溶解ウェーハ製造プロセス、およびスペーシング・メサを持つ支持基板を有する関連マイクロ電気機械デバイス
【課題】本発明の方法は、より正確に画定された機械部材および／または電気機械部材を有するＭＥＭＳデバイスを製造するためのプロセスを提供する。
【解決手段】本発明の方法は、部分犠牲基板および支持基板を提供することにより始まる。結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を、支持基板上方に間隔を置いて配置するために、支持基板上にメサが形成される。部分犠牲基板ではなく支持基板上にメサを形成することにより、部分犠牲基板の内面がエッチングされずに平面のままで残るため、機械部材および／または電気機械部材を、部分犠牲基板からより正確に形成することができる。したがって、部分犠牲基板の平面の内面を通して溝を正確にエッチングして、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を画定することができる。
【解決手段】本発明の方法は、部分犠牲基板および支持基板を提供することにより始まる。結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を、支持基板上方に間隔を置いて配置するために、支持基板上にメサが形成される。部分犠牲基板ではなく支持基板上にメサを形成することにより、部分犠牲基板の内面がエッチングされずに平面のままで残るため、機械部材および／または電気機械部材を、部分犠牲基板からより正確に形成することができる。したがって、部分犠牲基板の平面の内面を通して溝を正確にエッチングして、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を画定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、マイクロ電気機械デバイス、およびデバイスを製造するための方法に関する。特に、本発明は、マイクロ電気機械デバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材を画定する部分犠牲基板のドープ領域を支持するための、メサを含む支持基板を有する、マイクロ電気機械デバイス、およびデバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
従来、機械システムおよび／または電気機械システムの小型化は、小型軽量の機械部品または電気機械部品の製造上の限界によって阻まれていた。部品が複雑であるため、小規模での製造が困難で実現不可能となっていた。例えば、最近まで、重い大型のジンバル・システムが、航空宇宙工業で航法案内システムに使用されていた。これらのシステムは、金属製の、一般に大型で重い機械部品を含んでいた。しかし、機械部品が複雑であるため、航法案内システムの小型化は困難となっていた。
【０００３】
しかし、近年、半導体製造手順の一般化および高精度化に伴い、機械システムの多くの機械構造および電気機械構造の代わりに、半導体製造技術により製造されるマイクロ電気機械構造（ＭＥＭＳ）を使用することができるようになっている。例えば、ジンバル・システムの代わりに、１つまたは複数のＭＥＭＳデバイスを含むジャイロスコープが使用されているものがある。これらのジャイロスコープの例がＧｒｅｉｆｆ他の米国特許第５６５０５６８号に記載されており、その内容を参照により本明細書に組み入れる。
【０００４】
Ｇｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許は、慣性空間で回転速度を検出するためのジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープを記載している。従来の、より大型の重い機械システムの典型的なジンバルの代わりに、軽量小型のＭＥＭＳデバイスが使用されている。ジャイロスコープの種々の機械部品および／または電気機械部品を形成するこれらのＭＥＭＳデバイスは、従来の半導体技術により製造される。その後、ジャイロスコープの電気的特性を使用して、これらの部品に電力を供給し、これらの部品から信号を受け取る。
【０００５】
機械システムおよび電気機械システムのためのＭＥＭＳデバイスを使用する重要な利点は、金属部品を使用する従来の機械システムを超えて、小型化および軽量化を達成できることである。しかし、前記したジンバル・システム等の多くの機械システムおよび電気機械システムは、必要な正確さを持って適切に動作するために、正確に製造しなければならない多くの可動部品を有する。したがって、金属部品の代わりに半導体製造技術によって製造されたＭＥＭＳデバイスを使用する能力は、半導体製造技術で達成可能な正確さによって制限される。現在の半導体製造技術を使用してＭＥＭＳデバイスを製造しているが、これらの製造手順は、以下にＧｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許に関して記載するいくつかの制限をもたらす。
【０００６】
これに関し、図１Ａ〜図１Ｄは、従来の半導体製造技術によりＭＥＭＳデバイスを製造するための、従来の方法を示している。これらの図に示すプロセスは、溶解ウェーハ・プロセス（ＤＷＰ）として一般に公知であり、Ｇｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許に記載されている。
【０００７】
特に、図１Ａに関し、シリコン基板１０および支持基板１２が示されている。典型的なＭＥＭＳデバイスでは、シリコン基板をエッチングして、デバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成する。機械部材および／または電気機械部材は、一般に、機械部材および／または電気機械部材が自由に移動できるように、支持基板上方に支持される。この支持基板は、典型的にPYREX（登録商標）ガラス等の絶縁材料から製造される。
【０００８】
図１Ａに示すように、初めに支持部材１４がシリコン基板の内面からエッチングされる。これらの支持部材は、メサとして一般に公知であり、適宜にパターニングされたフォトレジスト１６の層を通して露出される、シリコン基板内面のこれらの部分を、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いてエッチングすることにより形成される。十分な高さのメサ１４が形成されるまで、エッチングを続けることが好ましい。
【０００９】
図１Ｂに関し、次に、シリコン基板のエッチングされた内面１８がホウ素等を用いてドープされ、シリコン基板１０がドープ領域２０と非ドープ犠牲領域２２との両方を有するように、所定深さのドープ領域２０を提供する。図１Ｃに関し、次いで、反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）等により、シリコン基板１０のドープ領域２０を通って延びる溝が形成される。これらの溝はＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成する。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、支持基板１２も初めにエッチングされ、金属電極２６および導電性トレース（図示せず）が支持基板の内面上に形成される。これらの電極および導電性トレースは、次に、ＭＥＭＳデバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材に電気接続される。
【００１１】
一旦支持基板１２が処理されて電極および導電性トレースが形成されると、シリコン基板１０と支持基板１２とが結合される。図１Ｄに関し、シリコン基板と支持基板とが、陽極結合等により、メサ１４上の接触面２８で結合されている。最終ステップとして、結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を含むドープ領域のみが残るように、シリコン基板の非ドープ犠牲領域２２がエッチングされ除去される。したがって、シリコン基板から外側に延びるメサは、機械部材および／または電気機械部材を、支持基板上方に、部材が自由に移動できるように支持する。更に、支持基板により形成された電極は、メサが電極と接触することにより、機械部材および／または電気機械部材に電気接続する。
【００１２】
当業者に公知であるように、シリコン基板１０のドープ領域２０を通して溝を反応イオン・エッチングするステップは、結果として生じる溝が部分犠牲基板の内面に正確に配置されること、および溝の幅および壁が非常に正確に形成されることが確実となるように制御しなければならない。例えば、ＲＩＥによって形成される溝は、一般に、所定の幅の０．１〜０．２ミクロンの公差内で形成しなければならない。更に、溝がドープ領域を貫通して延びていることが重要である。したがって、シリコン基板の内面は平面でなければならず、ドープ領域は所定の厚さでなければならない。シリコン基板１０を、平面の内面を有するように初めに形成することはできるが、その後、シリコン基板の内面がエッチングされてメサ１４を形成する。残念なことに、エッチング・プロセスにより、表面はもはや平面ではなくなり、いくつかの表面むらが生じる。したがって、表面が平面ではなくなるので、次のＲＩＥステップで、部分犠牲基板の内面ドープ領域上に正確に配置された溝を生成することができず、また溝の壁を非常に正確にエッチングすることもできない。更に、次のＲＩＥステップで、ドープ領域を貫通して延びる溝を生成することができず、またはシリコン基板の非ドープ犠牲領域内まで延びすぎてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、ＲＩＥにより形成された溝が、犠牲シリコン基板のドープ領域を貫通して延び、シリコン基板のドープ領域の内面に正確に配置され、正確に画定された壁を有するように、シリコン基板の平面の内面を通してＲＩＥを行うことによって、種々の機械部材および／または電気機械部材を分離する、半導体製造技術を使用して、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が必要である。更に、ジャイロスコープの機械部品および／または電気機械部品が高精度で製造される、慣性空間で回転速度を検出するためのジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープを製造するための方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（発明の概要）
以下に述べるように、本発明のＭＥＭＳデバイスを形成するための方法、および関連するＭＥＭＳデバイスは、従来の方法に関連する不備を克服している。特に、本発明の方法は、結果として生じる溝が寸法、位置、および深さに関して正確に画定されるように、ＲＩＥ等により、平面の部分犠牲基板の内面を通してエッチングすることによって、ＭＥＭＳデバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材を分離する。特に、部分犠牲基板のドープ領域と支持基板とから主に構成されるＭＥＭＳデバイスに関して、本発明の方法は、部分犠牲基板ではなく支持基板から支持メサをエッチングする。部分犠牲基板の内面ではなく支持基板からメサをエッチングすることにより、部分犠牲基板の内面が、正確な機械部材および／または電気機械部材を分離するエッチング手順のために、平面のままで残る。したがって、機械部材および／または電気機械部材を有するＭＥＭＳデバイスを確実に製造することができる。
【００１５】
更に、本発明は、そこから外側に延びるメサを有する支持基板を含む、ＭＥＭＳデバイスを提供する。また、本発明のＭＥＭＳデバイスは、メサにより支持される機械部材および／または電気機械部材がそこから形成される、部分犠牲基板を含む。メサが、部分犠牲基板ではなく支持基板から形成されるので、部分犠牲基板の内面が、後のエッチングのために平面のままで残り、機械部材および／または電気機械部材を分離する。
【００１６】
本発明によれば、平面の内面を有する部分犠牲基板を初めに提供する、ＭＥＭＳデバイスを形成するための方法によって、これらおよび他の利点が提供される。部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ犠牲領域との両方を含むように、部分犠牲基板がドープされ、ドープ領域は部分犠牲基板の内面に隣接している。また、本発明の方法は、部分犠牲基板を支持するための、典型的に誘電材料から形成された支持基板を提供する。部分犠牲基板を支持基板上方に吊るすために、本発明の方法は、メサが支持基板の内面の残りの部分から外側に延びるように、支持基板上に少なくとも１つのメサを形成するステップを含む。
