絶縁延長を有する微小電気機械変換器
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する（ｃＭＵＴなどの）微小電気機械変換器が開示される。２つの電極は、その間に変換用ギャップを画定する。絶縁体は、２つの電極間に配置された絶縁性の支持体と、変換用ギャップの増大を必要とすることなく有効な絶縁を高めるために２つの電極の少なくとも１つの中に延在する絶縁延長とを有する。また、微小電気機械変換器を製造するための方法も開示される。この方法は、従来の膜ベースのｃＭＵＴ、および剛性のある上部プレートを輸送する組込み型スプリングを有するｃＭＵＴにおいて使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、エネルギー変換のための可動機械部分を有する微小電気機械デバイスに関し、より詳細には、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの、微細機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、微小電気機械変換器（micro-electro-mechanical transducer）は、エネルギー変換のために使用される可動機械部分（movable mechanical part）を含む、共通の特徴を有する。こうした微小電気機械変換器の１つの例は、微細機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ：micromachined ultrasonic transducer）である。超音波変換器は、変換器としての機能を実現するために、一連のエネルギー変換を行う。その受信モードでは、変換器が置かれている媒体の中を伝播する超音波の音響エネルギーが、変換器内の可動部分（従来は振動する膜）の機械エネルギーに変換される。次いで、可動部分の運動は検出可能な電磁（通常は、電気）信号に変換される。その送信モードでは、逆のエネルギー変換が行われる。
【０００３】
超音波を送受信するために、様々なタイプの超音波変換器が開発されてきた。超音波変換器は、液体、固体および気体を含む様々な媒体中で動作することができる。一般に、これらの変換器は、診断および治療のための医学的画像化、生化学的画像化、材料の非破壊評価、ソナー、通信、近接センサ、ガスフロー測定、現場の工程監視、音波顕微鏡検査、水中センシングおよび画像化、およびその他の多くのもののために使用される。また、ディスクリート超音波変換器に加えて、複数の変換器を含む超音波変換器のアレイも開発されてきた。例えば、画像化用途のために、超音波変換器の２次元アレイが開発されている。
【０００４】
広く使用されている圧電性（ＰＺＴ）超音波変換器と比較して、ＭＵＴは、デバイス製造方法、帯域幅および動作温度などにおいて有利な点を有する。例えば、従来のＰＺＴ変換器のアレイを製作することは、個々の圧電素子をダイスカットして接続することを含む。この工程は、困難かつ高価であることに加えて、言うまでもなく、それらの素子によって送受信回路にもたらされる大きな入力インピーダンス不整合の問題をはらんでいる。これに比べ、ＭＵＴの製造に使用される微細機械加工技法は、そうしたアレイを製作することにおいて、より優位である。性能に関しては、ＰＺＴ変換器の性能に相当する動的性能を示す。このような理由のために、ＭＵＴは、圧電性（ＰＺＴ）超音波変換器に対して魅力的な代替案となってきている。
【０００５】
いくつかのタイプのＭＵＴの中で、静電式変換器を使用した容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）が広く使用されている。図１は、従来技術のｃＭＵＴの基本構造体の断面図を示す。図１のｃＭＵＴ１０は、基板１１の上に作られる。各ｃＭＵＴセルは、剛性のある（rigid）底部電極１２と、隣接する媒体中の音波を送信または受信するために使用される可とう性の膜（flexible membrane）１６の上または内部に置かれた上部電極１４とから成る平行板コンデンサを有する。各セル内の可とう性の膜１６は、アンカ（anchor）１８によって支持される。膜１６は、変換用スペース１９をその間に画定するために、基板１１および上部電極１２から間隔をあけられている。通常、感度および帯域幅を最大化する目的を有するｃＭＵＴ動作のために、膜１６を最適な位置に偏向させるために電極１２と電極１４との間に直流バイアス電圧が印加される。送信の間は、交流信号が変換器に印加される。ｃＭＵＴ１０を取り囲む媒体（図示せず）の中に音響エネルギー（acoustic energy）を届けるために、上部電極と底部電極との間の交流静電気力（alternating electrostatic force）が、膜１６を作動させる。受信の間は、衝突音波（impinging acoustic wave）が膜１６を振動させ、それにより、２つの電極の間の静電容量を変化させる。電子回路が、この静電容量の変化を検出する。
【０００６】
適正な動作のために、２つの電極１２および１４の間の電気的絶縁が必要とされる。こうした絶縁の１つの基本的な形状は、アンカ１８により提供される。アンカ１８は、絶縁材料で作られることができ、同時に、２つの電極１２と１４との間の支持を提供する。また、アンカ１８に加えて、変換器の動作中の電気的短絡を防ぐために、他の絶縁層（図示せず）を、ｃＭＵＴ１０の２つの電極１２と１４との間に配置することもできる。一般に、２つのｃＭＵＴ電極１２および１４の離隔ギャップは、ｃＭＵＴの変換性能に影響し、絶縁層の厚さおよびアンカ１８の高さは、ｃＭＵＴ変換器の絶縁破壊電圧および寄生容量に、競合する様式で影響を及ぼす。通常、ｃＭＵＴのより良い変換性能のためには、より小さい離隔ギャップが望ましく、より厚い絶縁層とより高いアンカとが、絶縁破壊電圧を高め、寄生容量を減少させるために望まれる。従って、しばしば、ｃＭＵＴの設計は、ｃＭＵＴの性能に譲歩するこれら２つの競合要因の間のトレードオフである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらのＭＵＴデバイスの重要性の理由から、性能と、機能と、一般的製造可能性との観点において技術を改良することが望まれ、特に、変換性能と、絶縁破壊電圧と、寄生容量低減とを最適化することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、絶縁延長（insulation extension）を備えた絶縁体で隔てられた２つの導電層（例えば、電極）を有する微小電気機械変換器（ｃＭＵＴなど）を開示する。２つの導電層は、その間に変換用ギャップ（transducing gap）を画定する。絶縁体は、概して２つの導電層の間に配置された絶縁性の支持体と、２つの導電層のうちの少なくとも１つの中に延在する絶縁延長とを有する。絶縁延長の使用は、変換用ギャップを増加させることを必要としないで効果的な絶縁を高める。また、本明細書は、微小電気機械変換器を製造するための方法も開示する。また、本発明の技法は、従来の膜ベースのｃＭＵＴ、および剛性のある上部プレートを輸送する組込み型スプリングを有するｃＭＵＴの双方において使用することができる。
【０００９】
一実施形態において、絶縁延長が導電層に含まれるように、ホスト導電層（その内部に絶縁延長が延在する導電層）は絶縁延長よりも厚い。導電層は基礎導電層と、基礎導電層の導電率よりも著しく高い導電率を有する補助導電層とを含むことができる。２つの導電層は、異なるドーピングレベルを有するシリコンウェハの上に形成されることができる。一実施形態では、基礎導電層はシリコン層であり、補助導電層は金属層である。
【００１０】
一実施形態において、絶縁延長は、導電層（複数の導電層）の内部に変換用ギャップの少なくとも２５％を示す深さだけ延在し、これによって、変換用ギャップを増加させることなく有効な絶縁を著しく増加させる。
【００１１】
絶縁性の支持体と絶縁延長とは、同一の材料か、または異なる絶縁材料の任意の組合せで作ることができる。絶縁性の支持体は、絶縁延長から分離されるかまたは結合されることができる。
【００１２】
一実施形態において、絶縁延長は、ホスト導電層の中に形成されたキャビティの中に配置される。絶縁延長は、キャビティを完全に充填するかまたは部分的なボイド（void）をその中に残してキャビティを部分的に充填する固体材料であることができる。
【００１３】
絶縁延長は、第１導電層の中に延在する第１延長端と第２導電層の中に延在する第２延長端との２つの延長端を含むことができる。２つの延長端は、同一かまたは異なる絶縁材料を有することができる。
【００１４】
一実施形態において、絶縁延長は２つの導電層が動作中に互いに接触するかまたは接触に近づくと最も考えられる位置に配置される。また、最大の変換用距離を制限するために変換用ギャップを横切って部分的に延在する、モーションストッパ（motion stopper）を使用することもできる。
【００１５】
本発明による微小電気機械変換器は、容量性の微細機械加工された超音波変換器であることができ、第１導電層は底部電極として働き、第２導電層は可動な上部電極として働く。シリコンウェハなどの導電性の基板が、底部電極として働くことができる。第２導電層は、絶縁性の支持体によって支持された弾性のある膜を有することができる。
【００１６】
本発明の一態様によると、絶縁延長は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器に組み込まれる。変換器は、（１）基板と、（２）基板上に配置された中央スプリング層であって、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を画され、キャビティを覆うために側壁から延在する中央スプリング層と、（３）中央スプリング層上の絶縁性コネクタと、（４）絶縁性コネクタ上に配置された上部プレートであって、絶縁性コネクタが上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために、上部プレートを中央スプリング層から隔てる上部プレートと、（５）変換用ギャップを超えて延在する絶縁延長とを備える。
【００１７】
一実施形態において、上部プレートは、導電層と導電層の中に延在する絶縁延長とを備える。例えば、上部プレートはシリコン／ポリシリコン層を有することができ、絶縁延長はシリコン／ポリシリコン層の中に延在する。より効果的な電極のために、上部プレートは金属層をさらに含むことができる。
【００１８】
他の実施形態において、中央スプリング層は導電層を備え、絶縁延長は導電層の中に延在する。別法として、基板は導電性であることができ、絶縁延長は導電性の基板の中に延在する。
【００１９】
組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器は、底部電極と上部電極とを有する容量性の微細機械加工された超音波変換器であることができる。底部電極は基板および／または中央スプリングの少なくとも一部であることができ、上部電極は上部プレートの一部であることができる。基板の側壁は導電性であることができ、底部電極は基板の側壁の少なくとも一部分を含むことができる。また、底部電極は、中央スプリング層の上または基板の中に堆積された別の導電層を含むこともできる。
【００２０】
一実施形態において、上部プレートは中央スプリング層よりも著しく剛性があり、絶縁性コネクタの垂直偏移（vertical displacement）によって輸送された場合に、実質的に曲がることがない。上部プレートが変換用スペースを介して輸送されることができる最大垂直偏移は、モーションストッパによって制限されることができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態において、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）は、（１）実質的に静的な基板を含み、底部電極として働く下部層と、（２）膜を含み、上部電極として働く上部層であって、この膜は変換用励磁を静的基板に関して振動させるように構成され、上部層と下部層とがその間に変換用ギャップを画定する上部層と、（３）主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、主部分は概して下部層と上部層との間に配置され、それらを支持し、絶縁延長は下部層と上部層の少なくとも１つの中に延在する絶縁体とを備える。
【００２２】
一実施形態において、下部層と上部層の少なくとも１つは、絶縁延長が導電層の中に包含されるように、絶縁延長よりも厚い導電層を有する。
【００２３】
本発明の他の態様は、絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法に関する。この方法は、（１）第１導電層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、（２）絶縁材料の立ち上がり特徴（standing feature）を形成するステップであって、立ち上がり特徴は凹部から第１ウェハ材料の主たる面より上の自由端まで延在するステップと、（３）第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップとを含む。
【００２４】
第１導電層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることができる。凹部を形成するステップは、直接エッチングプロセス、ディファレンシャル酸化法、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。立ち上がり特徴を形成するステップは、凹部の上に絶縁層を成長させるステップと、絶縁層をパターン形成しエッチングするステップとを含むことができる。第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップは、ＳＯＩウェハを立ち上がり特徴の自由端に接合するステップと、ＳＯＩウェハの所望の部分を立ち上がり特徴の上に残すためにＳＯＩウェハをエッチバック（etching back）するステップとを含む。第２導電層を配置するステップは、ＳＯＩウェハの残された層の上に金属層を堆積するステップをさらに含む。立ち上がり特徴の上に残されたＳＯＩウェハの所望の部分は、第２導電層の少なくとも部分を形成するシリコン／ポリシリコン層を備えることができる。一実施形態において、立ち上がり特徴の上に残されたＳＯＩウェハの所望の部分は、適切な変換用励磁と同時に第１導電層に関して振動するように構成された膜の層を提供する。ＳＯＩウェハを使用する代わりに、所望の膜の層として働かせるために窒化物、酸化物、金属、パリレン（parylene）、または他のポリマ層などの機能層を持つウェハを使用することができる。
【００２５】
上記方法の一実施形態において、第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップは、（１）犠牲層を第１導電層および立ち上がり特徴の上に堆積させるステップと、（２）犠牲層の上に機能層を堆積させるステップと、（３）機能層を立ち上がり特徴の自由端の上に残すために犠牲層を取り除くステップとを含む。第２導電層を配置するステップは、機能層の上に金属層を堆積させるステップをさらに含む。機能層は、第２導電層の少なくとも部分を形成するシリコン／ポリシリコン層を含むことができる。立ち上がり特徴の上の機能層は、適切な変換用励磁と同時に第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることができる。
【００２６】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための他の方法は、（１）基板の材料を取り除くことによって基板の主たる面の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、パターン形成された溝は基板の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、（２）パターン形成された溝が絶縁体を構成するようにパターン形成された溝の中の基板の取り除かれていない材料の細い線を酸化させるステップと、（３）溝の中の絶縁体が上端を基板の上に立ち上がらせるようにシリコン／ポリシリコン基板の主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、（４）絶縁体の上端の上に上部導電層を配置するステップとを含む。
【００２７】
類似の微小電気機械変換器を製造するための代替の方法は、（１）基板の材料を取り除くことによって基板の主たる面の上に溝を形成するステップと、（２）溝を絶縁材料で充填するステップと、（３）溝の中の絶縁材料が上端を基板の上に立ち上がらせるようにシリコン／ポリシリコン基板の主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、（４）絶縁体の上端の上に上部導電層を配置するステップとを含む。
【００２８】
また、本方法は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器に、本発明による絶縁延長を組み込むためにも使用される。こうした変換器を製造するための例示的方法は、（１）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを用意するステップと、（２）絶縁材料の立ち上がり特徴をホスト層の主たる面の上に形成するステップであって、ホスト層は上部プレートまたは中央スプリング層であり、立ち上がり特徴は主たる面の下の点から主たる面を越えて自由端まで延在するステップと、（３）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを結合するステップであって、それによって上部プレートと中央スプリング層とは立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、中央スプリング層は基板に反対側の面で接続される。結果として得られる変換器において、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、キャビティは側壁によって境界を画され、キャビティを覆うために中央スプリング層は側壁から延在するステップとを含む。
【００２９】
一実施形態において、ホスト層はシリコン／ポリシリコン層を備え、立ち上がり特徴を形成するステップは、（１）シリコン／ポリシリコン層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、（２）凹部の上に絶縁材料を導入することによって立ち上がり特徴を形成するステップとを含む。別法として、立ち上がり特徴を形成するステップは、（１）シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによってシリコン／ポリシリコン層の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、パターン形成された溝はシリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、（２）パターン形成された溝が電気的に非導電性の構造体を含むように、パターン形成された溝の中のシリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を酸化するステップと、（３）溝の中の電気的非導電性の構造体から立ち上がり特徴を形成するためにシリコン／ポリシリコン層をパターン形成しエッチングするステップとを含む。パターン形成された溝を使用する代わりに、単純な溝（取り除かれていない材料の細い線などの精細な内部構造を用いない）が絶縁材料を使用して形成され、充填されることができる。
【００３０】
上述のおよび他の特徴ならびに利点が、添付の図面を参照して進められるいくつかの実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの微小電気機械変換器が、同じ部分は同じ参照番号または参照文字で示される図面と共に詳細に説明される。微小電気機械変換器は、任意の適切な方法を使用して、特に本明細書で同一物と認められたいくつかの特許出願の中に開示された方法を使用して、製造することができる。
【００３２】
本発明は、特定の実施形態を参照して以下に説明される。多くの場合に、本発明を示すためにｃＭＵＴ構造体が使用される。しかし、本発明はｃＭＵＴに限定されないことを理解されたい。本発明のより広範な範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされることができ、他の実施形態を使用することができることは当業者には明らかであろう。従って、特定の実施形態に対するこれらおよび他の変形形態が本発明によって含まれるように意図されている。当業者は、本実施形態に関連して開示された様々な特徴を個々にまたは共同して使用することができることを理解されよう。
【００３３】
本明細書において、導電性材料は、１×１０４Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する材料であると定義される。従って、シリコンおよびポリシリコン材料は、この文脈において導電性材料であると考えられる。好適には、良好な導電性材料は、１Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する。用語「絶縁材料」、「絶縁性材料」、「誘電性材料」は別に言及されない限り置き換え可能に使用され、１×１０４Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する材料として定義される。好適には、良好な絶縁／絶縁性材料は、１×１０８Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する。一般に、絶縁体は絶縁性材料を含むが、特別な場合には空気および真空を含むことができる。
【００３４】
用語「変換器」および「変換部材」は、動作機能とセンシング機能の両方を遂行するデバイスを含めるだけでなく、動作機能かセンシング機能のいずれかを遂行するデバイスも含めるために、本説明では広い意味で使用されることに留意されたい。また、用語「カンチレバー（cantilever）」は、固定端と、弾性のある部分を作動または動かすために固定端から作動端まで延在する弾性のある部分とを有する構造体を説明するために、本説明では広い意味で使用されることに留意されたい。従って、カンチレバーは、文字どおりの１次元の梁状のカンチレバーを必ずしも意味せず、橋、または横木などの異なる方向に延在する複数の梁を有する類似の構造体をも含み、最も限定的には、固定端はその領域または部分の閉じた周に置かれることができる延在する直線であり、弾性部分は延在する領域であり、作動端は単一の点、小さな領域、または延在された直線（閉鎖端の、開放端の、または区分化された）であるエリアスプリングまたは平面スプリング（２次元「カンチレバー」）も含む。
【００３５】
最初に、本発明を説明するために、従来技術による設計のいくつかの態様を本発明に照らして説明する。本明細書は、説明を明確にするために、本発明に照らして従来技術の設計に解釈を投げかけるものであることに留意されたい。
【００３６】
ｃＭＵＴの適切な動作のために、２つの電極間の電気的絶縁が必要とされる。こうした絶縁の１つの基本的な形状は、同時に２つの電極間の支持も行うアンカによって提供される。
【００３７】
図２は、絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との関係を説明するための従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す。図に示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒはアンカ絶縁体２８の高さであり、電極２２と２４との間の絶縁体の電極離隔ギャップＨｇａｐによって影響されまたは制限される。図２に示された構成のギャップでは、絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極離隔ギャップＨｇａｐに等しい。
【００３８】
図３は、絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との関係をさらに説明するための他の従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す。アンカ絶縁体３８に加えて、変換器の動作中の電極３２と３４との間の電気的短絡を防ぐために、他の絶縁層３３もｃＭＵＴの２つの電極３２と電極３４との間に配置される。絶縁体の全高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極３２と３４との間の電極離隔ギャップＨｇａｐによって影響されまたは制限される。図３に示された構成でも、絶縁体の全高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極離隔ギャップＨｇａｐに等しい。
【００３９】
ｃＭＵＴなどの静電変換器における２つの電極の離隔ギャップＨｇａｐは、変換器の変換性能に影響を及ぼす。一般に、より小さな離隔ギャップＨｇａｐはより良好な変換性能をもたらす。他方、絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは変換器の絶縁破壊電圧と寄生容量とに影響を及ぼす。通常、より厚い絶縁層とより高いアンカ（すなわち、より大きなＨｉｎｓｕｌａｔｏｒ）とが、絶縁破壊電圧を高め寄生容量を減少させるために望まれる。しかし、静電変換器の従来の設計では、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは本来的にＨｇａｐによって影響され制限されるので、しばしば、変換性能に譲歩または限定されるこれら２つの競合要因間のトレードオフが存在している。
【００４０】
本発明は、ｃＭＵＴなどの静電変換器の従来技術の設計に固有な上述の制限を取り除くために考案された。
【００４１】
図４は、本発明による静電変換器の拡大部分を示す。静電変換器は、互いから離隔ギャップＨｇａｐだけ隔てられた底部電極４１０と上部電極４２０とを有する。底部電極４１０と上部電極４２０との隔たりはその間の変換用ギャップを画定する。概して、絶縁性の支持部分４３０が、底部電極４１０と上部電極４２０との間に配置される。静電変換器は、底部電極４１０の中に延在する絶縁延長４４０をさらに有する。
【００４２】
上記設計は、ＨｉｎｓｕｌａｔｏｒとＨｇａｐとの間の関係を変化させる。図示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは絶縁性の支持部分４３０の高さと絶縁延長４４０の厚さとの合計である。絶縁性の支持部分４３０の高さは電極離隔ギャップＨｇａｐによってまだ制限されるが、絶縁延長４４０の厚さはこうした制約から自由であり、従って、電極離隔ギャップＨｇａｐを増加させることなく全体の絶縁体高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒを増加させるための設計の自由度をもたらす。付加された絶縁延長４４０は、４１０と４２０との２つの電極間の離隔に影響を与えないので、デバイスの変換性能を犠牲にすることなく所望の絶縁破壊電圧と寄生容量とを達成するように任意の所望の厚さを有するように自由に設計することができる。
【００４３】
絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒを電極離隔ギャップＨｇａｐから切離すことによって、変換器の性能は変換器電極離隔Ｈｇａｐを最適化することによって改良することができ、一方で、同時に、絶縁破壊電圧および寄生容量もそれらの間の任意の妥協をすることなく最適化することができる。この斬新な設計は、様々な静電変換器に使用することができ、特に、高周波のｃＭＵＴの性能を改善するのに重要である。
【００４４】
本明細書の製造方法の説明において示されるように、絶縁延長４４０は様々な方法で電極４１０の内部に形成することができる。一実施形態では、初めにキャビティが電極４１０の内部に形成され、次いで絶縁延長４４０を形成するために絶縁材料がキャビティの内部に導入される。絶縁材料はキャビティを完全に満たす固体材料であることができるが、キャビティを完全に充填するかまたは部分的ボイドをその中に残してキャビティを部分的に充填する任意の他の絶縁材料であることもできる。
【００４５】
絶縁延長４４０と絶縁性の支持部分４３０とは、同一の絶縁材料で作られるか、または異なる絶縁材料の任意の組合せで作られることができる。図４に示された構成では、絶縁延長４４０が底部電極４１０の中に含まれるように、底部電極４１０は絶縁延長４４０よりも厚い。しかし、絶縁延長４４０は、特に底部電極４１０が絶縁延長４４０を含むより厚い組み合わされた層の部分である場合には、底部電極４１０を超えて延在することができる。
【００４６】
