含む。垂直部分はバイア２１０および２１２に接続される。導体部材１３０が半導体層１０６の底部側にある実施形態では、バイア２１０および２１２は回避され得る。
【００２４】
[0030]動作においては、導体部材１３０には、バイアス用電極１２４および１２６により、バイア２１０および２１２を介して電流が与えられる。ＭＥＭＳセンサ１００が、半導体層１０６の表面に対して接線に沿った磁界ベクトルを有する磁界の中に配置されたとき、ローレンツの法則による垂直の力が生成される。ローレンツの法則は、電荷を搬送している粒子が磁界内にあるとき、粒子に与えられるローレンツ力が次式で表されると示しており、
Ｆ＝ｑ［Ｅ＋（ｖ×Ｂ）］ （２）
この式で、Ｆはニュートンで表したローレンツ力であり、
ｑはクーロンで表した電荷搬送粒子の電荷であり、
ｖはｍ／ｓで表した瞬間速度であり、
Ｅはｖ／ｍで表した電界であり、
Ｂはテスラで表した磁界である。「×」はｖとＢの間のベクトルの外積である。電流を搬送している導線には、次式で表されるローレンツ力が加わり、
Ｆ＝Ｌ（ｉ×Ｂ） （２ａ）
この式で、Ｆはニュートンで表したローレンツ力であり、
Ｌは、磁界を受ける電流搬送線のメートルで表した長さであり、
ｉは、磁界を受ける電線を通る、アンペアで表した電流であり、
Ｂはテスラで表した磁界である。磁界を受けている導体を通る電流が、レバーアーム１１０および１１２を含む自立した構造体の共振周波数に近い周波数を有する場合、その構造体に与えられる力の量が増幅されることになる。反対に、共振周波数から離れた周波数がもたらす力は最小限になるはずである。したがって、ローレンツの法則を活用し、また、導体に影響を及ぼす磁界を選択的に試験するために、構造体の共振周波数の近くの周波数を有するＡＣ信号が用いられ得る。
【００２５】
[0031]ローレンツ力の方向は、当技術分野で知られている右手の法則に基づくものである。磁界の方向次第で、導体部材１３０の様々な部分にローレンツ力を与えることができる。例えば、磁界がＸ軸と平行な場合、例えば導体部材１３０の横方向部分１４２といったＹ軸と平行な導体部材の部分にのみ、ローレンツ力が加わる。しかし、磁界が別の角度で半導体層１０６に向かう場合、導体部材１３０の別々の部分にローレンツ力が加わる可能性がある。導体部材の横方向部分１４２にローレンツ力が加わると、レバーアーム１１２は、感知電極１２２の方に下方へ撓む。ばねアーム１１３が下方へ撓むことにより、レバーアーム１１０も、感知電極１２８から離れて上方へ撓む。
【００２６】
[0032]導体要素に電流が加わると、半導体層１０６の両端に自由電荷が集まることが可能になる。半導体層１０６の両端に自由電荷が集まるのは、半導体の性質によるものである。これらの電荷は、キャパシタ部分２０２および２０４の形成をもたらす。キャパシタ部分２０２および２０４は、キャパシタ層２０６および２０８と協働してキャパシタ１３８および１４０を形成する。レバーアーム１１２が、キャパシタ層２０８の方へ、すなわちセンサ電極１２２の方へ撓むと、キャパシタ１４０の静電容量が増加する。レバーアーム１１０が、キャパシタ層２０６から離れて、すなわち感知電極１２８から離れて撓むとキャパシタ１３８の静電容量が減少する。静電容量の変化を検出するのに、以下でより詳細に論じられる検出回路が使用され得る。
【００２７】
[0033]ローレンツ力は、レバーアーム１１０と１１２を反対方向内に撓ませることができるが、垂直方向すなわち「Ｚ」方向の加速度ベクトルは、レバーアーム１１０および１１２の両方を同一方向に撓ませる力を生成することができる。生成される慣性力は、ニュートンの運動の第２法則、すなわち
Ｆ＝Ｍａ （３）
によって支配され、この式で、Ｍはレバーアームのサイズミックマスであり、
ａは加速度ベクトルであり、
Ｆはレバーアームに作用する力ベクトルである。力の方向は、加速度ベクトルと同一である。したがって、ＭＥＭＳセンサ１００が垂直の加速度ベクトルを下方へ受けるとき、シーソー運動が存在して、レバーアーム１１２は下方へ撓み、レバーアーム１１０は上方へ撓む。反対に、ＭＥＭＳセンサ１００が垂直の加速度ベクトルを上方へ受けるとき、レバーアーム１１２は上方へ撓み、レバーアーム１１０は下方へ撓む。レバーアーム１１０および１１２ならびにばねアーム１１１および１１３が同じように構成されているとき、ここで説明されたレバーアーム１１０／１１２のシーソー運動は実質的に存在しない。例えば、レバーアーム１１０と１１２が同じ長さを有し、ばねアーム１１１と１１３が同じ厚さを有する場合、どちらのレバーアームも、加速度ベクトルの方向次第で下方または上方へ撓む。前述の構造変数の差が、上記で説明されたシーソー運動をもたらす可能性がある。
【００２８】
[0034]導体部材１３０に電流を与えると、キャパシタ１３８および１４０を形成するレバーアーム１１０および１１２上のキャパシタ部分２０２および２０４によって生成された静電容量の測定が容易になる。キャパシタ部分２０２および２０４がキャパシタ層２０６および２０８の方へ撓むと、キャパシタ１３８および１４０の静電容量が増加する。一方のレバーアーム、例えばレバーアーム１１２がより長い実施形態では、例えばキャパシタ１４０といったそれぞれのキャパシタの静電容量が増加し、例えばキャパシタ１３８といった他方のキャパシタの静電容量が減少する。静電容量の変化の差が、加速度の大きさを求めるのに用いられ得る。
【００２９】
[0035]導体部材１３０に交流（ＡＣ）タイプの信号を通すと、キャパシタ１３８および１４０を介してＡＣ信号の容量結合をもたらす。ＡＣ信号と、半導体層１０６に平行な、具体的には図２に示されたＸ軸に平行な磁界との相互作用が、ローレンツの法則に従ってレバーアーム１１２の撓みをもたらす可能性がある。ＡＣ信号の周波数が、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い場合、レバーアーム１１０および１１２の撓みが最大化され得る。感知電極１２８および１２２における電圧を測定し、これらの電圧を差動増幅器に通すことにより、導体部材１３０に対して作用する磁界ΔΒならびに両方のレバーアーム１１０および１１２に対して作用する加速度ベクトルΔａに関連するΔＶ量が生成され得る。ΔＶ量は次式で表され、
ΔＶ＝ＳＡΔａ＋ＳＭΔＢ （４）
ΔＶは、ボルト（Ｖ）で測定された出力電圧の変化であり、
Δａは、ｍ／ｓ２で測定された加速度の変化であり、
ΔΒは、導体部材１３０に対して作用する、テスラ（Ｔ）で測定された磁界の変化であり、
ＳＡは、Ｖ／（ｍ／ｓ２）で測定された加速度に対する感度であり、
ＳＭは、（Ｖ／Ｔ）で測定された磁界に対する感度である。
【００３０】
[0036]一実施形態によれば、１対の同一のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が同一の慣性／磁気の環境に配置され得て、２つのセンサに対してΔＶ１およびΔＶ２が同時に測定される。ＭＥＭＳセンサ１００１および１００２のばねアーム１１１および１１３の自立した構造体の共振周波数に近い周波数を有する第１のＡＣ信号が、第１のＭＥＭＳセンサ１００１のバイアス用電極１２４および１２６に与えられ、第２の電流が、第２のＭＥＭＳセンサ１００２のバイアス用電極１２４および１２６に与えられる。第１の電流と第２の電流は、反対方向の、すなわち位相が１８０°シフトされた信号である。各ＭＥＭＳセンサ１００１および１００２に関してΔＶ値が測定される。ΔＶ測定値は、ＡＣ接地に対する感知電極１２８と１２２の差電圧の読取りを表す。したがって、ΔＶ１は第１のＭＥＭＳセンサ１００１に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２のＭＥＭＳセンサ１００２に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ１−ΔＶ２）／２ （５ａ）
Δａ∝（ΔＶ１＋ΔＶ２）／２ （５ｂ）
[0037]ＭＥＭＳセンサ１００１と１００２の電流が反対方向であるとき、磁界（ＳＭΔＢ）によって寄与された出力電圧信号は反対符号を有する。一方、加速度ベクトル（ＳＡΔａ）によって寄与された出力電圧信号は、同一であって交番しない。したがって、ΔΒは、測定信号から差動の項を得ることにより、比例関係５ａによって計算され得る。反対に、Δａは、測定された信号から共通項を得ることにより、比例関係５ｂによって計算され得る。この測定方式を用いることにより、ＭＥＭＳセンサ対に与えられた磁界と加速度ベクトルが、分離して同時に取得され得る。
【００３１】
[0038]別の実施形態では、２つの同一のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が同一の慣性／磁気の環境に配置され得て、２つのセンサに関してΔＶ１およびΔＶ２が同時に測定される。レバーアーム１１０および１１２の共振周波数から離れた周波数を有する第１のＡＣ信号が第１のＭＥＭＳセンサ１００１に与えられ、第２のＭＥＭＳセンサ１００２の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号が第２のＭＥＭＳセンサ１００２に与えられる。第１のＡＣ信号の周波数は、レバーアーム１１０および１１２のローレンツ力によるいかなる感知できるほどの撓みももたらさない。両方のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２に関して、ΔＶ１およびΔＶ２が測定される。ΔＶ１は第１のＭＥＭＳセンサ１００１に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２のＭＥＭＳセンサ１００２に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１） （６ａ）
Δａ∝ΔＶ１ （６ｂ）
[0039]対のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が磁界に晒されるとき、対のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２のレバーアーム１１０および１１２は、別々に動く。第１のＭＥＭＳセンサ１００１に与えられる第１のＡＣ信号は、磁界に晒されている自立した構造体を撓ませないが、垂直の加速度ベクトルに晒すと、自立した構造体が撓む。したがって、加速度ベクトルΔａに晒すことは、比例関係６ｂによって計算され得る。反対に、第２のＭＥＭＳセンサ１００２の出力電圧信号は、ＡＣ電流入力の周波数選択のために、磁界および加速度ベクトルの両方に従う。したがって、ＭＥＭＳセンサ１００１からの出力電圧信号を基準として用いて、ΔΒは比例関係６ａによって計算され得る。
【００３２】
[0040]別の実施形態によれば、１つのＭＥＭＳセンサ１００が慣性／磁気の環境に配置され得て、このセンサに関するΔＶ１およびΔＶ２が、別々瞬間、すなわち時間ｔ＝ｔ１およびｔ＝ｔ２において測定される。第１の瞬間に、レバーアーム１１０および１１２の共振周波数から離れた周波数を有する第１のＡＣ信号がＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第２の瞬間に、ＭＥＭＳ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号がＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第１のＡＣ信号の周波数は、ローレンツ力によるレバーアームのいかなる感知できるほどの撓みももたらさない。ΔＶ１およびΔＶ２は、両方の瞬間で測定される。したがって、ΔＶ１は第１の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１） （７ａ）