【００１７】
本発明の方法は、更に、部分犠牲基板が支持基板の残りの部分の上方に吊るされ、部分犠牲基板のドープ領域が支持基板と向かい合わせになるように、部分犠牲基板の内面をメサに結合するステップを含む。支持基板上にメサを形成することにより、部分犠牲基板の内面が平面のままで残るので、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を容易に形成できるようになる。
【００１８】
本発明の方法は、更に、部分犠牲基板が支持基板のメサに結合された後に、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を溶解または除去するステップを含む。部分犠牲基板の非ドープ領域を除去することにより、部分犠牲基板のドープ領域から形成された機械部材および／または電気機械部材が自由に移動できるようになる。更に、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去することにより、結果として生じるＭＥＭＳデバイスによる熱の保持性が低下する。
【００１９】
本発明の別の重要な態様は、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材と適宜の電気接続を確立することである。この接続を容易にするために、本発明の方法は、メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、一旦部分犠牲基板と支持基板とが結合されたら、部分犠牲基板のドープ領域に電気連通する電極を形成するステップを含む。その後電極は、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材と電気接続を確立することができる。
【００２０】
１つの有利な実施形態によれば、本発明の方法は、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含む。したがって、導電材料を、接触面の少なくとも一部、およびメサの少なくとも１つの傾斜した側壁の上に配置することができる。メサの側壁が傾斜しているので、金属材料をメサ上により容易に配置することができる。
【００２１】
本発明の方法の更なる実施形態では、メサの所定位置に対応する位置で、支持基板の表面上にフォトレジスト層を塗布することにより、傾斜した側壁を有するメサが形成される。フォトレジスト層の寸法を、メサの各ベースの寸法に近付けることが好ましい。本実施形態の方法は、更に、結果として生じるメサが一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有するように、フォトレジスト層の寸法を同時に次第に減少させながら、支持基板の露出した表面をエッチングするステップを含む。エッチング・プロセス中にフォトレジスト層が縮むので、各メサの接触面は対応するベースよりも小さくなる。
【００２２】
本発明はまた、正確に画定された機械部材および／または電気機械部材を有するＭＥＭＳデバイスを提供する。本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、内面を有する半導体基板を含む。本発明のＭＥＭＳデバイスは、更に、半導体基板を支持するための、少なくとも１つの外側に延びるメサを有する、典型的に誘電材料から形成された支持基板を含む。各メサは、半導体基板が支持基板の残りの部分の上方に吊るされるように、半導体基板を支持する接触面を含む。メサが、支持基板から外側に延び、したがって、半導体基板上からエッチングされないので、ＭＥＭＳデバイスは正確に画定された機械部材および／または電気機械部材を含むことができる。
【００２３】
ＭＥＭＳデバイスのメサは２つの傾斜した側壁間を延びる接触面を含むことができる。更に、傾斜した側壁によって、電極およびトレースを形成する金属材料を、より容易に配置することができるようになるため、本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、接触面とメサの少なくとも１つの傾斜された側壁との両方に形成された電極を含むことができる。
【００２４】
したがって、本発明の製造方法および関連ＭＥＭＳデバイスは、支持基板からエッチングされたメサを提供する。支持基板からメサをエッチングすることにより、結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を、より正確かつ確実に部分犠牲基板から形成することができるように、部分犠牲基板の内面が平面のままで残る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｂ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｃ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｄ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｃ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｄ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｅ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｆ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを製造するために行われる動作のブロック図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による、支持基板上にメサを形成するために行われる動作のブロック図である。
【図５】本発明の１つの実施形態による、支持基板上に電極を形成するために行われる動作のブロック図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による、部分犠牲基板のドープ領域から、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成するために行われる動作のブロック図である。
【図７】本発明の１つの実施形態による、傾斜した側壁を有するメサを支持基板上に形成するために行われる動作のブロック図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による、振動ホイール・ジャイロスコープの平面図である。
【図９】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１１】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１２】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１３】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１５】図８のジャイロスコープの部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
次に、本発明の１つの好ましい実施形態を図示する添付図面を参照しながら、本明細書で以後、本発明をより明確に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載する実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、本開示を綿密かつ完全なものにし、当業者に本発明の範囲を明確に提示するためにこの実施形態を提供する。図面を通じて同じ参照番号が同じ要素を表す。
【００２７】
本発明の方法は、機械および／または電気機械部材を精密かつ信頼可能な様式で離隔する、またはその他の方法で形成することができるように部分犠牲基板の内面の平坦性を維持することによって、精密に画定された機械および／または電気機械部材を有する独自のＭＥＭＳデバイスを製造する。図２Ａ〜２Ｆに、本発明によるＭＥＭＳデバイスを製造するために実施される操作の方法およびデバイスの１つの有利な実施形態を例示する。図２Ａ〜２Ｆ、および図３のブロック図を参照すると、本発明の製造方法は、内面３０ａおよび外面３０ｂを有する部分犠牲基板３０を提供するステップを含む（ステップＳ１００参照）。好ましい実施形態では部分犠牲基板がシリコンであり、しかしこの部分犠牲基板は、ガリウム砒素やゲルマニウムなど、ドープ領域を形成するためにドープすることができる任意の特定の材料からなっていてよい。
【００２８】
本発明の方法はさらに、部分犠牲基板が、内面３０ａに隣接するドープ領域３２と、外面３０ｂに隣接する非ドープ犠牲領域３４との両方を含むように、部分犠牲基板の一部分をドープするステップ（ステップＳ１２０）を含む。部分犠牲基板は、内面を基準として所定の深さまで、例えば１０ミクロンまでドーパントでドープされる。
【００２９】
１つの好ましい実施形態では、ドーパントは、当技術分野でよく知られている拡散法によって部分犠牲基板内に添加される。ただし、本発明の方法はこの技法に限定されず、したがって、部分犠牲基板の内面に隣接するドープ領域を、当技術分野で知られている任意の方法によって形成することができる。さらに、例示実施形態では部分犠牲基板がホウ素ドーパントでドープされているが、ドーパントは、部分犠牲基板内部にドープ領域を形成する任意のタイプのドーパントからなっていてよい。
【００３０】
図２Ａおよび３を参照すると、本発明の方法はまた、支持基板３６を提供するステップを含む（ステップＳ１３０参照）。好ましい実施形態では、支持基板がPYREX（登録商標）ガラスなど誘電体材料から形成され、それにより支持基板はまた、ＭＥＭＳデバイスを電気的に絶縁する。しかし、半導体材料を含めた任意の所望の材料から支持基板を形成することができることを理解されたい。
【００３１】
また、図２Ａおよび３を参照すると、本発明の方法は、支持基板の数区画をエッチングし、それにより支持基板３６の内面３６ａから外方向に延在するメサ３８を形成するステップを含む（ステップＳ１４０参照）。図２Ａおよび４を参照すると、まず支持基板の内面に感光性層または被膜（図示せず）を配置することによってメサを形成する。当業者には知られているように、この感光性被膜は通常、フォトレジストと呼ばれている（ステップＳ１４２参照）。その後、感光性被膜をマスクによって少なくとも部分的にカバーし、感光性被膜の露出部分を照明する（ステップＳ１４４参照）。この点で、通常、ＵＶ光源によって感光性被膜を照明するが、感光性被膜を露光することができる任意の特定の光源によって感光性被膜を照明することができる。
【００３２】
感光性材料の一部分を露光した後、Ｓｈｉｐｌｙ現像液凝縮物など現像液溶液に感光性被膜を露出することによって感光性被膜の一部分を除去する（ステップＳ１４５参照）。当業者には知られているように、ポジティブ感光性被膜またはネガティブ感光性被膜のどちらを利用するかに応じて、それぞれ露光された感光性被膜の一部分、または露光されていない感光性被膜の一部分を除去する。次いで、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などにより、残余感光性被膜によってカバーされていない支持基板の部分をエッチングする（ステップＳ１４６参照）。エッチング・プロセスは、メサが所望の高さを有するようにメサ３８を取り囲む支持基板の一部分が除去されるまで続く。その後、感光性層の残余部分を除去する（ステップＳ１４７参照）。
【００３３】
図２Ｂ、２Ｃ、および３を参照すると、支持基板上にメサ３８を形成した後、本発明の方法はさらに、支持基板３６の内面３６ａ上、特にメサ３８上に金属材料を堆積して電極４２を形成するステップを含む（ステップＳ１５０参照）。ただし、メサに堆積された金属がメサの表面の上方に延在しすぎるのを防止するために、まずメサを選択的にエッチングして、金属を堆積することができる凹部領域を画定する。図２Ｂ、２Ｃ、および５を参照すると、メサ３８上に電極を形成するステップは、支持基板３６の内面３６ａ上に感光性材料（図示せず）を配置し、金属が堆積されない内面３６ａの領域のみを感光性材料がカバーするように感光性材料をパターニングするステップを含む。すなわち、エッチングされ、その後、金属で被覆される支持基板の内面の部分は、パターニングされた感光性材料によってカバーされず、したがって露出している（ステップＳ１５２、Ｓ１５４、およびＳ１５５参照）。本発明の方法はさらに、事前定義されたパターンで凹部領域４６を形成するために、例えばＢＯＥによって支持基板の内面の露出部分をエッチングするステップを含む（ステップ１５６参照）。
