(57)【要約】  能動半導体層に形成されたセンサ感知機構と、各々センサ機構の対向面に結合された活性層を有する対向するシリコン・カバープレートとを有する対称ほぼ完全シリコン密封封止ＭＥＭＳを実現する、シリコン・オン・オキサイドウェーハのバルク機械加工および融着に基づいたセンサ構造の装置および方法。この機構は、少なくとも１つの機構アンカーで構造的に支持されたセンサ機械特徴で構造化されている。カバープレートの活性層は、各々、センサ機械特徴と協働するように構造化された内部特徴および機構アンカーと協働するように構造化されたアンカーを含む。各カバープレートのハンドル層は、このハンドル層を通してカバープレート・アンカーと一直線に並んで延びる穴を含む。誘電体材料の完全なリムが、カバープレート・アンカーと穴の間の封止を形成し、カバープレート・アンカーの外面を露出させている。
2008528968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）慣性デバイスであって、
シリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ａ）の活性層（２２ａ）に形成された機構（１０）であって、少なくとも１つの機構アンカー（２８）によって構造的に支持された１つまたは複数のセンサ機械特徴（２４）で構造化された機構（１０）と、
シリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ｂ）で形成され、誘電体層（１８ｂ）によって半導体ハンドル層（２０ｂ）から隔離された半導体活性層（２２ｂ）を有する第１のカバープレート（１２）と、前記第１のカバープレート活性層（２２ｂ）は、前記センサ機械特徴（２４）と協働するように構造化された１つまたは複数の内部カバープレート特徴（３１）および前記機構アンカー（２８）と協働するように構造化されたカバープレート・アンカー（３０）で構造化されており、前記第１のカバープレート・ハンドル層（２０ｂ）は、このハンドル層（２０ｂ）を通って前記カバープレート・アンカー（２８）と一直線に並んで延びる穴特徴（３４）で構造化されており、さらに、前記第１のカバープレート誘電体層（１８ｂ）は、前記カバープレート・アンカー（３０）と前記穴特徴（３４）の間に封止を形成する材料の完全なリム（４０）で構造化され、さらに前記カバープレート穴特徴（３４）に近く、かつこの穴特徴（３４）と一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー（３０）の表面（３８）を露出させており、さらに、
前記機構アンカー（２８）と前記カバープレート・アンカー（３０）の間に形成された結合、を特徴とする超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）慣性デバイス。
【請求項２】
前記カバープレート穴特徴（３４）が、逆ピラミッド形を有して構造化されていることをさらに特徴とする、請求項１に記載の慣性デバイス。
【請求項３】
フレーム（２６）が、前記１つまたは複数のセンサ機械特徴（２４）および前記機構アンカー（２８）を囲繞して前記機構活性層（２２ａ）に形成され、さらに、前記第１のカバープレート活性層（２２ｂ）に形成された相補的なフレーム（３２）に結合されていることをさらに特徴とする、請求項２に記載の慣性デバイス。
【請求項４】
導電コネクタ（１１４）が、前記カバープレート・アンカー（３０）と前記内部カバープレート特徴（３１）の１つとの間で前記第１のカバープレート活性層に形成され、第２のカバープレート・アンカー（３０）が前記第１のカバープレート活性層（２２ｂ）に形成されていることをさらに特徴とする、請求項３に記載の慣性デバイス。  
【請求項５】
第２のカバープレート（１４）が、誘電体層（１８ｃ）で半導体ハンドル層（２０ｃ）から隔離された半導体活性層（２２ｃ）を有するシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ｃ）で形成され、前記第２のカバープレート活性層（２２ｃ）は、前記センサ機械特徴（２４）と協働するように構造化された１つまたは複数の内部カバープレート特徴（４１）と、前記機構活性層（２２ａ）に形成された前記フレーム（２６）に対して相補的な、前記第１のカバープレート・フレーム（３２）の反対側でこのフレーム（２６）に結合されるフレーム（４４）と、で構造化されていることをさらに特徴とする、請求項３に記載の慣性デバイス。
