(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線が照射されたときに、可変コンデンサを構成するプレート間が互いに物理的に接触しないための、ＭＥＭＳ構造を提供する。【解決手段】感熱装置は、基板３２の上面に固定プレート１８と、固定プレートに対向し、バイモルフ部を有する１つまたは複数のアーム１２，１４と、基板に対してヒンジ２０，２２，２４，２６でに回転可能に接合され、前記アームと不可動に接合された可動プレート１６とを有する。バイモルフ部のそれぞれは、加熱されることに反応して屈曲する。１つまたは複数のバイモルフ部が加熱されることに反応して可動プレートが基板上面の固定プレートからさらに遠ざかる。【選択図】図１
2006212770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有する基板と、
前記上面に回転可能に接合され、加熱されることに反応して屈曲するように構成されたバイモルフ部を有する、１つまたは複数の棒材と、
前記上面に回転可能に接合され、前記１つまたは複数の棒材に実質的に不可動に接合されたプレートとを含み、
前記１つ又は複数のバイモルフ部が加熱されることに反応して、前記プレートが前記上面からさらに遠ざかるように、前記１つまたは複数の棒材およびプレートが構成される装置。
【請求項２】
各棒材の一端が、前記基板に接触する第１のタイプのヒンジに接続され、前記プレートが、前記基板に接触する第２のタイプのヒンジに接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のタイプのヒンジが、前記第２のタイプのヒンジとは異なる軸を中心に回転する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記基板上に配置され前記プレートに面する導電性プレートをさらに含み、これら２つのプレートが、コンデンサのプレートを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プレートが、前記棒材の少なくとも３倍の幅を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ヒンジが、板ばねである、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記プレートを前記第２のタイプのヒンジに接続する１対の棒材を、前記プレートがさらに含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
上面を有する基板と、
連動する第１のヒンジによって前記上面に回転可能にそれぞれが接合され、加熱されることに反応して屈曲するようにそれぞれが構成された、１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材と、
連動する第２のヒンジによって前記上面に回転可能にそれぞれが接合され、前記１つまたは複数の第１の棒材のうち１つに実質的に不可動にそれぞれが固定された、１つまたは複数の第２の棒材と、
前記１つまたは複数の第１の棒材のうち１つに実質的に不可動に固定された第１のコンデンサ・プレートと、
前記第１のコンデンサ・プレートに面し、前記上面に不可動に固定された第２のコンデンサ・プレートと
を含む装置。
【請求項９】
前記１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材が加熱されることに反応して、前記第１のコンデンサ・プレートが前記上面からさらに遠ざかるように、前記棒材が構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の第１のヒンジが、前記１つまたは複数の第２のヒンジとは異なる軸を中心に回転する、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）および光検出素子または熱検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出素子の中には、ＭＥＭＳ構造を使用するものがある。このような光検出素子の１つは、コンデンサおよび片持ちアームを有するＭＥＭＳ構造を含む。このコンデンサは、固定プレートおよび可動プレートを有する。