【００３４】
図２Ｃおよび５を参照すると、本発明の方法はさらに、エッチングされた凹部４６内に金属材料を堆積して、電極４２および導電トレース（図示せず）を形成するステップを含む（ステップＳ１５８参照）。当技術分野で知られているように、電極およびトレースは、チタン、白金、および金の多層堆積など任意の導電材料からなっていてよく、スパッタリングなど任意の適切な技法によって堆積することができる。その後、感光性層の残余部分を除去する（ステップＳ１５９参照）。
【００３５】
図２Ｃおよび３を参照すると、部分犠牲基板の内面もエッチングして、結果として得られるＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材を離隔する、またはその他の方法で形成する（ステップＳ１６０参照）。前述したように、機械および／または電気機械部材を形成するための処置は、精密な寸法を有する部材を信頼可能に形成することができるように厳しい公差を必要とする。特に、部分犠牲基板の内面ではなく支持基板上にメサが形成されるので、機械および／または電気機械部材を形成するために後でエッチングされる部分犠牲基板の内面の部分が少なくとも平坦であり、それにより機械および／または電気機械部材の精密な形成が容易になる。
【００３６】
詳細には、図２Ｃ、２Ｄ、および６を参照すると、機械および／または電気機械部材は、はじめに部分犠牲基板の内面を感光性層４８で被覆することによって形成する（ステップＳ１６１参照）。最終的にエッチングすべき領域を画定するマスクで感光性層をカバーした後、感光性層の露出部分を照明する（ステップＳ１６２参照）。マスクを除去した後、最終的にエッチングされる部分犠牲基板の内面の領域を感光性層の残余部分５１がカバーしないように、感光性層５０の一部分を除去する（ステップＳ１６３参照）。
【００３７】
図２Ｅを参照すると、次いで、部分犠牲基板の内面の露出部分をＲＩＥエッチングなどによってエッチングして、部分犠牲基板のドープ領域を介するトレンチを形成する（ステップＳ１６４参照）。以下に説明するように、トレンチ間に延在する部分犠牲基板のドープ領域が、結果として得られるＭＥＭＳデバイスの（１つまたは複数の）機械および／または電気機械部材を形成する。エッチングしたトレンチによってＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材を画定した後、本発明の方法は、部分犠牲基板の内面から残余感光性材料５１を除去する（ステップ１６５参照）。
【００３８】
図２Ｆおよび３を参照すると、本発明の方法はまた、メサの表面に堆積された電極を含めたメサと接触するように部分犠牲基板の内面を配置するステップを含む（ステップＳ１７０参照）。次いで、部分犠牲基板とメサの結合が形成される（ステップＳ１８０参照）。１つの好ましい実施形態では結合が陽極結合であり、しかし結合は、固定係合を提供する任意のタイプのものであってよいことを理解されたい。
【００３９】
また、機械および／または電気機械部材が回転し、移動し、かつ湾曲することができるように、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去することもしばしば有利である。この技法は通常、溶解ウェハ・プロセス（ＤＷＰ）と呼ばれる。したがって、一実施形態では、本発明の方法はさらに、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去するステップを含む（ステップＳ１９０参照）。非ドープ犠牲領域の除去は通常、例えばエチレンジアミンピロカテキン（ＥＤＰ）エッチング・プロセスを用いて非ドープ犠牲領域をエッチング除去することによって実施され、しかし任意のドーピング／選択性エッチング処置を使用することができる。
【００４０】
上述したように、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域の除去はいくつかの利点を提供する。例えば、この材料の除去により、ドープ領域からエッチングされた機械および／または電気機械部材が、支持基板に関して移動または湾曲するように移動の自由度を有する。さらに、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域の除去はまた、機械および／または電気機械部材を、ドープ領域を介してエッチングされたトレンチの外側にある部分犠牲基板のドープ領域の残余部分から切り離す。
【００４１】
図２Ａを参照すると、一組の傾斜側壁５８間に延在する接触面５６を有するメサ３８を提供することがしばしば有利である。これら傾斜側壁５８により、側壁を上がって接触面まで金属を「ステップ」させることによって、接触面と少なくとも一方のメサ側壁とに金属を堆積することができる。
【００４２】
メサが任意の幾何形状を取ることができることに留意することが重要である。例えば、この実施形態では、メサが角錐形状で形成されているが、メサの断面形状は、特定の適用例での必要に応じて、八角形や円柱形など他の形状を取ることもできる。さらに、傾斜側壁を一組の傾斜側壁と呼んでいるが、いくつかの適用例では、一組の側壁の一方のみが傾斜している場合もあることを理解されたい。
【００４３】
傾斜側壁を有するメサを作成するのに必要な操作を例示する図７を参照すると、本発明のこの実施形態の方法は、メサの最終的な位置に対応する位置のみをカバーするようにパターニングされた感光性層を支持基板の内面に塗布するステップを含む（ステップＳ２００、Ｓ２０２、およびＳ２０４参照）。したがって、感光性層はいくつかのパッドから形成されており、各パッドがそれぞれメサを画定する。各パッドは、それぞれのメサの基部の寸法に近似するように寸法を取られている。本発明の方法はさらに、支持基板の露出された内面をエッチングするステップを含む（ステップＳ２０６参照）。エッチング・ステップが実施されるとき、エッチャントは感光性層もエッチングし、それにより、フォトレジストの様々な部分の寸法サイズが徐々に低減する（ステップＳ２０８参照）。図２Ａに示されるように、パッドのサイズがこのように徐々に低減してメサ３８を作成し、各メサが、一組の傾斜側壁５８と、それらの間に延在する接触面４０とを有する。図示したように、接触面４０はメサの基部５４よりも寸法サイズが小さい。
【００４４】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスを作成する方法に加えて、例えば図２Ｆに示されるような結果として得られるＭＥＭＳデバイスも対象とする。方法に関連して上述したように、本発明の結果として得られるＭＥＭＳデバイスは、第１の内面３０ａを含む半導体基板３０を含む。前述したように、半導体基板は、シリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウムなどからなっていてよく、第１の内面３０ａに隣接するドープ領域３２を有する。半導体基板のドープ領域がＭＥＭＳデバイスの機械部材を形成する。さらに、通常、ドープ領域はホウ素でドープされるが、この領域をインジウム、タリウム、アルミニウムなど他のドーパントでドープすることもできる。
【００４５】
さらに、本発明のこの実施形態のＭＥＭＳデバイスは支持基板３６を含む。支持基板は半導体基板を吊る働きをし、それにより半導体基板によって画定される機械および／または電気機械部分が、より高い移動または湾曲の自由度を有する。しかし、支持基板はまた、例えばＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部分に関する電気絶縁体またはヒート・シンクとして働くことによって、他の機能を実施することもできる。したがって、支持基板は通常、PYREX（登録商標）ガラスなど誘電体材料から形成される。
【００４６】
本発明のＭＥＭＳデバイス、より具体的には支持基板はさらに、少なくとも１つのメサ３８を含む。このメサは、支持基板３６の残りの部分から外方向に延在し、半導体基板３６を支持する働きをする。前述したように、メサ３８が半導体基板とは対照的に支持基板上に形成されるので、半導体基板の内面は高い平坦性を維持し、半導体基板のドープ領域を介するトレンチの精密かつ制御されたエッチングを容易にする。上述したように、メサは、半導体基板の内面３０ａを支持する接触面５６を含み、それにより半導体基板は、支持基板３８の残りの部分を覆うように吊られる。
【００４７】
本発明のＭＥＭＳデバイスの一実施形態では、電極４２がメサ３８上に形成され、ＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材への電気的接続を提供する。本発明の１つの好ましい実施形態では、メサは、一組の傾斜側壁５８間に延在する接触面５６を含む。この実施形態では、メサの接触面５６と少なくとも一方の傾斜側壁５８とに電極が堆積される。したがって、結果として得られる電極は、当該のメサの側壁上に露出して、電気的接触を容易にする。
【００４８】
上述したように、メサの接触面５６は半導体基板の内面３０ａを支持する。いくつかの実施形態では、メサの接触面と半導体基板の内面を結合する、またはその他の方法で接合するる。例えば、メサの接触面と半導体基板の内面とを陽極結合などによって結合することができる。
【００４９】
前述したように、ＭＥＭＳデバイスは様々な適用例で使用されている。特に、１つの適用例は、Ｇｒｅｉｆｆ他の米国特許第５６５０５６８号に記載されているものなど、ジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープである。Ｇｒｅｉｆｆ他の特許に記述されており、かつ図８に例示するように、ジャイロスコープは、半導体基板からエッチングされた複数の機械および／または電気機械部材を含む。これらの部材は通常、ホイール・アセンブリまたは回転子６２と、固定子６４と、複数のフィンガ状部材６８で終端する複数の駆動電極６６ａ〜ｈとを含む。本発明によれば、Ｇｒｅｉｆｆ他の特許とは異なり、これらの部材は、支持基板から外方向に延在する複数のメサ７０ａ〜ｈによって支持基板（図示せず）を覆うように支持されている。
【００５０】
図８に示されるように、回転子６２は、一対のポスト・アセンブリ７４ａおよび７４ｂによって支持基板を覆うように吊られている中心ハブ７２と、複数のスポーク７６ａ〜ｄと、複数のフィンガ状部材８０がそこから延在する外側ホイールまたはリム７８とを含む。回転子のフィンガ状部材８０は、固定子６４によって静電作動するために固定子６４のフィンガ状部材６８と交互配置されている。各スポーク７４ａ〜ｂが、それぞれボックス形歪緩和部分８２ａ〜ｄを含む。
【００５１】
各ポスト・アセンブリ７４ａおよび７４ｂがそれぞれ、支持ポスト８４ａおよび８４ｂと、出力湾曲部８６ａおよび８６ｂとも呼ばれるポスト湾曲部８６ａおよび８６ｂとを含む。駆動回路（図示せず）も固定子駆動電極６６ａ〜ｈに結合されている。
【００５２】
駆動電極６６ａ〜ｈの通電時、ホイール・アセンブリ６２のリム７８が駆動軸８８の周りでアセンブリの平面内で振動する、または回転振動する。ジャイロスコープは、自己振動様式で操作することができ、あるいは開ループで操作することができる。ホイール・リム７８が回転振動しているとき、ジャイロスコープが取り付けられているビークルの入力軸９０に関する回転率のばらつきにより、ホイール・アセンブリのリムが、出力軸９２の周りでジャイロスコープの平面外へ歪曲する。
【００５３】
入力軸９０に沿って複数の感知領域９４ａ、９４ｂがホイール・アセンブリ６２のリム７８から延在する。感知電極９４ａ、９４ｂは、支持基板上であって、それぞれの感知領域９４ａ、９４ｂの下方に配設され、アセンブリ６２の平面外への歪曲を感知する。
【００５４】
Ｇｒｅｉｆｆの特許に記述されているように、これらのジャイロスコープは通常、以下に述べる溶解ウェハ・プロセス（ＤＷＰ）を使用して構成される。しかし、任意のマイクロ電気機械製造プロセスを使用して本発明の改良型ジャイロスコープを製造することができることを理解されたい。
【００５５】
はじめに図９を参照すると、支持基板２００が、厚さ約７５０ミクロンで提供される。一実施形態では、支持基板２００はPYREX（登録商標）ガラスなどのガラスからなる。上述したように、支持基板は、従来のリソグラフィ・プロセスにしたがってパターニングされエッチングされた内面または上面２０２を有して、ジャイロスコープの他の部分を支持するメサ２０４を提供する。
【００５６】