他の実施形態において、底部基板４１０は多数の導電性の層または誘電体基板の上の導電層を備えることができる。例えば、底部電極４１０はベース導電層と追加の導電層とを有することができる。これは、ベース導電層としてシリコン基板が使用され、シリコン基板（ベース導電層）の導電率よりもかなり高い導電率を有する追加の導電層がより効果的な電極を作るために使用される場合の事例であり得る。追加の層の例は、ポリシリコン層、金属層、または同じシリコン基板に接している部分であるが、より高いドーピングレベルを備えた部分を含む。こうした場合には、絶縁延長４４０は、追加の層の外に延在し、シリコン基板の中にさらに延在する。
【００４７】
底部電極４１０の内部に延在する絶縁延長４４０の厚さは、絶縁破壊電圧、寄生容量および変換性能の最適化についての設計要件によって決定することができる。本質的に、この延長の厚さは、性能を配慮することを除いて本来的に制限されない設計の自由度である。例えば一実施形態において、絶縁延長４４０は、顕著な改善を確実にするために変換用ギャップの少なくとも２５％を示す深さを有する。
【００４８】
絶縁延長４４０は、その断面サイズにおいて絶縁性の支持部分４３０よりも幅が広くなっているように示される。こうした構成は、必要とされない大きすぎる支持領域を有することなく、絶縁破壊電圧および寄生容量を最適化するために好適である。
【００４９】
絶縁延長４４０および絶縁性の支持部分４３０は、図４に示されるように互いに直接的に接続されることができ（いくつかの実施形態では、１つの絶縁材料の同じ連続する一部の部分であることさえもでき）、または、２つの代替の構成において図４ａおよび図４ｂに示されるように、他の絶縁層４３５及び４３６によって介在されることもできる。
【００５０】
図５〜図７は、図４に示された概念の変形形態を示す。これらの図で類似の構成要素は、類似または同じ参照番号を用いて示される。図５は、図５の絶縁体が底部電極５１０および上部電極５２０の中にそれぞれ延在する２つの絶縁延長５４０および５５０を有することを除いて、図４の静電変換器に類似の静電変換器を示す。図４の静電変換器と同様に、底部電極５１０と上部電極５２０は、互いから離隔ギャップＨｇａｐだけ隔てられる。底部電極５１０と上部電極５２０の離隔が両電極の間に変換用ギャップを画定する。概して、絶縁性の支持部分５３０が底部電極５１０と上部電極５２０との間に配置される。図に示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは、絶縁性の支持部分５３０の高さならびに絶縁延長５４０および５５０の厚さの和である。所与の離隔ギャップＨｇａｐについて、絶縁体の全体高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは、絶縁延長５４０か絶縁延長５５０の厚さ、またはその両方の厚さを調整することによって最適化することができる。
【００５１】
図６は、絶縁延長が図６中でわずかに複雑な構造を有していることを除いて図４の静電変換器に類似している、他の静電変換器を示す。底部電極６１０内の絶縁延長は、異なる絶縁材料で作られてよい第１部分６４０と第２部分６４５とを含む。示されているように、絶縁延長の第１部分６４０はある種のボイド（示されているように第２部分６４５によって占められる）を画定するように構成される。第１部分６４０は絶縁性の支持部分６３０に接触しており、一方、絶縁延長の第２部分６４５は構成された第１部分６４０によって画定されたボイドを占めている。一実施形態では、第２部分６４５は空気または封止された真空を含む。
【００５２】
図７は、底部電極７１０および上部電極７２０の内部に延在する２つの絶縁延長を有する図５の静電変換器に類似の他の静電変換器を示す。しかし、図７の絶縁延長はそれぞれが図５の対応する絶縁延長よりわずかにより複雑な構造を有する。底部電極７１０内の絶縁延長は、異なる絶縁材料で作られてよい第１部分７４０と第２部分７４５とを含む。同様に、上部電極７２０内の絶縁延長は第１部分７５０と第２部分７５５とを含む。示されるように、絶縁延長の第１部分７４０と７５０とは絶縁性の支持部分７３０に接触し、一方、絶縁延長の第２部分７４５と７５５とはそれぞれが第１部分７４０と７５０とによって画定されたボイドを占める。一実施形態においては、第２部分７４５と７５５とはそれぞれが空気または封止された真空を含む。
【００５３】
絶縁延長の上述した基本的設計は、例としてｃＭＵＴを使用して図８〜図１８を参照して以降に示されるように、様々な微小電気機械変換器に具現化することができる。特にこの設計は、（１）実質的に静的な基板を含み底部電極として働く下部層と、（２）膜またはプレートを含み上部電極として働く上部層であって、この膜またはプレートは静的な基板に対して変換用励磁（transducing excitation）を振動させるように構成され、上部層と下部層はその間に変換用ギャップを画定している上部層と、（３）主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、主部分は概してその間に配置され下部層と上部層とを支持し、絶縁延長は下部層と上部層の少なくとも１つの内部に延在している絶縁体とを備えた容量性の微細機械加工された超音波変換器に使用することができる。
【００５４】
あるタイプの絶縁延長構成が説明のためにこれらの実施例において使用されるが、任意の他の絶縁延長構成（図４〜図７を参照して上述された構成など）を、本発明の全体的な概念の中で等しいまたは類似の目的のために使用することができることを理解されたい。
【００５５】
図８は、本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ要素８００は、基板ウェハ８０１の上に作られた底部電極層８１０と、上部電極層８２０を有する膜層８１９とを有する。絶縁性の支持体（アンカ）８３０は、底部電極層８１０と絶縁性の支持体（アンカ）８３０の上端で固定または留められる膜層８１９（上部電極層８２０を備えた）を支持するために、底部電極層８１０と膜層８１９との間に配置される。膜層８１９と底部電極層８１０とは、変換用ギャップ８１５を画定する。膜層８１９は、変換機能を遂行するために、変換用励磁を受けると変換用ギャップ８１５を介して基板に関して振動する。
【００５６】
図８ならびに本明細書の他の図において、底部電極層８１０は基板８０１から分離された層であることは必要とされないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、基板８０１と底部電極８１０とは底部電極として働く単一の導電性の層であることができる。他の実施形態では、基板８０１は導電性のシリコン基板であることができ、底部電極８１０は同一基板８０１であるがより高いドーピングレベルを備えた連続した部分であることができる。
【００５７】
絶縁延長８４０と８４２とは、全体の絶縁体高さを伸ばすために底部電極層８１０の内部に形成される。絶縁延長８４０はそれぞれ対応する絶縁性の支持体（アンカ）８３０に接続され、一方、絶縁延長８４２は絶縁性の支持体（アンカ）には接続されず、上部電極８２０と底部電極８１０とが変換器の動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い位置に配置される。通常、しかし常にではないが、こうした位置は２つの対向する絶縁性の支持体（アンカ）８３０によって画定される、各ｃＭＵＴセルの中央付近である。説明のため、絶縁延長８４２は２つの絶縁延長８４０の中央に配置されている。上述された絶縁延長の任意の設計を、図示された絶縁延長８４０と８４２との代わりに使用することができる。
【００５８】
図９は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体９００は、絶縁延長９４０と９４２とが底部電極９１０を超えて基板９０１の内部に延在していることを除いて、図８に示されたｃＭＵＴ構造体８００に類似である。この構成は、基板９０１自体が導電性か高度に絶縁性ではない材料で作られている場合に有益であることができる。例えば、基板９０１は、本発明の文脈では導電性と考えられるシリコンウェハであることができる。導電性基板９０１は、好適には基板９０１よりより導電性のある底部電極層９１０と共に底部電極の部分として機能する。
【００５９】
図１０は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１０００は、ｃＭＵＴ構造体１０００が絶縁性の支持体（アンカ）９３０と絶縁延長９４０および９４２との間に絶縁層９５０をさらに含むことを除いて、図９に示されたｃＭＵＴ構造体９００と類似である。また、絶縁層９５０は膜層９１９と絶縁性の支持体（アンカ）９３０との間に配置することもできることを理解されたい。
【００６０】
図１１は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１１００は以下の違いを除いて図１０に示されたｃＭＵＴ構造体１０００に類似である、すなわち、（１）絶縁層１１５０は、ｃＭＵＴ構造体１１００の中で絶縁延長９４０と９４２の上方領域だけを覆うようにパターン形成され、（２）導電性基板１１０１が追加の導電層を伴うことなく底部電極として単独で機能している。導電性基板１１０１のための１つの適切な材料は、ドープされたシリコンウェハである。
【００６１】
図１２は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１２００は、ｃＭＵＴ構造体１２００が絶縁延長９４２の上方に配置されたモーションストッパ（motion stopper）１２３０をさらに含むことを除いて、図１１に示されたｃＭＵＴ構造体１１００に類似である。図示されているように、絶縁性の支持体（アンカ）９３０の下部に配置され、それに接続される絶縁延長９４０とは違って、絶縁延長９４２は、電極が動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い各ｃＭＵＴセルの中央近くに配置される（図１２の特定の実施形態では、底部電極は導電性基板１２０１を備え、上部電極９２０は膜層９１９によって支えられるパターン形成された導電層を備える）。モーションストッパ１２３０は、動作中に底部基板に対する上部電極９２０の最大偏移を制限し、これにより電極間の直接短絡を防ぐことを助けるような位置に配置される。
【００６２】
図１３は、本発明による絶縁延長と類似の効果を達成するｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１３００は、基板１３０１の上に作られ、基板１３０１の全体を覆って配置された、パターン形成された底部電極層１３１０を有する。絶縁体層１３５０は、基板１３０１および底部電極１３１０の上面を覆う。パターン形成された底部電極層１３１０はボイド１３４０を画定し、これらのボイドはそれらが封止された真空または空気を含む場合には絶縁延長の少なくとも一部として働くことができる。図１３に示された特定の実施形態では、ボイド１３４０は絶縁体層１３５０で部分的に充填されている。この場合には、ボイド１３４０の残された空の領域とボイド１３４０内に充填された絶縁層１３５０の部分とが絶縁延長として共に働く。
【００６３】
基板１３０１は、絶縁性材料、導電性材料または絶縁性材料で覆われた導電性材料で作ることができる。また、基板１３０１が導電性材料で作られている場合は、底部電極の少なくとも部分として働くこともできる。
【００６４】
図１４は、本発明による絶縁延長と類似の効果を達成する他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１４００は、ｃＭＵＴ構造体１４００が追加の絶縁延長１４４２の上方に配置されたモーションストッパ１４３０をさらに含み、絶縁体層１４５０がパターン形成され、底部電極１４１０の大部分を覆わないことを除いて、図１３に示されたｃＭＵＴ構造体１３００に類似である。
【００６５】
図１３〜図１４に示されたように底部電極をパターン形成することに加えて、上部電極も、絶縁性の支持体（アンカ）９３０が位置している場所および上部電極と底部電極とが動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い場所近くなどのいくつかの選択された位置で、上部電極と底部電極とが互いに重なり合わないように、パターン形成することができる。
【００６６】
また、本発明による絶縁延長は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器の中で使用することもできる。特に、絶縁延長はエネルギーを変換するための可動機械部分を有する微小電気機械変換器で使用することができる。例示の変換器は、（１）基板と、（２）基板上に配置された中央スプリング層であって、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を形成され、中央スプリング層がキャビティを覆うように側壁から延在するスプリング層と、（３）中央スプリング層上の絶縁性コネクタと、（４）絶縁性コネクタの上部に配置された上部プレートであって、上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために絶縁性コネクタが上部プレートを中央スプリング層から切離す上部プレートと、（５）変換用ギャップの外へ延在する絶縁延長とを備える。
【００６７】
図１５は、組込みスプリング式微小電気機械変換器（ＥＳＭＵＴ）の選択された部分の拡大図である。ＥＳＭＵＴ部分１５００は、完全なＥＳＭＵＴ素子（図示せず）の一部分である。選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００の構造体は、完全なＥＳＭＵＴ素子を理解するための基礎を提供する。
【００６８】
高い動作周波数を備えたＥＳＭＵＴなどのある種の用途のために、完成されたＥＳＭＵＴ素子またはデバイスは、ＥＳＭＵＴ部分１５００のような１つの基本ユニットだけを使用する。他の用途のためには、図１５および／または図１６に示されるような複数の基本ユニットの組合せを使用することが好適であることができる。
【００６９】
ＥＳＭＵＴ部分１５００は、基板１５０１の上に作られ、その基板の上面には、キャビティ１５０２と１５０２ａとの境界を成す２つの反対側の側面上に２つの側壁を有する、立ち上がり特徴（本明細書ではこれ以降「側壁アンカ」と呼ぶ）１５０３がある。この立ち上がり特徴（側壁アンカ）１５０３は、キャビティ１５０２と１５０２ａとを形成した結果として形成された基板１５０１の一体化された部分であることができるが、これは分離された基板の上に加えられた付加的な構造体であることもできる。例えば、一実施形態において、側壁アンカ１５０３は中央スプリング層１５２０の部分である。基板１５０１は、非導電性材料、若しくはシリコンまたはポリシリコンなどの導電性材料で作ることができる。側壁アンカ１５０３が別の構造である構成においては、側壁アンカ１５０３の導電率は、基板１５０１の導電率に等しいかまたは異なる。例えば、側壁アンカ１５０３は、金属、シリコンまたはポリシリコンなどの導電材料で作られる一方、基板１５０１は非導電性材料で作られる。
【００７０】
また、示されたＥＳＭＵＴ構造体は、側壁アンカ１５０３のもう一方の側面にそった第２キャビティ１５０２ａも有する。ＥＳＭＵＴ部分１５００が、ＥＳＭＵＴ素子からどのようにしてまたどこで取られるかによって、第２キャビティ１５０２ａは、異なる別のキャビティに属するか、またはキャビティ１５０２と同じ円形または延長されたキャビティの単に他の部分であることができる。また、選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００は、他の半分の中に第２コネクタ１５３０ａも有する。ここでも、ＥＳＭＵＴ部分１５００がＥＳＭＵＴ素子１５００からどのようにしてまたどこで取られるかによって、第２コネクタ１５３０ａは、異なる別のコネクタの一部分であるか、またはコネクタ１５３０と同じ円形または延長されたコネクタの単に他の部分であることができる。
【００７１】
ＥＳＭＵＴ構造体部分１５００は、以下の構成要素、（ａ）好適には弾性のある膜である中央スプリング層１５２０と、（ｂ）中央スプリング層１５２０の上に配置された底部電極１５２５、中央スプリング層１５２０の上部の上に立つコネクタ１５３０および１５３０ａと、（ｃ）コネクタ１５３０の上に位置する絶縁層１５３５と、（ｄ）介在する絶縁層１５３５を介してコネクタ１５３０および１５３０ａに結合された上部プレート１５４０と、（ｅ）上部電極１５５０とをさらに有する。
【００７２】
上部プレート１５４０の底面側は中央スプリング層１５２０の上面側に向かい合い、中央スプリング層１５２０の底面側は基板ウェハの前面側に向かい合い、コネクタ１５３０及び１５３０ａは、上面プレート１５４０の下方に変換用スペース１５６０を画定するために中央スプリング層１５２０から立ち上がっている。概して、変換用スペース１５６０は、上部プレート層１５４０と中央スプリング層１５２０の上面または側壁アンカ１５０３の上面のいずれか高い方との間に画定される。上部プレート層１５４０と中央スプリング層１５２０の上面または側壁アンカ１５０３の上面との間に介在層がある場合には、利用できる変換用スペースが減少され得る。例えば、他の層が中央スプリング層１５２０または側壁アンカ１５０３の上方に配置される場合には、側壁アンカ１５０３の上面は側壁アンカ１５０３の上に堆積された層の覆われていない表面と定義される。図１５に示された例示の構成においては、利用できる変換用スペース１５６０の実際の高さは、絶縁層１５３５と、底部電極１５２５と、中央スプリング層１５２０との厚さの分だけ減少されることがあり得る。
【００７３】
いくつかの実施形態においては、変換用スペース１５６０のために利用可能な、上部プレート層１５４０と側壁アンカ１５０３の上面との間の全体の高さを有することができる。例えば、絶縁層は、２つの電極間の電気的短絡を防ぐために他の形態（例えば、モーションストッパ）が使用されるならば取り除くことができ、導電性の基板ウェハは別の電極層を必要とすることなく基板上（例えば、側壁アンカ１５０３上）の底部電極を実現するためにそれ自体を使用することができ、カンチレバーは、側壁アンカ１５０３の上部の上に配置された連続的な中央スプリング層を使用する代わりに、側壁アンカ１５０３に接続された中央スプリング層の部分と共に側壁アンカ１５０３の上面と同一平面かそれよりも低い側面の場所に作ることができる。
【００７４】
側壁アンカ１５０３を含む板１５０１と中央スプリング層１５２０とは導電性であることができる。この場合には、基板１５０１は導電性の中央スプリング層１５２０にアクセスするための導電体として作用することができ、中央スプリング層１５２０は底部電極として働くことができる。
【００７５】
コネクタ１５３０と１５３０ａとは中央スプリング層１５２０の上に立ち上がり、それぞれは実質的に等しいコネクタ高さを有する。コネクタ１５３０と１５３０ａとは、側壁アンカ１５０３のそれぞれの側壁から十分な長さだけ水平方向にそれぞれ間隔をあけている。このことが、側壁アンカ１５０３のそれぞれの側面に背中合わせの二重カンチレバー構成でそれぞれが固定された２つのキャビティを画定する。カンチレバーは、それぞれのコネクタ（１５３０または１５３０ａ）を通じてコネクタ（１５３０または１５３０ａ）が配置されている作動端（例えば、左側のカンチレバー上の１５２２）の位置で活性化（activated）される。カンチレバーならびにそれぞれのキャビティ１５０２および１５０２ａはコネクタ１５３０および１５３０ａの垂直の偏移を可能とし、この偏移は上部プレート１５４０を実質的に垂直なピストンに似た運動を伴って搬送し、これによって変換用スペース１５６０を変化させる。ＥＳＭＵＴ構造体１５００の両半分が同じ位相で運動する場合は、垂直のピストンに似た運動がさらに確実なものにされる。
【００７６】
示されたこの特定の実施例では、側壁アンカ１５０３の上面は中央スプリング層１５２０で覆われ、次いで、この中央スプリング層は底部電極１５２５で覆われている。さらに、上部プレート１５４０とコネクタ１５３０とは、互いに直接的には結合されず、その間に絶縁層１５３５が介在している。従って、変換用スペース１５６０は、中央スプリング層１５２０と、底部電極１５２５と、絶縁層１５３５とによって部分的に占められている。側壁アンカ１５０３の上面と、底部電極１５２５と、絶縁層１５３５とを覆う中央スプリング層１５２０の部分はオプショナルである。いずれにしても、意図したエネルギー変換を達成するために、変換用スペース１５６０は、それらが構造体に含まれている場合はこれらの余分な層によって完全に占められてはならない。
【００７７】
図１６は、完全なＥＳＭＵＴ素子（図示せず）の他の部分である別の選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００の拡大図である。図１５に示された選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００と選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００とは、同一のＥＳＭＵＴ素子の異なる位置から取られることができる。選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００は基板１６０１の上に作られ、この基板１６０１は、２つの向かい合う側の上の２つの側壁アンカ１６０３および１６０３ａによって境界を成されるキャビティ１６０２を有する。ＥＳＭＵＴ構造体部分１６００は以下の構成要素、すなわち、中央スプリング層１６２０と、中央スプリング層１６２０の上に配置された底部電極１６２５と、中央スプリング層１６２０の上部の上に立つコネクタ１６３０と、コネクタ１６３０の上に位置する絶縁層１６３５と、介在する絶縁層１６３５を介してコネクタ１６３０に結合された上部プレート１６４０と、上部電極１６５０とをさらに有する。
【００７８】
コネクタ１６３０は中央スプリング層１６２０の上に立ち、側壁アンカ１６０３および側壁アンカ１６０３ａの両方の側壁から水平方向に間隔をあけている。側壁アンカ１６０３と側壁アンカ１６０３ａとの間の中央スプリング層１６２０は、側壁アンカ１６０３と側壁アンカ１６０３ａとの位置で固定された二重カンチレバーを画定する。二重カンチレバーは、コネクタ１６３０がブリッジを形成するように配置された位置１６２２において頭をつき合わせて接続される。
【００７９】
上部プレート１６４０は、上部プレートの下方に変換用スペース１６６０を画定するために上部プレート１６４０を中央スプリング層１６２０から隔てるコネクタ１６３０の上に配置される。二重カンチレバーとキャビティ１６０２とは、コネクタ１６３０の垂直の偏移を可能とし、この偏移は上部プレート１６４０を実質的に垂直に搬送し、これにより変換用スペースを変化させ、エネルギー変換のために変換器内の変換材（transducing member）を活性化させる。
【００８０】
上述したＥＳＭＵＴ設計は、エネルギーを変換するための可動機械部分を有する様々な微小電気機械変換器を構築するための基本構築ユニットとして使用することができる。ＥＳＭＵＴ構造体は、ｃＭＵＴ要素をセルに分解し、各ｃＭＵＴセルの周辺で膜を支持し、クランプすることを必要とするセル絶縁壁の従来の概念を本質的に取り払った。
【００８１】
図１７〜図１８を参照して以下に示されるように、本発明による絶縁延長は、さらにその性能を向上させるためにＥＳＭＵＴの中に組み込むことができる。
【００８２】
図１７は、本発明による絶縁延長を使用したＥＳＭＵＴを示す。ＥＳＭＵＴ構造体１７００は、ＥＳＭＵＴ構造体１５００に基づき、ＥＳＭＵＴ構造体１５００の構成部分の大部分を共有する。ＥＳＭＵＴ構造体１７００は、変換用スペース１５６０を増加させることなく更なる絶縁を提供するために、上部プレート１５４０の内部に延在する絶縁延長１７４２と１７４４とを有する。図示されるように、絶縁延長１７４２はコネクタ１５３０と１５３０ａとに一直線にされ、オプションの絶縁層１５３５を介してそれらに結合される。コネクタ１５３０と１５３０ａとは、絶縁材料で作られ図４〜図７の絶縁性支持部分および図８〜図１４の絶縁性の支持部分または絶縁アンカと等価なものである。絶縁延長１７４４は、絶縁延長１７４２の間で、オプションの介在する絶縁層１５３５を含む上部プレート１５４０が、底部電極１５２５に接触または接触に近づく可能性が最も高い中央位置に配置される。
【００８３】
図１８は、本発明による絶縁延長を使用した他のＥＳＭＵＴ構造を示す。ＥＳＭＵＴ構造体１８００はＥＳＭＵＴ構造体１６００に基づき、ＥＳＭＵＴ構造体１６００の構成部分の大部分を共有する。ＥＳＭＵＴ構造体１８００は、変換用スペース１６６０を増加させることなく更なる絶縁を提供するために、上部プレート１６４０の内部に延在する絶縁延長１８４２と１８４４とを有する。図示されるように、絶縁延長１８４２は、コネクタ１６３０に一直線に並べられ、オプションの絶縁層１６３５を介してそれらに結合される。コネクタ１６３０は、絶縁材料で作られ、図４〜図７の絶縁性支持部分および図８〜図１４の絶縁性の支持体または絶縁アンカと等価なものである。絶縁延長１８４４は、オプションの介在する絶縁層１６３５を含む上部プレート１６４０が、底部電極１６２５に接触または接触に近づく可能性が最も高い位置に配置される。
【００８４】
上述した実施形態における絶縁延長１７４２と、１７４４と、１８４２と、１８４４とは、変換器の変換性能を減少させることなく絶縁破壊電圧を最大化し、寄生容量を最小化することを可能とする。上部プレート１５４０／１６４０（または、１５３５／１６３５などの介在層）と中央スプリング層１５２０／１６２０（または１５２５／１６２５などの介在層）との間の接触を避けるために、上部プレート１５４０／１６４０の最大偏移がモーションストッパなどの他の構成部品によって制限される場合は、絶縁延長１７４４および１８４２はオプションである。とりわけ、絶縁延長の追加の絶縁効果は、上部プレート１５５０または１６５０が導電性の層（シリコンまたはポリシリコンなど）または十分な絶縁層を持たない非導電性の層である場合に有益である。いくつかのタイプの絶縁延長が本明細書で説明のために使用されているが、本発明による絶縁延長の任意の形態をＥＳＭＵＴ構造体の中で使用することができることに留意されたい。例えば、代替としてまたは付加的に、絶縁延長は中央スプリング層１５２０または１６２０の中に、および／または基板アンカ１５０３または１６０３の中に作られてもよい。
【００８５】
（製造方法）
本発明による絶縁延長を有する微小電気機械変換器は、様々な方法を使用して製造することができる。本発明の一態様によると、絶縁延長を有する絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法は、（１）第１導電層の主たる表面の上に凹部を形成するステップと、（２）第１ウェハ材料の主たる面の上方で凹部から自由端に延在する絶縁材料から成る立ち上がり特徴を形成するステップと、（３）第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップとを含む。
【００８６】
また、極めて深い絶縁延長を形成するための方法も説明する。例示の方法は、（１）基板の材料を取り去ることによって、基板の取り去られていない材料から成る細い線を備えたパターン化された溝を基板の主たる面の上に形成するステップと、（２）パターン化された溝が絶縁体を構成するようにパターン化された溝の中の基板の取り去られていない材料から成る細い線を酸化させるステップと、（３）絶縁体が基板の上方に立ち上がった上端を有するように基板の主たる面をパターン形成し、エッチングするステップと、（４）上部導電層を絶縁体の上端の上に配置するステップとを含む。この方法のための好適な基板は、シリコンウェハなどの酸化させることのできる基板である。
【００８７】
また、別法として、本方法は（１）基板材料を取り去ることによって基板の主たる表面の上に溝を形成するステップと、（２）溝を絶縁材料で充填するステップと、（３）溝の中の絶縁材料が基板の上方に立ち上がった上端を有するように基板の主たる面をパターン形成し、エッチングするステップと、（４）上部導電層を絶縁体の上端の上に配置するステップとを含むこともできる。この方法のための好適な基板は、シリコンウェハである。
【００８８】
本発明によるＥＳＭＵＴを製造するための例示の方法は、（１）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを準備するステップと、（２）絶縁材料から成る立ち上がり特徴を上部プレートの１つの主たる面と中央スプリング層との上に形成するステップであって、この立ち上がり特徴は主たる面の下方の一点から主たる面を超えた自由端に延在するステップと、（３）上部プレートと中央スプリング層とが立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、中央スプリング層は基板に反対の側で接続されるように、上部プレートと、中央スプリング層と、基板と、を接続するステップとを含む。その結果得られるＥＳＭＵＴにおいて、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を成され、中央スプリング層はキャビティを覆うために側壁から延在する。