片持ちアームはそれぞれ、基板に物理的に固定された第１の端部と、可動コンデンサ・プレートに固定された第２の端部とを有する。片持ちアームはそれぞれ、赤外線吸収による加熱に反応して屈曲するバイモルフ部も含む。バイモフル部を屈曲させることによって、連動する吸収体の可動プレートと固定プレートとの間の距離を変える形で可動プレートが移動する。従って、赤外線によってＭＥＭＳ構造のうちの１つが照射されることにより、その構造の電気特性、つまりコンデンサの静電容量に、測定可能な変化がもたらされる。このような静電容量における変化を測定することによって、光検出素子は、このような各ＭＥＭＳ構造、つまり検出素子の各画素素子を照射する赤外線の強度を決めることができる。
【特許文献１】米国特許第６２０１６３１号
【特許文献２】米国特許第５６２９７９０号
【特許文献３】米国特許第５５０１８９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
感光性ＭＥＭＳ構造を組み込んだ従来の光検出素子の中には、強力な照射によって損傷を受けるものがある。具体的には、強力な光による照射によって、こうしたＭＥＭＳ構造のうちの１つの２箇所が、物理的に接触する。物理的接触状態となった場合、この２箇所は永久に付着し、それによりＭＥＭＳ構造が損傷を受ける。このような損傷をなくすために、ＭＥＭＳ構造の実施形態をいくつか構成して、こうした構造が照射されたときに、その構造の別の部分が互いに物理的に接触するのを防止する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は感熱装置を特徴とする。この装置は基板を含み、この基板は、上面と、上面に回転可能に接合され、バイモルフ部を有する１つまたは複数の棒材と、上面に回転可能に接合され、１つまたは複数の棒材に実質的に不可動に接合されたプレートとを有する。バイモルフ部はそれぞれ、加熱されることに反応して屈曲する。加熱される１つまたは複数のバイモルフ部に反応してプレートが上面からさらに遠ざかるように、１つまたは複数の棒材およびプレートは構成される。
【０００５】
別の態様では、本発明は装置を特徴とする。この装置は、基板を含み、この基板は、上面と、１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材と、１つまたは複数の第２のバイモルフ棒材と、第１および第２のコンデンサ・プレートとを有する。第１のバイモルフ棒材はそれぞれ、連動する第１のヒンジによって上面に回転可能に接合され、加熱されることに反応して屈曲するように構成される。第２のバイモルフ棒材はそれぞれ、連動する第２のヒンジによって上面に回転可能に接合され、１つまたは複数の第１の棒材のうち連動する１つに実質的に不可動に固定される部分を有する。第１のコンデンサ・プレートは、１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材のうち１つに実質的に不可動に固定される。第２のコンデンサ・プレートは、第１のコンデンサ・プレートに面し、上面に不可動に固定される。
【０００６】
別の態様では、本発明は装置を含む。この装置は、基板を有し、この基板は、上面と、基板上面に沿って広がる光吸収体のアレイとを有する。吸収体のそれぞれは、１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材を含む。第１のバイモルフ棒材のそれぞれは、連動する第１のヒンジによって基板に回転可能に接合され、加熱されることに反応して屈曲するように構成される。各吸収体は、第１および第２のコンデンサ・プレートも含む。第１のコンデンサ・プレートは、１つまたは複数の第１のバイモルフ棒材のうち１つに実質的に固定される。第２のコンデンサ・プレートは、第１のコンデンサ・プレートに面し、上面に固定される。吸収体のうちの１つに熱を加えることによって、吸収体のうちの１つの第１のプレートが、吸収体のうちの１つの第２のプレートからさらに移動する。
【０００７】
本明細書では、同様の参照番号は、機能的に同様な構造および／または特徴を示す。