次に図１０を参照すると、５００ミクロン程度の厚さを有する半導体基板２０６を、はじめに所定の深さまで、例えば約１０ミクロンまでドープして、ドープ領域２０８および非ドープ犠牲領域２１０を提供する。例示実施形態では、領域２０８はホウ素でドープされている。このホウ素ドープ領域２０８が、最終的にジャイロスコープのホイール・アセンブリ６２を形成する。
【００５７】
図１１を参照すると、その後、半導体基板をパターニングし、例えばＲＩＥエッチングによってエッチングして、特定の適用例の要件にしたがってホイール・アセンブリ６２を画定する。例示実施形態では、図１０の半導体基板のエッチングにより、軸Ｃ（図８参照）に沿った外側リム７８の一部分を提供する領域２１２および２１４が形成され、さらに、図示したように間隔を空けて配置された領域２１２および２１４から中心部分が離隔される。領域２１２と２１４の間のドープ領域２０８の部分２１６が、ジャイロスコープの中心ハブ７２（図８参照）および出力湾曲部８６ａおよび８６ｂを形成する。
【００５８】
次に、図１１および１２を参照すると、上述した製造ステップに続いて、入力軸Ａ（図８）に沿って取られたジャイロスコープの断面が図示されている。より具体的には、図１１で、半導体基板２０６は、やはりホウ素ドープ領域２０８を有するように示されている。軸Ａに沿ったジャイロスコープのこの断面は、図１０の領域２１２および２１４と同様の領域を介して切断していないことに留意されたい。
【００５９】
図１０の構造が形成されるＲＩＥエッチングはさらに、図１２に示されるように、軸Ａに沿って３つの領域２１８、２２０、および２２２を形成する。中心領域２２０は中心ハブ７２を形成し（図８参照）、間隔を空けて配置された領域２１８および２２２は、ホイール・アセンブリ６２の外側リム７８の部分を形成する。
【００６０】
また、図１３を参照すると、軸Ｂ（図８）に沿ったジャイロスコープの断面が示される。図１０および１２に示される構造が形成されるＲＩＥエッチングは、軸Ｂに沿って図１３の構造を生み出す。より具体的には、エッチング・ステップは、図示したようにホウ素ドープ領域２０６を介して切断する。ホウ素ドープ領域２０６の残余部分がスポーク湾曲部７４ｂおよび７４ｄと、中心ハブ７２と、交互配置されたホイール・アセンブリ６２のフィンガ状部材８０および固定子６４のフィンガ状部材６８とを形成する。
【００６１】
図１５を参照すると、図８の完全なジャイロスコープの断面図が、軸Ｃに沿って取られて示されている。感知電極９４ａおよび９４ｂが、支持基板２００の上面２０２を覆うように形成されている。感知電極９４ａおよび９４ｂは、チタン、白金、および金の多層堆積など任意の適切な導電材料からなっていてよく、スパッタリングなど任意の適切な技法によって堆積することができる。また、導電トレース２２４が支持基板２００の上面２０２に提供され、メサ上の接触面２２６からメサの少なくとも１つの側壁２２８を下って支持基板２０２のエッジ部分まで延在する。さらに、トレース２２４は、駆動信号を駆動電極に印加するための駆動電極６６ａ〜ｈ（図示せず）への電気的接続を提供する。
【００６２】
感知電極９４ａおよび９４ｂと導電トレース２２４とを形成するために支持基板２００を処理した後、図１０〜１４の断面で様々な軸に沿って示されたホイール・アセンブリ構造を、支持基板２００のメサの接触面２２６に結合する。より具体的には、半導体基板を逆さにし、陽極結合によって支持基板２００に結合する。図示していないが、半導体基板の任意の非ドープ領域２１０を例えばＤＷＰによって除去することができることを理解されたい。したがって、ホイール・アセンブリ６２および固定子６４は、支持基板の上面から外方向に延在するメサによって、図１７に示されるように支持基板２００を覆うように吊られている。図１７の図に示されるホイール・アセンブリ６２の機構は、中心ハブ７２と、出力湾曲部８６ａおよび８６ｂと、出力リム７８と、回転子フィンガ状電極８０とを含む。
【００６３】
前述し、図９および１７に図示したように、本発明のジャイロスコープは、半導体基板２０６とは対照的に支持基板２００に形成されたメサを含む。メサが支持基板からエッチングされるので、半導体基板の内面は、結果として得られるジャイロスコープの機械および／または電気機械部材を画定するトレンチを形成する前に平坦性を維持している。
【００６４】
本発明が属する技術分野の当業者には、前述の説明および添付図面に提示された教示の利点を有する本発明の多くの修正形態および他の実施形態が想起されよう。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されず、修正形態および他の実施形態が、頭記の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとすることを理解されたい。本明細書では特定の用語を使用したが、それらは単に一般的かつ説明的な意味で使用しており、限定を加えるものではない。
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、マイクロ電気機械デバイス、およびデバイスを製造するための方法に関する。特に、本発明は、マイクロ電気機械デバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材を画定する部分犠牲基板のドープ領域を支持するための、メサを含む支持基板を有する、マイクロ電気機械デバイス、およびデバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
従来、機械システムおよび／または電気機械システムの小型化は、小型軽量の機械部品または電気機械部品の製造上の限界によって阻まれていた。部品が複雑であるため、小規模での製造が困難で実現不可能となっていた。例えば、最近まで、重い大型のジンバル・システムが、航空宇宙工業で航法案内システムに使用されていた。これらのシステムは、金属製の、一般に大型で重い機械部品を含んでいた。しかし、機械部品が複雑であるため、航法案内システムの小型化は困難となっていた。
【０００３】
しかし、近年、半導体製造手順の一般化および高精度化に伴い、機械システムの多くの機械構造および電気機械構造の代わりに、半導体製造技術により製造されるマイクロ電気機械構造（ＭＥＭＳ）を使用することができるようになっている。例えば、ジンバル・システムの代わりに、１つまたは複数のＭＥＭＳデバイスを含むジャイロスコープが使用されているものがある。これらのジャイロスコープの例がＧｒｅｉｆｆ他の米国特許第５６５０５６８号に記載されており、その内容を参照により本明細書に組み入れる。
【０００４】
Ｇｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許は、慣性空間で回転速度を検出するためのジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープを記載している。従来の、より大型の重い機械システムの典型的なジンバルの代わりに、軽量小型のＭＥＭＳデバイスが使用されている。ジャイロスコープの種々の機械部品および／または電気機械部品を形成するこれらのＭＥＭＳデバイスは、従来の半導体技術により製造される。その後、ジャイロスコープの電気的特性を使用して、これらの部品に電力を供給し、これらの部品から信号を受け取る。
【０００５】
機械システムおよび電気機械システムのためのＭＥＭＳデバイスを使用する重要な利点は、金属部品を使用する従来の機械システムを超えて、小型化および軽量化を達成できることである。しかし、前記したジンバル・システム等の多くの機械システムおよび電気機械システムは、必要な正確さを持って適切に動作するために、正確に製造しなければならない多くの可動部品を有する。したがって、金属部品の代わりに半導体製造技術によって製造されたＭＥＭＳデバイスを使用する能力は、半導体製造技術で達成可能な正確さによって制限される。現在の半導体製造技術を使用してＭＥＭＳデバイスを製造しているが、これらの製造手順は、以下にＧｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許に関して記載するいくつかの制限をもたらす。
【０００６】
これに関し、図１Ａ〜図１Ｄは、従来の半導体製造技術によりＭＥＭＳデバイスを製造するための、従来の方法を示している。これらの図に示すプロセスは、溶解ウェーハ・プロセス（ＤＷＰ）として一般に公知であり、Ｇｒｅｉｆｆ他の第’５６８号特許に記載されている。
【０００７】
特に、図１Ａに関し、シリコン基板１０および支持基板１２が示されている。典型的なＭＥＭＳデバイスでは、シリコン基板をエッチングして、デバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成する。機械部材および／または電気機械部材は、一般に、機械部材および／または電気機械部材が自由に移動できるように、支持基板上方に支持される。この支持基板は、典型的にPYREX（登録商標）ガラス等の絶縁材料から製造される。
【０００８】
図１Ａに示すように、初めに支持部材１４がシリコン基板の内面からエッチングされる。これらの支持部材は、メサとして一般に公知であり、適宜にパターニングされたフォトレジスト１６の層を通して露出される、シリコン基板内面のこれらの部分を、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いてエッチングすることにより形成される。十分な高さのメサ１４が形成されるまで、エッチングを続けることが好ましい。
【０００９】
図１Ｂに関し、次に、シリコン基板のエッチングされた内面１８がホウ素等を用いてドープされ、シリコン基板１０がドープ領域２０と非ドープ犠牲領域２２との両方を有するように、所定深さのドープ領域２０を提供する。図１Ｃに関し、次いで、反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）等により、シリコン基板１０のドープ領域２０を通って延びる溝が形成される。これらの溝はＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成する。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、支持基板１２も初めにエッチングされ、金属電極２６および導電性トレース（図示せず）が支持基板の内面上に形成される。これらの電極および導電性トレースは、次に、ＭＥＭＳデバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材に電気接続される。
【００１１】
一旦支持基板１２が処理されて電極および導電性トレースが形成されると、シリコン基板１０と支持基板１２とが結合される。図１Ｄに関し、シリコン基板と支持基板とが、陽極結合等により、メサ１４上の接触面２８で結合されている。最終ステップとして、結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を含むドープ領域のみが残るように、シリコン基板の非ドープ犠牲領域２２がエッチングされ除去される。したがって、シリコン基板から外側に延びるメサは、機械部材および／または電気機械部材を、支持基板上方に、部材が自由に移動できるように支持する。更に、支持基板により形成された電極は、メサが電極と接触することにより、機械部材および／または電気機械部材に電気接続する。
【００１２】
当業者に公知であるように、シリコン基板１０のドープ領域２０を通して溝を反応イオン・エッチングするステップは、結果として生じる溝が部分犠牲基板の内面に正確に配置されること、および溝の幅および壁が非常に正確に形成されることが確実となるように制御しなければならない。例えば、ＲＩＥによって形成される溝は、一般に、所定の幅の０．１〜０．２ミクロンの公差内で形成しなければならない。更に、溝がドープ領域を貫通して延びていることが重要である。したがって、シリコン基板の内面は平面でなければならず、ドープ領域は所定の厚さでなければならない。シリコン基板１０を、平面の内面を有するように初めに形成することはできるが、その後、シリコン基板の内面がエッチングされてメサ１４を形成する。残念なことに、エッチング・プロセスにより、表面はもはや平面ではなくなり、いくつかの表面むらが生じる。したがって、表面が平面ではなくなるので、次のＲＩＥステップで、部分犠牲基板の内面ドープ領域上に正確に配置された溝を生成することができず、また溝の壁を非常に正確にエッチングすることもできない。更に、次のＲＩＥステップで、ドープ領域を貫通して延びる溝を生成することができず、またはシリコン基板の非ドープ犠牲領域内まで延びすぎてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、ＲＩＥにより形成された溝が、犠牲シリコン基板のドープ領域を貫通して延び、シリコン基板のドープ領域の内面に正確に配置され、正確に画定された壁を有するように、シリコン基板の平面の内面を通してＲＩＥを行うことによって、種々の機械部材および／または電気機械部材を分離する、半導体製造技術を使用して、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が必要である。更に、ジャイロスコープの機械部品および／または電気機械部品が高精度で製造される、慣性空間で回転速度を検出するためのジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープを製造するための方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（発明の概要）
