(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要面に対して垂直な磁束場を生成するための１つまたは複数の構成要素を有する面内微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計デバイスであって、
基板と、
プルーフマス（４４）と、
前記プルーフマスの主要面に一致する主要面におけるプルーフマスの運動を可能にするために、前記基板へ前記プルーフマスを曲げやすく結合する蝶番要素（４８−１、４８−２）と、
磁束場に近接した前記プルーフマス上の位置に配置された複数の導電性リード（４６−１、４６−２、４６−３）と、
それぞれが、対応する１つの前記導電性リードに電気的に接続された複数の導電性ばね（５０−１、５０−２、５０−３）と、
前記基板および前記導電性ばねのうちの１つに接続された複数のアンカーパッド（６０−１、６０−２、６０−３）と、
を備える面内ＭＥＭＳ加速度計デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
前記プルーフマス上に配置された第１の歯（６８）、および向かい合って前記基板に取り付けられた第２の歯（７０）を備える１つまたは複数の検知櫛（５４）と、
前記プルーフマス上に配置された第１の歯、および向かい合って前記基板に取り付けられた第２の歯を備える１つまたは複数の制振櫛（５６）であって、前記制振櫛の前記第１の歯が前記検知櫛の前記第１の歯から電気的に絶縁される制振櫛と、
をさらに備えるデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
他のリードに隣接した前記リードの外端またはプルーフマス材料に直接結合された分離トレンチをさらに備え、
前記導電性ばねのそれぞれが、
第１の断面寸法を有する２つの第１の脚体と、
エルボと、
第２の断面寸法を有し、前記エルボと前記第１の脚体のうちの１つとの間に結合された２つの第２の脚体とを備え、
前記第２の断面寸法が前記第１の断面寸法より小さく、
前記リードが複数の溝を備え、
前記ばねが複数の溝を備えるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]多くの加速度計が単一のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）のウェーハ上に構成され得て、部品を１個ずつ扱う構成技法に対して費用優位をもたらす。しかし、特定の加速度計がプルーフマスの片側面に与えられたコイルを含む場合、そのデバイスを効果的に構成するのに費用の問題がある。コイルの内側で終わるトレースは、プルーフマスを出るためにコイルの上に輪を作らなければならないので、性能の問題が生じることがある。また、このように形成されたデバイスは、外部磁界の影響を受けやすいことがあり、かなりの外部漏れ磁束を生成し、プルーフマスをサーボ機構で制御するための磁束要件を満たさない恐れがある。
【発明の概要】
【０００２】
[0002]本発明は、性能が改善された面内微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計デバイスを提供する。一実施例のＭＥＭＳデバイスは、磁束場を生成するための１つまたは複数の構成要素を含む。磁束場は、主要面に対して垂直である。このデバイスは、また、基板と、プルーフマスと、プルーフマスの主要面に一致する主要面におけるプルーフマスの運動を可能にするために、基板へプルーフマスを曲げやすく結合する蝶番要素と、磁束場に近接したプルーフマス上の位置に配置された複数の導電性リードと、それぞれが、対応する１つの導電性リードに電気的に接続された複数の導電性ばねと、基板および導電性ばねのうちの１つに接続された複数のアンカーパッドとを含む。
【０００３】
[0003]このデバイスは、プルーフマス上に配置された第１の歯と、向かい合って基板に取り付けられた第２の歯とを有する１つまたは複数の検知櫛も含む。
[0004]このデバイスは、プルーフマス上に配置された第１の歯と、向かい合って基板に取り付けられた第２の歯とを有する制振櫛も含む。制振櫛の第１の歯は、検知櫛の第１の歯から電気的に絶縁される。
【０００４】
[0005]本発明の一態様では、導電性ばねのそれぞれが、第１の断面寸法およびエルボを有する２つの第１の脚体ならびに第２の断面寸法を有する２つの第２の脚体を含む。２つの第２の脚体は、エルボと第１の脚体のうちの１つとの間に結合され、第２の断面寸法は第１の断面寸法より小さい。
【０００５】
[0006]本発明の別の態様では、分離トレンチが、他のリードに隣接したリードの外端またはプルーフマス材料に直接結合される。
[0007]本発明のさらに別の態様では、リードおよびばねが複数の溝を含む。
【０００６】
[0008]本発明の好ましい代替実施形態が、以下の図を参照しながら以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態によって形成された並進質量の面内微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計の断面図である。
【図２−１】本発明の一実施形態によって形成された一実施例のＭＥＭＳ加速度計内のデバイス層の上面図である。
【図２−２】図２−１に示されたＭＥＭＳ加速度計の一部分の拡大図である。
【図３】図２−１に示された一実施例のＭＥＭＳ加速度計のばね／導体リードの拡大図である。
【図４】図２−１に示されたＭＥＭＳ加速度計用の容量性ピックオフ構成要素の部分図である。
【図５−１】図３に示されたばね／導体要素のうちの１つの断面図である。