【請求項６】
前記第２のカバープレート（１４）が、前記センサ機械特徴（２４）と協働するように構造化された１つまたは複数の内部カバープレート特徴（４１）および前記機構アンカー（２８）と協働するように構造化されたカバープレート・アンカー（４２）で構造化される前記第２のカバープレート活性層（２２ｃ）を含んで前記第１のカバープレート（１２）と実質的に同じに構造化され、前記第２のカバープレート・ハンドル層（２０ｃ）は、このハンドル層（２０ｃ）を通って前記カバープレート・アンカー（４２）と一直線に並んで延びる穴特徴（４６）で構造化されており、さらに、前記第２のカバープレート誘電体層（１８）は、前記カバープレート・アンカー（４２）と前記穴特徴（４６）の間に封止を形成する材料の完全なリム（５２）で構造化され、さらに前記カバープレート穴特徴（４６）に近くかつこの穴特徴（４６）と一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー（４２）の表面（５０）を露出させており、さらに、
結合が、前記機構アンカー（２８）と前記第２のカバープレート活性層（２２ｃ）に形成された前記アンカー（４２）との間に形成されること、をさらに特徴とする、請求項５に記載の慣性デバイス。
【請求項７】
放射方向に順応性のある分離フランジ（２９）が、前記センサ機械特徴（２４）および前記機構アンカー（２８）を囲繞して前記フランジ（２６）に結合されていることをさらに特徴とする、請求項６に記載の慣性デバイス。
【請求項８】
前記機構（１０）の前記１つまたは複数のセンサ機械特徴（２４）、および前記第１および第２のカバープレート活性層（２２ｂ、２２ｃ）の各々に形成された前記１つまたは複数の内部カバープレート特徴（３１、４１）が、静電加速度計（１００）を形成するように構造化されていることをさらに特徴とする、請求項６に記載の慣性デバイス。
【請求項９】
前記機構（１０）の前記１つまたは複数のセンサ機械特徴（２４）、および前記第１および第２のカバープレート活性層（２２ｂ、２２ｃ）の各々に形成された前記１つまたは複数の内部カバープレート特徴（３１、４１）が、コリオリ・レートジャイロスコープ（４００）を形成するように構造化されていることをさらに特徴とする、請求項６に記載の慣性デバイス。
【請求項１０】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）慣性デバイスを形成する方法であって、
半導体材料ハンドル層（２０ａ）と半導体材料活性層（２２ａ）の間に誘電体材料層（１８ａ）を有する第１のシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ａ）の前記半導体材料活性層（２２ａ）に、１つまたは複数の機構アンカー（２８）で構造的に支持された１つまたは複数のセンサ機械特徴（２４）を形成するステップと、
半導体材料ハンドル層（２０ｂ）と半導体材料活性層（２２ｂ）の間に誘電体材料層（１８ｂ）を有する第２のシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ｂ）の前記半導体材料活性層（２２ｂ）に、慣性デバイス（１）を形成するために前記センサ機械特徴（２４）と協働するように構造化された１つまたは複数の内部カバープレート特徴（３１）および前記機構アンカー（２８）と協働するように構造化された１つまたは複数のカバープレート・アンカー（３０）を形成するステップと、
前記第２のシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ｂ）の前記カバープレート半導体材料ハンドル層（２０ｂ）に、このハンドル層（２０ｂ）を通って前記カバープレート・アンカー（２８）の１つと一直線に並んで延びる穴特徴（３４）を形成するステップと、
前記第２のシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ｂ）の前記カバープレート誘電体材料層（１８ｂ）に、前記カバープレート・アンカー（３０）と前記穴特徴（３４）の間でそのアンカー（３０）と一直線に並んだ誘電体材料の完全なリム（４０）を形成し、前記穴特徴（３４）に近接し、一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー（３０）の表面（３８）をさらに露出させるステップと、