以下に述べるように、本発明のＭＥＭＳデバイスを形成するための方法、および関連するＭＥＭＳデバイスは、従来の方法に関連する不備を克服している。特に、本発明の方法は、結果として生じる溝が寸法、位置、および深さに関して正確に画定されるように、ＲＩＥ等により、平面の部分犠牲基板の内面を通してエッチングすることによって、ＭＥＭＳデバイスの種々の機械部材および／または電気機械部材を分離する。特に、部分犠牲基板のドープ領域と支持基板とから主に構成されるＭＥＭＳデバイスに関して、本発明の方法は、部分犠牲基板ではなく支持基板から支持メサをエッチングする。部分犠牲基板の内面ではなく支持基板からメサをエッチングすることにより、部分犠牲基板の内面が、正確な機械部材および／または電気機械部材を分離するエッチング手順のために、平面のままで残る。したがって、機械部材および／または電気機械部材を有するＭＥＭＳデバイスを確実に製造することができる。
【００１５】
更に、本発明は、そこから外側に延びるメサを有する支持基板を含む、ＭＥＭＳデバイスを提供する。また、本発明のＭＥＭＳデバイスは、メサにより支持される機械部材および／または電気機械部材がそこから形成される、部分犠牲基板を含む。メサが、部分犠牲基板ではなく支持基板から形成されるので、部分犠牲基板の内面が、後のエッチングのために平面のままで残り、機械部材および／または電気機械部材を分離する。
【００１６】
本発明によれば、平面の内面を有する部分犠牲基板を初めに提供する、ＭＥＭＳデバイスを形成するための方法によって、これらおよび他の利点が提供される。部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ犠牲領域との両方を含むように、部分犠牲基板がドープされ、ドープ領域は部分犠牲基板の内面に隣接している。また、本発明の方法は、部分犠牲基板を支持するための、典型的に誘電材料から形成された支持基板を提供する。部分犠牲基板を支持基板上方に吊るすために、本発明の方法は、メサが支持基板の内面の残りの部分から外側に延びるように、支持基板上に少なくとも１つのメサを形成するステップを含む。
【００１７】
本発明の方法は、更に、部分犠牲基板が支持基板の残りの部分の上方に吊るされ、部分犠牲基板のドープ領域が支持基板と向かい合わせになるように、部分犠牲基板の内面をメサに結合するステップを含む。支持基板上にメサを形成することにより、部分犠牲基板の内面が平面のままで残るので、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を容易に形成できるようになる。
【００１８】
本発明の方法は、更に、部分犠牲基板が支持基板のメサに結合された後に、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を溶解または除去するステップを含む。部分犠牲基板の非ドープ領域を除去することにより、部分犠牲基板のドープ領域から形成された機械部材および／または電気機械部材が自由に移動できるようになる。更に、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去することにより、結果として生じるＭＥＭＳデバイスによる熱の保持性が低下する。
【００１９】
本発明の別の重要な態様は、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材と適宜の電気接続を確立することである。この接続を容易にするために、本発明の方法は、メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、一旦部分犠牲基板と支持基板とが結合されたら、部分犠牲基板のドープ領域に電気連通する電極を形成するステップを含む。その後電極は、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材と電気接続を確立することができる。
【００２０】
１つの有利な実施形態によれば、本発明の方法は、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含む。したがって、導電材料を、接触面の少なくとも一部、およびメサの少なくとも１つの傾斜した側壁の上に配置することができる。メサの側壁が傾斜しているので、金属材料をメサ上により容易に配置することができる。
【００２１】
本発明の方法の更なる実施形態では、メサの所定位置に対応する位置で、支持基板の表面上にフォトレジスト層を塗布することにより、傾斜した側壁を有するメサが形成される。フォトレジスト層の寸法を、メサの各ベースの寸法に近付けることが好ましい。本実施形態の方法は、更に、結果として生じるメサが一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有するように、フォトレジスト層の寸法を同時に次第に減少させながら、支持基板の露出した表面をエッチングするステップを含む。エッチング・プロセス中にフォトレジスト層が縮むので、各メサの接触面は対応するベースよりも小さくなる。
【００２２】
本発明はまた、正確に画定された機械部材および／または電気機械部材を有するＭＥＭＳデバイスを提供する。本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、内面を有する半導体基板を含む。本発明のＭＥＭＳデバイスは、更に、半導体基板を支持するための、少なくとも１つの外側に延びるメサを有する、典型的に誘電材料から形成された支持基板を含む。各メサは、半導体基板が支持基板の残りの部分の上方に吊るされるように、半導体基板を支持する接触面を含む。メサが、支持基板から外側に延び、したがって、半導体基板上からエッチングされないので、ＭＥＭＳデバイスは正確に画定された機械部材および／または電気機械部材を含むことができる。
【００２３】
ＭＥＭＳデバイスのメサは２つの傾斜した側壁間を延びる接触面を含むことができる。更に、傾斜した側壁によって、電極およびトレースを形成する金属材料を、より容易に配置することができるようになるため、本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、接触面とメサの少なくとも１つの傾斜された側壁との両方に形成された電極を含むことができる。
【００２４】
したがって、本発明の製造方法および関連ＭＥＭＳデバイスは、支持基板からエッチングされたメサを提供する。支持基板からメサをエッチングすることにより、結果として生じるＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を、より正確かつ確実に部分犠牲基板から形成することができるように、部分犠牲基板の内面が平面のままで残る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｂ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｃ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図１Ｄ】ＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の方法の、一連の横断面図である。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｃ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｄ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｅ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図２Ｆ】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを形成するために行われる動作を示す、一連の横断面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを製造するために行われる動作のブロック図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による、支持基板上にメサを形成するために行われる動作のブロック図である。
【図５】本発明の１つの実施形態による、支持基板上に電極を形成するために行われる動作のブロック図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による、部分犠牲基板のドープ領域から、ＭＥＭＳデバイスの機械部材および／または電気機械部材を形成するために行われる動作のブロック図である。
【図７】本発明の１つの実施形態による、傾斜した側壁を有するメサを支持基板上に形成するために行われる動作のブロック図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による、振動ホイール・ジャイロスコープの平面図である。
【図９】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１１】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１２】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１３】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態による、種々の製造段階における図８のジャイロスコープの横断面図である。
【図１５】図８のジャイロスコープの部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
次に、本発明の１つの好ましい実施形態を図示する添付図面を参照しながら、本明細書で以後、本発明をより明確に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載する実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、本開示を綿密かつ完全なものにし、当業者に本発明の範囲を明確に提示するためにこの実施形態を提供する。図面を通じて同じ参照番号が同じ要素を表す。
【００２７】
本発明の方法は、機械および／または電気機械部材を精密かつ信頼可能な様式で離隔する、またはその他の方法で形成することができるように部分犠牲基板の内面の平坦性を維持することによって、精密に画定された機械および／または電気機械部材を有する独自のＭＥＭＳデバイスを製造する。図２Ａ〜２Ｆに、本発明によるＭＥＭＳデバイスを製造するために実施される操作の方法およびデバイスの１つの有利な実施形態を例示する。図２Ａ〜２Ｆ、および図３のブロック図を参照すると、本発明の製造方法は、内面３０ａおよび外面３０ｂを有する部分犠牲基板３０を提供するステップを含む（ステップＳ１００参照）。好ましい実施形態では部分犠牲基板がシリコンであり、しかしこの部分犠牲基板は、ガリウム砒素やゲルマニウムなど、ドープ領域を形成するためにドープすることができる任意の特定の材料からなっていてよい。
【００２８】
本発明の方法はさらに、部分犠牲基板が、内面３０ａに隣接するドープ領域３２と、外面３０ｂに隣接する非ドープ犠牲領域３４との両方を含むように、部分犠牲基板の一部分をドープするステップ（ステップＳ１２０）を含む。部分犠牲基板は、内面を基準として所定の深さまで、例えば１０ミクロンまでドーパントでドープされる。
【００２９】
１つの好ましい実施形態では、ドーパントは、当技術分野でよく知られている拡散法によって部分犠牲基板内に添加される。ただし、本発明の方法はこの技法に限定されず、したがって、部分犠牲基板の内面に隣接するドープ領域を、当技術分野で知られている任意の方法によって形成することができる。さらに、例示実施形態では部分犠牲基板がホウ素ドーパントでドープされているが、ドーパントは、部分犠牲基板内部にドープ領域を形成する任意のタイプのドーパントからなっていてよい。