Δａ∝ΔＶ１ （７ｂ）
[0041]ＭＥＭＳセンサ１００が磁界に晒されるとき、ＭＥＭＳセンサ１００のレバーアーム１１０と１１２は、前述の２つの瞬間において異なった動きをする。第１の瞬間に与えられる第１のＡＣ信号は、磁界に晒されている自立した構造体を撓ませないが、レバーアーム１１０および１１２を垂直の加速度ベクトルに晒すと、自立した構造体は、例えば下方へ撓む。したがって、Δａは、比例関係７ｂによって計算され得る。反対に、ＭＥＭＳセンサ１００の出力電圧信号は、ＡＣ電流入力の周波数選択のために、磁界および加速度ベクトルの両方を受ける。ＭＥＭＳセンサ１００が加速度ベクトルに晒されるかどうかということ次第で、レバーアーム１１０は上方へ撓む可能性がある。したがって、ΔΒは、ＭＥＭＳセンサ１００からの出力電圧信号を基準として用いて、比例関係７ａによって計算され得る。
【００３３】
[0042]別の実施形態によれば、１つのＭＥＭＳセンサ１００が慣性／磁気の環境に配置され得て、このセンサに関するΔＶ１およびΔＶ２が、別々瞬間、すなわち時間ｔ＝ｔ１およびｔ＝ｔ２において測定される。第１の瞬間に、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第１のＡＣ信号が、ＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第２の瞬間に、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号が、ＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第１の電流と第２の電流は、反対方向の、すなわち位相が１８０°シフトされた信号である。ＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶが、各瞬間について測定される。ΔＶ１は第１の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１）／２ （８ａ）
Δａ∝（ΔＶ２＋ΔＶ１）／２ （８ｂ）
[0043]別々の瞬間ｔ１およびｔ２におけるＭＥＭＳセンサ１００の電流が反対方向であるとき、磁界（ＳＭΔＢ）によって寄与された出力電圧信号は反対符号を有する。一方、加速度ベクトル（ＳＡΔａ）によって寄与された出力電圧信号は、同一であって交番しない。したがって、ΔΒは、測定された信号から差動の項を得ることにより、比例関係８ａによって計算され得る。反対に、Δａは、測定された信号から共通の項を得ることにより、比例関係８ｂによって計算され得る。この測定方式を用いることにより、ＭＥＭＳセンサ対に与えられた磁界と加速度ベクトルが、分離して同時に取得され得る。
【００３４】
[0044]図４を参照すると、ＭＥＭＳセンサ２５０向けの実施形態に関する斜視図が示されている。この実施形態では、導体部材１３０は、タブ２６２および２６４の上に外へ延在する終端１３２および１３４を有する。接合パッド２５６および２５８は、終端１３２および１３４上に配置されたパッド（図示せず）への接合線２５２および２５４により、励振／応答の回路２０と導体部材１３０の間の電気的接続をもたらす。この実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６ならびにバイア２１０および２１２は除去され得る。
【００３５】
[0045]図５〜図１４を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００を製作するための一実施形態に含まれるステップが示されている。これらの図に示されたステップは、当技術分野で既知の集積回路製作プロセスによって遂行され得る。図５は、基板１０２および絶縁層１０４を示す。基板１０２は、多くのＭＥＭＳセンサ１００を含むウェーハに関する出発点であり得る。個々のＭＥＭＳセンサ１００は、後にウェーハからダイシングして個別化され得る。上記で論じられたように、基板１０２用の適切な基板材料の例には、シリコン、ガラス、炭素、ゲルマニウム、炭化シリコン、およびシリコンゲルマニウムがある。
【００３６】
[0046]基板１０２を他の構造体から電気的に絶縁するために、基板１０２上に絶縁層１０４が堆積される。絶縁層１０４用の適切な絶縁材料の例には、シリコン基板用のシリコン酸化物および窒化シリコンがある。堆積の方法の例には、熱成長（シリコン酸化物用）、化学的気相成長法、および物理的気相成長法がある。形成プロセス中に、絶縁層１０４が、基板１０２の全体の範囲にわたって形成され、裏面上にも形成されてよい。
【００３７】
[0047]図６を参照すると、感知電極１２２および１２８を形成するための堆積プロセスが示されている。絶縁層１０４の頂部に、感知電極１２２および１２８を形成するための材料３０２の層が堆積される。堆積方法の例には、化学的気相成長法および物理的気相成長法がある。この層は、代わりにエピタキシアル成長プロセスによって成長させることもできる。層３０２の材料の例には、ドープされたポリシリコン、金、銀、銅、チタン、プラチナ、タングステン、アルミニウム、イリジウム、ルテニウム、および窒化チタンがある。絶縁層１０４の全体の範囲にわたって層３０２が形成される。感知電極１２２および１２８を形成するために、層３０２の上にマスク層３０４の２つの細長片が配置される。これらの層は、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスによって生産され得る。一旦マスク層３０４が形成されると、層３０２がエッチング除去され、頂部にマスク層３０４を有する層３０２の細長片が残る。マスク層３０４は、エッチャントがマスク層３０４の下の細長片をエッチング除去するのを防止する。次いで、平坦化プロセスまたは化学的除去プロセスによってマスク層３０４が除去され、感知電極１２２および１２８を構成する層３０２の２つの細長片が残る。
【００３８】
[0048]図７を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の残りを形成するための基礎として、感知電極１２２／１２８の上に、犠牲層３０６が堆積／成長され、かつパターニングされている。枢動部材１０８の位置に対応する犠牲層３０６のボリューム３０７が、マスキングおよび化学的除去プロセスによって除去される。図８を参照すると、絶縁層１０４、感知電極１２２／１２８、およびボリューム３０７の上面図が与えられている。図８には、犠牲層３０６も示されている。図９を参照すると、枢動部材１０８および半導体層１０６の形成が示されている。層３１０が、層３０６の上に、およびボリューム３０７を通って堆積／成長される。層３１０の材料の例にはポリシリコンがある。それに続くプロセスの後に、層３１０が半導体層１０６を構成することが理解されよう。また、次に、枢動部材１０８が絶縁層１０４と一体化して形成される。犠牲層３０６は、（１）機械−電気変換のために十分に大きな信号を誘起し、（２）犠牲層３０６にわたって適切なステップの被覆をもたらし、（３）当技術分野で既知の下地へのスティクションなどの問題を回避するために、犠牲層３０６の除去後の解放を容易にするように十分に厚いものでよい。
【００３９】
[0049]図１０を参照すると、図２および図４に示されるような所望の形状を有する導体部材１３０を形成するために、半導体層１０６上に導体層３１２が堆積されてパターニングされる。堆積方法の例には、化学的気相成長法および物理的気相成長法がある。層３１２の材料の例には、金、銀、銅、チタン、プラチナ、タングステン、アルミニウム、イリジウム、ルテニウム、および窒化チタンなどがある。パターン転写のために、導体層３１２の構築を容易にするためのエッチングマスクを実現するのに、標準的湿式エッチングまたはリフトオフプロセスとともに、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスが用いられる。
【００４０】
[0050]図１１を参照すると、レバーアーム１１０／１１２およびばねアーム１１１／１１３を形成するために半導体層１０６が構成される。半導体層１０６を構成するステップは、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスによって生成されたエッチングマスクを使用する標準的な湿式または乾式のエッチングプロセスを組み込む。湿気または乾式のエッチングを通じて、層３１０の、エッチングマスクによって覆われていない部分がエッチング除去される。エッチングマスクは、レバーアーム１１１およびばねアーム１１３の頂部に配置された導体部材１３０も覆い、したがって半導体層３１０のエッチングプロセスを通じて導体部材１３０を保護する。図１２および図１３を参照すると、半導体層１０６、枢動部材１０８、感知電極１２２／１２８、および導体部材１３０の上面図が、図２および図４によるパターンで示されている。図１３に示された、図４に対応する設計代案は、半導体層３１０を構成するのに用いられる別のパターンのエッチングマスクを転写することにより実現され得る。図１３を参照して、図４に示された実施形態に見られるタブ２６２および２６４は、半導体層３１０を構成するとき、標準的な湿式または乾式のエッチングプロセスを用いて、レバーアーム１１０／１１２およびばねアーム１１１／１１３と同時に形成され得る。
【００４１】
[0051]図１４を参照すると、平坦化プロセスまたは化学的除去プロセスによってエッチングマスクをすべて除去した後の完成したＭＥＭＳセンサ１００が示されている。さらに、犠牲層３０６が化学的エッチングプロセスによって除去される。犠牲層３０６を効率的に除去するために、層３１０は、除去化学物質が層３０６へ垂直方向に到達することができるように穴を空けられてよい。また、穴を空けられた側は、犠牲層３０６の効果的な除去のために、除去化学物質がこの層に到達するのをさらに支援する。犠牲層３０６の最終的除去プロセスまたは初期の除去プロセスにおいて、例えば感知電極１２２／１２８の下にアンダーカット（図示せず）が起こる可能性がある。しかし、幅と厚さの適切な比を与えると、このアンダーカットが、ＭＥＭＳセンサ１００の不利な性能問題をもたらすことはない。
【００４２】
[0052]図１５を参照すると、電気信号の影響を受けるＭＥＭＳセンサ１００に関連したΔＶを測定する、したがって静電容量の変化を測定するのに使用され得る簡易化した回路図４００の一例が与えられている。搬送波の一部分であるソース４０２のＡＣ成分が、負荷４０８および４１０を通って、それぞれキャパシタ４０４および４０６に結合されている。各キャパシタはＡＣ接地に結合されている。各キャパシタ４０４および４０６の高電位側が、ＡＣ増幅器４１２および４１４に接続される。各ＡＣ増幅器の出力は、差動増幅器４１６に結合される。ソース４０２は、ＤＣ成分を除去するためにハイパスフィルタ４１８に通される。残りのＡＣ成分は、搬送波検出回路４２０に供給されて、ソース４０２のＡＣ成分のキャリア信号を構成する。このキャリア信号は、復調ブロック４２２により、差動増幅器４１６の出力を復調するのに用いられる。次いで、復調ブロックの出力が、低域通過フィルタ４２４に供給されて、出力ΔＶを生成する。
【００４３】