前記内部カバープレート特徴（３１）が前記センサ機械特徴（２４）と協働するように前記センサ機械特徴（２４）に対して位置付けされた状態で、前記カバープレート誘電体およびハンドル層（１８ｂ、２０ｂ）の反対側の前記協働カバープレート・アンカー（３０）の表面（２２ｂ’）に前記機構アンカー（２８）の第１の表面（２２ａ’）を結合するステップと、
前記第１のシリコン・オン・オキサイドウェーハ（１６ａ）の前記半導体材料ハンドル層（２０ａ）および誘電体材料層（１８ａ）を除去するステップと、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細機械加工センサデバイスおよび方法に関し、より詳細には、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）アーキテクチャを使用する微細機械加工加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子機械システム、すなわち「ＭＥＭＳ」デバイスは、一般によく知られている。最も一般的な形では、ＭＥＭＳは、同じ環境の中に、すなわちシリコンチップ上に集積化された機械微細構造、超小型センサ、超小型アクチュエータ、および電子回路から成る。ＭＥＭＳは、固体変換器、すなわちセンサおよびアクチュエータの分野における実現技術である。微細製作技術は、デバイスの大きなアレイの製作を可能にし、このデバイスは、個々には簡単な仕事を行うが、組み合わさって複雑な機能を達成することができる。現在の用途には、加速度計、圧力センサ、化学センサ、および流量センサ、超小型光学部品、光スキャナ、および流体ポンプがある。例えば、１つの微細機械加工技術は、シリコンのボディを所望のパターンでマスクし、次に、シリコンのマスクされていない部分を除去するようにシリコンを深くエッチングする。結果として得られた３次元シリコン構造は、撓部で吊るされたプルーフ・マスを含む加速度計などの小型機械力感知デバイスとして機能する。
【０００３】
現在最先端技術のＭＥＭＳ加速度計デバイスは、例えば、米国特許第６，２９４，４００号および米国特許第６，３０８，５６９号で説明されている。一般によく知られているように、現在のＭＥＭＳ加速度計デバイスは、与えられたアーキテクチャの設計ルールの範囲内で製作することができる構造を得るために、「最良実施」の設計原理を犠牲にするアーキテクチャに依拠している。しかし、現在ＭＥＭＳ加速度計および他のデバイスのアーキテクチャは、達成可能な性能のレベルを制限している。
【０００４】
従来技術のデバイスのいくつかの一般的な限界には、いくつかは熱伝導率の悪い、熱膨張係数の異なる複数の異なる材料を含んだ機械ダイスタック（ｄｉｅ‐ｓｔａｃｋ）がある。一般に、現在の最先端技術の加速度計デバイスの機械部分を形成するダイスタックは、複数の材料を含む。異なる材料は、各々異なる熱膨張係数を有し、その結果として、温度にわたって異なる材料間に膨張差が生じる。この膨張差は、加速度計の生出力データの温度感度の原因であり、この温度感度のために、デバイスの高い性能が望ましい場合には、加速度計の中かより上のシステムレベルかのどちらかで温度補償が行われることが必要になる。また、この膨張差のために、接合された異なる材料の界面近くに大きな残留応力が存在するようになる。接合プロセスは高温で行われるので、この大きな残留応力が現れることがある。もしくは、デバイスの動作温度範囲にわたって、膨張差によって大きな残留応力が生じる。いずれの場合にも、シリコンおよび二酸化珪素のような推定「弾性」材料でも、微小レベルでは粘弾性である。したがって、残留応力は、時間が経つにつれてデバイス出力の不安定性として現れる寸法不安定性を促進する。例えば、米国特許第６，２９４，４００号および米国特許第６，３０８，５６９号に示された現在の最先端技術のＭＥＭＳ加速度計デバイスは、プルーフ・マス・アンカーまたは他のクリティカルな機械特徴と直接接触した酸化物層を設けている。この酸化物層は、プルーフ・マスに自由に直接作用する不安定な寸法条件である。
【０００５】
従来技術のデバイスの他の一般的な限界は、ＭＥＭＳ加速度計デバイスの複数の異なる材料のうちの１つまたは複数の熱伝導率が悪いことである。例えば、硼珪酸ガラス基板は、プルーフ・マスが固定される板として使用されることが多い。硼珪酸ガラスの熱伝導率は、シリコンに比べて非常に悪い。したがって、過渡的な熱条件の間に起こるような熱勾配にさらされたとき、硼珪酸ガラス基板に比較的大きな機械的歪みが生成される。この比較的大きな機械的歪みは、過渡現象の時間依存性のために容易に補償されないことがある加速度計エラーを促進する。