【００８９】
本方法の例示の実施形態を、図１９Ａ〜図２７Ｄを参照して説明する。絶縁延長を形成するための工程は、絶縁延長を形成するための少数のステップを追加することによって、ｃＭＵＴ工程などの通常の微小電気機械変換器の製造工程に組み込むことができる。以下に示されるように、所望のパターンを備えた所望の凹部またはキャビティを基板の上に形成するステップを組み込むことが、本発明の重要な要素である。
【００９０】
示される個々のステップは、最終的な構造体を完成させるためにそれらのステップが物理的に互いに互換性がある限り、任意の順番で行われることができることに留意されたい。本明細書に特に示されたステップを含み、しかしそれに限定されない多くの代替のステップが可能である。さらに、以下に説明する多くのステップは、説明中にオプションのものと特に示されたステップを含み、しかしそれらに限定されない、オプションのステップであることに留意されたい。
【００９１】
図１９．１〜図１９．９ａは、ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための工程の流れを示す。工程の主要なステップを、以下に説明する。
【００９２】
ステップ１（図１９．１）において、凹部１９０５と１９０６とを含む所望の凹部パターンが基盤１９０１の上に形成される。図示の例で、２つの異なる深さの凹部が示され、１つ（１９０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長のためのものであり、もう１つ（１９０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のためのものである。２つのタイプの凹部１９０５と１９０６とは、同時に単一のステップで形成されるか、２つのステップを使用して別々に形成される。基板の上に所望の凹部パターンを作るための多くの適切な方法が存在する。エッチング可能な基板（例えば、シリコンウェハ）を使用する場合には、所望の凹部パターンは、適切なエッチング技法を使用して基板を直接的にエッチングすることによって形成することができる。
【００９３】
ステップ２（図１９．２）において、絶縁層１９３１（例えば、熱酸化物（thermal oxide）、ＬＴＯ、窒化物、ＴＥＯＳおよびＳＯＧ）が、凹部１９０５と１９０６の内部に所望の厚さで導入される。
【００９４】
ステップ３（図１９．３）において、絶縁層１９３１は、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２およびモーションストッパ１９３４を形成するためにパターン形成され、エッチングされ、これらのそれぞれは凹部１９０５と１９０６の中で立ち上がり自由端に向けて延在する。
【００９５】
ステップ４（図１９．４）において、他の絶縁層１９３３が必要であれば形成される。
【００９６】
ステップ５（図１９．５）において、絶縁層１９３３は、絶縁延長の一部を形成するために、必要であれば各凹部１９０５と１９０６の内部に層１９３５を残してパターン形成される。
【００９７】
ステップ６（図１９．６）において、所望の膜の層１９１９を備えたＳＯＩウェハが、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２とモーションストッパ１９３４の自由端の上に接合される。次いで、ＳＯＩウェハは、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２の上の膜層１９１９を残すために、アニールされ、背面エッチング（etched back）される。このステップで、必要であれば底部電極にアクセスするために、ビア（vias）がエッチングされる（図示せず）。
【００９８】
ＳＯＩウェハを使用する代わりに、所望の膜層１９１９としての機能を果たすために窒化物、酸化物、金属、パリレン（parylene）、または他のポリマ層などの機能層を携えたウェハを、上述したステップ６を完成させるために適切な接合技法と共に使用することができる。
【００９９】
ステップ７（図１９．７）において、上部電極を形成するために金属層１９２０が堆積される。このステップの後で、必要であれば個々のｃＭＵＴ要素を分離するために隣接するｃＭＵＴ要素間の膜層１９１９をエッチングすることができる（図示せず）。
【０１００】
ステップの他の変形形態を使用してもよい。例えば、上述のステップ６および７で使用されたＳＯＩボンディング技法は、犠牲技法（sacrificial technique）を使用した代替の表面マイクロマシニング（micromachining）工程に置き換えてもよい。代替のステップ６、７、８および９を含む代替の方法を以下に示す。
【０１０１】
代替のステップ６（図１９．６ａ）において、犠牲層１９３９が、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２およびモーションストッパ１９３４の自由端の上に堆積される。
【０１０２】
代替のステップ７（図１９．７ａ）において、膜層１９１９が堆積され、必要なパターンが形成される。
【０１０３】
代替のステップ８（図１９．８ａ）において、ビア（図示せず）が必要であればエッチングされ、次いで犠牲層１９３９が取り除かれる。その後、ビアは適切な材料で封止される。
【０１０４】
代替のステップ９（図１９．９ａ）において、上部電極を形成するために金属層１９２０が堆積される。その結果得られる構造体は、図１９．７の構造体に類似したものである。
【０１０５】
適切な処理ステップを選択し、そのステップで使用される、各層のための様々な材料をさらに選択することにおいて、多くの自由がある。特に、異なる材料（例えば、シリコン、シリコン窒化物、酸化物、ポリマ、サファイア、ダイアモンドおよびＳｉＣ）から成る膜を形成するために、異なる接合工程（例えば、シリコン溶融接合（silicon fusion bonding）、共晶接合（eutectic bonding）、陽極接合、および熱圧縮接合）を適用することができる。
【０１０６】
本発明による絶縁延長がその中に組み込まれたＥＳＭＵＴを製造するために、ウェハボンディングおよび表面マイクロマシニング技法を使用した工程などの類似の工程を使用することもできる。
【０１０７】
基板の上に所望の凹部パターンを作るために多くの適切な方法がある。適切なエッチング工程を使用して基板を直接的にエッチングすることに加えて、図２０〜図２２を参照して以下に説明するディファレンシャル酸化法（differential oxidation methods）などの他の方法を使用して、所望の凹部パターンを形成することもできる。異なる酸化厚さ（oxidation thickness）を備える酸化物は、異なる量の酸化材料を消費するので、ディファレンシャル酸化法を使用して酸化可能な導電性の表面の上にパターン（例えば凹部）を形成することができる。これは、窒化層および／または酸化層を追加の酸化のためのマスクとして使用することによって、達成することができる。窒化層はその下部の酸化を本質的にブロックすることができ、酸化層はその下部の酸化を遅らせることができる。酸化層または窒化層を酸化遮蔽膜として使用することによって、異なる厚さを備えた酸化物を導電性材料（例えばシリコン）基板上の所望の位置に形成することができる。
【０１０８】
酸化プロセスは酸化材料を消費するので、このプロセスは、材料の直接的エッチングと等価であると考えることができる。しかし、一般に、酸化プロセスは、直接的エッチングよりも制御することがより容易であり、より良好な精度を有する。従って、電極表面と基板との上のパターン、凹部および材料分布のより高い精度と分布を必要とする（ｃＭＵＴなどの）変換器を製造するためには、凹部を形成するために酸化法を使用することが直接的エッチング工程より好適であることができる。
【０１０９】
図２０．１〜図２０．３は、基板の上に凹部を形成するための例示の工程を示す。特に、この方法は、シリコン基板などの酸化可能な基板の上に凹部を形成することに適している。また、この工程は、酸化可能な上部プレート層または中央スプリング層の上に凹部を形成するために使用することもできる。
【０１１０】
ステップ１（図２０．１）において、第１酸化層２０１０が基板２００１の主要な面の上に成長される。酸化層２０１０は、基板が酸化物によって覆われていない開口２０１５を有する。
【０１１１】
ステップ２（図２０．２）において、第２酸化層２０２０が、第１酸化層２０１０（開口２０１５を含む）にわたって成長される。第２酸化層２０２０は、開口２０１５が配置されている位置で基板２００１内部に達する第１深さ２０３０と、第１酸化層２０１０に覆われた位置で基板２００１内部に達する第２深さとを有する。第１酸化層２０１０は酸化プロセスを減速させるので、第１深さ２０３０は第２深さよりも大きいものとなる。２つの深さの間の差異が、次の工程における凹部の形成の基礎となる。
【０１１２】
ステップ３（図２０．３）において、凹部２０４０を形成するため第１酸化層２０１０と第２酸化層２０２０とが取り除かれる。
【０１１３】
図２１．１〜図２１．３は、基板上に凹部を形成するための他の例示の工程を示す。特に、この方法は、シリコン基板などの酸化可能な基板の上に凹部を形成することに適している。また、この工程も、酸化可能な上部プレート層または中央スプリング層の上に凹部を形成するために使用することができる。
【０１１４】
ステップ１（図２１．１）において、第１酸化層２１１０および窒化層２１２０が、基板２１０１の主要な面の上に成長される。酸化層２１１０はパターン形成され、基板が酸化物によって覆われていない開口２１１５を有する。窒化層２１２０は、第１酸化層２１１０の開口２１１５に一致する開口を有する。
【０１１５】
ステップ２（図２１．２）において、第２酸化層２１３０が、第１酸化層２１１０および窒化層（開口２１１５を含む）に成長される。第２酸化層は、開口２０１５が配置されている位置において所望の深さで基板２１０１内に達する。基本的に、窒化層２１２０は、その他の領域ではさらなる酸化を停止させる。第２酸化層の深さは、次の工程における凹部の形成の基礎となる。
【０１１６】
ステップ３（図２１．３）において、凹部２１４０を形成するために窒化層２１２０と、第１酸化層２１１０と、第２酸化層２１３０とが取り除かれる。
【０１１７】
上述した方法が、様々な深さを有するより複雑な凹部パターンを形成するために繰り返され、または組み合わされる。図２２．１〜図２２．５は、酸化プロセスを使用してシリコン基板上に所望の凹部パターンを製造するための工程を示す。また、この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。この工程の主たるステップを、以下に説明する。
【０１１８】
ステップ１（図２２．１）において、熱酸化層（thermal oxide layer）２２３１が、基板２２０１上に所望の厚さまで形成され、必要に応じてパターン化される。
【０１１９】
ステップ２（図２２．２）において、他の熱酸化層２２３２が、第１の熱酸化層２２３１のパターンに所望の厚さまで形成される。
【０１２０】
ステップ３（図２２．３）において、次の工程で所望の凹部を形成するために、得られた熱酸化層２２３１および２２３２が、所望のパターンにさらにパターン形成される。
【０１２１】
ステップ４（図２２．４）において、他の熱酸化層２２３３が、酸化パターンに所望の厚さまで形成される。これは、形成すべき所望の凹部の様々な深さをさらに規定するためである。
【０１２２】
ステップ５（図２２．５）において、シリコン基板上に所望の凹部パターンを形成するために残っている酸化物が取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２２０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２２０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１２３】
図２３．１〜図２３．５は、Ｏ２注入および酸化プロセスを使用して、シリコン基板上に所望の凹部パターンを製造するための他の工程を示す。また、この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。この工程の主たるステップを、以下に説明する。
【０１２４】
ステップ１（図２３．１）において、パターン化（選択的）Ｏ２注入が、パターン形成されたマスク２３０９を使用してシリコン基板２３０１に実施される。
【０１２５】
ステップ２（図２３．２）において、熱酸化が、Ｏ２注入を用いて処理されたシリコン基板２３０１に実施される。熱酸化は、Ｏ２注入が行われた選択された領域内で、より厚い酸化物形成２３３２を有する酸化層２３３１を形成する。
【０１２６】
ステップ３（図２３．３）において、酸化層２３３１がパターン形成される。
【０１２７】
ステップ４（図２３．４）において、酸化層２３３１にさらなる熱酸化が行われる。
【０１２８】
ステップ５（図２３．５）において、シリコン基板２３０１上に所望の凹部パターンを形成するために、酸化物が取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２３０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２３０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１２９】
図２４．１〜図２４．３は、Ｏ２注入およびシリコン選択酸化（ＬＯＣＯＳ：Local Oxidation of Silicon）を使用して、シリコン基板上に所望の凹部パターンを形成するための他の工程を示す。この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。本工程の主要なステップを、以下に説明する。
【０１３０】
ステップ１（図２４．１）において、パターン形成されたマスク２４０９を使用して、パターン化（選択的）Ｏ２注入がシリコン基板２４０１に行われる。
【０１３１】
ステップ２（図２４．２）において、パターン形成された窒化保護層２４３１がシリコン基板２４０１上に堆積され、シリコン基板はＯ２注入を用いて処理される。次いで、ＬＯＣＯＳプロセスが、パターン形成された窒化保護層２４３１を備えたシリコン基板２４０１に遂行される。ＬＯＣＯＳプロセスは、Ｏ２注入が行われている選択された領域のより厚い酸化形成体２４３２と、Ｏ２注入が行われなかった他の非保護領域のより薄い酸化形成体２４３４とを含む、２つのタイプの局所的に酸化された領域を有する酸化パターンを形成する。上述のプロセスは、所望の酸化厚みを有する２つの別のＬＯＣＯＳプロセスに置き換えて、２つのタイプの局所酸化を別々に形成することができる。
【０１３２】
ステップ３（図２４．３）において、シリコン基板２４０１上に所望の凹部パターンを形成するために、窒化物と酸化物とが取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２４０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２４０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１３３】
（極めて厚く高い絶縁延長を形成する方法）
上述した方法では、絶縁延長は、絶縁材料を成長または堆積させることによって製造された。従って、絶縁延長の厚さは、膜の堆積または膜の成長プロセスによって制限される。しかしながら、いくつかの用途では、電気的絶縁破壊を防ぐために極めて厚い絶縁が必要とされることがある。従って、微小電気機械変換器内の極めて厚い絶縁延長を製造するための異なるプロセスが必要とされる。
【０１３４】
図２５．１〜図２５．７は、可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示的方法を示す。この方法は、所望のパターンを基板上にエッチングし、次いでそのパターンを全体的に酸化することによって深い絶縁延長を形成する。基板上のパターン形成された領域は、適切に形成されたパターンを備えた熱酸化物によって充填することができる。例示の方法の主たる工程を、以下に説明する。
【０１３５】
ステップ１（図２５．１）において、所望の凹部パターン２５３１が基板２５０１上に形成される。凹部パターン２５３１は、直接エッチングプロセス、酸化、またはＬＯＣＯＳを含む様々な技法によって形成することができる。
【０１３６】
ステップ２（図２５．２）において、基板２５０１および凹部パターン２５３１の表面上で、所望のシリコンパターンがエッチングされる。シリコンパターンは、凹部パターン２５３１の凹部の上を含む選択された位置において所望の厚さまでエッチングされた、複数の深いパターン形成された溝を有する。各パターン形成された溝は、基板２５０１の元の材料が取り除かれた場所にボイド（void）を有し、基板２５０１の取り除かれていない元の材料から成る細い線２５３７も有する。
【０１３７】
ステップ３（図２５．３）において、取り除かれていない基板材料から成る細い線２５３７を有するパターン形成された溝は、可変の深さを有する酸化層２５３３を形成するために、熱酸化を使用して全面的に酸化される。特に、酸化層２５３３は、以前は深いパターン形成された溝であった空間を充填している深い酸化物部分２５３２および２５３４を有する。このステップでは、熱酸化物が溝を全面的に充填しない場合は、充填材を加えることができる。酸化層２５３３の表面は、必要であれば研磨してもよい。表面高さの所望の変化を作るために前もって図２５．１のステップ１が行われていない場合は、図２５．１の凹部２５３１に対応する位置の酸化物を、このステップで所望の高さにエッチングすることができる。
【０１３８】
ステップ４（図２５．４）において、酸化層２５３３がパターン形成され、酸化層２５３３の下部の基板２５０１の選択された部分が所望の厚さまでエッチングされる。このステップの後に、深い酸化物部分２５３２および２５３４が基板２５０１の中に残る。直接的エッチングプロセスに加えて、酸化またはＬＯＣＯＳプロセスを、基板をエッチングするためにこのステップで使用することができる。
【０１３９】
ステップ５（図２５．５）において、絶縁性の支持体（アンカ）および絶縁延長になる深い酸化物部分２５３２および２５３４のより明瞭な形成体を形成するために、再び、残っている酸化物がパターン形成され、その下にある基板が所望の厚さまでエッチングされる。必要であれば、このステップの後で薄い酸化層を成長し、パターン形成してもよい。
【０１４０】
ステップ６（図２５．６）において、ＳＯＩウェハが、深い酸化物部分２５３２および２５３４の自由端の上に接合される。膜層２５１９を残しておくためにＳＯＩウェハのハンドルウェハとボックス層（図示せず）とが取り除かれる。図示されているように、深い酸化物部分２５３２は、それぞれ基板２５０１の上方に絶縁性の支持体（アンカ）と、基板２５０１の内部に延在する深い絶縁延長とをもたらし、深い酸化物部分２５３４は、それぞれ隣接する絶縁性の支持体（アンカ）の中間部分の位置で基板２５０１の内部に延在する深い絶縁延長をもたらす。また、必要に応じて、深い酸化物部分２５３４は、基板２５０１の上方にモーションストッパを形成するための区間を有してもよい。
【０１４１】
ステップ７（図２５．７）において、上部電極を形成するために金属層２５２０が堆積され、必要に応じてパターン形成される。次いで、必要に応じて、個々のｃＭＵＴ要素を分離するために膜層がエッチングされる。
【０１４２】
上述した工程は、単に例示のためのものであることに留意されたい。この工程の各ステップにおいても、多くの変形形態が可能である。例えば、深い酸化物部分２５３２と２５３４の明瞭な形成のために、ステップ５において使用することができる形成体を完成させるために異なるパターンを最初の４つのステップ（ステップ１からステップ４）において使用することができる。こうした代替のパターン形成の１つの例を、図２５．１〜図２５．４の代替のものである図２５．１ａ〜図２５．４ａを参照して、以下に説明する。加えて、極めて高い絶縁延長を有するｃＭＵＴを形成するために、図１９．６ａ〜図１９．８ａのステップで示された表面マイクロマシニング工程を、図２５．６のステップを置き換えるために使用することができる。
【０１４３】
絶縁延長の厚さを制御するために膜の堆積または膜の成長を使用する方法とは対照的に、上記の方法は、エッチング工程によって絶縁延長の厚さを画定する。絶縁延長は、より大きな範囲の厚さ、実際にはｃＭＵＴ設計最適化が必要とする可能性のあるどんな厚さ、に製造することができる。
【０１４４】
上記の方法は、ｃＭＵＴ設計に容易に適合することができる。例えば、同様の絶縁延長を、同様の方法を使用してＥＳＭＵＴ（図１５〜図１８に示された組込み型スプリングを備えたｃＭＵＴ）の剛性のある上部プレートまたは中央スプリング層の上に形成することができる。本方法と両立できるように、ホスト層（絶縁延長がその中に形成されるＥＳＭＵＴの層）は、酸化することが可能な任意の材料（例えば、シリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓまたは任意の他の半導体材料）で作ることができる。
【０１４５】
図２６．１〜図２６．７は、エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す。この方法の主要なステップを、以下のように説明する。
【０１４６】
ステップ１（図２６．１）において、溝２６３１が基板２６０１上にエッチングされる。
【０１４７】
ステップ２（図２６．２）において、溝２６３１は、所望の誘電性材料２６３３（例えば、ガラスフリット、ＬＴＯ、ＳＯＧ、窒化シリコン、ＰＳＧまたはこれらの材料の複数層の組合せ）で充填される。
【０１４８】
ステップ３（図２６．３）において、誘電性材料２６３２の表面が、必要に応じて研磨される。
【０１４９】
ステップ４（図２６．４）において、深い絶縁体２６３２と２６３４（対応する絶縁延長を含む）を基板２６０１の中に残すために、充填材料２６３３の上でパターン形成とエッチングとが実行される。異なる高さの２つの異なるタイプの深い絶縁体２６３２と２６３４とがこのステップで形成される。
【０１５０】
ステップ５（図２６．５）において、絶縁体２６３２と２６３４とをさらに画定するために、基板２６０１が所望の厚さまでエッチングされる。各絶縁体２６３２および２６３４は、良好に画定された２つの部分を有する。第１の部分は基板２６０１の中に延在する絶縁延長であり、第２の部分は基板２６０１の上方に延在する絶縁性の支持体またはアンカである。
【０１５１】
ステップ６（図２６．６）において、絶縁延長を取り囲む周辺の溝２６３５を形成するために、基板２６０１上で追加のエッチングが行われる。
【０１５２】
ステップ７（図２６．７）において、絶縁体２６３２の自由端の上にＳＯＩウェハが接合され、次いで、ハンドルウェハおよびボックス酸化層（図示せず）が膜２６１９から取り外される。次いで、上部電極を形成するために金属層２６２０が堆積され、必要に応じてパターン形成される。膜層２０１９は、必要に応じて、ｃＭＵＴ要素を分離させるためにエッチングされてもよい。
【０１５３】
図２５．１〜図２５．７の方法と同様に、上記の方法は、絶縁延長の厚さを堆積された材料の厚さに代わってエッチングの深さによって画定する。従って、この方法は、高温ｃＭＵＴまたは極めて高い絶縁破壊電圧を備えたｃＭＵＴを作るために不可欠な、極めて厚い絶縁延長を作ることができる。
【０１５４】
フレットガラス、ＳＯＧ、ＬＴＯ、窒化物、ＴＥＯＳなどの広い範囲の充填材料溝が、溝を充填するための方法で利用可能である。また、これらの溝は、少なくともその１つが絶縁材料である材料から成る複数の層の組合せで充填されてもよい。
【０１５５】
絶縁延長を有するｃＭＵＴを作るために、図２５Ａ〜図２６Ｂで示された方法では、ウェハボンディング技法を利用している。しかしながら、絶縁延長が製造された後では、ｃＭＵＴは、犠牲技法に基づいた表面マイクロマシニングを使用して完成させることができる。
【０１５６】
図１９Ａ〜図２６Ｂに示された製造方法は、本発明の絶縁延長を従来のｃＭＵＴ（可とう性膜を備えたｃＭＵＴ）の中に組み込む例である。しかしながら、本方法は他のｃＭＵＴ設計に容易に適合することができる。特に、類似の絶縁延長は、同じ方法を使用してＥＳＭＵＴ（組込み型スプリングを備えたｃＭＵＴ）の上部プレートまたは中央スプリング層の上に形成することができる。絶縁延長がその中に形成されるホスト層は、任意の適切な材料で作ることができるが、ホスト層がシリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓまたは他の半導体材料などの導電性材料で作られている場合、絶縁延長は特に有益である。
【０１５７】
図２７．１〜図２７．１６は、本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディングプロセスを示す。また、ＥＳＭＵＴは、製造工程に組み込まれたセルフアライメント特徴（self-alignment feature）も有するが、このセルフアライメント特徴は説明のためだけに含まれ、絶縁延長によって必要とはされない。このプロセスはまた、溝封止などの他の特徴を組み入れてもよい。このプロセスのステップを以下に説明する。
【０１５８】
ステップ１（図２７．１）において、工程は、結果として得られるｃＭＵＴ構造体の上部プレート層２７４０となるシリコン層２７４０を持つＳＯＩウェハ２７８０と共に開始する。酸化層２７８１および窒化層２７８２が、上部プレート２７４０の底部に成長される。別法として、このステップは、後のステップにおける上部プレート層のために所望の厚さまで研削され、研磨されることができるプライムウェハ（prime wafer）と共に開始することができる。
【０１５９】
ステップ２（図２７．２）において、酸化層２７８１および窒化層２７８２が、上部プレート層２７４０のいくつかの領域を露出させるためにｃＭＵＴ設計によってパターン形成される。
【０１６０】
ステップ３（図２７．３）において、上部プレート層２７４０の露出された領域が、所望の厚さまで酸化される。
【０１６１】
ステップ４（図２７．４）において、上部プレート層２７４０の底面に凹部２７４１を形成するために、窒化層と酸化層とが取り除かれる。この凹部２７４１は、絶縁延長と絶縁性の支持体（コントラクタ（contractor））を含む絶縁体を受けるための基礎となる。
【０１６２】
ステップ５（図２７．５）において、絶縁材料から成る立ち上がり特徴２７３１が、上部プレート層２７４０の凹部２７４１に形成される。これらの立ち上がり特徴２７３１は、プレートとスプリングとのコネクタ２７３０（これらは絶縁体である）および凹部の中の絶縁延長の双方を提供する。こうした立ち上がり特徴２７３１を形成する１つの方法は、酸化層を成長させることである。
【０１６３】
ステップ６（図２７．６）において、別の酸化層２７３２が上部プレート層２７４０の凹部２７４１に成長される。このオプションの酸化層２７３２は、凹部２７４１内の絶縁延長の追加の部分になるために、パターン形成される。オプションの酸化物層２７３２は、表面上の電気的漏洩を防ぐことによって絶縁を改善することができる。
【０１６４】
ステップ７（図２７．７）において、シリコン層２７２１を有する別のＳＯＩウェハ２７８５が、プレートとスプリングとのコネクタ２７３０に接合される。シリコン層２７２１は、組込み型スプリング（カンチレバー）を形成するために、最終のＥＳＭＵＴ構造体において中央スプリング層２７２０となるものである。この目的を果たすために、シリコン層２７２１は適切な厚さを有するべきである。
【０１６５】
ステップ８（図２７．８）において、ＳＯＩウェハ２７８５は、中央スプリング層２７２０となるシリコン層２７２１を残すために、キャリア層と酸化層とを取り除くように背面エッチングされる。必要に応じて、この段階でシリコン層２７２１の選択された領域にシリコンドーピングが行われる。
【０１６６】
ステップ９（図２７．９）において、シリコン層２７２１の選択された領域２７８８をアクセス可能に残しつつ、酸化層２７８６および窒化層２７８７がシリコン層２７２１に形成され、パターン形成される。
【０１６７】
ステップ１０（図２７．１０）において、シリコン層２７２１のアクセス可能領域２７８８が、所望の厚さまで酸化される。
【０１６８】
ステップ１１（図２７．１１）において、シリコン層２７２１の領域２７１３の頂部に酸化物と窒化物とを残したままの状態で、酸化層と窒化層とが選択された位置で取り除かれる。この領域２７１３は、最終的なＥＳＭＵＴ構造体において側壁アンカ２７０３になる。シリコン層２７２１の他の覆われていない領域は、次のステップのためにここで露出される。
【０１６９】
ステップ１２（図２７．１２）において、シリコン層２７２１の露出された領域は、所望の厚さまで酸化される。
【０１７０】
ステップ１３（図２７．１３）において、側壁アンカ２７０３およびカンチレバーの仕切り２７２２となるところのより厚い部分の特徴を有する中央スプリング層２７２０を形成するために、領域２７１３上の酸化層および窒化層、ならびにステップ１２で形成された新しい酸化層が取り除かれる。カンチレバーの仕切り２７２２は、（１）モーションストッパとして働くことと、（２）スプリングの長さを２７０３で画定することとの２つの機能を同時に有することができる。