【００３０】
図２Ａおよび３を参照すると、本発明の方法はまた、支持基板３６を提供するステップを含む（ステップＳ１３０参照）。好ましい実施形態では、支持基板がPYREX（登録商標）ガラスなど誘電体材料から形成され、それにより支持基板はまた、ＭＥＭＳデバイスを電気的に絶縁する。しかし、半導体材料を含めた任意の所望の材料から支持基板を形成することができることを理解されたい。
【００３１】
また、図２Ａおよび３を参照すると、本発明の方法は、支持基板の数区画をエッチングし、それにより支持基板３６の内面３６ａから外方向に延在するメサ３８を形成するステップを含む（ステップＳ１４０参照）。図２Ａおよび４を参照すると、まず支持基板の内面に感光性層または被膜（図示せず）を配置することによってメサを形成する。当業者には知られているように、この感光性被膜は通常、フォトレジストと呼ばれている（ステップＳ１４２参照）。その後、感光性被膜をマスクによって少なくとも部分的にカバーし、感光性被膜の露出部分を照明する（ステップＳ１４４参照）。この点で、通常、ＵＶ光源によって感光性被膜を照明するが、感光性被膜を露光することができる任意の特定の光源によって感光性被膜を照明することができる。
【００３２】
感光性材料の一部分を露光した後、Ｓｈｉｐｌｙ現像液凝縮物など現像液溶液に感光性被膜を露出することによって感光性被膜の一部分を除去する（ステップＳ１４５参照）。当業者には知られているように、ポジティブ感光性被膜またはネガティブ感光性被膜のどちらを利用するかに応じて、それぞれ露光された感光性被膜の一部分、または露光されていない感光性被膜の一部分を除去する。次いで、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などにより、残余感光性被膜によってカバーされていない支持基板の部分をエッチングする（ステップＳ１４６参照）。エッチング・プロセスは、メサが所望の高さを有するようにメサ３８を取り囲む支持基板の一部分が除去されるまで続く。その後、感光性層の残余部分を除去する（ステップＳ１４７参照）。
【００３３】
図２Ｂ、２Ｃ、および３を参照すると、支持基板上にメサ３８を形成した後、本発明の方法はさらに、支持基板３６の内面３６ａ上、特にメサ３８上に金属材料を堆積して電極４２を形成するステップを含む（ステップＳ１５０参照）。ただし、メサに堆積された金属がメサの表面の上方に延在しすぎるのを防止するために、まずメサを選択的にエッチングして、金属を堆積することができる凹部領域を画定する。図２Ｂ、２Ｃ、および５を参照すると、メサ３８上に電極を形成するステップは、支持基板３６の内面３６ａ上に感光性材料（図示せず）を配置し、金属が堆積されない内面３６ａの領域のみを感光性材料がカバーするように感光性材料をパターニングするステップを含む。すなわち、エッチングされ、その後、金属で被覆される支持基板の内面の部分は、パターニングされた感光性材料によってカバーされず、したがって露出している（ステップＳ１５２、Ｓ１５４、およびＳ１５５参照）。本発明の方法はさらに、事前定義されたパターンで凹部領域４６を形成するために、例えばＢＯＥによって支持基板の内面の露出部分をエッチングするステップを含む（ステップ１５６参照）。
【００３４】
図２Ｃおよび５を参照すると、本発明の方法はさらに、エッチングされた凹部４６内に金属材料を堆積して、電極４２および導電トレース（図示せず）を形成するステップを含む（ステップＳ１５８参照）。当技術分野で知られているように、電極およびトレースは、チタン、白金、および金の多層堆積など任意の導電材料からなっていてよく、スパッタリングなど任意の適切な技法によって堆積することができる。その後、感光性層の残余部分を除去する（ステップＳ１５９参照）。
【００３５】
図２Ｃおよび３を参照すると、部分犠牲基板の内面もエッチングして、結果として得られるＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材を離隔する、またはその他の方法で形成する（ステップＳ１６０参照）。前述したように、機械および／または電気機械部材を形成するための処置は、精密な寸法を有する部材を信頼可能に形成することができるように厳しい公差を必要とする。特に、部分犠牲基板の内面ではなく支持基板上にメサが形成されるので、機械および／または電気機械部材を形成するために後でエッチングされる部分犠牲基板の内面の部分が少なくとも平坦であり、それにより機械および／または電気機械部材の精密な形成が容易になる。
【００３６】
詳細には、図２Ｃ、２Ｄ、および６を参照すると、機械および／または電気機械部材は、はじめに部分犠牲基板の内面を感光性層４８で被覆することによって形成する（ステップＳ１６１参照）。最終的にエッチングすべき領域を画定するマスクで感光性層をカバーした後、感光性層の露出部分を照明する（ステップＳ１６２参照）。マスクを除去した後、最終的にエッチングされる部分犠牲基板の内面の領域を感光性層の残余部分５１がカバーしないように、感光性層５０の一部分を除去する（ステップＳ１６３参照）。
【００３７】
図２Ｅを参照すると、次いで、部分犠牲基板の内面の露出部分をＲＩＥエッチングなどによってエッチングして、部分犠牲基板のドープ領域を介するトレンチを形成する（ステップＳ１６４参照）。以下に説明するように、トレンチ間に延在する部分犠牲基板のドープ領域が、結果として得られるＭＥＭＳデバイスの（１つまたは複数の）機械および／または電気機械部材を形成する。エッチングしたトレンチによってＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材を画定した後、本発明の方法は、部分犠牲基板の内面から残余感光性材料５１を除去する（ステップ１６５参照）。
【００３８】
図２Ｆおよび３を参照すると、本発明の方法はまた、メサの表面に堆積された電極を含めたメサと接触するように部分犠牲基板の内面を配置するステップを含む（ステップＳ１７０参照）。次いで、部分犠牲基板とメサの結合が形成される（ステップＳ１８０参照）。１つの好ましい実施形態では結合が陽極結合であり、しかし結合は、固定係合を提供する任意のタイプのものであってよいことを理解されたい。
【００３９】
また、機械および／または電気機械部材が回転し、移動し、かつ湾曲することができるように、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去することもしばしば有利である。この技法は通常、溶解ウェハ・プロセス（ＤＷＰ）と呼ばれる。したがって、一実施形態では、本発明の方法はさらに、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域を除去するステップを含む（ステップＳ１９０参照）。非ドープ犠牲領域の除去は通常、例えばエチレンジアミンピロカテキン（ＥＤＰ）エッチング・プロセスを用いて非ドープ犠牲領域をエッチング除去することによって実施され、しかし任意のドーピング／選択性エッチング処置を使用することができる。
【００４０】
上述したように、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域の除去はいくつかの利点を提供する。例えば、この材料の除去により、ドープ領域からエッチングされた機械および／または電気機械部材が、支持基板に関して移動または湾曲するように移動の自由度を有する。さらに、部分犠牲基板の非ドープ犠牲領域の除去はまた、機械および／または電気機械部材を、ドープ領域を介してエッチングされたトレンチの外側にある部分犠牲基板のドープ領域の残余部分から切り離す。
【００４１】
図２Ａを参照すると、一組の傾斜側壁５８間に延在する接触面５６を有するメサ３８を提供することがしばしば有利である。これら傾斜側壁５８により、側壁を上がって接触面まで金属を「ステップ」させることによって、接触面と少なくとも一方のメサ側壁とに金属を堆積することができる。
【００４２】
メサが任意の幾何形状を取ることができることに留意することが重要である。例えば、この実施形態では、メサが角錐形状で形成されているが、メサの断面形状は、特定の適用例での必要に応じて、八角形や円柱形など他の形状を取ることもできる。さらに、傾斜側壁を一組の傾斜側壁と呼んでいるが、いくつかの適用例では、一組の側壁の一方のみが傾斜している場合もあることを理解されたい。
【００４３】
傾斜側壁を有するメサを作成するのに必要な操作を例示する図７を参照すると、本発明のこの実施形態の方法は、メサの最終的な位置に対応する位置のみをカバーするようにパターニングされた感光性層を支持基板の内面に塗布するステップを含む（ステップＳ２００、Ｓ２０２、およびＳ２０４参照）。したがって、感光性層はいくつかのパッドから形成されており、各パッドがそれぞれメサを画定する。各パッドは、それぞれのメサの基部の寸法に近似するように寸法を取られている。本発明の方法はさらに、支持基板の露出された内面をエッチングするステップを含む（ステップＳ２０６参照）。エッチング・ステップが実施されるとき、エッチャントは感光性層もエッチングし、それにより、フォトレジストの様々な部分の寸法サイズが徐々に低減する（ステップＳ２０８参照）。図２Ａに示されるように、パッドのサイズがこのように徐々に低減してメサ３８を作成し、各メサが、一組の傾斜側壁５８と、それらの間に延在する接触面４０とを有する。図示したように、接触面４０はメサの基部５４よりも寸法サイズが小さい。
【００４４】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスを作成する方法に加えて、例えば図２Ｆに示されるような結果として得られるＭＥＭＳデバイスも対象とする。方法に関連して上述したように、本発明の結果として得られるＭＥＭＳデバイスは、第１の内面３０ａを含む半導体基板３０を含む。前述したように、半導体基板は、シリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウムなどからなっていてよく、第１の内面３０ａに隣接するドープ領域３２を有する。半導体基板のドープ領域がＭＥＭＳデバイスの機械部材を形成する。さらに、通常、ドープ領域はホウ素でドープされるが、この領域をインジウム、タリウム、アルミニウムなど他のドーパントでドープすることもできる。
【００４５】
さらに、本発明のこの実施形態のＭＥＭＳデバイスは支持基板３６を含む。支持基板は半導体基板を吊る働きをし、それにより半導体基板によって画定される機械および／または電気機械部分が、より高い移動または湾曲の自由度を有する。しかし、支持基板はまた、例えばＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部分に関する電気絶縁体またはヒート・シンクとして働くことによって、他の機能を実施することもできる。したがって、支持基板は通常、PYREX（登録商標）ガラスなど誘電体材料から形成される。
【００４６】
本発明のＭＥＭＳデバイス、より具体的には支持基板はさらに、少なくとも１つのメサ３８を含む。このメサは、支持基板３６の残りの部分から外方向に延在し、半導体基板３６を支持する働きをする。前述したように、メサ３８が半導体基板とは対照的に支持基板上に形成されるので、半導体基板の内面は高い平坦性を維持し、半導体基板のドープ領域を介するトレンチの精密かつ制御されたエッチングを容易にする。上述したように、メサは、半導体基板の内面３０ａを支持する接触面５６を含み、それにより半導体基板は、支持基板３８の残りの部分を覆うように吊られる。
【００４７】
本発明のＭＥＭＳデバイスの一実施形態では、電極４２がメサ３８上に形成され、ＭＥＭＳデバイスの機械および／または電気機械部材への電気的接続を提供する。本発明の１つの好ましい実施形態では、メサは、一組の傾斜側壁５８間に延在する接触面５６を含む。この実施形態では、メサの接触面５６と少なくとも一方の傾斜側壁５８とに電極が堆積される。したがって、結果として得られる電極は、当該のメサの側壁上に露出して、電気的接触を容易にする。
【００４８】
上述したように、メサの接触面５６は半導体基板の内面３０ａを支持する。いくつかの実施形態では、メサの接触面と半導体基板の内面を結合する、またはその他の方法で接合するる。例えば、メサの接触面と半導体基板の内面とを陽極結合などによって結合することができる。
【００４９】
