(57)【要約】  簡単には、本発明の複数の実施形態は、電気機械デバイス、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、例えば、低損失の圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）フィルタ、およびこれを生産するプロセスを提供する。
2007531396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース構造、および
前記ベース構造の上面に取り付けられ、電気機械デバイスの１つ以上の要素を支持できるキャップレイヤ
を備え、
前記ベース構造と前記キャップレイヤとの間にカプセル化される１つ以上のキャビティは、外部環境からシールドされる装置。
【請求項２】
前記ベース構造は、ベース基板に取り付けられた１つ以上の隆起を備え、前記１つ以上のキャビティは、前記キャップレイヤと、前記ベース基板と、前記複数の隆起との間にカプセル化される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つ以上隆起は、絶縁性物質を備える請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ベース基板は、半導性物質を備える請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記１つ以上の要素は、１つの膜を備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記膜は、圧電性物質を備える請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記膜は、窒化アルミニウムを備える請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記キャップレイヤは、選択性透過物質を備える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記選択性透過物質は、所定の条件にある場合に透過できる請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記キャップレイヤは、圧電性物質を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記キャップレイヤは、窒化アルミニウムを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
圧電薄膜共振器フィルタを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記電気機械デバイスは、微小電気機械システムデバイスを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
１つ以上のシールドされたキャビティを備える支持構造に取り付けられた膜を備える微小電気機械システムデバイス。
【請求項１５】
前記支持構造は、
ベース構造、および
前記支持構造に取り付けられた第一の側および前記膜に取り付けられた第二の側を有するキャップレイヤ
を備え、
ベース構造は、前記キャップレイヤの第二の側に取り付けられ、
前記１つ以上のシールドされるキャビティは、前記ベース構造と前記キャップレイヤとの間でカプセル化される請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記ベース構造は、ベース基板に取り付けられた１つ以上の隆起を備え、前記１つ以上のキャビティは、前記キャップレイヤと、前記ベース基板と、前記複数の隆起との間でカプセル化される請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記キャップレイヤは、圧電性物質を備える請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記キャップレイヤは、選択性透過物質を備える請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記選択性透過物質は、所定の条件の場合に透過性である請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記膜は、圧電性物質を備える請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記膜は、窒化アルミニウムを備える請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２２】
１つ以上の凹所を有するベース構造を生成すること、
前記複数の凹所の１つ以上を満たすためにベース基板の上に犠牲材料のレイヤを適用すること、
前記複数の凹所において犠牲材料を覆うためにキャップレイヤを適用すること、
前記複数の凹所を満たす犠牲物質の最少の部分を取り除くこと、および
前記キャップレイヤの上に１つの電気機械デバイスの１つ以上の要素を適用すること
を備えるプロセス。
【請求項２３】