【０１７１】
ステップ１４（図２７．１４）において、所望の厚さを備えたプライムウェハ２７０１が接合される。この層は、最終のＥＳＭＵＴ構造体のための基板２７０１になる。このステップの後で、製造を終了させるための工程は、この説明の中で説明された他の例示の製造方法のいくつかの最終ステップに類似している。１つの例を、簡潔に以下で説明する。
【０１７２】
ステップ１５（図２７．１５）において、キャリア層を取り除くために、頂部ＳＯＩウェハ２７８０は背面エッチングされ、上部プレート２７４０を形成するために、酸化層が背面エッチングされる。
【０１７３】
ステップ１６（図２７．１６）において、必要に応じて相互接続を形成するために、金属層２７５０が堆積され、パターン形成される。個々のＥＳＭＵＴ要素を分離するために、ＥＳＭＵＴ要素間に溝２７１５が形成される。
【０１７４】
上記のステップ１４について、いくつかの他のオプションを利用することができる。例えば、プライムウェハを接合する代わりに、内部にスルーウェハ相互接続（through-wafer interconnections）を備えたプロセスウェハ（processed wafer）を、中央スプリング層２７２０との溶融接合のために使用することができる。プロセスウェハと中央スプリング層２７２０とは、カンチレバー形成領域の形状に対応するキャビティパターンを画定する。また、このステップは、他のウェハボンディング技術（例えば、共晶接合、熱圧縮接合および陽極接合）でなされることもできる。
【０１７５】
別法として、所望の金属パターン、集積回路（ＩＣ）または所望の回路を備えたプリント配線板を、中央スプリング層２７２０に接合することもできる。ウェハは、ガラス、サファイアまたはシリコンなどの材料で作ることができる。別法として、その中に集積回路（ＩＣ）を有するシリコンウェハを、中央スプリング層２７２０に接合することもできる。
【０１７６】
上部プレート２７４０の上に絶縁延長を形成する代わりに、中央スプリング層２７２０の上に絶縁延長を作るための類似したプロセスを行うことができる。
【０１７７】
図２７．１〜図２７．１６を参照して上述された製造方法の各ステップにおける材料の選択および工程方法の選択は、他の微小電気機械構造体を備えた製造方法に関連して本明細書で説明されたものに類似している。また、ｃＭＵＴが、説明のために上述した工程の中で使用されているが、その方法はそれらに限定されない。また、微小電気機械構造体は、図２７．１〜図２７．１６に示された各工程のただ一部分だけ、または工程の異なる一連のステップを使用することによっても製造することができる。加えて、ＳＯＩウェハを使用する代わりに、組込み型スプリングを有する微小電気機械構造体の中央スプリング層を、高度にドープされた層を有するシリコンウェハまたはシリコンウェハで作ることができる。その後で、中央スプリング層の上のカンチレバー領域を、選択的シリコンエッチングによって形成することができる。
【０１７８】
本発明による微小電気機械変換器を、図面および例示の実施形態と共に詳細に説明した。潜在的に、この変換器は、既存の技術のいくつかの問題を軽減し、または取り除くことができる。本発明は、多数のより小さなセルを使用して、アドレス可能な変換器要素を形成する必要性を取り除いた。本技術を使用すれば、より少ない複数のセルまたは単に１つのセルが、各アドレス可能な変換器要素のために必要となる。特に、本発明の微小電気機械変換器の設計は、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）の用途に適しているが、エネルギーを変換するための可動機械部分を有する他の微小電気機械デバイスにも使用することができる。
【０１７９】
特に、本発明による微小電気機械変換器は、本製造方法を使用することによって製造することができる。
【０１８０】
本発明を、その特定の実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明がそれらに限定されないことを理解するであろう。上述した開示の様々な特徴および態様は、個別にまたは組み合わされて使用することができる。さらに、本開示は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本明細書に説明されたものを超えて、任意の数の環境および用途において使用することができる。我々は、添付の特許請求の範囲の範囲および趣旨に入る全てのこうした修正形態および変形形態を請求する。従って、本明細書および図面は、限定のためではなく説明のためのものと見なされるべきである。本明細書で使用された用語、「備える」、「含む」および「有する」は、幅広い解釈のできる専門用語と解釈されるべきであることが特に意図されていることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】従来技術のｃＭＵＴの基本構造体の断面図である。
【図２】絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との間の関係を説明するための従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す図である。
【図３】絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との間の関係をさらに説明するための、他の従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す図である。
【図４】本発明による静電変換器の拡大部分を示す図である。
【図４ａ】図４に示された絶縁延長の概念の変形形態を示す図である。
【図４ｂ】図４に示された絶縁延長の概念の変形形態を示す図である。
【図５】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図６】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図７】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図８】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の断面図である。
【図９】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１０】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１１】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１２】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１３】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１４】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１５】組込型スプリング微小電気機械変換器（ＥＳＭＵＴ）の選択された部分の拡大図である。
【図１６】完成したＥＳＭＵＴ素子の異なる選択されたＥＳＭＵＴ部分の拡大図である。
【図１７】本発明による絶縁延長を使用したＥＳＭＵＴ構造体を示す図である。
【図１８】本発明による絶縁延長を使用した他のＥＳＭＵＴ構造体を示す図である。
【図１９Ａ】ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための例示の工程フローを示す図である。
【図１９Ｂ】ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための例示の工程フローを示す図である。
【図２０】酸化プロセスを使用して酸化可能層の表面に凹部を形成するための例示の工程を示す図である。
【図２１】酸化プロセスを使用して酸化可能層の表面に凹部を形成するための他の例示の工程を示す図である。
【図２２】酸化プロセスを使用して基板の上に異なる凹部深さを有する凹部パターンを形成するための他の例示の工程を示す図である。
【図２３】Ｏ２注入および酸化プロセスを使用してシリコン基板の上に所望の凹部パターンを製造するための他の例示の工程を示す図である。
【図２４】Ｏ２注入およびシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）を使用してシリコン基板の上に所望の凹部パターンを製造するための他の工程を示す図である。
【図２５Ａ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２５Ｂ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２５Ｃ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２６Ａ】エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す図である。
【図２６Ｂ】エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す図である。
【図２７Ａ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｂ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｃ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｄ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、エネルギー変換のための可動機械部分を有する微小電気機械デバイスに関し、より詳細には、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの、微細機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、微小電気機械変換器（micro-electro-mechanical transducer）は、エネルギー変換のために使用される可動機械部分（movable mechanical part）を含む、共通の特徴を有する。こうした微小電気機械変換器の１つの例は、微細機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ：micromachined ultrasonic transducer）である。超音波変換器は、変換器としての機能を実現するために、一連のエネルギー変換を行う。その受信モードでは、変換器が置かれている媒体の中を伝播する超音波の音響エネルギーが、変換器内の可動部分（従来は振動する膜）の機械エネルギーに変換される。次いで、可動部分の運動は検出可能な電磁（通常は、電気）信号に変換される。その送信モードでは、逆のエネルギー変換が行われる。
【０００３】
超音波を送受信するために、様々なタイプの超音波変換器が開発されてきた。超音波変換器は、液体、固体および気体を含む様々な媒体中で動作することができる。一般に、これらの変換器は、診断および治療のための医学的画像化、生化学的画像化、材料の非破壊評価、ソナー、通信、近接センサ、ガスフロー測定、現場の工程監視、音波顕微鏡検査、水中センシングおよび画像化、およびその他の多くのもののために使用される。また、ディスクリート超音波変換器に加えて、複数の変換器を含む超音波変換器のアレイも開発されてきた。例えば、画像化用途のために、超音波変換器の２次元アレイが開発されている。
【０００４】
広く使用されている圧電性（ＰＺＴ）超音波変換器と比較して、ＭＵＴは、デバイス製造方法、帯域幅および動作温度などにおいて有利な点を有する。例えば、従来のＰＺＴ変換器のアレイを製作することは、個々の圧電素子をダイスカットして接続することを含む。この工程は、困難かつ高価であることに加えて、言うまでもなく、それらの素子によって送受信回路にもたらされる大きな入力インピーダンス不整合の問題をはらんでいる。これに比べ、ＭＵＴの製造に使用される微細機械加工技法は、そうしたアレイを製作することにおいて、より優位である。性能に関しては、ＰＺＴ変換器の性能に相当する動的性能を示す。このような理由のために、ＭＵＴは、圧電性（ＰＺＴ）超音波変換器に対して魅力的な代替案となってきている。
【０００５】
いくつかのタイプのＭＵＴの中で、静電式変換器を使用した容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）が広く使用されている。図１は、従来技術のｃＭＵＴの基本構造体の断面図を示す。図１のｃＭＵＴ１０は、基板１１の上に作られる。各ｃＭＵＴセルは、剛性のある（rigid）底部電極１２と、隣接する媒体中の音波を送信または受信するために使用される可とう性の膜（flexible membrane）１６の上または内部に置かれた上部電極１４とから成る平行板コンデンサを有する。各セル内の可とう性の膜１６は、アンカ（anchor）１８によって支持される。膜１６は、変換用スペース１９をその間に画定するために、基板１１および上部電極１２から間隔をあけられている。通常、感度および帯域幅を最大化する目的を有するｃＭＵＴ動作のために、膜１６を最適な位置に偏向させるために電極１２と電極１４との間に直流バイアス電圧が印加される。送信の間は、交流信号が変換器に印加される。ｃＭＵＴ１０を取り囲む媒体（図示せず）の中に音響エネルギー（acoustic energy）を届けるために、上部電極と底部電極との間の交流静電気力（alternating electrostatic force）が、膜１６を作動させる。受信の間は、衝突音波（impinging acoustic wave）が膜１６を振動させ、それにより、２つの電極の間の静電容量を変化させる。電子回路が、この静電容量の変化を検出する。
【０００６】
適正な動作のために、２つの電極１２および１４の間の電気的絶縁が必要とされる。こうした絶縁の１つの基本的な形状は、アンカ１８により提供される。アンカ１８は、絶縁材料で作られることができ、同時に、２つの電極１２と１４との間の支持を提供する。また、アンカ１８に加えて、変換器の動作中の電気的短絡を防ぐために、他の絶縁層（図示せず）を、ｃＭＵＴ１０の２つの電極１２と１４との間に配置することもできる。一般に、２つのｃＭＵＴ電極１２および１４の離隔ギャップは、ｃＭＵＴの変換性能に影響し、絶縁層の厚さおよびアンカ１８の高さは、ｃＭＵＴ変換器の絶縁破壊電圧および寄生容量に、競合する様式で影響を及ぼす。通常、ｃＭＵＴのより良い変換性能のためには、より小さい離隔ギャップが望ましく、より厚い絶縁層とより高いアンカとが、絶縁破壊電圧を高め、寄生容量を減少させるために望まれる。従って、しばしば、ｃＭＵＴの設計は、ｃＭＵＴの性能に譲歩するこれら２つの競合要因の間のトレードオフである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらのＭＵＴデバイスの重要性の理由から、性能と、機能と、一般的製造可能性との観点において技術を改良することが望まれ、特に、変換性能と、絶縁破壊電圧と、寄生容量低減とを最適化することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、絶縁延長（insulation extension）を備えた絶縁体で隔てられた２つの導電層（例えば、電極）を有する微小電気機械変換器（ｃＭＵＴなど）を開示する。２つの導電層は、その間に変換用ギャップ（transducing gap）を画定する。絶縁体は、概して２つの導電層の間に配置された絶縁性の支持体と、２つの導電層のうちの少なくとも１つの中に延在する絶縁延長とを有する。絶縁延長の使用は、変換用ギャップを増加させることを必要としないで効果的な絶縁を高める。また、本明細書は、微小電気機械変換器を製造するための方法も開示する。また、本発明の技法は、従来の膜ベースのｃＭＵＴ、および剛性のある上部プレートを輸送する組込み型スプリングを有するｃＭＵＴの双方において使用することができる。
【０００９】
一実施形態において、絶縁延長が導電層に含まれるように、ホスト導電層（その内部に絶縁延長が延在する導電層）は絶縁延長よりも厚い。導電層は基礎導電層と、基礎導電層の導電率よりも著しく高い導電率を有する補助導電層とを含むことができる。２つの導電層は、異なるドーピングレベルを有するシリコンウェハの上に形成されることができる。一実施形態では、基礎導電層はシリコン層であり、補助導電層は金属層である。
【００１０】
一実施形態において、絶縁延長は、導電層（複数の導電層）の内部に変換用ギャップの少なくとも２５％を示す深さだけ延在し、これによって、変換用ギャップを増加させることなく有効な絶縁を著しく増加させる。
【００１１】
絶縁性の支持体と絶縁延長とは、同一の材料か、または異なる絶縁材料の任意の組合せで作ることができる。絶縁性の支持体は、絶縁延長から分離されるかまたは結合されることができる。
【００１２】
一実施形態において、絶縁延長は、ホスト導電層の中に形成されたキャビティの中に配置される。絶縁延長は、キャビティを完全に充填するかまたは部分的なボイド（void）をその中に残してキャビティを部分的に充填する固体材料であることができる。
【００１３】
絶縁延長は、第１導電層の中に延在する第１延長端と第２導電層の中に延在する第２延長端との２つの延長端を含むことができる。２つの延長端は、同一かまたは異なる絶縁材料を有することができる。
【００１４】
一実施形態において、絶縁延長は２つの導電層が動作中に互いに接触するかまたは接触に近づくと最も考えられる位置に配置される。また、最大の変換用距離を制限するために変換用ギャップを横切って部分的に延在する、モーションストッパ（motion stopper）を使用することもできる。
【００１５】
本発明による微小電気機械変換器は、容量性の微細機械加工された超音波変換器であることができ、第１導電層は底部電極として働き、第２導電層は可動な上部電極として働く。シリコンウェハなどの導電性の基板が、底部電極として働くことができる。第２導電層は、絶縁性の支持体によって支持された弾性のある膜を有することができる。
【００１６】
本発明の一態様によると、絶縁延長は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器に組み込まれる。変換器は、（１）基板と、（２）基板上に配置された中央スプリング層であって、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を画され、キャビティを覆うために側壁から延在する中央スプリング層と、（３）中央スプリング層上の絶縁性コネクタと、（４）絶縁性コネクタ上に配置された上部プレートであって、絶縁性コネクタが上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために、上部プレートを中央スプリング層から隔てる上部プレートと、（５）変換用ギャップを超えて延在する絶縁延長とを備える。
【００１７】
一実施形態において、上部プレートは、導電層と導電層の中に延在する絶縁延長とを備える。例えば、上部プレートはシリコン／ポリシリコン層を有することができ、絶縁延長はシリコン／ポリシリコン層の中に延在する。より効果的な電極のために、上部プレートは金属層をさらに含むことができる。
【００１８】
他の実施形態において、中央スプリング層は導電層を備え、絶縁延長は導電層の中に延在する。別法として、基板は導電性であることができ、絶縁延長は導電性の基板の中に延在する。
【００１９】
組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器は、底部電極と上部電極とを有する容量性の微細機械加工された超音波変換器であることができる。底部電極は基板および／または中央スプリングの少なくとも一部であることができ、上部電極は上部プレートの一部であることができる。基板の側壁は導電性であることができ、底部電極は基板の側壁の少なくとも一部分を含むことができる。また、底部電極は、中央スプリング層の上または基板の中に堆積された別の導電層を含むこともできる。
【００２０】
一実施形態において、上部プレートは中央スプリング層よりも著しく剛性があり、絶縁性コネクタの垂直偏移（vertical displacement）によって輸送された場合に、実質的に曲がることがない。上部プレートが変換用スペースを介して輸送されることができる最大垂直偏移は、モーションストッパによって制限されることができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態において、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）は、（１）実質的に静的な基板を含み、底部電極として働く下部層と、（２）膜を含み、上部電極として働く上部層であって、この膜は変換用励磁を静的基板に関して振動させるように構成され、上部層と下部層とがその間に変換用ギャップを画定する上部層と、（３）主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、主部分は概して下部層と上部層との間に配置され、それらを支持し、絶縁延長は下部層と上部層の少なくとも１つの中に延在する絶縁体とを備える。
【００２２】
一実施形態において、下部層と上部層の少なくとも１つは、絶縁延長が導電層の中に包含されるように、絶縁延長よりも厚い導電層を有する。
【００２３】
本発明の他の態様は、絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法に関する。この方法は、（１）第１導電層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、（２）絶縁材料の立ち上がり特徴（standing feature）を形成するステップであって、立ち上がり特徴は凹部から第１ウェハ材料の主たる面より上の自由端まで延在するステップと、（３）第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップとを含む。
【００２４】
第１導電層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることができる。凹部を形成するステップは、直接エッチングプロセス、ディファレンシャル酸化法、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。立ち上がり特徴を形成するステップは、凹部の上に絶縁層を成長させるステップと、絶縁層をパターン形成しエッチングするステップとを含むことができる。第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップは、ＳＯＩウェハを立ち上がり特徴の自由端に接合するステップと、ＳＯＩウェハの所望の部分を立ち上がり特徴の上に残すためにＳＯＩウェハをエッチバック（etching back）するステップとを含む。第２導電層を配置するステップは、ＳＯＩウェハの残された層の上に金属層を堆積するステップをさらに含む。立ち上がり特徴の上に残されたＳＯＩウェハの所望の部分は、第２導電層の少なくとも部分を形成するシリコン／ポリシリコン層を備えることができる。一実施形態において、立ち上がり特徴の上に残されたＳＯＩウェハの所望の部分は、適切な変換用励磁と同時に第１導電層に関して振動するように構成された膜の層を提供する。ＳＯＩウェハを使用する代わりに、所望の膜の層として働かせるために窒化物、酸化物、金属、パリレン（parylene）、または他のポリマ層などの機能層を持つウェハを使用することができる。
【００２５】
上記方法の一実施形態において、第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップは、（１）犠牲層を第１導電層および立ち上がり特徴の上に堆積させるステップと、（２）犠牲層の上に機能層を堆積させるステップと、（３）機能層を立ち上がり特徴の自由端の上に残すために犠牲層を取り除くステップとを含む。第２導電層を配置するステップは、機能層の上に金属層を堆積させるステップをさらに含む。機能層は、第２導電層の少なくとも部分を形成するシリコン／ポリシリコン層を含むことができる。立ち上がり特徴の上の機能層は、適切な変換用励磁と同時に第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることができる。
【００２６】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための他の方法は、（１）基板の材料を取り除くことによって基板の主たる面の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、パターン形成された溝は基板の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、（２）パターン形成された溝が絶縁体を構成するようにパターン形成された溝の中の基板の取り除かれていない材料の細い線を酸化させるステップと、（３）溝の中の絶縁体が上端を基板の上に立ち上がらせるようにシリコン／ポリシリコン基板の主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、（４）絶縁体の上端の上に上部導電層を配置するステップとを含む。
【００２７】
類似の微小電気機械変換器を製造するための代替の方法は、（１）基板の材料を取り除くことによって基板の主たる面の上に溝を形成するステップと、（２）溝を絶縁材料で充填するステップと、（３）溝の中の絶縁材料が上端を基板の上に立ち上がらせるようにシリコン／ポリシリコン基板の主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、（４）絶縁体の上端の上に上部導電層を配置するステップとを含む。
【００２８】
また、本方法は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器に、本発明による絶縁延長を組み込むためにも使用される。こうした変換器を製造するための例示的方法は、（１）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを用意するステップと、（２）絶縁材料の立ち上がり特徴をホスト層の主たる面の上に形成するステップであって、ホスト層は上部プレートまたは中央スプリング層であり、立ち上がり特徴は主たる面の下の点から主たる面を越えて自由端まで延在するステップと、（３）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを結合するステップであって、それによって上部プレートと中央スプリング層とは立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、中央スプリング層は基板に反対側の面で接続される。結果として得られる変換器において、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、キャビティは側壁によって境界を画され、キャビティを覆うために中央スプリング層は側壁から延在するステップとを含む。
【００２９】
一実施形態において、ホスト層はシリコン／ポリシリコン層を備え、立ち上がり特徴を形成するステップは、（１）シリコン／ポリシリコン層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、（２）凹部の上に絶縁材料を導入することによって立ち上がり特徴を形成するステップとを含む。別法として、立ち上がり特徴を形成するステップは、（１）シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによってシリコン／ポリシリコン層の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、パターン形成された溝はシリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、（２）パターン形成された溝が電気的に非導電性の構造体を含むように、パターン形成された溝の中のシリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を酸化するステップと、（３）溝の中の電気的非導電性の構造体から立ち上がり特徴を形成するためにシリコン／ポリシリコン層をパターン形成しエッチングするステップとを含む。パターン形成された溝を使用する代わりに、単純な溝（取り除かれていない材料の細い線などの精細な内部構造を用いない）が絶縁材料を使用して形成され、充填されることができる。
【００３０】
上述のおよび他の特徴ならびに利点が、添付の図面を参照して進められるいくつかの実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの微小電気機械変換器が、同じ部分は同じ参照番号または参照文字で示される図面と共に詳細に説明される。微小電気機械変換器は、任意の適切な方法を使用して、特に本明細書で同一物と認められたいくつかの特許出願の中に開示された方法を使用して、製造することができる。