図示したいくつかの実施形態を、図および詳細な説明によってより完全に説明する。しかし、本発明は、様々な形で実施することができ、図および詳細な説明において説明される実施形態に限るものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜３は、フレキシブル・プレーナ・アーム１２および１４、可動上面１６、可動上部プレート１６内の孔部２８を通して見える固定底部プレート１８と、第１のプレーナ・ヒンジ２０および２２と、第２のプレーナ・ヒンジ２４および２６とを含む、感光性および／または感熱性プレーナＭＥＭＳ構造１０を示す。各アーム１２および１４は、連動する第１のプレーナ・ヒンジ２０および２２の１つの側面に不可動に接続された第１の端部と、可動上部プレート１６の１つの側面に実質的に不可動に接続された第２の端部とを有する。可動上部プレート１６の１つの側面は、第２のプレーナ・ヒンジ２４および２６の１つの側面にも不可動に接続されている。通常、可動上部プレート１６は、貫通孔２８のアレイを含み、その下面に、製造の手助けとなるくぼみ３０を有することができる。固定底部プレート１８は、基板３２のプレーナ面に不可動に固定され、可動上部プレート１６に面している。基板３２は誘電体でコーティングされたシリコン・ウェハでよく、誘電体コーティングの下に位置するＣＭＯＳ制御／計測回路構成を含む。２つのプレート１６および１８は、ギャップ３４によって分離されている。各ヒンジ２０、２２、２４および２６の１つの側面も、アンカー構造３６を介して基板３２に不可動に接続されている。
【０００９】
アーム１２および１４、上部プレート１６、ならびにヒンジ２０、２２、２４および２６は、誘電体マトリックス３８、つまり厚さ０．３５μの非晶質水素化炭化ケイ素（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層からできている。例示的アーム１２および１４の幅は、約２〜３μである。例示的上部プレート１６および底部プレート１８は、ＭＥＭＳ構造１０全体が、辺の長さ約２５〜５０μの方形画素領域、例えば、ピクセレート（ｐｉｘｉｌａｔｅｄ）赤外線カメラのイメージ平面の画素に収まるように、約１０〜４０μの幅と約２５〜４５μの長さとを有する。可動上部プレート１６の幅を増やすと、アーム１２および１４よりあまりフレキシブルではなくなる。ヒンジ２０、２２、２４および２６によって、可動上部プレート１６および平棒材１２および１４が、周囲から充分に熱絶縁される。例示的ヒンジ２０、２２、２４および２６は、幅が約０．３〜０．６μ、好ましくは約０．３５μのａ−ＳｉＣ：Ｈリボンでできたジグザグ状の板ばねである。各ばねにおいて、ａ−ＳｉＣ：Ｈリボンは、周囲から充分に熱絶縁するために、全長は約５０ミクロンでよく、１ターン毎の長さは、約５μでよい。いくつかの実施形態では、このようなばねは、互いに異なる形状とサイズを有することができる。
本明細書では、ばねとは、機械的に変形された後その原型を復元する、ジグザグ状の弾性製造構造を言う。
【００１０】
ヒンジ２０、２２、２４および２６は、可動上部プレート１６ならびに平棒材１２および１４を周囲から充分に熱絶縁するので、可動上部プレート１６が赤外線を吸収することによって平棒材１２および１４が加熱され、それによってその内部に機械的反応が生じる。ａ−ＳｉＣ：Ｈの熱伝導性は低いので、ヒンジ２０、２２、２４および２６用に長い薄いばねを使用すると、適切な熱絶縁が得られる。赤外線検出素子のいくつかの実施形態では、可動上部プレート１６および固定底部プレート１８によって赤外線の光学キャビティが形成されるため、通常、可動上部プレート１６による赤外線吸収、およびその結果生じる平棒材１２および１４の加熱が増強される。そして、光学キャビティによって捉えられる赤外線の大部分は、可動上部プレート１６のＴｉＷおよびａ−ＳｉＣ：Ｈ材内に吸収されて熱を拡散し、平棒材１２および１４が加熱される。
【００１１】
アーム１２および１４、上部プレート１６ならびにヒンジ２０、２２、２４および２６には、薄い上部金属コーティング４０、例えば厚さ約０．０１〜０．０３μのチタン・タングステン（ＴｉＷ）が施されている。薄い金属コーティング４０によって、可動上部プレート１６がコンデンサ・プレートとして機能することが可能になる。薄い金属コーティング４０は、可動上部プレート１６と基板３２内の別の回路構成（図示せず）との間に電気経路も提供する。この別の回路構成は、例えばコンデンサの特性を制御し、かつ／または計測するための１つまたは複数の別のコンデンサやＣＭＯＳ回路を含むことができる。
【００１２】
固定底部プレート１８は、例えば金属または多量にドープされた多結晶シリコン層などの優れた導電体である。固定底部プレート１８は、第１のプレートが可動上部プレート１６上のＴｉＷ層によって形成されるコンデンサの第２のプレートとして機能する。