[0053]図１６および図１７を参照すると、様々なＭＥＭＳセンサのマトリックス５００および５５０の上面図が示されている。マトリックス５００は、第１の前後軸（Ｘ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１対のＭＥＭＳセンサ５０２および５０４と、第２の前後軸（Ｙ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１対のＭＥＭＳセンサ５０６および５０８と、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く磁界成分を測定するための当技術分野で既知のセンサ５１０とを含む。第１の前後軸と第２の前後軸は互いに垂直である。図１６に示された構成は、上記で議論された、ΔＶを同時に測定する２つのＭＥＭＳセンサを含んでいる測定方式に適する。センサ５１０のさらなる例には、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、および当技術分野で既知の他のセンサがある。
【００４４】
[0054]マトリックス５５０は、第１の前後軸（Ｘ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１つのＭＥＭＳセンサ５５２と、第２の前後軸（Ｙ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１つのＭＥＭＳセンサ５５４と、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く磁界成分を測定するための当技術分野で既知のセンサ５５６とを含む。センサ５１０のさらなる例には、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、および当技術分野で既知の他のセンサがある。図１７に示された構成は、上記で論じられた、２つの瞬間においてΔＶを測定する１つのＭＥＭＳセンサを含んでいる測定方式に適する。図１６および図１７に示されたＭＥＭＳセンサは、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く加速度ベクトル成分を測定することもできる。図１６および図１７には示されていないが、Ｘ軸およびＹ軸に沿って働く加速度成分を測定するための既知の加速度計センサも、それぞれの加速度成分を測定するために、マトリックス５００および５５０に含まれ得る。
【００４５】
[0055]動作においては、磁界が、Ｘ軸またはＹ軸と正確に整列しない可能性がある。しかし、これらの軸に沿って働く磁界成分は、それぞれのＭＥＭＳセンサによって感知される。磁界および加速度ベクトルのＸ軸成分、Ｙ軸成分、およびＺ軸成分を測定することにより、既知のベクトル解析に基づいて、磁界および加速度ベクトルの正確な方向および大きさが計算され得る。
【００４６】
[0056]本発明が、図面および前述の説明に示されて詳細に説明されてきたが、これらの特質は、例証をなすものであり、限定するものではないと考えられたい。示されているのは好ましい実施形態のみであり、また、本発明の趣旨の範囲内のすべての変更形態、変形形態およびさらなる用途が保護されるように望まれていることが理解される。
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に磁界の強さおよび方向を測定するのに使用されるデバイスに関し、より具体的には、面内磁界を感知するように改良された慣性感知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]慣性感知および磁界感知は、様々な異なる用途で有用である。さらに、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を使用する慣性感知素子を含むものには、例えばビデオゲーム用の付属装置および付属装置の方向転換を決定するためのナビゲーションシステムといった新規の用途が頻繁に見つかっている。ＭＥＭＳは、これらの用途に対する廉価な解決策を小さなパッケージで提供する。したがって、多くのＭＥＭＳベースの慣性感知素子が、動いている物体の指向的加速度を求めるための感度を高めるのに使用され得る。
【０００３】
[0003]従来技術では、固定電極に対して反対側に配置された可動電極を含むサイズミックマスを使用すると、キャパシタを形成し得ることが示されている。加速度ベクトルに起因する慣性力による可動電極の運動が、静電容量の変化をもたらすことができる。静電容量の変化が測定され、加速度に相関づけられ得る。
【０００４】
[0004]同様に、垂直磁界を、磁界の大きさを求めるために測定され得る電気的特性の変化に相関づけることができる様々なセンサが知られている。しかし、従来技術で提供される解決策は、センサの表面と平行な磁界を効果的に測定するのに必要な感度が不足する、またはセンサの表面に対して垂直な加速度ベクトルを測定するのに必要な感度が不足する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]センサの接線に沿って働く磁界を効果的に感知し、かつセンサに対して垂直な加速度ベクトルを感知するためのＭＥＭＳベースのセンサを提供する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]一実施形態によれば、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）が開示される。このＭＥＭＳは、基板と、基板から上方へ延在する第１の枢動軸と、基板上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第１のレバーアームと、基板上の、第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下の位置に形成された第１のキャパシタ層と、基板上の、第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下の位置に形成された第２のキャパシタ層であって、第１の枢動軸が、第１のレバーアームを、第１のキャパシタ部分と第２のキャパシタ部分の間の位置で第１の前後軸に沿って支持する、第２のキャパシタ層と、第１の前後軸にわたって延在し、第１の枢動軸線から離隔された第１の導体部材とを含む。
【０００７】
[0007]別の実施形態では、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を形成する方法が開示される。この方法は、基板を設けるステップと、基板から上方へ延在する第１の枢動軸を形成するステップと、基板上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられる第１のレバーアームを形成するステップと、基板上の、第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下に選択された位置において、第１のキャパシタ層を形成するステップと、基板上の、第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下に選択された位置であって、第１の枢動軸が、第１のレバーアームを、第１のキャパシタ部分と第２のキャパシタ部分の間で第１の前後軸に沿って支持するように選択された位置において、第２のキャパシタ層を形成するステップと、第１の前後軸にわたってある位置で延在し、第１の枢動軸線から離隔されるように第１の導体部材を形成するステップとを含む。
【０００８】
[0008]当業者には、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、前述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、より容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]微小電子機械センサを含む微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のブロック図である。
【図２】[0010]一実施形態によるＭＥＭＳセンサの斜視図である。
【図３】[0011]図２に示されたＭＥＭＳセンサの側面図である。
【図４】[0012]一実施形態によるＭＥＭＳセンサの斜視図である。
【図５】[0013]一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図６】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図７】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図８】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図９】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１０】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１１】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１２】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１３】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１４】一実施形態による、ＭＥＭＳセンサを製作するための製作ステップを示す図である。
【図１５】[0014]１つのＭＥＭＳセンサに関連したΔＶを測定するための概略を示す図である。
【図１６】[0015]共通の基板上に配置された、様々な方向の磁界および加速度ベクトルを測定するためのＭＥＭＳセンサの配列を示す図である。
【図１７】共通の基板上に配置された、様々な方向の磁界および加速度ベクトルを測定するためのＭＥＭＳセンサの配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0016]次に、本発明の原理の理解を助長するために、図面に示されて以下の明細書で説明される実施形態が参照されることになる。本発明の範囲に対する限定がそれによって意図されていないことが理解される。本発明が、示された実施形態に対するあらゆる改変形態および変更形態も含み、本発明が関係する技術の当業者なら普通に考えつくはずの本発明の原理のさらなる用途を含むことが、さらに理解される。
【００１１】
[0017]図１を参照すると、面内磁界および／または面外加速度の感知センサ（ＭＥＭＳセンサ）用の回路が、全体的に１０で指定して表されている。回路１０は、Ｉ／Ｏデバイス１２、処理回路１４およびメモリ１６を含む。Ｉ／Ｏデバイス１２は、ユーザインターフェースと、グラフィカルユーザインターフェースと、キーボードと、ポインティングデバイスと、遠隔通信リンクおよび／または局所的通信リンクと、ディスプレイと、外部で生成された情報が回路１０に供給されることを可能し、回路１０の内部情報が外部と通信されることを可能にする他のデバイスとを含むことができる。
【００１２】
[0018]処理回路１４は、適切には、マイクロプロセッサおよびその関連する回路などの汎用コンピュータ処理回路でよい。処理回路１４は、本明細書に帰する動作を実行するように動作可能である。
【００１３】
[0019]メモリ１６の内部には、様々なプログラム命令１８がある。プログラム命令１８は、必要に応じて、処理回路１４および／またはその他の構成要素によって実行することができる。
【００１４】
[0020]回路１０は、処理回路１４に接続されたセンサの励振／応答の回路２０をさらに含む。センサの励振／応答の回路２０は、ＭＥＭＳセンサ１００に対する励振を供給して励振の効果を測定する。励振は処理回路１４によって制御され得、測定値は処理回路１４に通信される。
【００１５】