前述したように、ＭＥＭＳデバイスは様々な適用例で使用されている。特に、１つの適用例は、Ｇｒｅｉｆｆ他の米国特許第５６５０５６８号に記載されているものなど、ジンバル式振動ホイール・ジャイロスコープである。Ｇｒｅｉｆｆ他の特許に記述されており、かつ図８に例示するように、ジャイロスコープは、半導体基板からエッチングされた複数の機械および／または電気機械部材を含む。これらの部材は通常、ホイール・アセンブリまたは回転子６２と、固定子６４と、複数のフィンガ状部材６８で終端する複数の駆動電極６６ａ〜ｈとを含む。本発明によれば、Ｇｒｅｉｆｆ他の特許とは異なり、これらの部材は、支持基板から外方向に延在する複数のメサ７０ａ〜ｈによって支持基板（図示せず）を覆うように支持されている。
【００５０】
図８に示されるように、回転子６２は、一対のポスト・アセンブリ７４ａおよび７４ｂによって支持基板を覆うように吊られている中心ハブ７２と、複数のスポーク７６ａ〜ｄと、複数のフィンガ状部材８０がそこから延在する外側ホイールまたはリム７８とを含む。回転子のフィンガ状部材８０は、固定子６４によって静電作動するために固定子６４のフィンガ状部材６８と交互配置されている。各スポーク７４ａ〜ｂが、それぞれボックス形歪緩和部分８２ａ〜ｄを含む。
【００５１】
各ポスト・アセンブリ７４ａおよび７４ｂがそれぞれ、支持ポスト８４ａおよび８４ｂと、出力湾曲部８６ａおよび８６ｂとも呼ばれるポスト湾曲部８６ａおよび８６ｂとを含む。駆動回路（図示せず）も固定子駆動電極６６ａ〜ｈに結合されている。
【００５２】
駆動電極６６ａ〜ｈの通電時、ホイール・アセンブリ６２のリム７８が駆動軸８８の周りでアセンブリの平面内で振動する、または回転振動する。ジャイロスコープは、自己振動様式で操作することができ、あるいは開ループで操作することができる。ホイール・リム７８が回転振動しているとき、ジャイロスコープが取り付けられているビークルの入力軸９０に関する回転率のばらつきにより、ホイール・アセンブリのリムが、出力軸９２の周りでジャイロスコープの平面外へ歪曲する。
【００５３】
入力軸９０に沿って複数の感知領域９４ａ、９４ｂがホイール・アセンブリ６２のリム７８から延在する。感知電極９４ａ、９４ｂは、支持基板上であって、それぞれの感知領域９４ａ、９４ｂの下方に配設され、アセンブリ６２の平面外への歪曲を感知する。
【００５４】
Ｇｒｅｉｆｆの特許に記述されているように、これらのジャイロスコープは通常、以下に述べる溶解ウェハ・プロセス（ＤＷＰ）を使用して構成される。しかし、任意のマイクロ電気機械製造プロセスを使用して本発明の改良型ジャイロスコープを製造することができることを理解されたい。
【００５５】
はじめに図９を参照すると、支持基板２００が、厚さ約７５０ミクロンで提供される。一実施形態では、支持基板２００はPYREX（登録商標）ガラスなどのガラスからなる。上述したように、支持基板は、従来のリソグラフィ・プロセスにしたがってパターニングされエッチングされた内面または上面２０２を有して、ジャイロスコープの他の部分を支持するメサ２０４を提供する。
【００５６】
次に図１０を参照すると、５００ミクロン程度の厚さを有する半導体基板２０６を、はじめに所定の深さまで、例えば約１０ミクロンまでドープして、ドープ領域２０８および非ドープ犠牲領域２１０を提供する。例示実施形態では、領域２０８はホウ素でドープされている。このホウ素ドープ領域２０８が、最終的にジャイロスコープのホイール・アセンブリ６２を形成する。
【００５７】
図１１を参照すると、その後、半導体基板をパターニングし、例えばＲＩＥエッチングによってエッチングして、特定の適用例の要件にしたがってホイール・アセンブリ６２を画定する。例示実施形態では、図１０の半導体基板のエッチングにより、軸Ｃ（図８参照）に沿った外側リム７８の一部分を提供する領域２１２および２１４が形成され、さらに、図示したように間隔を空けて配置された領域２１２および２１４から中心部分が離隔される。領域２１２と２１４の間のドープ領域２０８の部分２１６が、ジャイロスコープの中心ハブ７２（図８参照）および出力湾曲部８６ａおよび８６ｂを形成する。
【００５８】
次に、図１１および１２を参照すると、上述した製造ステップに続いて、入力軸Ａ（図８）に沿って取られたジャイロスコープの断面が図示されている。より具体的には、図１１で、半導体基板２０６は、やはりホウ素ドープ領域２０８を有するように示されている。軸Ａに沿ったジャイロスコープのこの断面は、図１０の領域２１２および２１４と同様の領域を介して切断していないことに留意されたい。
【００５９】
図１０の構造が形成されるＲＩＥエッチングはさらに、図１２に示されるように、軸Ａに沿って３つの領域２１８、２２０、および２２２を形成する。中心領域２２０は中心ハブ７２を形成し（図８参照）、間隔を空けて配置された領域２１８および２２２は、ホイール・アセンブリ６２の外側リム７８の部分を形成する。
【００６０】
また、図１３を参照すると、軸Ｂ（図８）に沿ったジャイロスコープの断面が示される。図１０および１２に示される構造が形成されるＲＩＥエッチングは、軸Ｂに沿って図１３の構造を生み出す。より具体的には、エッチング・ステップは、図示したようにホウ素ドープ領域２０６を介して切断する。ホウ素ドープ領域２０６の残余部分がスポーク湾曲部７４ｂおよび７４ｄと、中心ハブ７２と、交互配置されたホイール・アセンブリ６２のフィンガ状部材８０および固定子６４のフィンガ状部材６８とを形成する。
【００６１】
図１５を参照すると、図８の完全なジャイロスコープの断面図が、軸Ｃに沿って取られて示されている。感知電極９４ａおよび９４ｂが、支持基板２００の上面２０２を覆うように形成されている。感知電極９４ａおよび９４ｂは、チタン、白金、および金の多層堆積など任意の適切な導電材料からなっていてよく、スパッタリングなど任意の適切な技法によって堆積することができる。また、導電トレース２２４が支持基板２００の上面２０２に提供され、メサ上の接触面２２６からメサの少なくとも１つの側壁２２８を下って支持基板２０２のエッジ部分まで延在する。さらに、トレース２２４は、駆動信号を駆動電極に印加するための駆動電極６６ａ〜ｈ（図示せず）への電気的接続を提供する。
【００６２】
感知電極９４ａおよび９４ｂと導電トレース２２４とを形成するために支持基板２００を処理した後、図１０〜１４の断面で様々な軸に沿って示されたホイール・アセンブリ構造を、支持基板２００のメサの接触面２２６に結合する。より具体的には、半導体基板を逆さにし、陽極結合によって支持基板２００に結合する。図示していないが、半導体基板の任意の非ドープ領域２１０を例えばＤＷＰによって除去することができることを理解されたい。したがって、ホイール・アセンブリ６２および固定子６４は、支持基板の上面から外方向に延在するメサによって、図１７に示されるように支持基板２００を覆うように吊られている。図１７の図に示されるホイール・アセンブリ６２の機構は、中心ハブ７２と、出力湾曲部８６ａおよび８６ｂと、出力リム７８と、回転子フィンガ状電極８０とを含む。
【００６３】
前述し、図９および１７に図示したように、本発明のジャイロスコープは、半導体基板２０６とは対照的に支持基板２００に形成されたメサを含む。メサが支持基板からエッチングされるので、半導体基板の内面は、結果として得られるジャイロスコープの機械および／または電気機械部材を画定するトレンチを形成する前に平坦性を維持している。
【００６４】
本発明が属する技術分野の当業者には、前述の説明および添付図面に提示された教示の利点を有する本発明の多くの修正形態および他の実施形態が想起されよう。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されず、修正形態および他の実施形態が、頭記の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとすることを理解されたい。本明細書では特定の用語を使用したが、それらは単に一般的かつ説明的な意味で使用しており、限定を加えるものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電気機械構造を形成するための方法であって、
第１の表面を有する部分犠牲基板を提供するステップと、
前記部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ領域とを含むように、前記部分犠牲基板の一部をドーパントでドーピングし、ドープ領域が前記部分犠牲基板の第１の表面に隣接しているステップと、
前記部分犠牲基板を支持するための支持基板を提供するステップと、
少なくとも１つのメサが各表面から外側に延びるように、前記支持基板の各表面上に前記少なくとも１つのメサを形成するステップと、
前記部分犠牲基板の第１の表面が、前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされ、前記部分犠牲基板のドープ領域が前記支持基板と向かい合わせになるように、前記部分犠牲基板の第１の表面を前記少なくとも１つのメサに結合するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板の前記非ドープ領域を除去するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結合ステップの前に、前記メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板のドープ領域に電気連通して配置される電極を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合ステップが、前記部分犠牲基板の前記ドープされた第１の表面を、前記支持基板の前記メサに陽極結合するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成ステップが、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含み、
前記方法が更に、導電材料を、接触面の少なくとも一部、および前記支持基板の前記メサの、傾斜した側壁の少なくとも１つの上に配置して、前記結合ステップの前にその上に電極を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記形成ステップが、
前記メサの所定位置に対応する位置で、前記支持基板の前記表面にフォトレジスト層を塗布し、前記フォトレジスト層の寸法を、メサのベースの寸法に近付けるステップと、
前記支持基板の露出した表面をエッチングするステップと、
結果として生じるメサが、一組の傾斜した側壁間を延びる、メサのベースよりも寸法の小さい接触面を含むように、前記エッチング中にフォトレジスト層の寸法を次第に減少させるステップとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ドーピングするステップが、前記基板を、ホウ素、インジウム、タリウム、およびアルミニウムからなる群から選択されたドーパントでドーピングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記提供するステップが、シリコン、ゲルマニウム、およびヒ化ガリウムから形成された基板の群から選択された、部分犠牲基板を提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
誘電材料から形成された支持基板を提供するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
マイクロ電気機械デバイスを形成するための溶解ウェーハ・プロセスで使用する方法であって、
第１の表面を有する部分犠牲基板を提供するステップと、
前記部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ領域との両方を含むように、前記部分犠牲基板の一部をドーパントでドーピングし、ドープ領域が前記部分犠牲基板の第１の表面に隣接しているステップと、
前記部分犠牲基板の前記ドープ領域および非ドープ領域の、選択された領域をエッチングし、前記部分犠牲基板の残りのドープ領域が、結果として生じるマイクロ電気機械デバイスの部材を形成するステップと、
前記部分犠牲基板を支持するための支持基板を設けるステップと、
少なくとも１つのメサが各表面から外側に延びるように、前記支持基板の各表面上に前記少なくとも１つのメサを形成するステップと、
前記部分犠牲基板の第１の表面が、前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされ、前記部分犠牲基板のドープ領域が支持基板と向かい合わせになるように、前記部分犠牲基板の第１の表面を前記少なくとも１つのメサに結合するステップと、