前記取り除くことは、前記犠牲物質の少なくとも一部が前記キャップレイヤを透過することを引き起こすことを備える請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記引き起こすことは、前記犠牲物質を加熱することを備える請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記ベース構造を生成することは、ベース基板上に１つ以上の隆起を適用することを備える請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記犠牲物質は、犠牲ポリマーを備える請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記１つ以上の要素は、膜を備える請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記１つ以上の要素は、少なくとも１つのコンダクタを備える請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記電気機械デバイスは、微小電気機械システムデバイスを備える請求項２２に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
複数の電気機械デバイス、例えば、複数の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、複数の超小型機械コンポーネントを備えてよい。
【０００２】
特定のＭＥＭＳデバイス、例えば、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）ラジオ周波数（ＲＦ）フィルタは、基板、例えば、シリコン基板に取り付けられた膜を備えてよい。１つ以上のキャビティは、膜の移動の自由を可能にするために、および／または動作の間のＲＦエネルギーの損失を低減するために、基板内に形成される。
【０００３】
このようなＭＥＭＳデバイスを生成するための従来のプロセスは、膜および／または他の複数のレイヤを基板の上部に堆積させること、ならびに基板内に複数のキャビティを形成することを含んでよい。基板へのアクセスが、膜および／または他の複数のレイヤにより弱められるので、複数の放出ホールが、ドライまたはウェットエッチングプロセスにより基板内に複数のキャビティを形成するエッチング物質の注入を可能にするために、デバイス内に生成される。
【０００４】
したがって、複数のキャビティは、流体的に、例えば、複数の放出ホールを経由して、ＭＥＭＳデバイスを取り巻く環境に、例えば、ＭＥＭＳデバイスがパッケージされる前に接続される。これは、複数のキャビティの汚染、および／または膜の吸着、すなわち、膜がキャビティの表面に、例えばウェットエッチングプロセスの結果として、および／または環境の湿度のために、吸着することをもたらす。
【０００５】
複数のキャビティの汚染および／または膜の吸着は、ＭＥＭＳデバイスの動作に影響を与える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明と見なされる主題は、特に指摘され、本明細書の結部において明白に請求される。しかしながら、組織と作動の方法に関して、その特徴およびその効果と共に、伴われる図面で読まれる場合、以下の詳細な説明への言及によって、最も理解され得る。
【０００７】
【図１】本発明の例示的な複数の実施形態による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの概略図である。
【０００８】
【図２】本発明の例示的な複数の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを生産するためのプロセスを表すフローチャートである。
【０００９】
【図３Ａ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｂ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｃ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｄ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｅ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｆ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｇ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｈ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３Ｉ】図２のプロセスにおける異なるステージでのＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【００１０】
説明の簡素化および明瞭化のために、複数の図面に示される複数の要素は、必ずしも原寸で描かれていないことは、理解されるだろう。例えば、幾つかの要素の面積は、明瞭化のために、他の複数の要素に対して誇張されてよい。さらに、適切と思われる場合、参照番号は、対応する、または同様の要素を示すために、複数の図面の間で繰り返されてよい。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
下記の詳細な説明において、多くの特定の詳細が、本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本発明が、これらの特定の詳細なしに実施されてよいことは、当業者により理解される。他の複数の例において、周知の方法、プロシージャ、コンポーネントおよび回路は、本発明を曖昧にしないために、詳細に説明されなくてよい。