【００３２】
本発明は、特定の実施形態を参照して以下に説明される。多くの場合に、本発明を示すためにｃＭＵＴ構造体が使用される。しかし、本発明はｃＭＵＴに限定されないことを理解されたい。本発明のより広範な範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされることができ、他の実施形態を使用することができることは当業者には明らかであろう。従って、特定の実施形態に対するこれらおよび他の変形形態が本発明によって含まれるように意図されている。当業者は、本実施形態に関連して開示された様々な特徴を個々にまたは共同して使用することができることを理解されよう。
【００３３】
本明細書において、導電性材料は、１×１０４Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する材料であると定義される。従って、シリコンおよびポリシリコン材料は、この文脈において導電性材料であると考えられる。好適には、良好な導電性材料は、１Ω−ｃｍ未満の抵抗率を有する。用語「絶縁材料」、「絶縁性材料」、「誘電性材料」は別に言及されない限り置き換え可能に使用され、１×１０４Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する材料として定義される。好適には、良好な絶縁／絶縁性材料は、１×１０８Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する。一般に、絶縁体は絶縁性材料を含むが、特別な場合には空気および真空を含むことができる。
【００３４】
用語「変換器」および「変換部材」は、動作機能とセンシング機能の両方を遂行するデバイスを含めるだけでなく、動作機能かセンシング機能のいずれかを遂行するデバイスも含めるために、本説明では広い意味で使用されることに留意されたい。また、用語「カンチレバー（cantilever）」は、固定端と、弾性のある部分を作動または動かすために固定端から作動端まで延在する弾性のある部分とを有する構造体を説明するために、本説明では広い意味で使用されることに留意されたい。従って、カンチレバーは、文字どおりの１次元の梁状のカンチレバーを必ずしも意味せず、橋、または横木などの異なる方向に延在する複数の梁を有する類似の構造体をも含み、最も限定的には、固定端はその領域または部分の閉じた周に置かれることができる延在する直線であり、弾性部分は延在する領域であり、作動端は単一の点、小さな領域、または延在された直線（閉鎖端の、開放端の、または区分化された）であるエリアスプリングまたは平面スプリング（２次元「カンチレバー」）も含む。
【００３５】
最初に、本発明を説明するために、従来技術による設計のいくつかの態様を本発明に照らして説明する。本明細書は、説明を明確にするために、本発明に照らして従来技術の設計に解釈を投げかけるものであることに留意されたい。
【００３６】
ｃＭＵＴの適切な動作のために、２つの電極間の電気的絶縁が必要とされる。こうした絶縁の１つの基本的な形状は、同時に２つの電極間の支持も行うアンカによって提供される。
【００３７】
図２は、絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との関係を説明するための従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す。図に示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒはアンカ絶縁体２８の高さであり、電極２２と２４との間の絶縁体の電極離隔ギャップＨｇａｐによって影響されまたは制限される。図２に示された構成のギャップでは、絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極離隔ギャップＨｇａｐに等しい。
【００３８】
図３は、絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との関係をさらに説明するための他の従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す。アンカ絶縁体３８に加えて、変換器の動作中の電極３２と３４との間の電気的短絡を防ぐために、他の絶縁層３３もｃＭＵＴの２つの電極３２と電極３４との間に配置される。絶縁体の全高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極３２と３４との間の電極離隔ギャップＨｇａｐによって影響されまたは制限される。図３に示された構成でも、絶縁体の全高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは電極離隔ギャップＨｇａｐに等しい。
【００３９】
ｃＭＵＴなどの静電変換器における２つの電極の離隔ギャップＨｇａｐは、変換器の変換性能に影響を及ぼす。一般に、より小さな離隔ギャップＨｇａｐはより良好な変換性能をもたらす。他方、絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは変換器の絶縁破壊電圧と寄生容量とに影響を及ぼす。通常、より厚い絶縁層とより高いアンカ（すなわち、より大きなＨｉｎｓｕｌａｔｏｒ）とが、絶縁破壊電圧を高め寄生容量を減少させるために望まれる。しかし、静電変換器の従来の設計では、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは本来的にＨｇａｐによって影響され制限されるので、しばしば、変換性能に譲歩または限定されるこれら２つの競合要因間のトレードオフが存在している。
【００４０】
本発明は、ｃＭＵＴなどの静電変換器の従来技術の設計に固有な上述の制限を取り除くために考案された。
【００４１】
図４は、本発明による静電変換器の拡大部分を示す。静電変換器は、互いから離隔ギャップＨｇａｐだけ隔てられた底部電極４１０と上部電極４２０とを有する。底部電極４１０と上部電極４２０との隔たりはその間の変換用ギャップを画定する。概して、絶縁性の支持部分４３０が、底部電極４１０と上部電極４２０との間に配置される。静電変換器は、底部電極４１０の中に延在する絶縁延長４４０をさらに有する。
【００４２】
上記設計は、ＨｉｎｓｕｌａｔｏｒとＨｇａｐとの間の関係を変化させる。図示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは絶縁性の支持部分４３０の高さと絶縁延長４４０の厚さとの合計である。絶縁性の支持部分４３０の高さは電極離隔ギャップＨｇａｐによってまだ制限されるが、絶縁延長４４０の厚さはこうした制約から自由であり、従って、電極離隔ギャップＨｇａｐを増加させることなく全体の絶縁体高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒを増加させるための設計の自由度をもたらす。付加された絶縁延長４４０は、４１０と４２０との２つの電極間の離隔に影響を与えないので、デバイスの変換性能を犠牲にすることなく所望の絶縁破壊電圧と寄生容量とを達成するように任意の所望の厚さを有するように自由に設計することができる。
【００４３】
絶縁体の高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒを電極離隔ギャップＨｇａｐから切離すことによって、変換器の性能は変換器電極離隔Ｈｇａｐを最適化することによって改良することができ、一方で、同時に、絶縁破壊電圧および寄生容量もそれらの間の任意の妥協をすることなく最適化することができる。この斬新な設計は、様々な静電変換器に使用することができ、特に、高周波のｃＭＵＴの性能を改善するのに重要である。
【００４４】
本明細書の製造方法の説明において示されるように、絶縁延長４４０は様々な方法で電極４１０の内部に形成することができる。一実施形態では、初めにキャビティが電極４１０の内部に形成され、次いで絶縁延長４４０を形成するために絶縁材料がキャビティの内部に導入される。絶縁材料はキャビティを完全に満たす固体材料であることができるが、キャビティを完全に充填するかまたは部分的ボイドをその中に残してキャビティを部分的に充填する任意の他の絶縁材料であることもできる。
【００４５】
絶縁延長４４０と絶縁性の支持部分４３０とは、同一の絶縁材料で作られるか、または異なる絶縁材料の任意の組合せで作られることができる。図４に示された構成では、絶縁延長４４０が底部電極４１０の中に含まれるように、底部電極４１０は絶縁延長４４０よりも厚い。しかし、絶縁延長４４０は、特に底部電極４１０が絶縁延長４４０を含むより厚い組み合わされた層の部分である場合には、底部電極４１０を超えて延在することができる。
【００４６】
他の実施形態において、底部基板４１０は多数の導電性の層または誘電体基板の上の導電層を備えることができる。例えば、底部電極４１０はベース導電層と追加の導電層とを有することができる。これは、ベース導電層としてシリコン基板が使用され、シリコン基板（ベース導電層）の導電率よりもかなり高い導電率を有する追加の導電層がより効果的な電極を作るために使用される場合の事例であり得る。追加の層の例は、ポリシリコン層、金属層、または同じシリコン基板に接している部分であるが、より高いドーピングレベルを備えた部分を含む。こうした場合には、絶縁延長４４０は、追加の層の外に延在し、シリコン基板の中にさらに延在する。
【００４７】
底部電極４１０の内部に延在する絶縁延長４４０の厚さは、絶縁破壊電圧、寄生容量および変換性能の最適化についての設計要件によって決定することができる。本質的に、この延長の厚さは、性能を配慮することを除いて本来的に制限されない設計の自由度である。例えば一実施形態において、絶縁延長４４０は、顕著な改善を確実にするために変換用ギャップの少なくとも２５％を示す深さを有する。
【００４８】
絶縁延長４４０は、その断面サイズにおいて絶縁性の支持部分４３０よりも幅が広くなっているように示される。こうした構成は、必要とされない大きすぎる支持領域を有することなく、絶縁破壊電圧および寄生容量を最適化するために好適である。
【００４９】
絶縁延長４４０および絶縁性の支持部分４３０は、図４に示されるように互いに直接的に接続されることができ（いくつかの実施形態では、１つの絶縁材料の同じ連続する一部の部分であることさえもでき）、または、２つの代替の構成において図４ａおよび図４ｂに示されるように、他の絶縁層４３５及び４３６によって介在されることもできる。
【００５０】
図５〜図７は、図４に示された概念の変形形態を示す。これらの図で類似の構成要素は、類似または同じ参照番号を用いて示される。図５は、図５の絶縁体が底部電極５１０および上部電極５２０の中にそれぞれ延在する２つの絶縁延長５４０および５５０を有することを除いて、図４の静電変換器に類似の静電変換器を示す。図４の静電変換器と同様に、底部電極５１０と上部電極５２０は、互いから離隔ギャップＨｇａｐだけ隔てられる。底部電極５１０と上部電極５２０の離隔が両電極の間に変換用ギャップを画定する。概して、絶縁性の支持部分５３０が底部電極５１０と上部電極５２０との間に配置される。図に示されるように、Ｈｉｎｓｕｌａｔｏｒは、絶縁性の支持部分５３０の高さならびに絶縁延長５４０および５５０の厚さの和である。所与の離隔ギャップＨｇａｐについて、絶縁体の全体高さＨｉｎｓｕｌａｔｏｒは、絶縁延長５４０か絶縁延長５５０の厚さ、またはその両方の厚さを調整することによって最適化することができる。
【００５１】
図６は、絶縁延長が図６中でわずかに複雑な構造を有していることを除いて図４の静電変換器に類似している、他の静電変換器を示す。底部電極６１０内の絶縁延長は、異なる絶縁材料で作られてよい第１部分６４０と第２部分６４５とを含む。示されているように、絶縁延長の第１部分６４０はある種のボイド（示されているように第２部分６４５によって占められる）を画定するように構成される。第１部分６４０は絶縁性の支持部分６３０に接触しており、一方、絶縁延長の第２部分６４５は構成された第１部分６４０によって画定されたボイドを占めている。一実施形態では、第２部分６４５は空気または封止された真空を含む。
【００５２】
図７は、底部電極７１０および上部電極７２０の内部に延在する２つの絶縁延長を有する図５の静電変換器に類似の他の静電変換器を示す。しかし、図７の絶縁延長はそれぞれが図５の対応する絶縁延長よりわずかにより複雑な構造を有する。底部電極７１０内の絶縁延長は、異なる絶縁材料で作られてよい第１部分７４０と第２部分７４５とを含む。同様に、上部電極７２０内の絶縁延長は第１部分７５０と第２部分７５５とを含む。示されるように、絶縁延長の第１部分７４０と７５０とは絶縁性の支持部分７３０に接触し、一方、絶縁延長の第２部分７４５と７５５とはそれぞれが第１部分７４０と７５０とによって画定されたボイドを占める。一実施形態においては、第２部分７４５と７５５とはそれぞれが空気または封止された真空を含む。
【００５３】
絶縁延長の上述した基本的設計は、例としてｃＭＵＴを使用して図８〜図１８を参照して以降に示されるように、様々な微小電気機械変換器に具現化することができる。特にこの設計は、（１）実質的に静的な基板を含み底部電極として働く下部層と、（２）膜またはプレートを含み上部電極として働く上部層であって、この膜またはプレートは静的な基板に対して変換用励磁（transducing excitation）を振動させるように構成され、上部層と下部層はその間に変換用ギャップを画定している上部層と、（３）主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、主部分は概してその間に配置され下部層と上部層とを支持し、絶縁延長は下部層と上部層の少なくとも１つの内部に延在している絶縁体とを備えた容量性の微細機械加工された超音波変換器に使用することができる。
【００５４】
あるタイプの絶縁延長構成が説明のためにこれらの実施例において使用されるが、任意の他の絶縁延長構成（図４〜図７を参照して上述された構成など）を、本発明の全体的な概念の中で等しいまたは類似の目的のために使用することができることを理解されたい。
【００５５】
図８は、本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ要素８００は、基板ウェハ８０１の上に作られた底部電極層８１０と、上部電極層８２０を有する膜層８１９とを有する。絶縁性の支持体（アンカ）８３０は、底部電極層８１０と絶縁性の支持体（アンカ）８３０の上端で固定または留められる膜層８１９（上部電極層８２０を備えた）を支持するために、底部電極層８１０と膜層８１９との間に配置される。膜層８１９と底部電極層８１０とは、変換用ギャップ８１５を画定する。膜層８１９は、変換機能を遂行するために、変換用励磁を受けると変換用ギャップ８１５を介して基板に関して振動する。
【００５６】
図８ならびに本明細書の他の図において、底部電極層８１０は基板８０１から分離された層であることは必要とされないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、基板８０１と底部電極８１０とは底部電極として働く単一の導電性の層であることができる。他の実施形態では、基板８０１は導電性のシリコン基板であることができ、底部電極８１０は同一基板８０１であるがより高いドーピングレベルを備えた連続した部分であることができる。
【００５７】
絶縁延長８４０と８４２とは、全体の絶縁体高さを伸ばすために底部電極層８１０の内部に形成される。絶縁延長８４０はそれぞれ対応する絶縁性の支持体（アンカ）８３０に接続され、一方、絶縁延長８４２は絶縁性の支持体（アンカ）には接続されず、上部電極８２０と底部電極８１０とが変換器の動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い位置に配置される。通常、しかし常にではないが、こうした位置は２つの対向する絶縁性の支持体（アンカ）８３０によって画定される、各ｃＭＵＴセルの中央付近である。説明のため、絶縁延長８４２は２つの絶縁延長８４０の中央に配置されている。上述された絶縁延長の任意の設計を、図示された絶縁延長８４０と８４２との代わりに使用することができる。
【００５８】
図９は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体９００は、絶縁延長９４０と９４２とが底部電極９１０を超えて基板９０１の内部に延在していることを除いて、図８に示されたｃＭＵＴ構造体８００に類似である。この構成は、基板９０１自体が導電性か高度に絶縁性ではない材料で作られている場合に有益であることができる。例えば、基板９０１は、本発明の文脈では導電性と考えられるシリコンウェハであることができる。導電性基板９０１は、好適には基板９０１よりより導電性のある底部電極層９１０と共に底部電極の部分として機能する。
【００５９】
図１０は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１０００は、ｃＭＵＴ構造体１０００が絶縁性の支持体（アンカ）９３０と絶縁延長９４０および９４２との間に絶縁層９５０をさらに含むことを除いて、図９に示されたｃＭＵＴ構造体９００と類似である。また、絶縁層９５０は膜層９１９と絶縁性の支持体（アンカ）９３０との間に配置することもできることを理解されたい。
【００６０】
図１１は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１１００は以下の違いを除いて図１０に示されたｃＭＵＴ構造体１０００に類似である、すなわち、（１）絶縁層１１５０は、ｃＭＵＴ構造体１１００の中で絶縁延長９４０と９４２の上方領域だけを覆うようにパターン形成され、（２）導電性基板１１０１が追加の導電層を伴うことなく底部電極として単独で機能している。導電性基板１１０１のための１つの適切な材料は、ドープされたシリコンウェハである。
【００６１】
図１２は、本発明による絶縁延長を使用した他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１２００は、ｃＭＵＴ構造体１２００が絶縁延長９４２の上方に配置されたモーションストッパ（motion stopper）１２３０をさらに含むことを除いて、図１１に示されたｃＭＵＴ構造体１１００に類似である。図示されているように、絶縁性の支持体（アンカ）９３０の下部に配置され、それに接続される絶縁延長９４０とは違って、絶縁延長９４２は、電極が動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い各ｃＭＵＴセルの中央近くに配置される（図１２の特定の実施形態では、底部電極は導電性基板１２０１を備え、上部電極９２０は膜層９１９によって支えられるパターン形成された導電層を備える）。モーションストッパ１２３０は、動作中に底部基板に対する上部電極９２０の最大偏移を制限し、これにより電極間の直接短絡を防ぐことを助けるような位置に配置される。
【００６２】
図１３は、本発明による絶縁延長と類似の効果を達成するｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１３００は、基板１３０１の上に作られ、基板１３０１の全体を覆って配置された、パターン形成された底部電極層１３１０を有する。絶縁体層１３５０は、基板１３０１および底部電極１３１０の上面を覆う。パターン形成された底部電極層１３１０はボイド１３４０を画定し、これらのボイドはそれらが封止された真空または空気を含む場合には絶縁延長の少なくとも一部として働くことができる。図１３に示された特定の実施形態では、ボイド１３４０は絶縁体層１３５０で部分的に充填されている。この場合には、ボイド１３４０の残された空の領域とボイド１３４０内に充填された絶縁層１３５０の部分とが絶縁延長として共に働く。
【００６３】
基板１３０１は、絶縁性材料、導電性材料または絶縁性材料で覆われた導電性材料で作ることができる。また、基板１３０１が導電性材料で作られている場合は、底部電極の少なくとも部分として働くこともできる。
【００６４】
図１４は、本発明による絶縁延長と類似の効果を達成する他のｃＭＵＴ構造体の断面図である。ｃＭＵＴ構造体１４００は、ｃＭＵＴ構造体１４００が追加の絶縁延長１４４２の上方に配置されたモーションストッパ１４３０をさらに含み、絶縁体層１４５０がパターン形成され、底部電極１４１０の大部分を覆わないことを除いて、図１３に示されたｃＭＵＴ構造体１３００に類似である。
【００６５】
図１３〜図１４に示されたように底部電極をパターン形成することに加えて、上部電極も、絶縁性の支持体（アンカ）９３０が位置している場所および上部電極と底部電極とが動作中に互いに接触または接触に近づく可能性が最も高い場所近くなどのいくつかの選択された位置で、上部電極と底部電極とが互いに重なり合わないように、パターン形成することができる。
【００６６】
また、本発明による絶縁延長は、組込み型スプリングを有する微小電気機械変換器の中で使用することもできる。特に、絶縁延長はエネルギーを変換するための可動機械部分を有する微小電気機械変換器で使用することができる。例示の変換器は、（１）基板と、（２）基板上に配置された中央スプリング層であって、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を形成され、中央スプリング層がキャビティを覆うように側壁から延在するスプリング層と、（３）中央スプリング層上の絶縁性コネクタと、（４）絶縁性コネクタの上部に配置された上部プレートであって、上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために絶縁性コネクタが上部プレートを中央スプリング層から切離す上部プレートと、（５）変換用ギャップの外へ延在する絶縁延長とを備える。
【００６７】
図１５は、組込みスプリング式微小電気機械変換器（ＥＳＭＵＴ）の選択された部分の拡大図である。ＥＳＭＵＴ部分１５００は、完全なＥＳＭＵＴ素子（図示せず）の一部分である。選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００の構造体は、完全なＥＳＭＵＴ素子を理解するための基礎を提供する。
【００６８】
高い動作周波数を備えたＥＳＭＵＴなどのある種の用途のために、完成されたＥＳＭＵＴ素子またはデバイスは、ＥＳＭＵＴ部分１５００のような１つの基本ユニットだけを使用する。他の用途のためには、図１５および／または図１６に示されるような複数の基本ユニットの組合せを使用することが好適であることができる。
【００６９】
ＥＳＭＵＴ部分１５００は、基板１５０１の上に作られ、その基板の上面には、キャビティ１５０２と１５０２ａとの境界を成す２つの反対側の側面上に２つの側壁を有する、立ち上がり特徴（本明細書ではこれ以降「側壁アンカ」と呼ぶ）１５０３がある。この立ち上がり特徴（側壁アンカ）１５０３は、キャビティ１５０２と１５０２ａとを形成した結果として形成された基板１５０１の一体化された部分であることができるが、これは分離された基板の上に加えられた付加的な構造体であることもできる。例えば、一実施形態において、側壁アンカ１５０３は中央スプリング層１５２０の部分である。基板１５０１は、非導電性材料、若しくはシリコンまたはポリシリコンなどの導電性材料で作ることができる。側壁アンカ１５０３が別の構造である構成においては、側壁アンカ１５０３の導電率は、基板１５０１の導電率に等しいかまたは異なる。例えば、側壁アンカ１５０３は、金属、シリコンまたはポリシリコンなどの導電材料で作られる一方、基板１５０１は非導電性材料で作られる。
【００７０】
また、示されたＥＳＭＵＴ構造体は、側壁アンカ１５０３のもう一方の側面にそった第２キャビティ１５０２ａも有する。ＥＳＭＵＴ部分１５００が、ＥＳＭＵＴ素子からどのようにしてまたどこで取られるかによって、第２キャビティ１５０２ａは、異なる別のキャビティに属するか、またはキャビティ１５０２と同じ円形または延長されたキャビティの単に他の部分であることができる。また、選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００は、他の半分の中に第２コネクタ１５３０ａも有する。ここでも、ＥＳＭＵＴ部分１５００がＥＳＭＵＴ素子１５００からどのようにしてまたどこで取られるかによって、第２コネクタ１５３０ａは、異なる別のコネクタの一部分であるか、またはコネクタ１５３０と同じ円形または延長されたコネクタの単に他の部分であることができる。
【００７１】
ＥＳＭＵＴ構造体部分１５００は、以下の構成要素、（ａ）好適には弾性のある膜である中央スプリング層１５２０と、（ｂ）中央スプリング層１５２０の上に配置された底部電極１５２５、中央スプリング層１５２０の上部の上に立つコネクタ１５３０および１５３０ａと、（ｃ）コネクタ１５３０の上に位置する絶縁層１５３５と、（ｄ）介在する絶縁層１５３５を介してコネクタ１５３０および１５３０ａに結合された上部プレート１５４０と、（ｅ）上部電極１５５０とをさらに有する。
【００７２】
上部プレート１５４０の底面側は中央スプリング層１５２０の上面側に向かい合い、中央スプリング層１５２０の底面側は基板ウェハの前面側に向かい合い、コネクタ１５３０及び１５３０ａは、上面プレート１５４０の下方に変換用スペース１５６０を画定するために中央スプリング層１５２０から立ち上がっている。概して、変換用スペース１５６０は、上部プレート層１５４０と中央スプリング層１５２０の上面または側壁アンカ１５０３の上面のいずれか高い方との間に画定される。上部プレート層１５４０と中央スプリング層１５２０の上面または側壁アンカ１５０３の上面との間に介在層がある場合には、利用できる変換用スペースが減少され得る。例えば、他の層が中央スプリング層１５２０または側壁アンカ１５０３の上方に配置される場合には、側壁アンカ１５０３の上面は側壁アンカ１５０３の上に堆積された層の覆われていない表面と定義される。図１５に示された例示の構成においては、利用できる変換用スペース１５６０の実際の高さは、絶縁層１５３５と、底部電極１５２５と、中央スプリング層１５２０との厚さの分だけ減少されることがあり得る。
【００７３】
いくつかの実施形態においては、変換用スペース１５６０のために利用可能な、上部プレート層１５４０と側壁アンカ１５０３の上面との間の全体の高さを有することができる。例えば、絶縁層は、２つの電極間の電気的短絡を防ぐために他の形態（例えば、モーションストッパ）が使用されるならば取り除くことができ、導電性の基板ウェハは別の電極層を必要とすることなく基板上（例えば、側壁アンカ１５０３上）の底部電極を実現するためにそれ自体を使用することができ、カンチレバーは、側壁アンカ１５０３の上部の上に配置された連続的な中央スプリング層を使用する代わりに、側壁アンカ１５０３に接続された中央スプリング層の部分と共に側壁アンカ１５０３の上面と同一平面かそれよりも低い側面の場所に作ることができる。
【００７４】
側壁アンカ１５０３を含む板１５０１と中央スプリング層１５２０とは導電性であることができる。この場合には、基板１５０１は導電性の中央スプリング層１５２０にアクセスするための導電体として作用することができ、中央スプリング層１５２０は底部電極として働くことができる。
【００７５】
コネクタ１５３０と１５３０ａとは中央スプリング層１５２０の上に立ち上がり、それぞれは実質的に等しいコネクタ高さを有する。コネクタ１５３０と１５３０ａとは、側壁アンカ１５０３のそれぞれの側壁から十分な長さだけ水平方向にそれぞれ間隔をあけている。このことが、側壁アンカ１５０３のそれぞれの側面に背中合わせの二重カンチレバー構成でそれぞれが固定された２つのキャビティを画定する。カンチレバーは、それぞれのコネクタ（１５３０または１５３０ａ）を通じてコネクタ（１５３０または１５３０ａ）が配置されている作動端（例えば、左側のカンチレバー上の１５２２）の位置で活性化（activated）される。カンチレバーならびにそれぞれのキャビティ１５０２および１５０２ａはコネクタ１５３０および１５３０ａの垂直の偏移を可能とし、この偏移は上部プレート１５４０を実質的に垂直なピストンに似た運動を伴って搬送し、これによって変換用スペース１５６０を変化させる。ＥＳＭＵＴ構造体１５００の両半分が同じ位相で運動する場合は、垂直のピストンに似た運動がさらに確実なものにされる。
【００７６】
示されたこの特定の実施例では、側壁アンカ１５０３の上面は中央スプリング層１５２０で覆われ、次いで、この中央スプリング層は底部電極１５２５で覆われている。さらに、上部プレート１５４０とコネクタ１５３０とは、互いに直接的には結合されず、その間に絶縁層１５３５が介在している。従って、変換用スペース１５６０は、中央スプリング層１５２０と、底部電極１５２５と、絶縁層１５３５とによって部分的に占められている。側壁アンカ１５０３の上面と、底部電極１５２５と、絶縁層１５３５とを覆う中央スプリング層１５２０の部分はオプショナルである。いずれにしても、意図したエネルギー変換を達成するために、変換用スペース１５６０は、それらが構造体に含まれている場合はこれらの余分な層によって完全に占められてはならない。
【００７７】