【００１３】
可動上部プレート１６および固定底部プレート１８は、可変コンデンサを形成する。可動上部プレート１６が固定底部プレート１８に対して移動するにつれて、ギャップ３４の幅が変化するので、コンデンサは可変である。アーム１２および１４の屈曲によって可動上部プレート１６が移動する。結果生じるギャップ３４の幅の変化によって、可動プレート１６および固定プレート１８が形成するコンデンサの静電容量が変化する。基板３２内には、ブリッジ回路を作るために、別の回路構成が、プレート１６および１８からなるコンデンサに接続された別のコンデンサ（図示せず）を含むことができる。つまり、一方のコンデンサがブリッジ回路の各アームを補償する。このようなブリッジ回路によって、プレート１６および１８からなる可変コンデンサの静電容量におけるわずかな変化を電気的に計測することが容易になる。
【００１４】
アーム１２および１４はそれぞれ、誘電体マトリックス３８と、誘電体マトリックスを覆う、例えば金またはアルミニウムなどの厚い金属層４２とを含むバイモルフ構造を有する部分を備える。加熱および冷却中は、金属層４２および誘電体マトリックス３８はどちらも、アーム１２および１４を屈曲させることが可能な応力を生じさせるほど充分に厚い。好ましくは、誘電体マトリクス３８および厚い層４２の金属は、加熱に対するこのような屈曲反応を高めるために熱膨張率（α）がかなり異なる。従って、バイモルフ構造によって、アーム１２および１４は、加熱、例えば可動上部プレート１６内の赤外線吸収によって生じた加熱に対して機械的に反応する。
【００１５】
本明細書では、バイモルフ構造は、例えば薄い中間材料層またはファン・デル・ワールス力によって共に結合された、材料の異なる少なくとも２つの隣接する層を含む。バイモルフ構造では、どちらの層も、熱膨張中または熱収縮中、他方の層に対し実質的な応力、つまり構造を屈曲させるに足る応力を生み出すほど充分に厚い。
【００１６】
誘電体マトリックス３８および薄い金属コーティング４０によって形成される構造は、それ自体でバイモルフ構造を形成しない。具体的には、金属コーティング４０は、誘電体マトリックス３８の層を著しく屈曲させる応力を生じないように、非常に薄く保たれる。従って、可動上部プレート１６は、バイモルフ構造を持たないので、平アーム１２および１４を屈曲させる赤外線吸収に反応して著しく屈曲することはない。
【００１７】
ＭＥＭＳ構造１０は、図２に示すように、低温または弛緩状態を有し、図３に質的に示すように、高温状態を有する。高温状態では、アーム１２および１４は、低温状態でよりも、可動上部プレート１６を固定底部プレート１８からさらに遠ざける形で屈曲する。従って、ＭＥＭＳ構造１０が加熱されることによって、上部プレート１６および底部プレート１８は互いに近づくのではなく遠ざかる。従って、ＭＥＭＳ構造１０を加熱しても、プレート１６および１８が、普通なら付着または損傷を生じさせるはずの物理的接触状態とはならない。
【００１８】
高温状態を生じさせるために、ＭＥＭＳ構造１０に赤外線を照射することができる。このような赤外線を吸収することによって、ＭＥＭＳ構造１０を高温状態に移行させる熱が生じる。具体的には、上部プレート１６および底部プレート１８は、このような光の吸収によって、アーム１２および１４を屈曲させる適切な加熱を生じることが可能な光学キャビティを形成することができる。従って、ＭＥＭＳ構造１０は、赤外線カメラの画素の感光素子を形成することができる。
【００１９】
ＭＥＭＳ構造１０において、可動上部プレート１６は、アーム１２および１４の一端に不可動に接続され、アーム１２および１４とは異なる軸を中心に回転する。アーム１２および１４は、可動上部プレート１６の回転軸に対し平行かつ「ｘ」だけシフトした軸を中心に回転する。従って、アーム１２および１４を屈曲させることによって可動上部プレート１６が回転し、それにより、関連静電容量の、上部プレート１６と底部プレート１８との間のギャップ３４のサイズが変わる。
【００２０】