【００１２】
本発明の幾つかの例示的な実施形態は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを参照するが、本発明の複数の態様は、任意の他の電気機械デバイス、例えば、ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスに適用されてもよいことが、当業者により、理解される。
【００１３】
本発明は、この点に制限されないが、ここで使用される用語「ＭＥＭＳデバイス」は、とりわけ、任意の適した微小電気機械システムデバイス、例えば、本発明の原則を適用することに関連する、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）フィルタ、ＦＢＡＲラジオ周波数（ＲＦ）フィルタ、ＲＦスイッチ、バラクタ、調整可能要領、または任意の他のＭＥＭＳデバイス備えると理解されてよい。本発明の例示的な実施形態は、ＦＢＡＲ  ＲＦフィルタを含むが、それは、本発明の原則をＭＥＭＳデバイスに適用する一例としてのみ提案され、本発明は、この点に制限されず、その原則は、他の適したＭＥＭＳデバイスに適用されてよい。
【００１４】
用語「上部」および「下部」は、ここでは、例示的な目的のためだけに、相対的な位置または特定の複数のコンポーネントの配置を説明するために、ならびに／または第一のおよび第二のコンポーネントを示すために使用されてよい。ここで使用される用語「上部」および「下部」は、「上部」コンポーネントが「下部」コンポーネントの上にあることを必ずしも示さない。このような方向およびコンポーネントは、反転され、回転され、空間内で移動され、斜めの向きもしくは位置に配置され、水平もしくは垂直に配置され、または同様に修正されてもよい。
【００１５】
ここで使用されるように、用語「シールドされたキャビティ」は、分離されている、すなわち、流体的に環境、例えば、キャビティを含む要素を取り巻く空気から、シールドされたキャビティの任意の複数の内容が、直接に環境と接続しないように、切断されているキャビティを参照することは、理解されるだろう。
【００１６】
本発明の例示的な複数の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを概略的に説明する図１を参照する。
【００１７】
本発明の幾つかの例示的な実施形態によれば、デバイス１００は、例えば、先行技術において知られるように、ＦＢＡＲ  ＲＦフィルタとして使用されてよい。デバイス１００は、下記において詳細に説明されるように、少なくとも１つのシールドされたキャビティ１１６を備える支持構造１０１に取り付けられる膜１１２を備えてよい。
【００１８】
本発明の幾つかの例示的な実施形態によれば、デバイス１００は、膜１１２および／または支持構造１０１に関連した１つ以上の下部導体１０６を備えてよい。デバイス１００は、同様に、膜１１２に関連した１つ以上の導体１１０を備える。任意に、デバイス１００は、１つ以上のウェハビア１０８を備えてよい。
【００１９】
本発明の例示的な複数の実施形態によれば、支持構造１０１は、第一の、例えば、膜１１２に取り付けられる上部の表面１０７および第二の、例えば、ベース構造１０３に取り付けられる下部の表面１０９を有するキャップ（ｃａｐ）レイヤ１１４を備える。シールドされたキャビティ１１６は、表面１０９とベース構造１０３との間でカプセル化される。
【００２０】
本発明の幾つかの例示的な実施形態によれば、ベース構造１０３は、ベース基板１０２に取り付けられ、ベース基板１０２とキャップレイヤ１１４とを分離する２つ以上の隆起１０４を有してよい。ベース基板１０３は、任意の適した物質、例えば、半導性物質、例えば、シリコンで形成されてよい。複数の隆起は、任意の適した物質、例えば、絶縁性物質、例えば、酸化ケイ素で形成されてよい。本発明のこの点に制限されないが、本発明の例示的な複数の実施形態において、複数の隆起１０４は、０．０５マイクロメータと１００マイクロメータとの間の厚さを有してよい。
【００２１】
他の複数の実施形態によれば、ベース基板１０２および複数の隆起は、例えば、シリコンから、集積的に形成されてよい。
【００２２】
本発明の例示的な複数の実施形態によれば、膜１１２は、任意の適した物質、例えば、複数のＦＢＡＲデバイスに適した窒化アルミニウム、例えば、酸化亜鉛、または他の適した物質でよい。本発明は、この点に制限されないが、本発明の例示的な複数の実施形態において、膜１１２は、０．０５マイクロメータと１００マイクロメータとの間の厚さを有してよい。その上、本発明の複数の実施形態において、膜１１２は、特定の複数の実装および設計により要求されるように、任意の適した形または形式で構築されてよく、任意の適した複数のコンポーネントを有してよい。
【００２３】
本発明の例示的な複数の実施形態によれば、キャップレイヤ１１４は、選択性透過物質、例えば、下記で説明されるように、所定の複数の条件の下、特定の複数の物質にのみ透過できる、例えば、窒化アルミニウムで形成されてよい。
【００２４】
本発明の幾つかの例示的な実施形態によれば、キャップレイヤ１１４は、膜１１２の物質と同様な、圧電性の物質、例えば、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛で形成されてよい。しかしながら、他の複数の実施形態によれば、キャップレイヤ１１４は、例えば、膜１１２の物質と同様な、または異なる任意の他の適した物質で形成されてよい。