【０００６】
また、多くの従来技術のデバイスは、対称性を欠いている。例えば、プルーフ・マスは、ただ１つの基板プレートに固定されることが多く、デバイスの反対側に鏡像カウンタプレートを備えていない。非対称デバイスは、次の組立レベルでシャーシに取り付けられたとき、機構の反りまたは「椀状変形」をもたらす熱的および機械的力およびモーメントを受けやすい。結果として生じた機構の反りまたは椀状変形は、多くの加速度計誤りを促進する。
【０００７】
一般的な最先端技術の加速度計デバイスは、ウェーハレベルで密封封止されない。むしろ、大抵のＭＥＭＳデバイスは、リードなしチップキャリア（ＬＣＣ）などのもっと高い組立レベルで封止される。このようにウェーハレベルでデバイスを封止しないことで、汚染が重要な信頼性の問題を引き起こすようになり、汚染の無いデバイスを保証するために、実装および組立の追加の層が必要になる。
【０００８】
一般的な最先端技術のＭＥＭＳ加速度計デバイスは、アクチュエータおよび／またはセンサ・ダイスタックとこれが取り付けられるシャーシの間に応力解放を含まない。ダイスタックを次の組立レベルに応じて直接堅く接合することで、結果として、シャーシがダイスタックに与える力およびモーメントのためにダイスタックの歪みが生じる。
【０００９】
一般的な最先端技術のＭＥＭＳ加速度計デバイスの他の限界は、多くのＭＥＭＳ加速度計デバイスのダイスタック構造が、余り堅くないことである。順応性のあるダイスタックによって、外部源によって与えられた力およびモーメントが加速度計の出力データにエラーを生じさせるようになる。
【００１０】
一般的な最先端技術のＭＥＭＳ加速度計デバイスのさらに他の限界は、大抵の現在ＭＥＭＳ加速度計デバイスが、アクチュエータおよび／またはセンサの中に、およびアクチュエータおよび／またはセンサから外に電気信号を伝えるためだけにダイのある面積を費していることである。全体的なダイスペースは、コスト制限か大きさ制限かのどちらかによって制限されることが多いので、電気信号を伝えるためだけにダイ面積を割り当てることで、加速度計プルーフ・マスの物理的な大きさが犠牲にされることになる。結果として得られたより小さなプルーフ・マスは、性能低下の直接原因である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、一般的な最先端技術のＭＥＭＳ加速度計および他のデバイスのこれらおよび他の限界を克服するデバイスおよび方法が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、シリコン・オン・オキサイド（ＳＯＩ）ウェーハのバルク機械加工および融着接合に基づいたセンサ・アーキテクチャの装置および方法であり、このセンサ構造は、静電加速度計またはレートジャイロ・デバイスなどの対称でほぼ完全シリコンの密封封止超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを実現して、従来技術の多くの限界を克服する。本発明のアーキテクチャは、能動半導体層に形成されたデバイスセンサ機構と、各々薄い酸化物層で隔離された比較的厚いハンドル部分と比較的薄い能動部分を有する一対のシリコン・カバープレートとを含み、このカバープレートの活性層はデバイスセンサ機構の対向する面に結合されている。
【００１３】
本発明は、このように、ＳＯＩバルク機械加工プロセスによって製作された簡単で新規な高性能ＭＥＭＳ加速度計またはレートジャイロを提供する。加速度計は、決められた軸に沿った直線加速を測定し、一方で、レートジャイロは、与えられた軸のまわりの回転速度を測定する。両デバイスは、運動を監視するように使用される。互いに適切に方向付けされた３つの各型のデバイスは、物体が空間を動くときにその物体の運動を完全に測定するのに十分であることがある。
【００１４】
本発明のＭＥＭＳ加速度計、レートジャイロ、および他のＭＥＭＳデバイスは、全てＳＯＩウェーハから製作された３層ダイスタックで実現される。これらの３つの部分は、機構ダイと、この機構をサンドイッチ状に挟む２つのカバープレートである。様々な実施形態によれば、本発明のＭＥＭＳデバイスは、静電加速度計の異なる２つの型、検出される加速の軸が機構層の面内にあるＩＰＡ（面内加速度計）と感知軸が機構層に垂直であるＯＰＡ（面外加速度計）として実現される。これらのデバイスの全ては、開ループ計器か閉ループ計器かのどちらかとして動作するように設計される。閉ループか開ループかの選択には、総計器コストおよび性能に関する多くの暗示があるが、本発明で説明される有利点は両方に当てはまる。例えば、一方は開ループで他方は閉ループの本発明で説明されるように実装された２つの非常に似たＩＰＡは、入力／出力信号の数および特定の構造特徴の量だけが異なる。しかし、全体的なデバイス・アーキテクチャは同じである。