上部プレート１６ならびにアーム１２および１４は、アーム１２および１４が加熱されることによって、可動上部プレート１６が独特の回転反応をするように構成されている。この回転反応によって、可動上部プレート１６が固定底部プレート１８に向かって移動するのではなく、可動上部プレート１６が固定底部プレート１８からさらに遠ざかるように移動する。回転反応の方向選択性は、平アーム１２および１４の屈曲状態の非対称性によってもたらされる。具体的には、加熱によって、平アーム１２および１４の上面が上に向いた凸状の形をとる屈曲が生じる。さらに、可動上部プレート１６は、アーム１２および１４に実質的に不可動に固定されているので、屈曲されたアーム１２および１４は、拘束されて、アーム１２および１４と可動上部プレート１６との間の接合部で、実質的に可動上部プレート１６の平面に平行にとどまる。このため、アーム１２および１４が加熱されることによって、可動上部プレート１６は、固定底部プレート１８に向かうのではなく、それから遠ざかるように回転する。
【００２１】
図４は、赤外線による加熱および／または照射に対しより高い感度を有する代替のＭＥＭＳ構造１０’を示す。ＭＥＭＳ構造１０’は、図１〜３のＭＥＭＳ構造１０に関して既に説明した素子を含む。
【００２２】
さらに、ＭＥＭＳ構造１０’は、１対の非バイモルフ平棒材４６および４８、例えばａ−ＳｉＣ：Ｈ棒材を含む。棒材４６および４８の第１の端部は、バイモルフ構造を有する平棒材１２および１４の第１の端部に不可動に接続されている。非バイモルフ平棒材４６および４８の第２の端部は、ヒンジ２４および２６の一端に不可動に接続されている。平棒材４６および４８は、平棒材１２および１４よりも硬いので、棒材１２および１４が屈曲しても非バイモルフ平棒材４６および４８は実質的に屈曲されない。非バイモルフ平棒材４６および４８の厚さまたは幅を平棒材１２および１４の約２〜３倍の厚さまたは幅にすることによって、さらに硬くすることができる。機械的には、棒材１２および１４が加熱されるときに、平棒材１２および１４の第１の端部に力が加わることによって、非バイモルフ平棒材４６および４８が、図１の可動上部プレート１６の代わりをする。
【００２３】
さらに、ＭＥＭＳ構造１０’は、図１の可動上部プレート１６とは異なる形の可動上部プレート１６’を含む。第１に、可動上部プレート１６’は、図１の可動上部プレート１６と比べると、平棒材１２および１４の反対側の端部に実質的に不可動に接続された、矩形延長部５２および５４、例えばＴｉＷでコーティングされたａ−ＳｉＣ：Ｈ棒材を有する。具体的には、延長部５２および５４は、非バイモルフ棒材４６および４８に接続された平棒材１２および１４の端部ではなく、ヒンジ２０および２２に接続された平棒材１２および１４の端部の近傍に接続されている。第２に、図１の可動上部プレート１６とは異なり、可動上部プレート１６’は、ヒンジ２４および２６によって基板３２に別途接続されない。
【００２４】
通常、可動上部プレート１６’は、貫通孔２８のアレイおよび底部面上にくぼみ（図示せず）も有する。このような孔部は、ＭＥＭＳ構造１０’を作製中、可動上部プレート１６’を下層の犠牲材料から解放するために使用されるウェット・エッチングの際に有用である。
【００２５】
構造１０および１０’がどちらも同程度または同等の寸法を有する場合、ＭＥＭＳ構造１０’は、ＭＥＭＳ構造１０よりも、可動上部プレートが大きな回転を生ずるように構成されている。具体的には、棒材１２および１４のそれぞれの長手方向部分は、棒材１２および１４が加熱に反応して屈曲したときにそれぞれの傾斜を持つ。通常、基板３２のプレーナ上面に対し、傾斜は、ヒンジ２０および２２により近く位置する棒材１２および１４の加熱部分において大きい。ＭＥＭＳ構造１０’において、図４の可動上部プレート１６’の傾斜は、棒材１２および１４のこの同部分の傾斜と等しい。これに対し、図１〜３に示す可動上部プレート１６の傾斜は、ヒンジ２０および２２から最も遠く位置する棒材１２および１４の端部の傾斜に等しい。従って、棒材１２および１４の同じ屈曲量によって、図４に示すＭＥＭＳ構造１０’内の可動上部プレート１６’の回転が、図１に示すＭＥＭＳ構造１０内の可動上部プレート１６の回転よりも大きくなる。通常、回転がより大きければ、可動上部プレート１６および１６’と固定底部プレート１８とによって形成されるコンデンサの静電容量がより大きく変化すること、従って加熱に対する反応がより大きいことを意味する。
【００２６】