[0021]図２を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の斜視図が示されている。基板１０２が設けられる。基板１０２用の適切な基板材料の例には、シリコン、ガラス、炭素、ゲルマニウム、炭化シリコン、およびシリコンゲルマニウムがある。基板１０２は、絶縁層１０４で電気的に絶縁される。絶縁層１０４用の適切な絶縁材料の例には、二酸化シリコン、およびシリコン基板とともに用いる窒化シリコンがある。半導体層１０６が、絶縁層１０４の上に、枢動部材１０８によって懸垂されるように設けられる。半導体層１０６の材料の一例には、非ドープのポリシリコンがある。枢動部材１０８は、半導体層１０６が枢動部材１０８のまわりを枢動することができるように、基板１０２／絶縁層１０４と半導体層１０６の間に枢動する機能を与える。枢動部材１０８は、ＡＡで示された点線より下にあり、半導体層１０６を２つのレバーアーム１１０と１１２に分割する。各レバーアーム１１０と１１２の長手方向は、例えばＸ軸といった前後軸に沿って延びる。一実施形態では、２つのレバーアーム１１０と１１２のそれぞれが同一の長さを有する。しかし、図２に示された実施形態では、レバーアーム１１０はレバーアーム１１２より短い。レバーアーム１１０に構造用窓１１４が設けられ、レバーアーム１１２に構造用窓１１６が設けられて、２つのレバーアームのねじり曲げをさらに助長する。窓１１４と半導体層１０６の縁端部の間の部分が、ばねアーム１１１を画定する。同様に、窓１１６と半導体層１０６の縁端部の間の部分が、ばねアーム１１３を画定する。レバーアーム１１０および１１２が力を受けたとき、ばねアーム１１１および１１３と以下で説明されるレバーアーム１１０および１１２の枢動動作の組合せが、レバーアームのねじり曲げをもたらす。ばねアーム１１１および１１３の寸法（長さ、幅、および厚さ）は、所与の力に対して起こり得るレバーアーム１１０および１１２のねじり曲げ量を決定する要因の１つである。具体的には、同一の付与力に対して、より長い／より薄いばねアーム１１１および１１３は、より大きく曲げり、より短い／より厚いばねアーム１１１および１１３は、より曲がりにくい。したがって、所望の感度を実現するために使用され得るばねアーム１１１／１１３の設計によって可撓性がもたらされる。別の要因に、レバーアーム１１０／１１２の長さがある。レバーアーム１１０／１１２がより長ければ、レバーアームの縁端部が所与の力を受けたときのねじり曲げが、より大きくなる。
【００１６】
[0022]枢動部材１０８は、垂直の支持区間１１８を有する。枢動部材１０８は、半導体層１０６の底部面と一体化して形成され、ばねアーム１１１および１１３とともに枢動する機能をもたらす。枢動部材１０８は、半導体層１０６の下に頂部の水平の支持区間（図示せず）も含むことができ、「Ｔ」字形の枢動部材を形成する。頂部の水平の支持区間の長さは、半導体層１０６の底部面の小部分に及ぶ長さから、半導体層１０６のほぼ全体の幅に及ぶ長さまであり得る。頂部の水平の支持区間の長さは、半導体層１０６が、枢動部材１０８のまわりでねじれるか、または枢動部材１０８のまわりを枢動するか、といったことに影響を与えることができる。一実施形態では、底部の水平の支持区間（図示せず）を形成するために、追加の材料も一体化して設けることができ、基板１０２／絶縁層１０４が「Ｉ」字形の枢動部材を形成する。垂直の支持区間１１８の高さが、１対のキャパシタの静電容量を決定する。枢動部材１０８の材料の一例には、非ドープのポリシリコンがある。
【００１７】
[0023]２つの感知電極１２２および１２８が、絶縁層１０４の上で半導体層１０６の下に設けられる。感知電極１２２および１２８は、「Ｙ」字方向に、実質的に半導体層１０６の全幅に延在する。感知電極１２２および１２８は、例えば接合パッドおよび接合電線といった当技術分野で既知のやり方で、励振／応答の回路２０に電気的接続（図示せず）をもたらす。２つのバイアス用電極１２４および１２６は、導体部材１３０への電気的接続をもたらす。図２に示された実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６は、絶縁層１０４の両側に配置される。しかし、別の実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６は、どちらも同じ側に配置され得る。図２に示された実施形態では、半導体層１０６の頂面上に導体部材１３０が設けられる。他の実施形態では、導体部材１３０は、半導体層１０６の中に埋め込まれる、または半導体部材１０６の底面に設けられ得る。これらの実施形態のうちどれでも、導体部材１３０の終端１３２および１３４は、それぞれバイアス用電極１２４および１２６に電気的に結合される。
【００１８】
[0024]導体１３０は、横方向部分１４２および軸方向部分１４４を含む。導体部材１３０の横方向部分１４２は、２つのばねアーム１１１および１１３のうちの一方だけ（図２に示されるようにばねアーム１１３）に関連して、枢動部材１０８から距離１３６だけ離れて、例えば「Ｘ」軸といった前後軸を横切る。距離１３６は、以下でより詳細に論じられる「Ｚ」軸に平行なベクトルを有する生成されたローレンツ力の結果としてばねアームが受けることになる回転量を決定する。
【００１９】
[0025]感知電極１２２および１２８は、それぞれレバーアーム１１２および１１０の（図３に示されている）キャパシタ部分２０４および２０２の下のキャパシタ層をもたらす。感知電極１２２とキャパシタ部分２０４の組合せが、想像線で示されているキャパシタ１４０を形成する。同様に、感知電極１２８とキャパシタ部分２０２の組合せがキャパシタ１３８を形成する。各キャパシタの静電容量は次式で定義され、
Ｃ＝ε（Ａ／ｄ） （１）
εは誘電体の誘電率であり、
Ａは、感知電極１２２／１２８の面積ならびにキャパシタ部分２０４および２０２の面積によって定義される、すなわち電荷が集まるところの実効面積であり、
ｄは、感知電極１２２／１２８とキャパシタ部分２０２／２０４の間の距離である。一実施形態では、誘電体は空気である。静電容量は、感知電極１２２／１２８とキャパシタ部分２０２／２０４の間の距離に反比例するので、キャパシタ部分が感知電極１２２／１２８の方へ曲がると静電容量が増加する。反対に、キャパシタ部分が感知電極１２２／１２８から離れるように曲がると、静電容量が減少する。
【００２０】
[0026]半導体層１０６の、枢動部材１０８のまわりの枢動運動により、レバーアーム１１０／１１２のうち１つに対して力が作用すると、そのレバーアームが、下方へそれぞれの感知電極の方へ撓み、次いで他方のレバーアームが、反対方向に、すなわち、そのそれぞれの感知電極から離れる方向に移動する。レバーアーム１１０／１１２の撓みにおけるこのような関係は、シーソー機構に似ている。例えば、レバーアーム１１２に対して働く下方への力により、レバーアーム１１２が、下方へ、感知電極１２２の方に撓む場合、レバーアーム１１０は、感知電極１２８から離れて上方へ撓み、その逆もまた同様である。例えばレバーアームのうちの１つに対して与えられる力の和がシーソー機構をもたらすように、不均衡な力が必要とされる。したがって、両方のレバーアームが同一の力密度を経験する慣性／加速度の感知については、シーソー機構をもたらすのに必要とされる不均衡な力を生成するために、例えばレバーアーム１１０／１１２の長さといった幾何学的設計パラメータが利用され得る。例として、一方のレバーアーム、例えば１１２が、他方のレバーアーム、例えば１１０より長い。２つのレバーアーム１１０／１１２向けに別々の長さを実現することにより、別々の運動が生成され得る。
【００２１】
[0027]２つのレバーアーム１１０と１１２の間の撓みの変化量が、キャパシタ１３８と１４０の静電容量の変化量に変換され得る。次いで、これらの変化量が、以下でより詳細に論じられることになる電気回路を使用して感知され得る。
【００２２】
[0028]図３を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の側面図が与えられている。キャパシタ部分２０２および２０４は、レバーアーム１１０および１１２の一部分として示されている。上記で論じられたように、感知電極１２２および１２８は、それぞれレバーアーム１１０および１１２のキャパシタ部分２０２および２０４の下にキャパシタ層２０８および２０６をもたらす。キャパシタ層２０６とキャパシタ部分２０２の組合せが、キャパシタ１３８を形成する。同様に、キャパシタ層２０８とキャパシタ部分２０４がキャパシタ１４０を形成する。
【００２３】
[0029]図３に示されるように、導体部材１３０の終端１３２および１３４は、バイア２１０および２１２によってバイアス用電極１２４および１２６に電気的に接続される。バイアス用電極１２４および１２６は、水平部分および垂直部分を含む。垂直部分はバイア２１０および２１２に接続される。導体部材１３０が半導体層１０６の底部側にある実施形態では、バイア２１０および２１２は回避され得る。
【００２４】
[0030]動作においては、導体部材１３０には、バイアス用電極１２４および１２６により、バイア２１０および２１２を介して電流が与えられる。ＭＥＭＳセンサ１００が、半導体層１０６の表面に対して接線に沿った磁界ベクトルを有する磁界の中に配置されたとき、ローレンツの法則による垂直の力が生成される。ローレンツの法則は、電荷を搬送している粒子が磁界内にあるとき、粒子に与えられるローレンツ力が次式で表されると示しており、
Ｆ＝ｑ［Ｅ＋（ｖ×Ｂ）］ （２）
この式で、Ｆはニュートンで表したローレンツ力であり、
ｑはクーロンで表した電荷搬送粒子の電荷であり、
ｖはｍ／ｓで表した瞬間速度であり、
Ｅはｖ／ｍで表した電界であり、
Ｂはテスラで表した磁界である。「×」はｖとＢの間のベクトルの外積である。電流を搬送している導線には、次式で表されるローレンツ力が加わり、
Ｆ＝Ｌ（ｉ×Ｂ） （２ａ）
この式で、Ｆはニュートンで表したローレンツ力であり、
Ｌは、磁界を受ける電流搬送線のメートルで表した長さであり、
ｉは、磁界を受ける電線を通る、アンペアで表した電流であり、
Ｂはテスラで表した磁界である。磁界を受けている導体を通る電流が、レバーアーム１１０および１１２を含む自立した構造体の共振周波数に近い周波数を有する場合、その構造体に与えられる力の量が増幅されることになる。反対に、共振周波数から離れた周波数がもたらす力は最小限になるはずである。したがって、ローレンツの法則を活用し、また、導体に影響を及ぼす磁界を選択的に試験するために、構造体の共振周波数の近くの周波数を有するＡＣ信号が用いられ得る。
【００２５】
[0031]ローレンツ力の方向は、当技術分野で知られている右手の法則に基づくものである。磁界の方向次第で、導体部材１３０の様々な部分にローレンツ力を与えることができる。例えば、磁界がＸ軸と平行な場合、例えば導体部材１３０の横方向部分１４２といったＹ軸と平行な導体部材の部分にのみ、ローレンツ力が加わる。しかし、磁界が別の角度で半導体層１０６に向かう場合、導体部材１３０の別々の部分にローレンツ力が加わる可能性がある。導体部材の横方向部分１４２にローレンツ力が加わると、レバーアーム１１２は、感知電極１２２の方に下方へ撓む。ばねアーム１１３が下方へ撓むことにより、レバーアーム１１０も、感知電極１２８から離れて上方へ撓む。
【００２６】
[0032]導体要素に電流が加わると、半導体層１０６の両端に自由電荷が集まることが可能になる。半導体層１０６の両端に自由電荷が集まるのは、半導体の性質によるものである。これらの電荷は、キャパシタ部分２０２および２０４の形成をもたらす。キャパシタ部分２０２および２０４は、キャパシタ層２０６および２０８と協働してキャパシタ１３８および１４０を形成する。レバーアーム１１２が、キャパシタ層２０８の方へ、すなわちセンサ電極１２２の方へ撓むと、キャパシタ１４０の静電容量が増加する。レバーアーム１１０が、キャパシタ層２０６から離れて、すなわち感知電極１２８から離れて撓むとキャパシタ１３８の静電容量が減少する。静電容量の変化を検出するのに、以下でより詳細に論じられる検出回路が使用され得る。