【図５−２】図２−１に示された一実施例のＭＥＭＳ加速度計のプルーフマス上に配置された導体リードの断面図である。
【図６】図１および図２−１に示されたデバイスで使用される一実施例の導体リードの部分上面図である。
【図７−１】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−２】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−３】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−４】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−５】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−６】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−７】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−８】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【図７−９】図１および図２−１に示されたデバイスを作製するための一実施例のプロセスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0018]図１は、本発明の一実施形態によって形成された並進質量の面内微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計２０のＸ線図である。加速度計２０は、磁石層２２に取り付けられたデバイス層２４および磁気復帰経路層２６を含む。以下でより詳細に説明されるように、デバイス層２４は、Ｘ軸に沿った加速度計２０の運動に反応するプルーフマスを含む。閉ループ動作では、磁石層２２とプルーフマス上の電気的トレースの位置の磁気復帰経路層２６との間を流れる磁界磁束によってプルーフマスに働く力が加わるようにプルーフマス上に配置されたコイルに電流が与えられる。プルーフマス上のトレースに与えられる電流は、プルーフマスと、プルーフマス層２２および２６のうちの１つとの間に配置された容量分によって検知された静電容量に基づくものである。
【０００９】
[0019]図２−１は、一実施例の並進質量の面内ＭＥＭＳ加速度計用のデバイス層４０の上面図を示す。デバイス層４０は、外側の支持ばね４８−１および４８−２によって基板（図示せず）に結合されたプルーフマス４４を含む。ばね４８−１および４８−２によって、プルーフマス４４がデバイス層４０の面で動くことが可能になる。プルーフマス４４の片面または両面上に、複数の伝導トレース４６−１、４６−２および４６−３がある。伝導トレース４６−１、４６−２および４６−３は、それぞれの内側の支持ばね／導体５０−１、５０−２および５０−３に電気的に接続される。プルーフマス４４に取り付けられた歯と、向かい合って基板に取り付けられた歯とを含む制振櫛５６がプルーフマス４４の外端に実装されている。制振櫛５６は、静電気ばねを柔らかくするために使用され得る。ピックオフ櫛５４が、電気的トレース４６−１、４６−２、４６−３、ばね／導体５０−１、５０−２および５０−３に囲まれた領域内のプルーフマス４４に実装される。
【００１０】
[0020]プルーフマス４４に取り付けられた制振櫛の歯は、プルーフマス４４上に配置されたピックオフ櫛の歯から電気的に絶縁される。プルーフマス４４に取り付けられた制振櫛の歯は、外側ばね要素４８のうちの１つの上のリードに電気的に接続され、プルーフマス４４に取り付けられたピックオフ櫛の歯は他方の外側の支持ばね４８に電気的に接続される。
【００１１】
[0021]図３に示されるように、内側の支持ばね／導体５０−１、５０−２および５０−３のそれぞれが、それぞれの電気的トレース４６−１、４６−２および４６−３ならびにそれぞれのアンカーパッド６０−１、６０−２および６０−３に物理的かつ電気的に取り付けられている。内側の支持ばね／導体５０−１、５０−２および５０−３は、より厚い断面長が組み入れられているより薄い断面積、それぞれのアンカーパッド６０−１、６０−２および６０−３、隅要素ならびに電気的トレース４６−１、４６−２および４６−３の端を含む。より薄い断面を結合することによって、ばね／導体５０−１、５０−２および５０−３に与えられるいかなるストレスも最小化する。アンカーパッド６０−１、６０−２および６０−３だけが基板に取り付けられている。
【００１２】
[0022]ばね／導体の特定の１つの長手方向と特定のばね／導体の外側縁端部との間の空間６４は、デバイス層４０の初めから終わりまで開いている。電気的トレース４６−１、４６−２および４６−３のそれぞれと、隣接した電気的トレースまたはプルーフマス材料のいずれかとの間に、絶縁体障壁６２が配置される。
【００１３】
[0023]図４は、図２−１に示されたＭＥＭＳ加速度計のピックオフ櫛５４の一部分を示す部分上面図である。ピックオフ櫛５４は、プルーフマス４４に取り付けられた複数の歯６８を含む。歯７０、７４の他の組は、基板に取り付けられてプルーフマスの歯６８と交互配置される。任意選択の構成で、向かい合った静止歯７０と７４との間の基板に接地平面７６が取り付けられる。接地平面７６は、寄生容量を低減するように意図されている。
【００１４】
[0024]図５−１は、ばね／導体５０−１の長手方向のうちの１つの断面図を示す。ばね／導体５０−１は、ドープされたシリコンの固体領域８８を含む。この領域は、複数のエッチングされた溝８６を含む。溝８６は、ばね／導体５０−１の電気的ドーピングの増加に役立つように使用される。この構成は、他のばね／導体５０−２および５０−３で繰り返される。