【００２５】
コンダクタ１０６および／またはコンダクタ１１０は、任意の適した導電性の物質、例えば、アルミニウムで形成されてよい。本発明の一実施形態において、コンダクタ１０６および／またはコンダクタ１１０は、例えば、デバイス１００を、デバイスおよび／またはシステムの他の複数のコンポーネントおよび／もしくは複数の回路に、複数の電気コンタクト（図示されない）、複数のビア１０８、および／または他の導電性の複数の要素（図示されない）用いて電気的に接続するために使用される。複数のビア１０８は、任意の適した導電性、例えば、メタリックビアを有する。
【００２６】
本発明の例示的な複数の実施形態において、シールドされたキャビティ１１６は、隔離され、すなわち、流体的に環境、例えば、デバイス１０１を取り巻く環境から開放されることは、当業者により理解される。
【００２７】
したがって、キャビティ１１６は、例えば、１つ以上の放出ホールを経由して、流体的に環境に接続される従来のシールドされないキャビティに比べ、環境の望まれない条件、例えば、湿気から保護されてよいことは、当業者により理解される。
【００２８】
図１の概略図を参照した上記の説明は、概して、平面のＭＥＭＳデバイスおよび／または互いに概して平行に配置される複数のコンポーネントを表すが、本発明は、この点に制限されないことは、当業者により理解される。本発明の複数の実施形態は、平面ではないＭＥＭＳデバイス、および／または平行でないもしくは互いに概して平行でないを備えてよい。
【００２９】
図２を参照して、図２は、本発明の例示的な複数の実施形態による、ＭＥＭＳデバイス、例えば、デバイス１００（図１）を生成するプロセスのフローチャートを概略的に説明する。図３Ａから図３Ｉは、図２のプロセス内の例示的な複数のステージ、およびプロセスを理解する上で役立つ例示的な複数のコンポーネントを概略的に説明する。
【００３０】
本発明のこの点に制限されないが、アイテムを参照してここで用いられる用語「生成すること」は、とりわけ、アイテムを製造することもしくは組み立てること、製造前アイテムを提供すること、または部分的に形成されたアイテムを処理することを有すると理解されてよい。
【００３１】
本発明の例示的な複数の実施形態によれば、プロセスは、図２のブロック２０２で示される１つ以上の凹所を有するベース構造を生成することを備えてよい。図３Ａに示されるように、本発明の幾つかの例示的な複数の実施形態によれば、ベース構造２４２は、例えば、ケイ素などの半導性物質で形成されるベース基板２４４に取り付けられ、例えば酸化ケイ素で形成される２つ以上の隆起２４３の間で形成される１つ以上の凹所２４５を備えてよい。ベース構造を生成することは、１つのレイヤ、例えば、酸化ケイ素をベース基板２４４上に、例えば任意の適した方法、例えば、先行技術で知られるプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）またはスパッタリング法を用いて堆積させることを備える。ベース構造を生成することは、同様に、先行技術で知られるような、任意の物質除去法、例えば、任意の適したフォトリソグラフィおよび／またはエッチングプロセス、例えば、ドライエッチングプロセスを用いて複数の凹所２４５を形成する。
【００３２】
図２のブロック２０４に示されるように、プロセスは、同様に、犠牲物質の１つのレイヤを基板ベース構造２４２の上に、例えば、先行技術として知られる、適したスピンコーティングプロセスを用いて堆積させることを備える。本発明の幾つかの例示的な実施形態によれば、犠牲物質は、Ｐｒｏｍｅｒｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｏｈｉｏ、ＵＳＡ）から利用可能な、ユニティＴＭ（ＵｎｉｔｙＴＭ）犠牲ポリマー、または任意の他の適した犠牲物質、例えば、ポリマーを備えてよい。図３Ｂに示されるように、上記複数の作業の結果部分２５０は、複数の凹所２４５を満たす犠牲物質の１つのレイヤ２５１を備える。レイヤ２５１は、付加的に、複数の隆起２４３の少なくとも幾つかを覆う。本発明の例示的な複数の実施形態によると、プロセスは、同様に、例えば、溶剤フラッシュプロセスを実行することを備え、溶剤フラッシュプロセスは、例えば、部分２５０を、およそ１００℃の温度まで、およそ５秒間、例えば、部分２５０をホットプレートに置くことにより加熱することを有する。プロセスは、同様に、治療プロセス、例えば、先行技術において知られるように、レイヤ２５１の酸化を防ぐために、実行することを備えてよい。治療プロセスは、例えば、部分２５０を、例えば、Ｎ２大気中で、およそ３００℃まで、およそ２時間加熱することを備えてよい。
【００３３】
図２のブロック２０６に示されるように、プロセスは、さらに、例えば、先行技術において知られるような任意の適した研磨方法を用いて、複数の隆起２４３の上のレイヤ２５１の過剰な部分を取り除くことを備えてよい。図３Ｃで示されるように、上記の作業の結果として生じる部分２５５は、凹所２４５を犠牲物質で実質的に満たされていて、部分２５５の上面２５６で、犠牲物質を実質的に有していないベース構造２４２を備えてよい。
【００３４】