【００２７】
[0033]ローレンツ力は、レバーアーム１１０と１１２を反対方向内に撓ませることができるが、垂直方向すなわち「Ｚ」方向の加速度ベクトルは、レバーアーム１１０および１１２の両方を同一方向に撓ませる力を生成することができる。生成される慣性力は、ニュートンの運動の第２法則、すなわち
Ｆ＝Ｍａ （３）
によって支配され、この式で、Ｍはレバーアームのサイズミックマスであり、
ａは加速度ベクトルであり、
Ｆはレバーアームに作用する力ベクトルである。力の方向は、加速度ベクトルと同一である。したがって、ＭＥＭＳセンサ１００が垂直の加速度ベクトルを下方へ受けるとき、シーソー運動が存在して、レバーアーム１１２は下方へ撓み、レバーアーム１１０は上方へ撓む。反対に、ＭＥＭＳセンサ１００が垂直の加速度ベクトルを上方へ受けるとき、レバーアーム１１２は上方へ撓み、レバーアーム１１０は下方へ撓む。レバーアーム１１０および１１２ならびにばねアーム１１１および１１３が同じように構成されているとき、ここで説明されたレバーアーム１１０／１１２のシーソー運動は実質的に存在しない。例えば、レバーアーム１１０と１１２が同じ長さを有し、ばねアーム１１１と１１３が同じ厚さを有する場合、どちらのレバーアームも、加速度ベクトルの方向次第で下方または上方へ撓む。前述の構造変数の差が、上記で説明されたシーソー運動をもたらす可能性がある。
【００２８】
[0034]導体部材１３０に電流を与えると、キャパシタ１３８および１４０を形成するレバーアーム１１０および１１２上のキャパシタ部分２０２および２０４によって生成された静電容量の測定が容易になる。キャパシタ部分２０２および２０４がキャパシタ層２０６および２０８の方へ撓むと、キャパシタ１３８および１４０の静電容量が増加する。一方のレバーアーム、例えばレバーアーム１１２がより長い実施形態では、例えばキャパシタ１４０といったそれぞれのキャパシタの静電容量が増加し、例えばキャパシタ１３８といった他方のキャパシタの静電容量が減少する。静電容量の変化の差が、加速度の大きさを求めるのに用いられ得る。
【００２９】
[0035]導体部材１３０に交流（ＡＣ）タイプの信号を通すと、キャパシタ１３８および１４０を介してＡＣ信号の容量結合をもたらす。ＡＣ信号と、半導体層１０６に平行な、具体的には図２に示されたＸ軸に平行な磁界との相互作用が、ローレンツの法則に従ってレバーアーム１１２の撓みをもたらす可能性がある。ＡＣ信号の周波数が、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い場合、レバーアーム１１０および１１２の撓みが最大化され得る。感知電極１２８および１２２における電圧を測定し、これらの電圧を差動増幅器に通すことにより、導体部材１３０に対して作用する磁界ΔΒならびに両方のレバーアーム１１０および１１２に対して作用する加速度ベクトルΔａに関連するΔＶ量が生成され得る。ΔＶ量は次式で表され、
ΔＶ＝ＳＡΔａ＋ＳＭΔＢ （４）
ΔＶは、ボルト（Ｖ）で測定された出力電圧の変化であり、
Δａは、ｍ／ｓ２で測定された加速度の変化であり、
ΔΒは、導体部材１３０に対して作用する、テスラ（Ｔ）で測定された磁界の変化であり、
ＳＡは、Ｖ／（ｍ／ｓ２）で測定された加速度に対する感度であり、
ＳＭは、（Ｖ／Ｔ）で測定された磁界に対する感度である。
【００３０】
[0036]一実施形態によれば、１対の同一のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が同一の慣性／磁気の環境に配置され得て、２つのセンサに対してΔＶ１およびΔＶ２が同時に測定される。ＭＥＭＳセンサ１００１および１００２のばねアーム１１１および１１３の自立した構造体の共振周波数に近い周波数を有する第１のＡＣ信号が、第１のＭＥＭＳセンサ１００１のバイアス用電極１２４および１２６に与えられ、第２の電流が、第２のＭＥＭＳセンサ１００２のバイアス用電極１２４および１２６に与えられる。第１の電流と第２の電流は、反対方向の、すなわち位相が１８０°シフトされた信号である。各ＭＥＭＳセンサ１００１および１００２に関してΔＶ値が測定される。ΔＶ測定値は、ＡＣ接地に対する感知電極１２８と１２２の差電圧の読取りを表す。したがって、ΔＶ１は第１のＭＥＭＳセンサ１００１に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２のＭＥＭＳセンサ１００２に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ１−ΔＶ２）／２ （５ａ）
Δａ∝（ΔＶ１＋ΔＶ２）／２ （５ｂ）
[0037]ＭＥＭＳセンサ１００１と１００２の電流が反対方向であるとき、磁界（ＳＭΔＢ）によって寄与された出力電圧信号は反対符号を有する。一方、加速度ベクトル（ＳＡΔａ）によって寄与された出力電圧信号は、同一であって交番しない。したがって、ΔΒは、測定信号から差動の項を得ることにより、比例関係５ａによって計算され得る。反対に、Δａは、測定された信号から共通項を得ることにより、比例関係５ｂによって計算され得る。この測定方式を用いることにより、ＭＥＭＳセンサ対に与えられた磁界と加速度ベクトルが、分離して同時に取得され得る。
【００３１】
[0038]別の実施形態では、２つの同一のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が同一の慣性／磁気の環境に配置され得て、２つのセンサに関してΔＶ１およびΔＶ２が同時に測定される。レバーアーム１１０および１１２の共振周波数から離れた周波数を有する第１のＡＣ信号が第１のＭＥＭＳセンサ１００１に与えられ、第２のＭＥＭＳセンサ１００２の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号が第２のＭＥＭＳセンサ１００２に与えられる。第１のＡＣ信号の周波数は、レバーアーム１１０および１１２のローレンツ力によるいかなる感知できるほどの撓みももたらさない。両方のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２に関して、ΔＶ１およびΔＶ２が測定される。ΔＶ１は第１のＭＥＭＳセンサ１００１に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２のＭＥＭＳセンサ１００２に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１） （６ａ）
Δａ∝ΔＶ１ （６ｂ）
[0039]対のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２が磁界に晒されるとき、対のＭＥＭＳセンサ１００１および１００２のレバーアーム１１０および１１２は、別々に動く。第１のＭＥＭＳセンサ１００１に与えられる第１のＡＣ信号は、磁界に晒されている自立した構造体を撓ませないが、垂直の加速度ベクトルに晒すと、自立した構造体が撓む。したがって、加速度ベクトルΔａに晒すことは、比例関係６ｂによって計算され得る。反対に、第２のＭＥＭＳセンサ１００２の出力電圧信号は、ＡＣ電流入力の周波数選択のために、磁界および加速度ベクトルの両方に従う。したがって、ＭＥＭＳセンサ１００１からの出力電圧信号を基準として用いて、ΔΒは比例関係６ａによって計算され得る。
【００３２】
[0040]別の実施形態によれば、１つのＭＥＭＳセンサ１００が慣性／磁気の環境に配置され得て、このセンサに関するΔＶ１およびΔＶ２が、別々瞬間、すなわち時間ｔ＝ｔ１およびｔ＝ｔ２において測定される。第１の瞬間に、レバーアーム１１０および１１２の共振周波数から離れた周波数を有する第１のＡＣ信号がＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第２の瞬間に、ＭＥＭＳ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号がＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第１のＡＣ信号の周波数は、ローレンツ力によるレバーアームのいかなる感知できるほどの撓みももたらさない。ΔＶ１およびΔＶ２は、両方の瞬間で測定される。したがって、ΔＶ１は第１の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１） （７ａ）
Δａ∝ΔＶ１ （７ｂ）
[0041]ＭＥＭＳセンサ１００が磁界に晒されるとき、ＭＥＭＳセンサ１００のレバーアーム１１０と１１２は、前述の２つの瞬間において異なった動きをする。第１の瞬間に与えられる第１のＡＣ信号は、磁界に晒されている自立した構造体を撓ませないが、レバーアーム１１０および１１２を垂直の加速度ベクトルに晒すと、自立した構造体は、例えば下方へ撓む。したがって、Δａは、比例関係７ｂによって計算され得る。反対に、ＭＥＭＳセンサ１００の出力電圧信号は、ＡＣ電流入力の周波数選択のために、磁界および加速度ベクトルの両方を受ける。ＭＥＭＳセンサ１００が加速度ベクトルに晒されるかどうかということ次第で、レバーアーム１１０は上方へ撓む可能性がある。したがって、ΔΒは、ＭＥＭＳセンサ１００からの出力電圧信号を基準として用いて、比例関係７ａによって計算され得る。
【００３３】
[0042]別の実施形態によれば、１つのＭＥＭＳセンサ１００が慣性／磁気の環境に配置され得て、このセンサに関するΔＶ１およびΔＶ２が、別々瞬間、すなわち時間ｔ＝ｔ１およびｔ＝ｔ２において測定される。第１の瞬間に、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第１のＡＣ信号が、ＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第２の瞬間に、ＭＥＭＳセンサ１００の自立した構造体の共振周波数に近い、または等しい周波数を有する第２のＡＣ信号が、ＭＥＭＳセンサ１００に与えられる。第１の電流と第２の電流は、反対方向の、すなわち位相が１８０°シフトされた信号である。ＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶが、各瞬間について測定される。ΔＶ１は第１の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶであり、ΔＶ２は第２の瞬間におけるＭＥＭＳセンサ１００に関するΔＶである。この実施形態では、ΔΒおよびΔａは以下の比例関係によって与えられる。
ΔＢ∝（ΔＶ２−ΔＶ１）／２ （８ａ）
Δａ∝（ΔＶ２＋ΔＶ１）／２ （８ｂ）
[0043]別々の瞬間ｔ１およびｔ２におけるＭＥＭＳセンサ１００の電流が反対方向であるとき、磁界（ＳＭΔＢ）によって寄与された出力電圧信号は反対符号を有する。一方、加速度ベクトル（ＳＡΔａ）によって寄与された出力電圧信号は、同一であって交番しない。したがって、ΔΒは、測定された信号から差動の項を得ることにより、比例関係８ａによって計算され得る。反対に、Δａは、測定された信号から共通の項を得ることにより、比例関係８ｂによって計算され得る。この測定方式を用いることにより、ＭＥＭＳセンサ対に与えられた磁界と加速度ベクトルが、分離して同時に取得され得る。
【００３４】
[0044]図４を参照すると、ＭＥＭＳセンサ２５０向けの実施形態に関する斜視図が示されている。この実施形態では、導体部材１３０は、タブ２６２および２６４の上に外へ延在する終端１３２および１３４を有する。接合パッド２５６および２５８は、終端１３２および１３４上に配置されたパッド（図示せず）への接合線２５２および２５４により、励振／応答の回路２０と導体部材１３０の間の電気的接続をもたらす。この実施形態では、バイアス用電極１２４および１２６ならびにバイア２１０および２１２は除去され得る。