【００１５】
[0025]図５−２は、電気的トレース４６−１の断面図を示す。電気的トレース４６−１は、高度にドープされたシリコン領域９２を含む。シリコン領域９２は、複数のエッチングされた溝９０を含む。電気的トレース４６−１に隣接して充填材９６がある。充填材９６は、電気的トレース４６−１、４６−２および４６−３の間に配置され、トレース４６−１、４６−２および４６−３と検知櫛または制振櫛からの電気的分離をもたらす誘電体部分９８との間にも配置される。充填材は、電気的に絶縁されたコイル巻数を作製し、かつデバイス剛性を回復するように、伝導トレース４６−１、４６−２および４６−３の間に成長させられた誘電材料である。充填材の一実装形態は、反りを最小化するために、生成される圧縮応力および引張応力がゼロになるように、酸化物と窒化物との組合せを含む。図６は、溝９０の上面図を示す。
【００１６】
[0026]図７−１から図７−９は、図２−１に示されたものなどのデバイスを形成する一実施例のプロセスにおけるステップの断面図である。まず、図７−１で、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）のウェーハ１００は、酸化シリコンなどの絶縁物層１０４によって分離されたシリコンデバイス層１０２と、（例えばシリコンの）ハンドル層１０６とを有する。次に、図７−２に示されるように、分離トレンチおよび溝１１０がデバイス層１０２にエッチングされる。トレンチおよび溝１１０を作製するのに、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が用いられる。トレンチは、図３に示された分離障壁６２に相当する。溝は、図５−２および図６に示された溝９０に相当する。
【００１７】
[0027]次に、図７−３で、デバイス層１０２の露出した面１１４の導電率を増加させるために、デバイス層１０２の露出した面がドープされる。一実施例のドーパントはホウ素である。
【００１８】
[0028]次に、図７−４で、充填材がウェーハ１００に与えられる。一実施例では、充填材は酸化物と窒化物との組合せである。充填材は、トレンチおよび溝１１０をふさぎ、デバイス層１０２の頂部の水平面上に層をもたらす。
【００１９】
[0029]次に、図７−５に示されるように、デバイス層１０２の外側の水平面に配置された充填材を除去するためにウェーハ１００が平坦化され、それによって、あらかじめ開かれているトレンチおよび溝１１０内の充填材１２０が残る。次に、ここで露光されたデバイス層１０２の表面に、接触バンプ１２４が与えられる。バンプ１２４の施工は、マスキングおよび金属化のプロセスを用いて実行される。
【００２０】
[0030]次に、図７−６で、プルーフマス、ばね、制振櫛およびピックオフ櫛を画定するための溝１２８をエッチングするために、第２のＤＲＩＥプロセスが実行される。
[0031]図７−７に示されるように、図１に示された磁性カバー２２と同等の磁性構成要素１３０が、復帰経路のホウ珪酸ガラス構成要素を介してデバイス層１０２に陽極接合される。これは、金属化バンプ１２４を介した電気的接続を完結するように同時に働く。図７−８で、ハンドル層１０６および酸化物層１０４の両方が除去される。次いで、図７−９で、図１に示された磁気復帰経路２６に類似の磁気復帰経路１３６が、デバイス層１０２の反対側の面に陽極接合される。このステップの後、ウェーハは、回路基板または他の何らかのデバイス上に取り付けることができる個々の構成要素へ分離するためのダイシングが可能である。
【００２１】
[0032]排他的な所有権または特権が主張される本発明の実施形態が、以下のように定義される。
【符号の説明】
【００２２】
２０  加速度計
２２  磁石層
２４  デバイス層
２６  磁気復帰経路層
４０  デバイス層
４６−１  伝導トレース
４６−２  伝導トレース
４６−３  伝導トレース
４８  ばね要素
４８−１  支持ばね
４８−２  支持ばね
５０−１  支持ばね
５０−２  支持ばね
５０−３  支持ばね
５４  ピックオフ櫛
５６  制振櫛
６０−１  アンカーパッド
６０−２  アンカーパッド
６０−３  アンカーパッド
６２  絶縁体障壁
６４  空間
６８  櫛の歯
７０  櫛の歯
７４  櫛の歯
８６  溝
８８  固体領域
９０  溝
９２  シリコン領域
９６  充填材
９８  誘電体部分
１００  ウェーハ
１０２  デバイス層
１０４  絶縁物層
１０６  ハンドル層
１１０  トレンチおよび溝
１１４  面
１２０  充填材
１２４  接触バンプ
１２８  溝
１３０  磁性構成要素
１３６  磁気復帰経路
【図１】
0005452398.tif 000002
【図２−１】
0005452398.tif 000003
【図２−２】
0005452398.tif 000004
【図３】
0005452398.tif 000005
【図４】
0005452398.tif 000006
【図５−１】
0005452398.tif 000007
【図５−２】
0005452398.tif 000008
【図６】
0005452398.tif 000009
【図７−１】
0005452398.tif 000010
【図７−２】
0005452398.tif 000011
【図７−３】
0005452398.tif 000012
【図７−４】
0005452398.tif 000013
【図７−５】
0005452398.tif 000014
【図７−６】
0005452398.tif 000015
【図７−７】
0005452398.tif 000016
【図７−８】
0005452398.tif 000017
【図７−９】
0005452398.tif 000018