図２のブロック２０８で示されるように、プロセスは、先行技術において知られるような、適した堆積プロセスを用いて、部分２５５の上部にキャップレイヤを堆積させることに続いてよい。本発明の幾つかの例示的な実施形態によると、キャップレイヤは、概して、非透過性物質で形成されてよく、所定の条件、例えば、下記で説明される温度および／または圧力の下、選択的に犠牲物質に透過してよい。例えば、キャップレイヤは、窒化アルミニウムまたは酸化亜鉛で形成されてよい。図３Ｄに示されるように、上記複数の作業の結果の部分２６０は、複数の隆起２４３に取り付けられたキャップレイヤ２６１を備え、犠牲物質は、レイヤ２６１とベース構造２４２との間でカプセル化される。
【００３５】
図２のブロック２１０で示されるように、プロセスは、レイヤ２６１とベース構造２４２との間にカプセル化された犠牲物質を取り出すことに続く。本発明の例示的な複数の実施形態において、犠牲物質を取り除くことは、犠牲物質の少なくとも一部が選択性透過可能キャップレイヤ２６１に透過することを引き起こすことを備える。本発明は、この点に制限されないが、犠牲物質の少なくとも一部がキャップレイヤに透過することを引き起こすことは、例えば部分２６０を加熱することを備える。例えば、部分２６０は、炉、例えば、先行技術において知られる窒素または水素クオーツ環状炉に、犠牲物質がガス状の形態に変化するのに適した温度で、置かれる。例えば、部分２６０は、ユニティＴＭ４００犠牲ポリマーが使用される場合、およそ４００℃の温度に加熱される。異なる犠牲物質、キャップレイヤおよび／またはベース基板が使用される場合、例えば、任意の他の適した複数の方法が、犠牲物質の少なくともほとんどを取り除くために実装されてよいことは、いうまでもない。図３Ｅに示されるように、上記の複数の工程の結果の支持構造２６５は、キャップレイヤ２６１とベース構造２４２との間にカプセル化された１つ以上のシールドされたキャビティ２６２を備えてよい。
【００３６】
図２のブロック２１２に示されるように、プロセスは、支持構造２６５の上面２７２上に少なくとも１つの下部コンダクタ２７１を形成することを続けてよい。少なくとも１つのコンダクタを形成することは、任意の堆積および／またはパターニングの複数の方法、例えば、先行技術において知られるスパッタリング、エッチング、および／またはフォトリソグラフィを使用することを備えてよい。図３Ｆに示されるように、上記の複数の工程の結果の部分２７０は、表面２７２に取り付けられた少なくとも１つのコンダクタ２７１を備えてよい。
【００３７】
図２のブロック２１４に示されるように、プロセスは、表面２７２に膜２７６を適用することに続いてよい。膜は、先行技術において知られるように、任意のデポジティングおよび／またはパターニング方法を用いて、適用される。図３Ｇに示されるように、上記の複数の工程の結果の部分２７５は、表面２７２に取り付けられた膜２７６を備えてよい。
【００３８】
図２のブロック２１６に示されるように、プロセスは、膜２７６の表面２８１の上部の少なくとも１つの上部コンダクタ２７８を形成することに続いてよい。少なくとも１つのコンダクタは、先行技術において知られるような、任意のデポジティングおよび／またはパターニング方法、例えば、スパッタニング、エッチング、および／またはフォトリソグラフィを用いて形成されてよい。  図３Ｈに示されるように、上記の複数の工程の結果の部分２８０は、膜２７６に取り付けられた少なくとも１つのコンダクタ２７８を備えてよい。
【００３９】
図２のブロック２１８に示されるように、プロセスは、先行技術において知られるような任意の適した方法を用いて、例えば、膜２７６内に少なくとも１つのビア２８９を作成することに続いてよい。幾つかの例示的な実施形態によれば、１つ以上のコンダクタ２９１が、複数のコンダクタ２７８の上部に、および／または、表面２８１の上部に、例えば、複数のビア２８９を作成した後に、形成される。図３Ｉに示されるように、上記の複数の工程の結果のＭＥＭＳデバイス２９０は、例えば、少なくとも部分的に取り付けられ、膜２７６に関連した複数のコンダクタ２７１、２７８および／または２９１を備える。
【００４０】
シールドされた複数のキャビティ２６２は、デバイス２９０と取り巻く環境から隔離されていることは、いうまでもない。
【００４１】
本発明の複数の実施形態は、互いにわけられてよい、または共にくみあわされてよい複数のユニットおよび／または複数のサブユニットを備えてよく、また、先行技術において知られる特定の、多用途の、または一般的なデバイスを用いて実装されてよいことが、留意される。
【００４２】
本発明の特定の特徴が、ここで図解され、説明されたが、多くの修正、代用、変更、および均等物が、当業者に生じてよい。したがって、添付の複数の請求項は、全てのこのような修正および変更を、本発明の真の精神の範囲の下で包含すべく意図されることは、理解されるべきである。
【図１】
2007531396.tif 000003
【図２】
2007531396.tif 000004
【図３Ａ】
2007531396.tif 000005
【図３Ｂ】
2007531396.tif 000006
【図３Ｃ】
2007531396.tif 000007
【図３Ｄ】
2007531396.tif 000008
【図３Ｅ】
2007531396.tif 000009
【図３Ｆ】
2007531396.tif 000010
【図３Ｇ】
2007531396.tif 000011
【図３Ｈ】
2007531396.tif 000012
【図３Ｉ】
2007531396.tif 000013
【国際調査報告】
2007531396.tif 000014
2007531396.tif 000015
2007531396.tif 000016