図１６は、完全なＥＳＭＵＴ素子（図示せず）の他の部分である別の選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００の拡大図である。図１５に示された選択されたＥＳＭＵＴ部分１５００と選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００とは、同一のＥＳＭＵＴ素子の異なる位置から取られることができる。選択されたＥＳＭＵＴ部分１６００は基板１６０１の上に作られ、この基板１６０１は、２つの向かい合う側の上の２つの側壁アンカ１６０３および１６０３ａによって境界を成されるキャビティ１６０２を有する。ＥＳＭＵＴ構造体部分１６００は以下の構成要素、すなわち、中央スプリング層１６２０と、中央スプリング層１６２０の上に配置された底部電極１６２５と、中央スプリング層１６２０の上部の上に立つコネクタ１６３０と、コネクタ１６３０の上に位置する絶縁層１６３５と、介在する絶縁層１６３５を介してコネクタ１６３０に結合された上部プレート１６４０と、上部電極１６５０とをさらに有する。
【００７８】
コネクタ１６３０は中央スプリング層１６２０の上に立ち、側壁アンカ１６０３および側壁アンカ１６０３ａの両方の側壁から水平方向に間隔をあけている。側壁アンカ１６０３と側壁アンカ１６０３ａとの間の中央スプリング層１６２０は、側壁アンカ１６０３と側壁アンカ１６０３ａとの位置で固定された二重カンチレバーを画定する。二重カンチレバーは、コネクタ１６３０がブリッジを形成するように配置された位置１６２２において頭をつき合わせて接続される。
【００７９】
上部プレート１６４０は、上部プレートの下方に変換用スペース１６６０を画定するために上部プレート１６４０を中央スプリング層１６２０から隔てるコネクタ１６３０の上に配置される。二重カンチレバーとキャビティ１６０２とは、コネクタ１６３０の垂直の偏移を可能とし、この偏移は上部プレート１６４０を実質的に垂直に搬送し、これにより変換用スペースを変化させ、エネルギー変換のために変換器内の変換材（transducing member）を活性化させる。
【００８０】
上述したＥＳＭＵＴ設計は、エネルギーを変換するための可動機械部分を有する様々な微小電気機械変換器を構築するための基本構築ユニットとして使用することができる。ＥＳＭＵＴ構造体は、ｃＭＵＴ要素をセルに分解し、各ｃＭＵＴセルの周辺で膜を支持し、クランプすることを必要とするセル絶縁壁の従来の概念を本質的に取り払った。
【００８１】
図１７〜図１８を参照して以下に示されるように、本発明による絶縁延長は、さらにその性能を向上させるためにＥＳＭＵＴの中に組み込むことができる。
【００８２】
図１７は、本発明による絶縁延長を使用したＥＳＭＵＴを示す。ＥＳＭＵＴ構造体１７００は、ＥＳＭＵＴ構造体１５００に基づき、ＥＳＭＵＴ構造体１５００の構成部分の大部分を共有する。ＥＳＭＵＴ構造体１７００は、変換用スペース１５６０を増加させることなく更なる絶縁を提供するために、上部プレート１５４０の内部に延在する絶縁延長１７４２と１７４４とを有する。図示されるように、絶縁延長１７４２はコネクタ１５３０と１５３０ａとに一直線にされ、オプションの絶縁層１５３５を介してそれらに結合される。コネクタ１５３０と１５３０ａとは、絶縁材料で作られ図４〜図７の絶縁性支持部分および図８〜図１４の絶縁性の支持部分または絶縁アンカと等価なものである。絶縁延長１７４４は、絶縁延長１７４２の間で、オプションの介在する絶縁層１５３５を含む上部プレート１５４０が、底部電極１５２５に接触または接触に近づく可能性が最も高い中央位置に配置される。
【００８３】
図１８は、本発明による絶縁延長を使用した他のＥＳＭＵＴ構造を示す。ＥＳＭＵＴ構造体１８００はＥＳＭＵＴ構造体１６００に基づき、ＥＳＭＵＴ構造体１６００の構成部分の大部分を共有する。ＥＳＭＵＴ構造体１８００は、変換用スペース１６６０を増加させることなく更なる絶縁を提供するために、上部プレート１６４０の内部に延在する絶縁延長１８４２と１８４４とを有する。図示されるように、絶縁延長１８４２は、コネクタ１６３０に一直線に並べられ、オプションの絶縁層１６３５を介してそれらに結合される。コネクタ１６３０は、絶縁材料で作られ、図４〜図７の絶縁性支持部分および図８〜図１４の絶縁性の支持体または絶縁アンカと等価なものである。絶縁延長１８４４は、オプションの介在する絶縁層１６３５を含む上部プレート１６４０が、底部電極１６２５に接触または接触に近づく可能性が最も高い位置に配置される。
【００８４】
上述した実施形態における絶縁延長１７４２と、１７４４と、１８４２と、１８４４とは、変換器の変換性能を減少させることなく絶縁破壊電圧を最大化し、寄生容量を最小化することを可能とする。上部プレート１５４０／１６４０（または、１５３５／１６３５などの介在層）と中央スプリング層１５２０／１６２０（または１５２５／１６２５などの介在層）との間の接触を避けるために、上部プレート１５４０／１６４０の最大偏移がモーションストッパなどの他の構成部品によって制限される場合は、絶縁延長１７４４および１８４２はオプションである。とりわけ、絶縁延長の追加の絶縁効果は、上部プレート１５５０または１６５０が導電性の層（シリコンまたはポリシリコンなど）または十分な絶縁層を持たない非導電性の層である場合に有益である。いくつかのタイプの絶縁延長が本明細書で説明のために使用されているが、本発明による絶縁延長の任意の形態をＥＳＭＵＴ構造体の中で使用することができることに留意されたい。例えば、代替としてまたは付加的に、絶縁延長は中央スプリング層１５２０または１６２０の中に、および／または基板アンカ１５０３または１６０３の中に作られてもよい。
【００８５】
（製造方法）
本発明による絶縁延長を有する微小電気機械変換器は、様々な方法を使用して製造することができる。本発明の一態様によると、絶縁延長を有する絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法は、（１）第１導電層の主たる表面の上に凹部を形成するステップと、（２）第１ウェハ材料の主たる面の上方で凹部から自由端に延在する絶縁材料から成る立ち上がり特徴を形成するステップと、（３）第２導電層を立ち上がり特徴の自由端の上に配置するステップとを含む。
【００８６】
また、極めて深い絶縁延長を形成するための方法も説明する。例示の方法は、（１）基板の材料を取り去ることによって、基板の取り去られていない材料から成る細い線を備えたパターン化された溝を基板の主たる面の上に形成するステップと、（２）パターン化された溝が絶縁体を構成するようにパターン化された溝の中の基板の取り去られていない材料から成る細い線を酸化させるステップと、（３）絶縁体が基板の上方に立ち上がった上端を有するように基板の主たる面をパターン形成し、エッチングするステップと、（４）上部導電層を絶縁体の上端の上に配置するステップとを含む。この方法のための好適な基板は、シリコンウェハなどの酸化させることのできる基板である。
【００８７】
また、別法として、本方法は（１）基板材料を取り去ることによって基板の主たる表面の上に溝を形成するステップと、（２）溝を絶縁材料で充填するステップと、（３）溝の中の絶縁材料が基板の上方に立ち上がった上端を有するように基板の主たる面をパターン形成し、エッチングするステップと、（４）上部導電層を絶縁体の上端の上に配置するステップとを含むこともできる。この方法のための好適な基板は、シリコンウェハである。
【００８８】
本発明によるＥＳＭＵＴを製造するための例示の方法は、（１）上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを準備するステップと、（２）絶縁材料から成る立ち上がり特徴を上部プレートの１つの主たる面と中央スプリング層との上に形成するステップであって、この立ち上がり特徴は主たる面の下方の一点から主たる面を超えた自由端に延在するステップと、（３）上部プレートと中央スプリング層とが立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、中央スプリング層は基板に反対の側で接続されるように、上部プレートと、中央スプリング層と、基板と、を接続するステップとを含む。その結果得られるＥＳＭＵＴにおいて、基板と中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、このキャビティは側壁によって境界を成され、中央スプリング層はキャビティを覆うために側壁から延在する。
【００８９】
本方法の例示の実施形態を、図１９Ａ〜図２７Ｄを参照して説明する。絶縁延長を形成するための工程は、絶縁延長を形成するための少数のステップを追加することによって、ｃＭＵＴ工程などの通常の微小電気機械変換器の製造工程に組み込むことができる。以下に示されるように、所望のパターンを備えた所望の凹部またはキャビティを基板の上に形成するステップを組み込むことが、本発明の重要な要素である。
【００９０】
示される個々のステップは、最終的な構造体を完成させるためにそれらのステップが物理的に互いに互換性がある限り、任意の順番で行われることができることに留意されたい。本明細書に特に示されたステップを含み、しかしそれに限定されない多くの代替のステップが可能である。さらに、以下に説明する多くのステップは、説明中にオプションのものと特に示されたステップを含み、しかしそれらに限定されない、オプションのステップであることに留意されたい。
【００９１】
図１９．１〜図１９．９ａは、ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための工程の流れを示す。工程の主要なステップを、以下に説明する。
【００９２】
ステップ１（図１９．１）において、凹部１９０５と１９０６とを含む所望の凹部パターンが基盤１９０１の上に形成される。図示の例で、２つの異なる深さの凹部が示され、１つ（１９０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長のためのものであり、もう１つ（１９０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のためのものである。２つのタイプの凹部１９０５と１９０６とは、同時に単一のステップで形成されるか、２つのステップを使用して別々に形成される。基板の上に所望の凹部パターンを作るための多くの適切な方法が存在する。エッチング可能な基板（例えば、シリコンウェハ）を使用する場合には、所望の凹部パターンは、適切なエッチング技法を使用して基板を直接的にエッチングすることによって形成することができる。
【００９３】
ステップ２（図１９．２）において、絶縁層１９３１（例えば、熱酸化物（thermal oxide）、ＬＴＯ、窒化物、ＴＥＯＳおよびＳＯＧ）が、凹部１９０５と１９０６の内部に所望の厚さで導入される。
【００９４】
ステップ３（図１９．３）において、絶縁層１９３１は、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２およびモーションストッパ１９３４を形成するためにパターン形成され、エッチングされ、これらのそれぞれは凹部１９０５と１９０６の中で立ち上がり自由端に向けて延在する。
【００９５】
ステップ４（図１９．４）において、他の絶縁層１９３３が必要であれば形成される。
【００９６】
ステップ５（図１９．５）において、絶縁層１９３３は、絶縁延長の一部を形成するために、必要であれば各凹部１９０５と１９０６の内部に層１９３５を残してパターン形成される。
【００９７】
ステップ６（図１９．６）において、所望の膜の層１９１９を備えたＳＯＩウェハが、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２とモーションストッパ１９３４の自由端の上に接合される。次いで、ＳＯＩウェハは、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２の上の膜層１９１９を残すために、アニールされ、背面エッチング（etched back）される。このステップで、必要であれば底部電極にアクセスするために、ビア（vias）がエッチングされる（図示せず）。
【００９８】
ＳＯＩウェハを使用する代わりに、所望の膜層１９１９としての機能を果たすために窒化物、酸化物、金属、パリレン（parylene）、または他のポリマ層などの機能層を携えたウェハを、上述したステップ６を完成させるために適切な接合技法と共に使用することができる。
【００９９】
ステップ７（図１９．７）において、上部電極を形成するために金属層１９２０が堆積される。このステップの後で、必要であれば個々のｃＭＵＴ要素を分離するために隣接するｃＭＵＴ要素間の膜層１９１９をエッチングすることができる（図示せず）。
【０１００】
ステップの他の変形形態を使用してもよい。例えば、上述のステップ６および７で使用されたＳＯＩボンディング技法は、犠牲技法（sacrificial technique）を使用した代替の表面マイクロマシニング（micromachining）工程に置き換えてもよい。代替のステップ６、７、８および９を含む代替の方法を以下に示す。
【０１０１】
代替のステップ６（図１９．６ａ）において、犠牲層１９３９が、絶縁性の支持体（アンカ）１９３２およびモーションストッパ１９３４の自由端の上に堆積される。
【０１０２】
代替のステップ７（図１９．７ａ）において、膜層１９１９が堆積され、必要なパターンが形成される。
【０１０３】
代替のステップ８（図１９．８ａ）において、ビア（図示せず）が必要であればエッチングされ、次いで犠牲層１９３９が取り除かれる。その後、ビアは適切な材料で封止される。
【０１０４】
代替のステップ９（図１９．９ａ）において、上部電極を形成するために金属層１９２０が堆積される。その結果得られる構造体は、図１９．７の構造体に類似したものである。
【０１０５】
適切な処理ステップを選択し、そのステップで使用される、各層のための様々な材料をさらに選択することにおいて、多くの自由がある。特に、異なる材料（例えば、シリコン、シリコン窒化物、酸化物、ポリマ、サファイア、ダイアモンドおよびＳｉＣ）から成る膜を形成するために、異なる接合工程（例えば、シリコン溶融接合（silicon fusion bonding）、共晶接合（eutectic bonding）、陽極接合、および熱圧縮接合）を適用することができる。
【０１０６】
本発明による絶縁延長がその中に組み込まれたＥＳＭＵＴを製造するために、ウェハボンディングおよび表面マイクロマシニング技法を使用した工程などの類似の工程を使用することもできる。
【０１０７】
基板の上に所望の凹部パターンを作るために多くの適切な方法がある。適切なエッチング工程を使用して基板を直接的にエッチングすることに加えて、図２０〜図２２を参照して以下に説明するディファレンシャル酸化法（differential oxidation methods）などの他の方法を使用して、所望の凹部パターンを形成することもできる。異なる酸化厚さ（oxidation thickness）を備える酸化物は、異なる量の酸化材料を消費するので、ディファレンシャル酸化法を使用して酸化可能な導電性の表面の上にパターン（例えば凹部）を形成することができる。これは、窒化層および／または酸化層を追加の酸化のためのマスクとして使用することによって、達成することができる。窒化層はその下部の酸化を本質的にブロックすることができ、酸化層はその下部の酸化を遅らせることができる。酸化層または窒化層を酸化遮蔽膜として使用することによって、異なる厚さを備えた酸化物を導電性材料（例えばシリコン）基板上の所望の位置に形成することができる。
【０１０８】
酸化プロセスは酸化材料を消費するので、このプロセスは、材料の直接的エッチングと等価であると考えることができる。しかし、一般に、酸化プロセスは、直接的エッチングよりも制御することがより容易であり、より良好な精度を有する。従って、電極表面と基板との上のパターン、凹部および材料分布のより高い精度と分布を必要とする（ｃＭＵＴなどの）変換器を製造するためには、凹部を形成するために酸化法を使用することが直接的エッチング工程より好適であることができる。
【０１０９】
図２０．１〜図２０．３は、基板の上に凹部を形成するための例示の工程を示す。特に、この方法は、シリコン基板などの酸化可能な基板の上に凹部を形成することに適している。また、この工程は、酸化可能な上部プレート層または中央スプリング層の上に凹部を形成するために使用することもできる。
【０１１０】
ステップ１（図２０．１）において、第１酸化層２０１０が基板２００１の主要な面の上に成長される。酸化層２０１０は、基板が酸化物によって覆われていない開口２０１５を有する。
【０１１１】
ステップ２（図２０．２）において、第２酸化層２０２０が、第１酸化層２０１０（開口２０１５を含む）にわたって成長される。第２酸化層２０２０は、開口２０１５が配置されている位置で基板２００１内部に達する第１深さ２０３０と、第１酸化層２０１０に覆われた位置で基板２００１内部に達する第２深さとを有する。第１酸化層２０１０は酸化プロセスを減速させるので、第１深さ２０３０は第２深さよりも大きいものとなる。２つの深さの間の差異が、次の工程における凹部の形成の基礎となる。
【０１１２】
ステップ３（図２０．３）において、凹部２０４０を形成するため第１酸化層２０１０と第２酸化層２０２０とが取り除かれる。
【０１１３】
図２１．１〜図２１．３は、基板上に凹部を形成するための他の例示の工程を示す。特に、この方法は、シリコン基板などの酸化可能な基板の上に凹部を形成することに適している。また、この工程も、酸化可能な上部プレート層または中央スプリング層の上に凹部を形成するために使用することができる。
【０１１４】
ステップ１（図２１．１）において、第１酸化層２１１０および窒化層２１２０が、基板２１０１の主要な面の上に成長される。酸化層２１１０はパターン形成され、基板が酸化物によって覆われていない開口２１１５を有する。窒化層２１２０は、第１酸化層２１１０の開口２１１５に一致する開口を有する。
【０１１５】
ステップ２（図２１．２）において、第２酸化層２１３０が、第１酸化層２１１０および窒化層（開口２１１５を含む）に成長される。第２酸化層は、開口２０１５が配置されている位置において所望の深さで基板２１０１内に達する。基本的に、窒化層２１２０は、その他の領域ではさらなる酸化を停止させる。第２酸化層の深さは、次の工程における凹部の形成の基礎となる。
【０１１６】
ステップ３（図２１．３）において、凹部２１４０を形成するために窒化層２１２０と、第１酸化層２１１０と、第２酸化層２１３０とが取り除かれる。
【０１１７】
上述した方法が、様々な深さを有するより複雑な凹部パターンを形成するために繰り返され、または組み合わされる。図２２．１〜図２２．５は、酸化プロセスを使用してシリコン基板上に所望の凹部パターンを製造するための工程を示す。また、この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。この工程の主たるステップを、以下に説明する。
【０１１８】
ステップ１（図２２．１）において、熱酸化層（thermal oxide layer）２２３１が、基板２２０１上に所望の厚さまで形成され、必要に応じてパターン化される。
【０１１９】
ステップ２（図２２．２）において、他の熱酸化層２２３２が、第１の熱酸化層２２３１のパターンに所望の厚さまで形成される。
【０１２０】
ステップ３（図２２．３）において、次の工程で所望の凹部を形成するために、得られた熱酸化層２２３１および２２３２が、所望のパターンにさらにパターン形成される。
【０１２１】
ステップ４（図２２．４）において、他の熱酸化層２２３３が、酸化パターンに所望の厚さまで形成される。これは、形成すべき所望の凹部の様々な深さをさらに規定するためである。
【０１２２】
ステップ５（図２２．５）において、シリコン基板上に所望の凹部パターンを形成するために残っている酸化物が取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２２０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２２０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１２３】
図２３．１〜図２３．５は、Ｏ２注入および酸化プロセスを使用して、シリコン基板上に所望の凹部パターンを製造するための他の工程を示す。また、この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。この工程の主たるステップを、以下に説明する。
【０１２４】
ステップ１（図２３．１）において、パターン化（選択的）Ｏ２注入が、パターン形成されたマスク２３０９を使用してシリコン基板２３０１に実施される。
【０１２５】
ステップ２（図２３．２）において、熱酸化が、Ｏ２注入を用いて処理されたシリコン基板２３０１に実施される。熱酸化は、Ｏ２注入が行われた選択された領域内で、より厚い酸化物形成２３３２を有する酸化層２３３１を形成する。
【０１２６】
ステップ３（図２３．３）において、酸化層２３３１がパターン形成される。
【０１２７】
ステップ４（図２３．４）において、酸化層２３３１にさらなる熱酸化が行われる。
【０１２８】
ステップ５（図２３．５）において、シリコン基板２３０１上に所望の凹部パターンを形成するために、酸化物が取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２３０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２３０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１２９】
図２４．１〜図２４．３は、Ｏ２注入およびシリコン選択酸化（ＬＯＣＯＳ：Local Oxidation of Silicon）を使用して、シリコン基板上に所望の凹部パターンを形成するための他の工程を示す。この方法は、酸化することが可能な他の基板にも適用することができる。本工程の主要なステップを、以下に説明する。
【０１３０】
ステップ１（図２４．１）において、パターン形成されたマスク２４０９を使用して、パターン化（選択的）Ｏ２注入がシリコン基板２４０１に行われる。
【０１３１】
ステップ２（図２４．２）において、パターン形成された窒化保護層２４３１がシリコン基板２４０１上に堆積され、シリコン基板はＯ２注入を用いて処理される。次いで、ＬＯＣＯＳプロセスが、パターン形成された窒化保護層２４３１を備えたシリコン基板２４０１に遂行される。ＬＯＣＯＳプロセスは、Ｏ２注入が行われている選択された領域のより厚い酸化形成体２４３２と、Ｏ２注入が行われなかった他の非保護領域のより薄い酸化形成体２４３４とを含む、２つのタイプの局所的に酸化された領域を有する酸化パターンを形成する。上述のプロセスは、所望の酸化厚みを有する２つの別のＬＯＣＯＳプロセスに置き換えて、２つのタイプの局所酸化を別々に形成することができる。
【０１３２】
ステップ３（図２４．３）において、シリコン基板２４０１上に所望の凹部パターンを形成するために、窒化物と酸化物とが取り除かれる。凹部パターンは２つの異なる深さの凹部を含み、１つ（２４０５）は絶縁性の支持体（アンカ）の絶縁延長を形成するための凹部であり、もう１つ（２４０６）は変換器の動作中に２つの電極が接触する可能性のある位置の絶縁延長のための凹部である。
【０１３３】
（極めて厚く高い絶縁延長を形成する方法）
上述した方法では、絶縁延長は、絶縁材料を成長または堆積させることによって製造された。従って、絶縁延長の厚さは、膜の堆積または膜の成長プロセスによって制限される。しかしながら、いくつかの用途では、電気的絶縁破壊を防ぐために極めて厚い絶縁が必要とされることがある。従って、微小電気機械変換器内の極めて厚い絶縁延長を製造するための異なるプロセスが必要とされる。
【０１３４】
図２５．１〜図２５．７は、可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示的方法を示す。この方法は、所望のパターンを基板上にエッチングし、次いでそのパターンを全体的に酸化することによって深い絶縁延長を形成する。基板上のパターン形成された領域は、適切に形成されたパターンを備えた熱酸化物によって充填することができる。例示の方法の主たる工程を、以下に説明する。
【０１３５】
ステップ１（図２５．１）において、所望の凹部パターン２５３１が基板２５０１上に形成される。凹部パターン２５３１は、直接エッチングプロセス、酸化、またはＬＯＣＯＳを含む様々な技法によって形成することができる。
【０１３６】
ステップ２（図２５．２）において、基板２５０１および凹部パターン２５３１の表面上で、所望のシリコンパターンがエッチングされる。シリコンパターンは、凹部パターン２５３１の凹部の上を含む選択された位置において所望の厚さまでエッチングされた、複数の深いパターン形成された溝を有する。各パターン形成された溝は、基板２５０１の元の材料が取り除かれた場所にボイド（void）を有し、基板２５０１の取り除かれていない元の材料から成る細い線２５３７も有する。
【０１３７】
ステップ３（図２５．３）において、取り除かれていない基板材料から成る細い線２５３７を有するパターン形成された溝は、可変の深さを有する酸化層２５３３を形成するために、熱酸化を使用して全面的に酸化される。特に、酸化層２５３３は、以前は深いパターン形成された溝であった空間を充填している深い酸化物部分２５３２および２５３４を有する。このステップでは、熱酸化物が溝を全面的に充填しない場合は、充填材を加えることができる。酸化層２５３３の表面は、必要であれば研磨してもよい。表面高さの所望の変化を作るために前もって図２５．１のステップ１が行われていない場合は、図２５．１の凹部２５３１に対応する位置の酸化物を、このステップで所望の高さにエッチングすることができる。
【０１３８】
ステップ４（図２５．４）において、酸化層２５３３がパターン形成され、酸化層２５３３の下部の基板２５０１の選択された部分が所望の厚さまでエッチングされる。このステップの後に、深い酸化物部分２５３２および２５３４が基板２５０１の中に残る。直接的エッチングプロセスに加えて、酸化またはＬＯＣＯＳプロセスを、基板をエッチングするためにこのステップで使用することができる。
【０１３９】
ステップ５（図２５．５）において、絶縁性の支持体（アンカ）および絶縁延長になる深い酸化物部分２５３２および２５３４のより明瞭な形成体を形成するために、再び、残っている酸化物がパターン形成され、その下にある基板が所望の厚さまでエッチングされる。必要であれば、このステップの後で薄い酸化層を成長し、パターン形成してもよい。
【０１４０】
ステップ６（図２５．６）において、ＳＯＩウェハが、深い酸化物部分２５３２および２５３４の自由端の上に接合される。膜層２５１９を残しておくためにＳＯＩウェハのハンドルウェハとボックス層（図示せず）とが取り除かれる。図示されているように、深い酸化物部分２５３２は、それぞれ基板２５０１の上方に絶縁性の支持体（アンカ）と、基板２５０１の内部に延在する深い絶縁延長とをもたらし、深い酸化物部分２５３４は、それぞれ隣接する絶縁性の支持体（アンカ）の中間部分の位置で基板２５０１の内部に延在する深い絶縁延長をもたらす。また、必要に応じて、深い酸化物部分２５３４は、基板２５０１の上方にモーションストッパを形成するための区間を有してもよい。
【０１４１】
ステップ７（図２５．７）において、上部電極を形成するために金属層２５２０が堆積され、必要に応じてパターン形成される。次いで、必要に応じて、個々のｃＭＵＴ要素を分離するために膜層がエッチングされる。
【０１４２】
上述した工程は、単に例示のためのものであることに留意されたい。この工程の各ステップにおいても、多くの変形形態が可能である。例えば、深い酸化物部分２５３２と２５３４の明瞭な形成のために、ステップ５において使用することができる形成体を完成させるために異なるパターンを最初の４つのステップ（ステップ１からステップ４）において使用することができる。こうした代替のパターン形成の１つの例を、図２５．１〜図２５．４の代替のものである図２５．１ａ〜図２５．４ａを参照して、以下に説明する。加えて、極めて高い絶縁延長を有するｃＭＵＴを形成するために、図１９．６ａ〜図１９．８ａのステップで示された表面マイクロマシニング工程を、図２５．６のステップを置き換えるために使用することができる。
【０１４３】
絶縁延長の厚さを制御するために膜の堆積または膜の成長を使用する方法とは対照的に、上記の方法は、エッチング工程によって絶縁延長の厚さを画定する。絶縁延長は、より大きな範囲の厚さ、実際にはｃＭＵＴ設計最適化が必要とする可能性のあるどんな厚さ、に製造することができる。
【０１４４】
上記の方法は、ｃＭＵＴ設計に容易に適合することができる。例えば、同様の絶縁延長を、同様の方法を使用してＥＳＭＵＴ（図１５〜図１８に示された組込み型スプリングを備えたｃＭＵＴ）の剛性のある上部プレートまたは中央スプリング層の上に形成することができる。本方法と両立できるように、ホスト層（絶縁延長がその中に形成されるＥＳＭＵＴの層）は、酸化することが可能な任意の材料（例えば、シリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓまたは任意の他の半導体材料）で作ることができる。
【０１４５】