【００１５】
本発明に従ったＭＥＭＳデバイスの機構層は、撓部の付いた可動プルーフ・マス、および、例えば静電面内加速度計（ＩＰＡ）の固定櫛歯などの固定構造を含む。機構ダイの外側縁部で、一体の機械方向分離特徴のある随意の取付けフランジが、ＬＣＣまたは回路基板などの次の組立レベルに応じてダイスタックを接合する手段を提供する。
【００１６】
機構をサンドイッチ状に挟む２つのカバープレートは、実質的に同一で、いくつかの機能を実現する。２つのカバープレートは、封止された機構空洞を形成するように機構に結合する。２つのカバープレートは、異なる動作電気信号を分離する手段を提供する。例えば、２以上の異なる動作信号が一般的なＭＥＭＳデバイスで使用され、動作信号の正確な数はデバイス設計の関数である。カバープレートは、１つまたは複数のアンカー点でプルーフ・マスを構造的に支持し、また、ＩＰＡデバイスの固定櫛歯などの協働内部カバープレート特徴も支持する。ＯＰＡデバイスでは、カバープレートの協働内部カバープレート特徴は、感知領域および、閉ループ設計で使用される場合には、駆動領域を含む。
【００１７】
理想的には、「最良実施」に従って、ＭＥＭＳ加速度計または他のデバイスは、完全に純粋バルク材料から製作される。実際的な理由のために、これは可能でない。例えば、センサデバイスの異なる部分間の電気的分離が、機能性のために必要である。しかし、本発明は、できるだけ忠実に専用シリコン概念に固執し、性能に及ぼす影響を最小限にするやり方で分離を作るように誘電体材料を利用する。本発明は、ほとんど完全にシリコンのダイスタックを形成することおよび溶融結合構造を利用することを含んだいくつかのＭＥＭＳデバイスの「最良実施」を可能にする。非シリコン材料は、各カバープレートの非常に薄い約２ミクロンのＳｉＯ２層に限られ、この薄いＳｉＯ２層は、電気的分離を実現し、また製作中にエッチング停止としても動作する。このＳｉＯ２は、２つのカバープレートの活性層によってデバイスセンサ機構と直接接触しなくなっている。したがって、ＳｉＯ２は、厚くて堅いシリコンで上および下を囲まれ、その結果、そうでなければＳｉＯ２がＭＥＭＳデバイスの安定性に及ぼすかまもしれないどんな影響も軽減されるようになる。対照的に、従来技術のデバイスは、デバイスセンサ機構に直ぐ隣接してＳｉＯ２層を配置している。
【００１８】
その上、低膨張係数および高い熱伝導率を有する強くて堅い材料が、加速度計を含んだ多くのＭＥＭＳデバイスにとって理想的である。本発明で使用される材料のシリコンは、これらの目標を満たし、標準ＩＣファンドリプロセスを使用してバルク微細機械加工することができる。
【００１９】
本発明のダイスタックのアーキテクチャは、ＳｉＯ２分離層を除いて純粋シリコンに限られ、これによって、本発明のダイスタックは構造的に非常に堅くなり、このことで、今度は、取付けフランジを介してダイスタックの外側に加えられる力の効果が減少する。
【００２０】
方向性取付けフランジおよびダイスタックと使用者の取付け面の間の分離器は、加速度計のプルーフ・マスを外力から隔離する。シリコンとシャーシ材料の間の膨張差のためにダイスタックに加わる放射方向応力は、ＭＥＭＳ加速度計デバイスを含んだＭＥＭＳデバイスのエラー源である。本発明の方向性取付けフランジの分離部分の中の枝角は、放射方向の膨張に対して順応性があるが、ダイスタックの面内および面外並進および回転に対しては堅固である。放射方向コンプライアンスは、取付けフランジを介してダイスタックに入る力の大きさを減少させる。本発明の一実施形態によれば、方向性取付けフランジは、機構層と一体的に製作される。もしくは、方向性取付けフランジは、組立ステップで接着剤または他の結合方法でダイスタックに接合される別個の部品として製作される。
【００２１】
他のＭＥＭＳデバイスの「最良実施」は、その中間面に関するダイスタックの対称性であり、このことは、共通モードエラー相殺を最大限に利用することを保証している。対称性によって、共通モードエラーが相殺するようになる。高度の対称性は、温度感度を大きく減少させ、バイアスの長期安定性、スケールファクタ、軸位置合わせ不良、振動整流、および加速度計に共通の他のエラーを改善することが知られている。