図５は、赤外線カメラなどピクセレート光学検出素子において有利な、ＭＥＭＳ構造１０”によるより大きな機械的回転を同様に生ずるようにした別の代替ＭＥＭＳ構造１０”を示す。具体的には、ＭＥＭＳ構造１０”は、図１〜３に示すＭＥＭＳ構造１０よりも長いバイモルフ棒材１２”および１４”を持って、同じような側方領域を占有し、それによって加熱に対しより高い感度を提供する。ＭＥＭＳ構造１０”は、機能素子のない領域５０を持つように構成される。領域５０を、光学検出素子（図示せず）の隣接する画素素子のＭＥＭＳ構造１０”の一部が占有することができる。例えば、隣接するＭＥＭＳ構造１０”の上部プレート１６”および底部プレート１８ならびにバイモルフ棒材１２”および１４”の部分５６が、領域５０を占有することができる。
【００２７】
ＭＥＭＳ構造１０”は、図１〜３に示すＭＥＭＳ構造の素子を含む。さらに、ＭＥＭＳ構造１０”の可動上部プレート１６”は、基板３２の上面に空き領域５０を作る１対の平延長部４６および４８、例えばａ−ＳｉＣ：Ｈ棒材を含む。延長部４６および４８は、延長部４６および４８が実質的に棒材１２”および１４”よりあまりフレキシブルにならないように、可動上部プレート１６”の残り部分の２〜３倍の厚さを有する。さらに、棒材１２”および１４”は、バイモルフ構造を有する延長部５８および６０を含む。延長部５８および６０は、部分５６の横幅Ｗが領域５０の幅よりも小さくなるように、棒材１２”および１４”の残り部分の一端の横に接続されており、例えば、それによりカメラ内の隣接する画素のＭＥＭＳ構造１０”を密にパッキングすることができる。
【００２８】
図６は、図４に示すＭＥＭＳ構造１０’と同様に機能する赤外線感知ＭＥＭＳ構造１０’’’’を示す。ＭＥＭＳ構造１０’について既に説明した特徴に対し、ＭＥＭＳ構造１０’’’’は、いくつかの相違点がある。第１に、ＭＥＭＳ構造１０’’’’は、非バイモルフ平棒材４６のみを含み、バイモルフ平棒材１２および１４はどちらも、単一の非バイモルフ棒材４６の一端に実質的に不可動に取り付けられた端部を有する。非バイモルフ棒材４６の厚さまたは幅は、やはりバイモルフ平棒材１２および１４よりも実質的に大きく、従ってやはりバイモルフ平棒材１２および１４よりも実質的に硬い。第２に、コンデンサの可動上部プレート１６’’’’は、実質的に１つのバイモルフ平棒材１２のみに不可動に取り付けられる。より少ない棒材１２、１４および４６によって、ＭＥＭＳ構造１０’’’’が、同じ面積のＭＥＭＳ構造１０’よりも、赤外線カメラ内のさらに効率的な画素パッキングを提供することが可能となり、今まで通り可動上部プレート１６’’’’によって回転反応を向上させることも可能である。
【００２９】
図７は、図１に示すＭＥＭＳ構造１０を基板３２上に作製するための例示的方法７０を示す。基板３２は、シリコン・ウェハ上と、シリコン・ウェハ上の窒化ケイ素または酸化ケイ素からなる電気絶縁層とを含むことができる。窒化ケイ素または酸化ケイ素の層によって、上層構造が下層シリコン・ウェハおよびその内部のデバイスから電気的に分離される。例示的窒化ケイ素の層は、厚さが約０．２〜０．５μである。
【００３０】
基板３２はまた、下層ＣＭＯＳ駆動素子／計測回路構成、ならびに、このような下層ＣＭＯＳ回路構成と、ＭＥＭＳ構造１０のこれから形成されるいくつかの素子との間に電気的接続を提供するための金属充填ビアを含む。例えば、こうした素子は通常、底部コンデンサ・プレート１８やアンカー構造３６を含む。
他の組成および他の層構造を有する基板３２も可能である。
【００３１】
方法７０は、基板３２のプレーナ上面に底部コンデンサ・プレート１８を形成する工程を含む（工程７２）。この形成工程は、例えば例示的基板３２の窒化ケイ素または酸化ケイ素の層の上面に、金属層または多量にドープされた多結晶シリコン層を堆積させる工程を含む。堆積後、マスク調整によりドライ・エッチングを行い、底部コンデンサ・プレート１８用の選択された領域の周りに分離トレンチを作る。基板３２が窒化ケイ素の絶縁層を有する場合、ドライ・エッチングは、例えば窒化ケイ素のところで止まる反応性イオン・エッチングである。底部コンデンサ・プレート１８を形成する工程は、例えば窒化ケイ素または酸化ケイ素の層を貫通するビアを形成しそのビアに導電性ポストを充填することによって、コンデンサ・プレート１８の下層ＣＭＯＳ回路に対する電気的接触を生じさせる工程も含むことができる。
【００３２】
次に、方法７０は、既に形成した構造の上に酸化ケイ素の犠牲層を堆積させる工程を含む（工程７４）。酸化ケイ素の犠牲層の厚さは、低温状態における最終的な上部コンデンサ・プレート１６と底部コンデンサ・プレート１８との間に形成されるギャップ３４の所望の幅と等しい。このギャップ３４の幅は、０．１〜２μの範囲、例えば約０．５μの幅である。