図２６．１〜図２６．７は、エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す。この方法の主要なステップを、以下のように説明する。
【０１４６】
ステップ１（図２６．１）において、溝２６３１が基板２６０１上にエッチングされる。
【０１４７】
ステップ２（図２６．２）において、溝２６３１は、所望の誘電性材料２６３３（例えば、ガラスフリット、ＬＴＯ、ＳＯＧ、窒化シリコン、ＰＳＧまたはこれらの材料の複数層の組合せ）で充填される。
【０１４８】
ステップ３（図２６．３）において、誘電性材料２６３２の表面が、必要に応じて研磨される。
【０１４９】
ステップ４（図２６．４）において、深い絶縁体２６３２と２６３４（対応する絶縁延長を含む）を基板２６０１の中に残すために、充填材料２６３３の上でパターン形成とエッチングとが実行される。異なる高さの２つの異なるタイプの深い絶縁体２６３２と２６３４とがこのステップで形成される。
【０１５０】
ステップ５（図２６．５）において、絶縁体２６３２と２６３４とをさらに画定するために、基板２６０１が所望の厚さまでエッチングされる。各絶縁体２６３２および２６３４は、良好に画定された２つの部分を有する。第１の部分は基板２６０１の中に延在する絶縁延長であり、第２の部分は基板２６０１の上方に延在する絶縁性の支持体またはアンカである。
【０１５１】
ステップ６（図２６．６）において、絶縁延長を取り囲む周辺の溝２６３５を形成するために、基板２６０１上で追加のエッチングが行われる。
【０１５２】
ステップ７（図２６．７）において、絶縁体２６３２の自由端の上にＳＯＩウェハが接合され、次いで、ハンドルウェハおよびボックス酸化層（図示せず）が膜２６１９から取り外される。次いで、上部電極を形成するために金属層２６２０が堆積され、必要に応じてパターン形成される。膜層２０１９は、必要に応じて、ｃＭＵＴ要素を分離させるためにエッチングされてもよい。
【０１５３】
図２５．１〜図２５．７の方法と同様に、上記の方法は、絶縁延長の厚さを堆積された材料の厚さに代わってエッチングの深さによって画定する。従って、この方法は、高温ｃＭＵＴまたは極めて高い絶縁破壊電圧を備えたｃＭＵＴを作るために不可欠な、極めて厚い絶縁延長を作ることができる。
【０１５４】
フレットガラス、ＳＯＧ、ＬＴＯ、窒化物、ＴＥＯＳなどの広い範囲の充填材料溝が、溝を充填するための方法で利用可能である。また、これらの溝は、少なくともその１つが絶縁材料である材料から成る複数の層の組合せで充填されてもよい。
【０１５５】
絶縁延長を有するｃＭＵＴを作るために、図２５Ａ〜図２６Ｂで示された方法では、ウェハボンディング技法を利用している。しかしながら、絶縁延長が製造された後では、ｃＭＵＴは、犠牲技法に基づいた表面マイクロマシニングを使用して完成させることができる。
【０１５６】
図１９Ａ〜図２６Ｂに示された製造方法は、本発明の絶縁延長を従来のｃＭＵＴ（可とう性膜を備えたｃＭＵＴ）の中に組み込む例である。しかしながら、本方法は他のｃＭＵＴ設計に容易に適合することができる。特に、類似の絶縁延長は、同じ方法を使用してＥＳＭＵＴ（組込み型スプリングを備えたｃＭＵＴ）の上部プレートまたは中央スプリング層の上に形成することができる。絶縁延長がその中に形成されるホスト層は、任意の適切な材料で作ることができるが、ホスト層がシリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓまたは他の半導体材料などの導電性材料で作られている場合、絶縁延長は特に有益である。
【０１５７】
図２７．１〜図２７．１６は、本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディングプロセスを示す。また、ＥＳＭＵＴは、製造工程に組み込まれたセルフアライメント特徴（self-alignment feature）も有するが、このセルフアライメント特徴は説明のためだけに含まれ、絶縁延長によって必要とはされない。このプロセスはまた、溝封止などの他の特徴を組み入れてもよい。このプロセスのステップを以下に説明する。
【０１５８】
ステップ１（図２７．１）において、工程は、結果として得られるｃＭＵＴ構造体の上部プレート層２７４０となるシリコン層２７４０を持つＳＯＩウェハ２７８０と共に開始する。酸化層２７８１および窒化層２７８２が、上部プレート２７４０の底部に成長される。別法として、このステップは、後のステップにおける上部プレート層のために所望の厚さまで研削され、研磨されることができるプライムウェハ（prime wafer）と共に開始することができる。
【０１５９】
ステップ２（図２７．２）において、酸化層２７８１および窒化層２７８２が、上部プレート層２７４０のいくつかの領域を露出させるためにｃＭＵＴ設計によってパターン形成される。
【０１６０】
ステップ３（図２７．３）において、上部プレート層２７４０の露出された領域が、所望の厚さまで酸化される。
【０１６１】
ステップ４（図２７．４）において、上部プレート層２７４０の底面に凹部２７４１を形成するために、窒化層と酸化層とが取り除かれる。この凹部２７４１は、絶縁延長と絶縁性の支持体（コントラクタ（contractor））を含む絶縁体を受けるための基礎となる。
【０１６２】
ステップ５（図２７．５）において、絶縁材料から成る立ち上がり特徴２７３１が、上部プレート層２７４０の凹部２７４１に形成される。これらの立ち上がり特徴２７３１は、プレートとスプリングとのコネクタ２７３０（これらは絶縁体である）および凹部の中の絶縁延長の双方を提供する。こうした立ち上がり特徴２７３１を形成する１つの方法は、酸化層を成長させることである。
【０１６３】
ステップ６（図２７．６）において、別の酸化層２７３２が上部プレート層２７４０の凹部２７４１に成長される。このオプションの酸化層２７３２は、凹部２７４１内の絶縁延長の追加の部分になるために、パターン形成される。オプションの酸化物層２７３２は、表面上の電気的漏洩を防ぐことによって絶縁を改善することができる。
【０１６４】
ステップ７（図２７．７）において、シリコン層２７２１を有する別のＳＯＩウェハ２７８５が、プレートとスプリングとのコネクタ２７３０に接合される。シリコン層２７２１は、組込み型スプリング（カンチレバー）を形成するために、最終のＥＳＭＵＴ構造体において中央スプリング層２７２０となるものである。この目的を果たすために、シリコン層２７２１は適切な厚さを有するべきである。
【０１６５】
ステップ８（図２７．８）において、ＳＯＩウェハ２７８５は、中央スプリング層２７２０となるシリコン層２７２１を残すために、キャリア層と酸化層とを取り除くように背面エッチングされる。必要に応じて、この段階でシリコン層２７２１の選択された領域にシリコンドーピングが行われる。
【０１６６】
ステップ９（図２７．９）において、シリコン層２７２１の選択された領域２７８８をアクセス可能に残しつつ、酸化層２７８６および窒化層２７８７がシリコン層２７２１に形成され、パターン形成される。
【０１６７】
ステップ１０（図２７．１０）において、シリコン層２７２１のアクセス可能領域２７８８が、所望の厚さまで酸化される。
【０１６８】
ステップ１１（図２７．１１）において、シリコン層２７２１の領域２７１３の頂部に酸化物と窒化物とを残したままの状態で、酸化層と窒化層とが選択された位置で取り除かれる。この領域２７１３は、最終的なＥＳＭＵＴ構造体において側壁アンカ２７０３になる。シリコン層２７２１の他の覆われていない領域は、次のステップのためにここで露出される。
【０１６９】
ステップ１２（図２７．１２）において、シリコン層２７２１の露出された領域は、所望の厚さまで酸化される。
【０１７０】
ステップ１３（図２７．１３）において、側壁アンカ２７０３およびカンチレバーの仕切り２７２２となるところのより厚い部分の特徴を有する中央スプリング層２７２０を形成するために、領域２７１３上の酸化層および窒化層、ならびにステップ１２で形成された新しい酸化層が取り除かれる。カンチレバーの仕切り２７２２は、（１）モーションストッパとして働くことと、（２）スプリングの長さを２７０３で画定することとの２つの機能を同時に有することができる。
【０１７１】
ステップ１４（図２７．１４）において、所望の厚さを備えたプライムウェハ２７０１が接合される。この層は、最終のＥＳＭＵＴ構造体のための基板２７０１になる。このステップの後で、製造を終了させるための工程は、この説明の中で説明された他の例示の製造方法のいくつかの最終ステップに類似している。１つの例を、簡潔に以下で説明する。
【０１７２】
ステップ１５（図２７．１５）において、キャリア層を取り除くために、頂部ＳＯＩウェハ２７８０は背面エッチングされ、上部プレート２７４０を形成するために、酸化層が背面エッチングされる。
【０１７３】
ステップ１６（図２７．１６）において、必要に応じて相互接続を形成するために、金属層２７５０が堆積され、パターン形成される。個々のＥＳＭＵＴ要素を分離するために、ＥＳＭＵＴ要素間に溝２７１５が形成される。
【０１７４】
上記のステップ１４について、いくつかの他のオプションを利用することができる。例えば、プライムウェハを接合する代わりに、内部にスルーウェハ相互接続（through-wafer interconnections）を備えたプロセスウェハ（processed wafer）を、中央スプリング層２７２０との溶融接合のために使用することができる。プロセスウェハと中央スプリング層２７２０とは、カンチレバー形成領域の形状に対応するキャビティパターンを画定する。また、このステップは、他のウェハボンディング技術（例えば、共晶接合、熱圧縮接合および陽極接合）でなされることもできる。
【０１７５】
別法として、所望の金属パターン、集積回路（ＩＣ）または所望の回路を備えたプリント配線板を、中央スプリング層２７２０に接合することもできる。ウェハは、ガラス、サファイアまたはシリコンなどの材料で作ることができる。別法として、その中に集積回路（ＩＣ）を有するシリコンウェハを、中央スプリング層２７２０に接合することもできる。
【０１７６】
上部プレート２７４０の上に絶縁延長を形成する代わりに、中央スプリング層２７２０の上に絶縁延長を作るための類似したプロセスを行うことができる。
【０１７７】
図２７．１〜図２７．１６を参照して上述された製造方法の各ステップにおける材料の選択および工程方法の選択は、他の微小電気機械構造体を備えた製造方法に関連して本明細書で説明されたものに類似している。また、ｃＭＵＴが、説明のために上述した工程の中で使用されているが、その方法はそれらに限定されない。また、微小電気機械構造体は、図２７．１〜図２７．１６に示された各工程のただ一部分だけ、または工程の異なる一連のステップを使用することによっても製造することができる。加えて、ＳＯＩウェハを使用する代わりに、組込み型スプリングを有する微小電気機械構造体の中央スプリング層を、高度にドープされた層を有するシリコンウェハまたはシリコンウェハで作ることができる。その後で、中央スプリング層の上のカンチレバー領域を、選択的シリコンエッチングによって形成することができる。
【０１７８】
本発明による微小電気機械変換器を、図面および例示の実施形態と共に詳細に説明した。潜在的に、この変換器は、既存の技術のいくつかの問題を軽減し、または取り除くことができる。本発明は、多数のより小さなセルを使用して、アドレス可能な変換器要素を形成する必要性を取り除いた。本技術を使用すれば、より少ない複数のセルまたは単に１つのセルが、各アドレス可能な変換器要素のために必要となる。特に、本発明の微小電気機械変換器の設計は、容量性の微細機械加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）の用途に適しているが、エネルギーを変換するための可動機械部分を有する他の微小電気機械デバイスにも使用することができる。
【０１７９】
特に、本発明による微小電気機械変換器は、本製造方法を使用することによって製造することができる。
【０１８０】
本発明を、その特定の実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明がそれらに限定されないことを理解するであろう。上述した開示の様々な特徴および態様は、個別にまたは組み合わされて使用することができる。さらに、本開示は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本明細書に説明されたものを超えて、任意の数の環境および用途において使用することができる。我々は、添付の特許請求の範囲の範囲および趣旨に入る全てのこうした修正形態および変形形態を請求する。従って、本明細書および図面は、限定のためではなく説明のためのものと見なされるべきである。本明細書で使用された用語、「備える」、「含む」および「有する」は、幅広い解釈のできる専門用語と解釈されるべきであることが特に意図されていることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】従来技術のｃＭＵＴの基本構造体の断面図である。
【図２】絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との間の関係を説明するための従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す図である。
【図３】絶縁アンカの高さと２つの電極間の離隔との間の関係をさらに説明するための、他の従来技術のｃＭＵＴの拡大部分を示す図である。
【図４】本発明による静電変換器の拡大部分を示す図である。
【図４ａ】図４に示された絶縁延長の概念の変形形態を示す図である。
【図４ｂ】図４に示された絶縁延長の概念の変形形態を示す図である。
【図５】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図６】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図７】図４に示された絶縁延長の概念の更なる変形形態を示す図である。
【図８】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の断面図である。
【図９】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１０】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１１】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１２】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１３】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１４】本発明による絶縁延長を使用したｃＭＵＴ構造体の変形形態の断面図である。
【図１５】組込型スプリング微小電気機械変換器（ＥＳＭＵＴ）の選択された部分の拡大図である。
【図１６】完成したＥＳＭＵＴ素子の異なる選択されたＥＳＭＵＴ部分の拡大図である。
【図１７】本発明による絶縁延長を使用したＥＳＭＵＴ構造体を示す図である。
【図１８】本発明による絶縁延長を使用した他のＥＳＭＵＴ構造体を示す図である。
【図１９Ａ】ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための例示の工程フローを示す図である。
【図１９Ｂ】ウェハボンディング技法を使用して本発明の絶縁延長を従来の膜ベースのｃＭＵＴに組み込むための例示の工程フローを示す図である。
【図２０】酸化プロセスを使用して酸化可能層の表面に凹部を形成するための例示の工程を示す図である。
【図２１】酸化プロセスを使用して酸化可能層の表面に凹部を形成するための他の例示の工程を示す図である。
【図２２】酸化プロセスを使用して基板の上に異なる凹部深さを有する凹部パターンを形成するための他の例示の工程を示す図である。
【図２３】Ｏ２注入および酸化プロセスを使用してシリコン基板の上に所望の凹部パターンを製造するための他の例示の工程を示す図である。
【図２４】Ｏ２注入およびシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）を使用してシリコン基板の上に所望の凹部パターンを製造するための他の工程を示す図である。
【図２５Ａ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２５Ｂ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２５Ｃ】可とう性の膜面を備えた従来のｃＭＵＴの中に極めて深い絶縁延長を形成するための例示の方法を示す図である。
【図２６Ａ】エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す図である。
【図２６Ｂ】エッチングにより深い絶縁延長を形成するための他の方法を示す図である。
【図２７Ａ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｂ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｃ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【図２７Ｄ】本発明による絶縁延長を有するＥＳＭＵＴを製造するためのウェハボンディング工程を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有する第１導電層と、
前記第１層の前記上面に対向する底面を有する第２導電層であって、前記第１導電層と前記第２導電層とはそれらの間に変換用ギャップを画定する第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に配置された絶縁性の支持体と、
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの内部に延在する絶縁延長と
を備えることを特徴とする静電変換器。
【請求項２】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、基礎導電層と該基礎導電層の導電率よりも著しく高い導電率を有する補助導電層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項３】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、前記絶縁延長がその中に包含されるように前記絶縁延長よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項４】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、シリコン／ポリシリコン層を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項５】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン層の中に延在することを特徴とする請求項４に記載の静電変換器。
【請求項６】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの中に前記変換用ギャップの少なくとも２５％の深さだけ延在することを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項７】
前記絶縁性の支持体は、第１絶縁材料を備え、前記絶縁延長は、前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項８】
前記絶縁性の支持体は、前記絶縁延長に接続されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項９】
前記絶縁延長は、前記絶縁性の支持体の断面サイズよりも大きい断面サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１０】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１１】
前記絶縁延長は、部分的なボイドをその中に残して、前記キャビティを部分的に充填する固体材料を備えることを特徴とする請求項１０に記載の静電変換器。
【請求項１２】
前記絶縁延長は、部分的なボイドをその中に残して、前記キャビティを部分的に充填する固体材料を備えることを特徴とする請求項１０に記載の静電変換器。
【請求項１３】
前記絶縁延長は、前記第１導電層の中に延在する第１延長端と、前記第２導電層の中に延在する第２延長端とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１４】
前記第１延長端は第１絶縁材料を備え、前記第２延長端は前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項１３に記載の静電変換器。
【請求項１５】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層が動作中に互いに接触するか、または接触に近づくと最も考えられる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１６】
前記変換用ギャップを横切って部分的に延在するモーションストッパをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１７】
前記第１導電層は底部電極として働き、前記第２導電層は可動な上部電極として働く容量性の微細機械加工された超音波変換器であることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１８】
前記第１導電層は、導電性の高い電極層と導電性の基板とを備えることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項１９】
前記第１導電層は、非導電性の基板の上に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項２０】
前記第２導電層は、前記絶縁性の支持体によって支持される弾性のある膜を備えることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項２１】
エネルギーを変換するための可動機械部分を有する微小電気機械変換器であって、
基板と、
前記基板の上に配置された中央スプリング層であって、前記基板と前記中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、前記キャビティは側壁によって境界を画定され、前記中央スプリング層は前記キャビティを覆うために前記側壁から延在する中央スプリング層と、
前記中央スプリング層の上の絶縁性コネクタと、
前記絶縁性コネクタの上に配置された上部プレートであって、前記絶縁性コネクタは前記上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために前記上部プレートを前記中央スプリング層から隔てる上部プレートと、
前記変換用ギャップを超えて延在する絶縁延長と
を備えることを特徴とする微小電気機械変換器。
【請求項２２】
前記上部プレートは、導電層と該導電層の中に延在する前記絶縁延長とを備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２３】
前記上部プレートは、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２４】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン層の中に延在することを特徴とする請求項２３に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２５】
前記上部プレートは、金属の層をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２６】
前記中央スプリング層は導電層を備え、前記絶縁延長は前記導電層の中に延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２７】
前記基板は導電性であり、前記絶縁延長は前記基板の中に延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２８】
前記絶縁延長は、前記絶縁性コネクタに接続されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２９】
前記絶縁延長は、前記上部プレートと前記中央スプリング層とが動作中に互いに接触するか、または接触に近づくと最も考えられる位置に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３０】
前記絶縁延長は、前記変換用ギャップの少なくとも２５％の距離だけ変換用ギャップを超えて延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３１】
前記絶縁延長は第１絶縁材料を備え、前記絶縁性コネクタは前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３２】
前記絶縁延長は、前記上部プレートと、前記中央スプリング層と、前記基板とのうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３３】
前記上部プレートは前記中央スプリング層よりも著しく剛性があり、前記絶縁性コネクタの垂直偏移によって輸送された場合に実質的に曲がらないことを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３４】
前記変換用ギャップを横切って部分的に延在するモーションストッパをさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３５】
底部電極と上部電極とを有する容量性の微細機械加工された超音波変換器であることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３６】
前記底部電極は前記基板および／または前記中央スプリングの少なくとも一部を備え、前記上部電極は前記上部プレートの少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３７】
前記基板の立ち上がり特徴は導電性であり、前記底部電極は前記基板の前記立ち上がり特徴の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３８】
前記底部電極は、前記中央スプリング層の上に堆積され分離された導電層を備えることを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３９】
静的基板を含み、底部電極として働く下部層と、
膜を含み、上部電極として働く上部層であって、前記膜は変換用励磁を前記静的基板に関して振動させるように構成され、前記上部層および前記下部層はその間に変換用ギャップを画定する上部層と、
主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、前記主部分は前記下部層と前記上部層との間に配置されそれらを支持し、前記絶縁延長は前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つの中に延在する絶縁体と
を備えたことを特徴とする容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４０】
前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つは、前記絶縁延長が前記導電層の中に包含されるように前記絶縁延長よりも厚い導電層を有することを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４１】
前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つは、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４２】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン基板の中に延在することを特徴とする請求項４１に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４３】
前記絶縁延長は、前記上部層と前記下部層とのうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４４】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、
絶縁材料の立ち上がり特徴を前記凹部の上に形成するステップであって、前記立ち上がり特徴は前記凹部から前記第１導電層の前記主たる面より上の自由端まで延在するステップと、
第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