【００３５】
[0045]図５〜図１４を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００を製作するための一実施形態に含まれるステップが示されている。これらの図に示されたステップは、当技術分野で既知の集積回路製作プロセスによって遂行され得る。図５は、基板１０２および絶縁層１０４を示す。基板１０２は、多くのＭＥＭＳセンサ１００を含むウェーハに関する出発点であり得る。個々のＭＥＭＳセンサ１００は、後にウェーハからダイシングして個別化され得る。上記で論じられたように、基板１０２用の適切な基板材料の例には、シリコン、ガラス、炭素、ゲルマニウム、炭化シリコン、およびシリコンゲルマニウムがある。
【００３６】
[0046]基板１０２を他の構造体から電気的に絶縁するために、基板１０２上に絶縁層１０４が堆積される。絶縁層１０４用の適切な絶縁材料の例には、シリコン基板用のシリコン酸化物および窒化シリコンがある。堆積の方法の例には、熱成長（シリコン酸化物用）、化学的気相成長法、および物理的気相成長法がある。形成プロセス中に、絶縁層１０４が、基板１０２の全体の範囲にわたって形成され、裏面上にも形成されてよい。
【００３７】
[0047]図６を参照すると、感知電極１２２および１２８を形成するための堆積プロセスが示されている。絶縁層１０４の頂部に、感知電極１２２および１２８を形成するための材料３０２の層が堆積される。堆積方法の例には、化学的気相成長法および物理的気相成長法がある。この層は、代わりにエピタキシアル成長プロセスによって成長させることもできる。層３０２の材料の例には、ドープされたポリシリコン、金、銀、銅、チタン、プラチナ、タングステン、アルミニウム、イリジウム、ルテニウム、および窒化チタンがある。絶縁層１０４の全体の範囲にわたって層３０２が形成される。感知電極１２２および１２８を形成するために、層３０２の上にマスク層３０４の２つの細長片が配置される。これらの層は、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスによって生産され得る。一旦マスク層３０４が形成されると、層３０２がエッチング除去され、頂部にマスク層３０４を有する層３０２の細長片が残る。マスク層３０４は、エッチャントがマスク層３０４の下の細長片をエッチング除去するのを防止する。次いで、平坦化プロセスまたは化学的除去プロセスによってマスク層３０４が除去され、感知電極１２２および１２８を構成する層３０２の２つの細長片が残る。
【００３８】
[0048]図７を参照すると、ＭＥＭＳセンサ１００の残りを形成するための基礎として、感知電極１２２／１２８の上に、犠牲層３０６が堆積／成長され、かつパターニングされている。枢動部材１０８の位置に対応する犠牲層３０６のボリューム３０７が、マスキングおよび化学的除去プロセスによって除去される。図８を参照すると、絶縁層１０４、感知電極１２２／１２８、およびボリューム３０７の上面図が与えられている。図８には、犠牲層３０６も示されている。図９を参照すると、枢動部材１０８および半導体層１０６の形成が示されている。層３１０が、層３０６の上に、およびボリューム３０７を通って堆積／成長される。層３１０の材料の例にはポリシリコンがある。それに続くプロセスの後に、層３１０が半導体層１０６を構成することが理解されよう。また、次に、枢動部材１０８が絶縁層１０４と一体化して形成される。犠牲層３０６は、（１）機械−電気変換のために十分に大きな信号を誘起し、（２）犠牲層３０６にわたって適切なステップの被覆をもたらし、（３）当技術分野で既知の下地へのスティクションなどの問題を回避するために、犠牲層３０６の除去後の解放を容易にするように十分に厚いものでよい。
【００３９】
[0049]図１０を参照すると、図２および図４に示されるような所望の形状を有する導体部材１３０を形成するために、半導体層１０６上に導体層３１２が堆積されてパターニングされる。堆積方法の例には、化学的気相成長法および物理的気相成長法がある。層３１２の材料の例には、金、銀、銅、チタン、プラチナ、タングステン、アルミニウム、イリジウム、ルテニウム、および窒化チタンなどがある。パターン転写のために、導体層３１２の構築を容易にするためのエッチングマスクを実現するのに、標準的湿式エッチングまたはリフトオフプロセスとともに、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスが用いられる。
【００４０】
[0050]図１１を参照すると、レバーアーム１１０／１１２およびばねアーム１１１／１１３を形成するために半導体層１０６が構成される。半導体層１０６を構成するステップは、当技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスによって生成されたエッチングマスクを使用する標準的な湿式または乾式のエッチングプロセスを組み込む。湿気または乾式のエッチングを通じて、層３１０の、エッチングマスクによって覆われていない部分がエッチング除去される。エッチングマスクは、レバーアーム１１１およびばねアーム１１３の頂部に配置された導体部材１３０も覆い、したがって半導体層３１０のエッチングプロセスを通じて導体部材１３０を保護する。図１２および図１３を参照すると、半導体層１０６、枢動部材１０８、感知電極１２２／１２８、および導体部材１３０の上面図が、図２および図４によるパターンで示されている。図１３に示された、図４に対応する設計代案は、半導体層３１０を構成するのに用いられる別のパターンのエッチングマスクを転写することにより実現され得る。図１３を参照して、図４に示された実施形態に見られるタブ２６２および２６４は、半導体層３１０を構成するとき、標準的な湿式または乾式のエッチングプロセスを用いて、レバーアーム１１０／１１２およびばねアーム１１１／１１３と同時に形成され得る。
【００４１】
[0051]図１４を参照すると、平坦化プロセスまたは化学的除去プロセスによってエッチングマスクをすべて除去した後の完成したＭＥＭＳセンサ１００が示されている。さらに、犠牲層３０６が化学的エッチングプロセスによって除去される。犠牲層３０６を効率的に除去するために、層３１０は、除去化学物質が層３０６へ垂直方向に到達することができるように穴を空けられてよい。また、穴を空けられた側は、犠牲層３０６の効果的な除去のために、除去化学物質がこの層に到達するのをさらに支援する。犠牲層３０６の最終的除去プロセスまたは初期の除去プロセスにおいて、例えば感知電極１２２／１２８の下にアンダーカット（図示せず）が起こる可能性がある。しかし、幅と厚さの適切な比を与えると、このアンダーカットが、ＭＥＭＳセンサ１００の不利な性能問題をもたらすことはない。
【００４２】
[0052]図１５を参照すると、電気信号の影響を受けるＭＥＭＳセンサ１００に関連したΔＶを測定する、したがって静電容量の変化を測定するのに使用され得る簡易化した回路図４００の一例が与えられている。搬送波の一部分であるソース４０２のＡＣ成分が、負荷４０８および４１０を通って、それぞれキャパシタ４０４および４０６に結合されている。各キャパシタはＡＣ接地に結合されている。各キャパシタ４０４および４０６の高電位側が、ＡＣ増幅器４１２および４１４に接続される。各ＡＣ増幅器の出力は、差動増幅器４１６に結合される。ソース４０２は、ＤＣ成分を除去するためにハイパスフィルタ４１８に通される。残りのＡＣ成分は、搬送波検出回路４２０に供給されて、ソース４０２のＡＣ成分のキャリア信号を構成する。このキャリア信号は、復調ブロック４２２により、差動増幅器４１６の出力を復調するのに用いられる。次いで、復調ブロックの出力が、低域通過フィルタ４２４に供給されて、出力ΔＶを生成する。
【００４３】
[0053]図１６および図１７を参照すると、様々なＭＥＭＳセンサのマトリックス５００および５５０の上面図が示されている。マトリックス５００は、第１の前後軸（Ｘ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１対のＭＥＭＳセンサ５０２および５０４と、第２の前後軸（Ｙ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１対のＭＥＭＳセンサ５０６および５０８と、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く磁界成分を測定するための当技術分野で既知のセンサ５１０とを含む。第１の前後軸と第２の前後軸は互いに垂直である。図１６に示された構成は、上記で議論された、ΔＶを同時に測定する２つのＭＥＭＳセンサを含んでいる測定方式に適する。センサ５１０のさらなる例には、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、および当技術分野で既知の他のセンサがある。
【００４４】
[0054]マトリックス５５０は、第１の前後軸（Ｘ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１つのＭＥＭＳセンサ５５２と、第２の前後軸（Ｙ軸）に沿って働く磁界成分を測定するための１つのＭＥＭＳセンサ５５４と、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く磁界成分を測定するための当技術分野で既知のセンサ５５６とを含む。センサ５１０のさらなる例には、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、および当技術分野で既知の他のセンサがある。図１７に示された構成は、上記で論じられた、２つの瞬間においてΔＶを測定する１つのＭＥＭＳセンサを含んでいる測定方式に適する。図１６および図１７に示されたＭＥＭＳセンサは、（紙面に対して垂直な）Ｚ軸に沿って働く加速度ベクトル成分を測定することもできる。図１６および図１７には示されていないが、Ｘ軸およびＹ軸に沿って働く加速度成分を測定するための既知の加速度計センサも、それぞれの加速度成分を測定するために、マトリックス５００および５５０に含まれ得る。
【００４５】
[0055]動作においては、磁界が、Ｘ軸またはＹ軸と正確に整列しない可能性がある。しかし、これらの軸に沿って働く磁界成分は、それぞれのＭＥＭＳセンサによって感知される。磁界および加速度ベクトルのＸ軸成分、Ｙ軸成分、およびＺ軸成分を測定することにより、既知のベクトル解析に基づいて、磁界および加速度ベクトルの正確な方向および大きさが計算され得る。
【００４６】
[0056]本発明が、図面および前述の説明に示されて詳細に説明されてきたが、これらの特質は、例証をなすものであり、限定するものではないと考えられたい。示されているのは好ましい実施形態のみであり、また、本発明の趣旨の範囲内のすべての変更形態、変形形態およびさらなる用途が保護されるように望まれていることが理解される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板から上方へ延在する第１の枢動軸と、
前記基板の上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第１のレバーアームと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下の位置に形成された第１のキャパシタ層と、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下の位置に形成された第２のキャパシタ層であって、前記第１の枢動軸が、前記第１のレバーアームを、前記第１のキャパシタ部分と前記第２のキャパシタ部分の間の位置で前記第１の前後軸に沿って支持する、第２のキャパシタ層と、