前記部分犠牲基板の前記ドープ領域により画定された、結果として生じるマイクロ電気機械デバイスの前記部材の少なくとも１つが、前記支持基板に関して可動となるように、前記部分犠牲基板から前記非ドープ領域を溶解するステップと、を含む方法。
【請求項１１】
前記結合ステップの前に、前記メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板のドープ領域に電気連通して配置される電極を形成するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合ステップが、前記部分犠牲基板の前記ドープされた第１の表面を、前記支持基板の前記メサに陽極結合するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記形成ステップが、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含み、前記方法が更に、導電材料を、接触面の少なくとも一部、および前記支持基板の前記メサの、傾斜した側壁の少なくとも１つの上に配置して、前記結合ステップの前にその上に電極を形成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記形成ステップが、
前記メサの所定位置に対応する位置で、前記支持基板の前記表面にフォトレジスト層を塗布し、前記フォトレジスト層の寸法を、メサのベースの寸法に近付けるステップと、
前記支持基板の露出した表面をエッチングするステップと、
結果として生じるメサが、一組の傾斜した側壁間を延び、メサのベースよりも寸法の小さい接触面を含むように、前記エッチング中にフォトレジスト層の寸法を次第に減少させるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
誘電材料から形成された支持基板を提供するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
マイクロ電気機械デバイスであって、
マイクロ電気機械デバイスの少なくとも１つの部材を画定する半導体基板と、
前記半導体基板を支持するための支持基板とを備え、
前記支持基板が、そこから外側に延びる少なくとも１つのメサを含み、前記メサは、前記半導体基板が前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされるように、前記半導体基板を支持する接触面を含む、デバイス。
【請求項１７】
前記メサの前記接触面が、前記半導体基板に電気連通する電極を含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記メサの前記接触面が、一組の傾斜した側壁間を延び、
前記電極が、前記接触面の一部および前記メサの前記傾斜した側壁の少なくとも１つに亘って延びる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記メサの前記接触面が、前記半導体基板に陽極結合される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記支持基板が誘電材料から形成される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１】
マイクロ電気機械構造を形成するための方法であって、
第１の表面を有する部分犠牲基板を提供するステップと、
前記部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ領域とを含むように、前記部分犠牲基板の一部をドーパントでドーピングし、ドープ領域が前記部分犠牲基板の第１の表面に隣接しているステップと、
前記部分犠牲基板を支持するための支持基板を提供するステップと、
少なくとも１つのメサが各表面から外側に延びるように、前記支持基板の各表面上に前記少なくとも１つのメサを形成するステップと、
前記部分犠牲基板の第１の表面が、前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされ、前記部分犠牲基板のドープ領域が前記支持基板と向かい合わせになるように、前記部分犠牲基板の第１の表面を前記少なくとも１つのメサに結合するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板の前記非ドープ領域を除去するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結合ステップの前に、前記メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板のドープ領域に電気連通して配置される電極を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合ステップが、前記部分犠牲基板の前記ドープされた第１の表面を、前記支持基板の前記メサに陽極結合するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成ステップが、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含み、
前記方法が更に、導電材料を、接触面の少なくとも一部、および前記支持基板の前記メサの、傾斜した側壁の少なくとも１つの上に配置して、前記結合ステップの前にその上に電極を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記形成ステップが、
前記メサの所定位置に対応する位置で、前記支持基板の前記表面にフォトレジスト層を塗布し、前記フォトレジスト層の寸法を、メサのベースの寸法に近付けるステップと、
前記支持基板の露出した表面をエッチングするステップと、
結果として生じるメサが、一組の傾斜した側壁間を延びる、メサのベースよりも寸法の小さい接触面を含むように、前記エッチング中にフォトレジスト層の寸法を次第に減少させるステップとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ドーピングするステップが、前記基板を、ホウ素、インジウム、タリウム、およびアルミニウムからなる群から選択されたドーパントでドーピングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記提供するステップが、シリコン、ゲルマニウム、およびヒ化ガリウムから形成された基板の群から選択された、部分犠牲基板を提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
誘電材料から形成された支持基板を提供するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
マイクロ電気機械デバイスを形成するための溶解ウェーハ・プロセスで使用する方法であって、
第１の表面を有する部分犠牲基板を提供するステップと、
前記部分犠牲基板がドープ領域と非ドープ領域との両方を含むように、前記部分犠牲基板の一部をドーパントでドーピングし、ドープ領域が前記部分犠牲基板の第１の表面に隣接しているステップと、
前記部分犠牲基板の前記ドープ領域および非ドープ領域の、選択された領域をエッチングし、前記部分犠牲基板の残りのドープ領域が、結果として生じるマイクロ電気機械デバイスの部材を形成するステップと、
前記部分犠牲基板を支持するための支持基板を設けるステップと、
少なくとも１つのメサが各表面から外側に延びるように、前記支持基板の各表面上に前記少なくとも１つのメサを形成するステップと、
前記部分犠牲基板の第１の表面が、前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされ、前記部分犠牲基板のドープ領域が支持基板と向かい合わせになるように、前記部分犠牲基板の第１の表面を前記少なくとも１つのメサに結合するステップと、
前記部分犠牲基板の前記ドープ領域により画定された、結果として生じるマイクロ電気機械デバイスの前記部材の少なくとも１つが、前記支持基板に関して可動となるように、前記部分犠牲基板から前記非ドープ領域を溶解するステップと、を含む方法。
【請求項１１】
前記結合ステップの前に、前記メサ表面の少なくとも一部の上に導電材料を配置して、前記結合ステップの後に、前記部分犠牲基板のドープ領域に電気連通して配置される電極を形成するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合ステップが、前記部分犠牲基板の前記ドープされた第１の表面を、前記支持基板の前記メサに陽極結合するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記形成ステップが、一組の傾斜した側壁間を延びる接触面を有する、少なくとも１つのメサを形成するステップを含み、前記方法が更に、導電材料を、接触面の少なくとも一部、および前記支持基板の前記メサの、傾斜した側壁の少なくとも１つの上に配置して、前記結合ステップの前にその上に電極を形成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記形成ステップが、
前記メサの所定位置に対応する位置で、前記支持基板の前記表面にフォトレジスト層を塗布し、前記フォトレジスト層の寸法を、メサのベースの寸法に近付けるステップと、
前記支持基板の露出した表面をエッチングするステップと、
結果として生じるメサが、一組の傾斜した側壁間を延び、メサのベースよりも寸法の小さい接触面を含むように、前記エッチング中にフォトレジスト層の寸法を次第に減少させるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
誘電材料から形成された支持基板を提供するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
マイクロ電気機械デバイスであって、
マイクロ電気機械デバイスの少なくとも１つの部材を画定する半導体基板と、
前記半導体基板を支持するための支持基板とを備え、
前記支持基板が、そこから外側に延びる少なくとも１つのメサを含み、前記メサは、前記半導体基板が前記支持基板の各表面の残りの部分の上方に吊るされるように、前記半導体基板を支持する接触面を含む、デバイス。
【請求項１７】
前記メサの前記接触面が、前記半導体基板に電気連通する電極を含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記メサの前記接触面が、一組の傾斜した側壁間を延び、
前記電極が、前記接触面の一部および前記メサの前記傾斜した側壁の少なくとも１つに亘って延びる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記メサの前記接触面が、前記半導体基板に陽極結合される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記支持基板が誘電材料から形成される、請求項１６に記載のデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【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１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【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】
【公開番号】特開２０１０−２４７３２９（Ｐ２０１０−２４７３２９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１７４６１５（Ｐ２０１０−１７４６１５）
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【分割の表示】特願２００１−５２６４５９（Ｐ２００１−５２６４５９）の分割
【原出願日】平成１１年９月２８日（１９９９．９．２８）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７４６１５（Ｐ２０１０−１７４６１５）
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【分割の表示】特願２００１−５２６４５９（Ｐ２００１−５２６４５９）の分割
【原出願日】平成１１年９月２８日（１９９９．９．２８）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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