前記第１導電層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
前記凹部の上に絶縁層を成長させるステップと、
前記絶縁層をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置する前記ステップは、
機能層を有するコンポジットウェハ（composite wafer）を前記立ち上がり特徴の前記自由端に接合するステップと、
前記機能層を前記立ち上がり特徴の上に残すために前記コンポジットウェハをエッチバックするステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記第２導電層を配置する前記ステップは、前記機能層の上に金属層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、適切な変換用励磁と同時に前記第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置する前記ステップは、
犠牲層を前記第１導電層および前記立ち上がり特徴の上に堆積するステップと、
前記犠牲層の上に機能層を堆積するステップと、
前記機能層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に残すために前記犠牲層を取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記第２導電層を配置する前記ステップは、前記機能層の上に金属層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記機能層は、シリコン、ポリシリコンまたは窒化物の層を備えることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、適切な変換用励磁と同時に前記第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成する前記ステップは、
前記第１導電層の前記主たる面の上に第１酸化層を成長させパターン形成するステップであって、前記第１酸化層は、前記第１導電層の前記主たる面の対応する部分を覆われないままに残された開口を有するステップと、
第２酸化層が、前記開口の配置された位置における前記第１導電層の中への第１の深さと、前記第１酸化層に覆われた位置における前記第１導電層の中への第２の深さとを有するように、前記開口を含む前記第１酸化層の上に前記第２酸化層を成長させるステップであって、前記第１深さは前記第２深さよりも大きいステップと、
前記第１酸化層と前記第２酸化層とを取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５６】
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成する前記ステップは、
前記第１導電層の前記主たる面の上に第１酸化層を成長させパターン形成するステップであって、前記第１酸化層は前記第１導電層の前記主たる面の対応する部分を覆われないままに残された開口を有するステップと、
前記第１酸化層の上に窒化層を成長させパターン形成するステップであって、前記窒化層は前記第１酸化層の前記開口に一致する開口を有するステップと、
前記第２酸化層が前記開口の配置された場所で前記第１導電層の中に所望の深さに達するように、前記第１酸化層および前記窒化層の前記開口の上に第２酸化層を成長させるステップと、
前記窒化層と、前記第１酸化層と、前記第２酸化層とを取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５７】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
基板の材料を取り除くことによって前記基板の主たる面の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、前記パターン形成された溝は前記基板の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、
前記パターン形成された溝が絶縁体を構成するように前記パターン形成された溝の中の前記基板の取り除かれていない材料の細い線を酸化するステップと、
前記絶縁体が前記基板の上に立ち上がる上端を有するように前記基板の前記主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、
前記絶縁体の前記上端の上に上部導電層を配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
基板の材料を取り除くことによって前記基板の主たる面の上に溝を形成するステップと、
前記溝を絶縁材料で充填するステップと、
前記溝の中の前記絶縁材料が前記基板の上に立つ上端を有するように前記基板の前記主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、
前記絶縁体の前記上端の上に上部導電層を配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５９】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを用意するステップと、
絶縁材料の立ち上がり特徴を、前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つの主たる面の上に形成するステップであって、前記立ち上がり特徴は前記主たる面の下から前記主たる面を越えて自由端まで延在するステップと、
前記上部プレートと前記中央スプリング層とが前記立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、前記中央スプリング層は前記基板に反対側で接続されるように前記上部プレートと、前記中央スプリング層と、前記基板とを接合するステップであって、前記基板と前記中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、前記キャビティは側壁によって境界を画定され、前記前記中央スプリング層は前記キャビティを覆うために側壁から延在するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６０】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
前記シリコン／ポリシリコン層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、
前記凹部の上に絶縁材料を導入することによって前記立ち上がり特徴を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによって、前記シリコン／ポリシリコン層の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、前記パターン形成された溝は前記シリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、
前記パターン形成された溝が絶縁体を構成するように前記パターン形成された溝の中の前記シリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の前記細い線を酸化するステップと、
前記溝の中の絶縁体から前記立ち上がり特徴を形成するために前記シリコン／ポリシリコン層をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによって前記シリコン／ポリシリコン層の上に溝を形成するステップと、
前記溝を絶縁材料で充填するステップと、
前記絶縁材料から前記立ち上がり特徴を形成するために前記シリコン／ポリシリコン基板をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項１】
上面を有する第１導電層と、
前記第１層の前記上面に対向する底面を有する第２導電層であって、前記第１導電層と前記第２導電層とはそれらの間に変換用ギャップを画定する第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に配置された絶縁性の支持体と、
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの内部に延在する絶縁延長と
を備えることを特徴とする静電変換器。
【請求項２】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、基礎導電層と該基礎導電層の導電率よりも著しく高い導電率を有する補助導電層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項３】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、前記絶縁延長がその中に包含されるように前記絶縁延長よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項４】
前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、シリコン／ポリシリコン層を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項５】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン層の中に延在することを特徴とする請求項４に記載の静電変換器。
【請求項６】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの中に前記変換用ギャップの少なくとも２５％の深さだけ延在することを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項７】
前記絶縁性の支持体は、第１絶縁材料を備え、前記絶縁延長は、前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項８】
前記絶縁性の支持体は、前記絶縁延長に接続されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項９】
前記絶縁延長は、前記絶縁性の支持体の断面サイズよりも大きい断面サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１０】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層のうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１１】
前記絶縁延長は、部分的なボイドをその中に残して、前記キャビティを部分的に充填する固体材料を備えることを特徴とする請求項１０に記載の静電変換器。
【請求項１２】
前記絶縁延長は、部分的なボイドをその中に残して、前記キャビティを部分的に充填する固体材料を備えることを特徴とする請求項１０に記載の静電変換器。
【請求項１３】
前記絶縁延長は、前記第１導電層の中に延在する第１延長端と、前記第２導電層の中に延在する第２延長端とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１４】
前記第１延長端は第１絶縁材料を備え、前記第２延長端は前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項１３に記載の静電変換器。
【請求項１５】
前記絶縁延長は、前記第１導電層および前記第２導電層が動作中に互いに接触するか、または接触に近づくと最も考えられる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１６】
前記変換用ギャップを横切って部分的に延在するモーションストッパをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１７】
前記第１導電層は底部電極として働き、前記第２導電層は可動な上部電極として働く容量性の微細機械加工された超音波変換器であることを特徴とする請求項１に記載の静電変換器。
【請求項１８】
前記第１導電層は、導電性の高い電極層と導電性の基板とを備えることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項１９】
前記第１導電層は、非導電性の基板の上に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項２０】
前記第２導電層は、前記絶縁性の支持体によって支持される弾性のある膜を備えることを特徴とする請求項１７に記載の静電変換器。
【請求項２１】
エネルギーを変換するための可動機械部分を有する微小電気機械変換器であって、
基板と、
前記基板の上に配置された中央スプリング層であって、前記基板と前記中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、前記キャビティは側壁によって境界を画定され、前記中央スプリング層は前記キャビティを覆うために前記側壁から延在する中央スプリング層と、
前記中央スプリング層の上の絶縁性コネクタと、
前記絶縁性コネクタの上に配置された上部プレートであって、前記絶縁性コネクタは前記上部プレートの下方に変換用ギャップを画定するために前記上部プレートを前記中央スプリング層から隔てる上部プレートと、
前記変換用ギャップを超えて延在する絶縁延長と
を備えることを特徴とする微小電気機械変換器。
【請求項２２】
前記上部プレートは、導電層と該導電層の中に延在する前記絶縁延長とを備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２３】
前記上部プレートは、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２４】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン層の中に延在することを特徴とする請求項２３に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２５】
前記上部プレートは、金属の層をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２６】
前記中央スプリング層は導電層を備え、前記絶縁延長は前記導電層の中に延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２７】
前記基板は導電性であり、前記絶縁延長は前記基板の中に延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２８】
前記絶縁延長は、前記絶縁性コネクタに接続されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項２９】
前記絶縁延長は、前記上部プレートと前記中央スプリング層とが動作中に互いに接触するか、または接触に近づくと最も考えられる位置に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３０】
前記絶縁延長は、前記変換用ギャップの少なくとも２５％の距離だけ変換用ギャップを超えて延在することを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３１】
前記絶縁延長は第１絶縁材料を備え、前記絶縁性コネクタは前記第１絶縁材料とは異なる第２絶縁材料を備えることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３２】
前記絶縁延長は、前記上部プレートと、前記中央スプリング層と、前記基板とのうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３３】
前記上部プレートは前記中央スプリング層よりも著しく剛性があり、前記絶縁性コネクタの垂直偏移によって輸送された場合に実質的に曲がらないことを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３４】
前記変換用ギャップを横切って部分的に延在するモーションストッパをさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３５】
底部電極と上部電極とを有する容量性の微細機械加工された超音波変換器であることを特徴とする請求項２１に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３６】
前記底部電極は前記基板および／または前記中央スプリングの少なくとも一部を備え、前記上部電極は前記上部プレートの少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３７】
前記基板の立ち上がり特徴は導電性であり、前記底部電極は前記基板の前記立ち上がり特徴の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３８】
前記底部電極は、前記中央スプリング層の上に堆積され分離された導電層を備えることを特徴とする請求項３５に記載の微小電気機械変換器。
【請求項３９】
静的基板を含み、底部電極として働く下部層と、
膜を含み、上部電極として働く上部層であって、前記膜は変換用励磁を前記静的基板に関して振動させるように構成され、前記上部層および前記下部層はその間に変換用ギャップを画定する上部層と、
主部分と絶縁延長とを有する絶縁体であって、前記主部分は前記下部層と前記上部層との間に配置されそれらを支持し、前記絶縁延長は前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つの中に延在する絶縁体と
を備えたことを特徴とする容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４０】
前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つは、前記絶縁延長が前記導電層の中に包含されるように前記絶縁延長よりも厚い導電層を有することを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４１】
前記下部層と前記上部層とのうちの少なくとも１つは、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４２】
前記絶縁延長は、前記シリコン／ポリシリコン基板の中に延在することを特徴とする請求項４１に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４３】
前記絶縁延長は、前記上部層と前記下部層とのうちの少なくとも１つの中に形成されたキャビティの中に配置されることを特徴とする請求項３９に記載の容量性の微細機械加工された超音波変換器。
【請求項４４】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、
絶縁材料の立ち上がり特徴を前記凹部の上に形成するステップであって、前記立ち上がり特徴は前記凹部から前記第１導電層の前記主たる面より上の自由端まで延在するステップと、
第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
前記第１導電層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
前記凹部の上に絶縁層を成長させるステップと、
前記絶縁層をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置する前記ステップは、
機能層を有するコンポジットウェハ（composite wafer）を前記立ち上がり特徴の前記自由端に接合するステップと、
前記機能層を前記立ち上がり特徴の上に残すために前記コンポジットウェハをエッチバックするステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記第２導電層を配置する前記ステップは、前記機能層の上に金属層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、シリコン／ポリシリコン層を備えることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、適切な変換用励磁と同時に前記第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２導電層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に配置する前記ステップは、
犠牲層を前記第１導電層および前記立ち上がり特徴の上に堆積するステップと、
前記犠牲層の上に機能層を堆積するステップと、
前記機能層を前記立ち上がり特徴の前記自由端の上に残すために前記犠牲層を取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記第２導電層を配置する前記ステップは、前記機能層の上に金属層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記機能層は、シリコン、ポリシリコンまたは窒化物の層を備えることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記立ち上がり特徴の上の前記機能層は、適切な変換用励磁と同時に前記第１導電層に関して振動するように構成された膜の層であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成する前記ステップは、
前記第１導電層の前記主たる面の上に第１酸化層を成長させパターン形成するステップであって、前記第１酸化層は、前記第１導電層の前記主たる面の対応する部分を覆われないままに残された開口を有するステップと、
第２酸化層が、前記開口の配置された位置における前記第１導電層の中への第１の深さと、前記第１酸化層に覆われた位置における前記第１導電層の中への第２の深さとを有するように、前記開口を含む前記第１酸化層の上に前記第２酸化層を成長させるステップであって、前記第１深さは前記第２深さよりも大きいステップと、
前記第１酸化層と前記第２酸化層とを取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５６】
第１導電層の主たる面の上に凹部を形成する前記ステップは、
前記第１導電層の前記主たる面の上に第１酸化層を成長させパターン形成するステップであって、前記第１酸化層は前記第１導電層の前記主たる面の対応する部分を覆われないままに残された開口を有するステップと、
前記第１酸化層の上に窒化層を成長させパターン形成するステップであって、前記窒化層は前記第１酸化層の前記開口に一致する開口を有するステップと、
前記第２酸化層が前記開口の配置された場所で前記第１導電層の中に所望の深さに達するように、前記第１酸化層および前記窒化層の前記開口の上に第２酸化層を成長させるステップと、
前記窒化層と、前記第１酸化層と、前記第２酸化層とを取り除くステップと
を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５７】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
基板の材料を取り除くことによって前記基板の主たる面の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、前記パターン形成された溝は前記基板の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、
前記パターン形成された溝が絶縁体を構成するように前記パターン形成された溝の中の前記基板の取り除かれていない材料の細い線を酸化するステップと、
前記絶縁体が前記基板の上に立ち上がる上端を有するように前記基板の前記主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、
前記絶縁体の前記上端の上に上部導電層を配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
基板の材料を取り除くことによって前記基板の主たる面の上に溝を形成するステップと、
前記溝を絶縁材料で充填するステップと、
前記溝の中の前記絶縁材料が前記基板の上に立つ上端を有するように前記基板の前記主たる面をパターン形成しエッチングするステップと、
前記絶縁体の前記上端の上に上部導電層を配置するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５９】
絶縁延長を備えた絶縁体によって隔てられた２つの電極を有する微小電気機械変換器を製造するための方法であって、
上部プレートと、中央スプリング層と、基板とを用意するステップと、
絶縁材料の立ち上がり特徴を、前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つの主たる面の上に形成するステップであって、前記立ち上がり特徴は前記主たる面の下から前記主たる面を越えて自由端まで延在するステップと、
前記上部プレートと前記中央スプリング層とが前記立ち上がり特徴によってその自由端で接続され、前記中央スプリング層は前記基板に反対側で接続されるように前記上部プレートと、前記中央スプリング層と、前記基板とを接合するステップであって、前記基板と前記中央スプリング層とはその間にキャビティを画定し、前記キャビティは側壁によって境界を画定され、前記前記中央スプリング層は前記キャビティを覆うために側壁から延在するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６０】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
前記シリコン／ポリシリコン層の主たる面の上に凹部を形成するステップと、
前記凹部の上に絶縁材料を導入することによって前記立ち上がり特徴を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによって、前記シリコン／ポリシリコン層の上にパターン形成された溝を形成するステップであって、前記パターン形成された溝は前記シリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の細い線を備えるステップと、
前記パターン形成された溝が絶縁体を構成するように前記パターン形成された溝の中の前記シリコン／ポリシリコン層の取り除かれていない材料の前記細い線を酸化するステップと、
前記溝の中の絶縁体から前記立ち上がり特徴を形成するために前記シリコン／ポリシリコン層をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記上部プレートおよび前記中央スプリング層のうちの１つは、シリコン／ポリシリコン層を備え、
前記立ち上がり特徴を形成する前記ステップは、
シリコン／ポリシリコン材料を取り除くことによって前記シリコン／ポリシリコン層の上に溝を形成するステップと、
前記溝を絶縁材料で充填するステップと、
前記絶縁材料から前記立ち上がり特徴を形成するために前記シリコン／ポリシリコン基板をパターン形成しエッチングするステップと
を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２７Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２７Ｄ】
【公表番号】特表２００９−５０８３６７（Ｐ２００９−５０８３６７Ａ）
【公表日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１６４９６（Ｐ２００８−５１６４９６）
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００６／０５１９４８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１３４５８０
【国際公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（５０７３８２１１９）コロ テクノロジーズ インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００６／０５１９４８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１３４５８０
【国際公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（５０７３８２１１９）コロ テクノロジーズ インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
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