前記第１の前後軸にわたって延在し、前記第１の枢動軸線から離隔された第１の導体部材と
を備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第１の距離だけ離隔され、
前記第２のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第２の距離だけ離隔され、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きい、
ＭＥＭＳ。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１の導体部材が、前記第１のレバーアームの上部面上に配置される、
ＭＥＭＳ。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳにおいて、
第１の電気的バイアス接続、
第２の電気的バイアス接続、
前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するように、前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第１の端部との間に延在する第１のバイア、および
前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するように、前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第２の端部との間に延在する第２のバイアを
さらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
命令指示が記憶されているメモリと、
前記命令指示を実行して、
前記第１のキャパシタ層と前記第１のキャパシタ部分の間の第１の電圧差を取得し、
前記第２のキャパシタ層と前記第２のキャパシタ部分の間の第２の電圧差を取得し、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の間の差に基づいて、前記第１の前後軸に沿って広がる第１の磁界の強度に関連した出力をもたらすように構成されたプロセッサと
をさらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記プロセッサが、前記命令指示を実行して、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の和に基づいて、前記第１のレバーアームの前記基板に向かう加速度に関連した出力をもたらすようにさらに構成されている、
ＭＥＭＳ。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１のレバーアームが、
前記第１の枢動軸に枢動可能に取り付けられたベース部分と、
前記ベース部分と前記第１のキャパシタ部分の間に延在する第１のばねアーム部分と、
前記ベース部分と前記第２のキャパシタ部分の間に延在する第２のばねアーム部分と
をさらに備える、
ＭＥＭＳ。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記基板から上方へ延在する第２の枢動軸と、
前記基板上に延在する第２の前後軸を有し、第２の枢動軸線のまわりを枢動するように前記第２の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第２のレバーアームと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第３のキャパシタ部分の下の位置に形成された第３のキャパシタ層と、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第４のキャパシタ部分の下の位置に形成された第４のキャパシタ層であって、前記第２の枢動軸が、前記第２のレバーアームを、前記第３のキャパシタ部分と前記第４のキャパシタ部分の間の位置で前記第２の前後軸に沿って支持する、第４のキャパシタ層と、
前記第２の前後軸にわたって延在し、前記第２の枢動軸線から離隔された第２の導体部材と
をさらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して垂直である、
ＭＥＭＳ。
【請求項１０】
請求項８に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して平行である、
ＭＥＭＳ。
【請求項１１】
基板を設けるステップと、
前記基板から上方へ延在する第１の枢動軸を形成するステップと、
第１の枢動軸線のまわりを枢動するために、前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるように前記基板上に延在する第１の前後軸を有する第１のレバーアームを形成するステップと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下であるように選択された位置において第１のキャパシタ層を形成するステップと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下となるように選択された位置であって、前記第１の枢動軸が、前記第１のレバーアームを、前記第１のキャパシタ部分と前記第２のキャパシタ部分の間で前記第１の前後軸に沿って支持するように選択された位置において第２のキャパシタ層を形成するステップと、
前記第１の前後軸にわたってある位置で延在し、前記第１の枢動軸線から離隔されるように第１の導体部材を形成するステップと
を含む、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を形成する方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第１の距離だけ離隔されるように形成され、
前記第２のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第２の距離だけ離隔されるように形成され、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きい、
方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１の導体部材が前記第１のレバーアームの上部表面上に形成される、
方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
第１の電気的バイアス接続を形成するステップと、
第２の電気的バイアス接続を形成するステップと、
前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するために、第１のバイアを、前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第１の端部との間に延在するように形成するステップと、
前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するために、第２のバイアを、前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第２の端部との間に延在するように形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
命令指示をメモリの中に記憶するステップと、
プロセッサを、前記命令指示を実行して、
前記第１のキャパシタ層と前記第１のキャパシタ部分の間の第１の電圧差を取得し、
前記第２のキャパシタ層と前記第２のキャパシタ部分の間の第２の電圧差を取得し、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の間の差に基づいて、前記第１の前後軸に沿って広がる第１の磁界の強度に関連した出力をもたらすように構成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記プロセッサを構成するステップが、前記プロセッサを、前記命令指示を実行して、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の和に基づいて、前記第１のレバーアームの前記基板に向かう加速度に関連した出力をもたらすように構成するステップをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１のレバーアームを形成するステップが、
前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるベース部分を形成するステップと、
前記ベース部分と前記第１のキャパシタ部分の間に延在する第１のばねアーム部分を形成するステップと、
前記ベース部分と前記第２のキャパシタ部分の間に延在する第２のばねアーム部分を形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の方法において、
第２の枢動軸を、前記基板から上方へ延在するように形成するステップと、
第２の枢動軸線のまわりを枢動するために、前記第２の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるように前記基板上に延在する第２の前後軸を有する第２のレバーアームを形成するステップと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第３のキャパシタ部分の下となるように選択された位置において第３のキャパシタ層を形成するステップと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第４のキャパシタ部分の下となるように選択された位置であって、前記第２の枢動軸が、前記第２のレバーアームを、前記第３のキャパシタ部分と前記第４のキャパシタ部分の間で前記第２の前後軸に沿って支持するように選択された位置において第４のキャパシタ層を形成するステップと、
第２の導体部材を、前記第２の前後軸にわたって延在し、前記第２の枢動軸線から離隔されるように形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して垂直である、
方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して平行である、
方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板から上方へ延在する第１の枢動軸と、
前記基板の上に延在する第１の前後軸を有し、第１の枢動軸線のまわりを枢動するように前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第１のレバーアームと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下の位置に形成された第１のキャパシタ層と、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下の位置に形成された第２のキャパシタ層であって、前記第１の枢動軸が、前記第１のレバーアームを、前記第１のキャパシタ部分と前記第２のキャパシタ部分の間の位置で前記第１の前後軸に沿って支持する、第２のキャパシタ層と、
前記第１の前後軸にわたって延在し、前記第１の枢動軸線から離隔された第１の導体部材と