【００３３】
次に、方法７０は、ＭＥＭＳ構造１０の上層を物理的に支持するアンカー構造３６用のビアを形成するために、酸化ケイ素の層をパターニングする工程を含む（工程７６）。パターニングの工程は、下層のシリコン層のところで選択的に止まる反応性エッチング、例えばフッ化物ベースの反応性イオン・エッチングを行う工程を含むことができる。
【００３４】
次に、方法７０は、非晶質水素化炭化ケイ素からなる約０．３μの実質的にコンフォーマルな層を、既に形成した構造の上に堆積させる工程を含む（工程７８）。このａ−ＳｉＣ：Ｈ層は、実質的に均一な厚さ、つまり下層の表面の向きに左右されない厚さで、露出された表面を覆う必要がある。ビア内に堆積されるａ−ＳｉＣ：Ｈは、図１〜３に示すアンカー構造３６を形成する。
【００３５】
次に、方法７０は、例えば厚さが０．０１〜０．０５μのチタン・タングステン（ＴｉＷ）の薄い層を、既に形成した構造の上に堆積させる工程を含む（工程８０）。ＴｉＷは、上部コンデンサ・プレート１６の電気的な部分、およびアンカー構造３６に至り、そこを通り抜けて基板３２内の電気回路に至る電気的経路を形成する。このような経路を形成するために、ＴｉＷ堆積の前にさらなるドライ・エッチングを行ってアンカー構造３６用のビア底部からａ−ＳｉＣ：Ｈを取り除かなければならないことがある。
【００３６】
次に方法７０は、ＴｉＷ層およびａ−ＳｉＣ：Ｈ層をマスク調整によりエッチングしてＭＥＭＳ構造１０の機械的素子をいくつか作る工程を含む（行程８２）。こうした素子は、平棒材１２および１４、可動上部プレート１６、ヒンジ２０、２２、２４および２６、ならびにアンカー構造３６を含む。
【００３７】
次に、方法７０は、平棒材１２および１４上に厚い金属層４２を形成してバイモルフ構造を作る工程を含む（工程８４）。金属層４２を作る工程の例示的プロセスは、マスク調整による約０．２〜０．３μの金またはアルミニウムの堆積を含む。厚い層４２を形成する工程は、金を堆積させる前にチタンまたはクロムのシード層を堆積させる工程も含むことができる。
【００３８】
最後に、方法７０は、既に作られた構造にウェット・エッチングを施して、酸化ケイ素の犠牲層を除去することによってＭＥＭＳ構造１０を解放する工程を含む（工程８６）。例示的ウェット・エッチングは、ＨＦベースのエッチング液を使用する。
【００３９】
方法７０は、例えばマスクの形体（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を画定するために、様々なリソグラフィ技術を使用することができる。約０．２５μという小さい形体を画定するのに適したいくつかのリソグラフィ技術が、例えば米国特許第６２０１６３１号、米国特許第５６２９７９０号、および米国特許第５５０１８９３号のうち１つ又はいくつかに記載されている。これらを参照として本明細書に組み込む。
【００４０】
方法７０は、ＭＥＭＳ構造１０の機械的構造の機械的強度を高めるために周知のイオン注入法を使用することができる。
本開示、図面および特許請求の範囲から、当業者には、本発明の他の実施形態も可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】感光性および／または感熱性ＭＥＭＳ構造の斜視図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳ構造の低温状態または弛緩状態を示す側面図である。
【図３】図１に示すＭＥＭＳ構造の高温状態を示す側面図である。
【図４】可動コンデンサ・プレートが熱および／または赤外線に対し高機械的感度を有するＭＥＭＳ構造の代替実施形態を示す斜視図である。
【図５】隣接する同一のＭＥＭＳ構造を密に位置決めするように構成された感光性および／または感熱性ＭＥＭＳ構造の代替実施形態を示す斜視図である。
【図６】単一の補助棒材および２つのバイモルフ棒材を使用する感光性および／または感熱性ＭＥＭＳ構造の代替実施形態を示す平面図である。
【図７】図１に示すＭＥＭＳ構造を作成する方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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