を備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第１の距離だけ離隔され、
前記第２のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第２の距離だけ離隔され、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きい、
ＭＥＭＳ。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１の導体部材が、前記第１のレバーアームの上部面上に配置される、
ＭＥＭＳ。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳにおいて、
第１の電気的バイアス接続、
第２の電気的バイアス接続、
前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するように、前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第１の端部との間に延在する第１のバイア、および
前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するように、前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第２の端部との間に延在する第２のバイアを
さらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
命令指示が記憶されているメモリと、
前記命令指示を実行して、
前記第１のキャパシタ層と前記第１のキャパシタ部分の間の第１の電圧差を取得し、
前記第２のキャパシタ層と前記第２のキャパシタ部分の間の第２の電圧差を取得し、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の間の差に基づいて、前記第１の前後軸に沿って広がる第１の磁界の強度に関連した出力をもたらすように構成されたプロセッサと
をさらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記プロセッサが、前記命令指示を実行して、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の和に基づいて、前記第１のレバーアームの前記基板に向かう加速度に関連した出力をもたらすようにさらに構成されている、
ＭＥＭＳ。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第１のレバーアームが、
前記第１の枢動軸に枢動可能に取り付けられたベース部分と、
前記ベース部分と前記第１のキャパシタ部分の間に延在する第１のばねアーム部分と、
前記ベース部分と前記第２のキャパシタ部分の間に延在する第２のばねアーム部分と
をさらに備える、
ＭＥＭＳ。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記基板から上方へ延在する第２の枢動軸と、
前記基板上に延在する第２の前後軸を有し、第２の枢動軸線のまわりを枢動するように前記第２の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられた第２のレバーアームと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第３のキャパシタ部分の下の位置に形成された第３のキャパシタ層と、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第４のキャパシタ部分の下の位置に形成された第４のキャパシタ層であって、前記第２の枢動軸が、前記第２のレバーアームを、前記第３のキャパシタ部分と前記第４のキャパシタ部分の間の位置で前記第２の前後軸に沿って支持する、第４のキャパシタ層と、
前記第２の前後軸にわたって延在し、前記第２の枢動軸線から離隔された第２の導体部材と
をさらに備えるＭＥＭＳ。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して垂直である、
ＭＥＭＳ。
【請求項１０】
請求項８に記載のＭＥＭＳにおいて、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して平行である、
ＭＥＭＳ。
【請求項１１】
基板を設けるステップと、
前記基板から上方へ延在する第１の枢動軸を形成するステップと、
第１の枢動軸線のまわりを枢動するために、前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるように前記基板上に延在する第１の前後軸を有する第１のレバーアームを形成するステップと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第１のキャパシタ部分の下であるように選択された位置において第１のキャパシタ層を形成するステップと、
前記基板上の、前記第１のレバーアームの第２のキャパシタ部分の下となるように選択された位置であって、前記第１の枢動軸が、前記第１のレバーアームを、前記第１のキャパシタ部分と前記第２のキャパシタ部分の間で前記第１の前後軸に沿って支持するように選択された位置において第２のキャパシタ層を形成するステップと、
前記第１の前後軸にわたってある位置で延在し、前記第１の枢動軸線から離隔されるように第１の導体部材を形成するステップと
を含む、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を形成する方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第１の距離だけ離隔されるように形成され、
前記第２のキャパシタ部分が、前記第１の枢動軸線から第２の距離だけ離隔されるように形成され、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きい、
方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１の導体部材が前記第１のレバーアームの上部表面上に形成される、
方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
第１の電気的バイアス接続を形成するステップと、
第２の電気的バイアス接続を形成するステップと、
前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するために、第１のバイアを、前記第１の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第１の端部との間に延在するように形成するステップと、
前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材とを電気的に結合するために、第２のバイアを、前記第２の電気的バイアス接続と前記第１の導体部材の第２の端部との間に延在するように形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
命令指示をメモリの中に記憶するステップと、
プロセッサを、前記命令指示を実行して、
前記第１のキャパシタ層と前記第１のキャパシタ部分の間の第１の電圧差を取得し、
前記第２のキャパシタ層と前記第２のキャパシタ部分の間の第２の電圧差を取得し、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の間の差に基づいて、前記第１の前後軸に沿って広がる第１の磁界の強度に関連した出力をもたらすように構成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記プロセッサを構成するステップが、前記プロセッサを、前記命令指示を実行して、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の和に基づいて、前記第１のレバーアームの前記基板に向かう加速度に関連した出力をもたらすように構成するステップをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の方法において、
前記第１のレバーアームを形成するステップが、
前記第１の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるベース部分を形成するステップと、
前記ベース部分と前記第１のキャパシタ部分の間に延在する第１のばねアーム部分を形成するステップと、
前記ベース部分と前記第２のキャパシタ部分の間に延在する第２のばねアーム部分を形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の方法において、
第２の枢動軸を、前記基板から上方へ延在するように形成するステップと、
第２の枢動軸線のまわりを枢動するために、前記第２の枢動軸に対して枢動可能に取り付けられるように前記基板上に延在する第２の前後軸を有する第２のレバーアームを形成するステップと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第３のキャパシタ部分の下となるように選択された位置において第３のキャパシタ層を形成するステップと、
前記基板上の、前記第２のレバーアームの第４のキャパシタ部分の下となるように選択された位置であって、前記第２の枢動軸が、前記第２のレバーアームを、前記第３のキャパシタ部分と前記第４のキャパシタ部分の間で前記第２の前後軸に沿って支持するように選択された位置において第４のキャパシタ層を形成するステップと、
第２の導体部材を、前記第２の前後軸にわたって延在し、前記第２の枢動軸線から離隔されるように形成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して垂直である、
方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、
前記第２の前後軸が、前記第１の前後軸に対して平行である、
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１６−１７】
【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１６−１７】
【公表番号】特表２０１３−５１９８８０（Ｐ２０１３−５１９８８０Ａ）
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２９１５（Ｐ２０１２−５５２９１５）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２３９２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１００１９９
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５９１２４５４７３）ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２３９２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１００１９９
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５９１２４５４７３）ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
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