【００２２】
他のＭＥＭＳデバイスの「最良実施」は、ＭＥＭＳデバイスの密封封止であり、この密封封止は、２つのカバープレートを機構に接合してデバイスセンサ機構を含む封止された機構空洞を形成することによって、本発明で実現される。
【００２３】
本発明で実現される他のＭＥＭＳデバイスの「最良実施」は、デバイス動作電気入力および出力信号へのワイヤボンディングアクセスを可能にするために、カバープレート外側ハンドル層に開口を形成することである。各入力および出力信号は、ＭＥＭＳデバイスの上部か下部かどちらかのカバープレートを通してアクセスされる。信号へのそのようなプレート通しアクセスは、様々な取付け方法およびインタフェース方法を可能にする。場合によっては、導電トレースが開口の壁に堆積され、表面のパッドに接続され、このパッドがより簡単なワイヤボンディングまたはフリップチップ組立を可能にする。さらに、デバイスセンサ機構または協働内部カバープレート特徴の複数の部分が、同じ信号を伝える場合、場合によっては、同じ信号のための複数のワイヤボンディング、またはフリップチップパッドが回避されるように、これらの部分は、カバープレートの１つの中で内部的に接続される。
【００２４】
デバイスセンサ機構は、ＳＯＩの能動半導体層に形成され、デバイスセンサ機構は、可動プルーフ・マスだけでなく、１つまたは複数のアンカー部分および他の固定部分で形成される。場合によっては、また、連続した縁フレームまたはリムが、機構の他の部分を囲繞して能動半導体層に形成される。
【００２５】
各カバープレートの活性層は、デバイスセンサ機構に整合したパターンでエッチバックされて、能動半導体材料のパッドが１つまたは複数のアンカー部分の各々に向き合って設けられ、さらに、存在すれば、機構層に形成された連続した縁フレームまたはリムに向かい合って、能動半導体材料の連続した縁フレームまたはリムが設けられる。一方または両方のカバープレートの外側ハンドル層がエッチングされ、その結果、機構層に形成されたアンカー部分のパターンに整合されたパターンの穴が生じる。カバープレート・ハンドル層のその穴は、酸化物層を通して延びて、カバープレート内部活性層を露出させている。
【００２６】
カバープレートは、可動加速度計プルーフ・マスおよびそれの関連した固定感知および／または駆動電極を密封するように、デバイスセンサ機構の両側に接合される。センサの安定性に及ぼす影響を最小限にするように位置付けされた各カバープレートの酸化物層は、信号間の電気的分離とプルーフ・マスおよび固定電極の構造的な支持との両方を可能にする。サポートする電子回路と内部電極の間の電気接続は、カバープレートの外側の層すなわち「ハンドル」層にエッチングされた穴特徴を介している。この穴特徴の位置は、一般に、デバイスの機械特徴の輪郭の範囲内にある。したがって、全体的なダイ面積およびトレース長さは共に最小限に保たれる。
【００２７】
本発明の一態様によれば、金またはアルミニウム・ボンディングパッドが、カバープレート・ハンドル層の穴を通して露出されたカバープレート活性層の部分に堆積される。デバイス入力または出力信号を伝えるためにデバイスセンサ機構に形成された信号トレースへのアクセスを実現するボンディングパッドに、ワイヤボンディング接続が行われる。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、フリップチップ組立のために、穴特徴を通して露出されたカバープレート活性層の部分からカバープレート・ハンドル層外面のスタッドバンプに金属トレースが導かれる。異なる信号間の短絡を防止するために、金属が付けられる領域のハンドル層シリコンに絶縁体が堆積される。
【００２９】
本発明の一態様によれば、３つの直交軸での測定のために、デバイスセンサ機構は、並進用と回転用の両方のプルーフ・マスを含む。本発明の他の態様によれば、同じダイスタック内の２つのプルーフ・マスが、２軸測定を実現する。同じダイスタック内の複数のプルーフ・マスは、加速度計かレートジャイロかのどちらかに応用可能である。
【００３０】
本発明の上記の態様および付随的な有利点の多くは、添付の図面に関連して解釈される以下の詳細な説明を参照してより適切に理解されるようになるので、いっそう容易に理解されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図において、同様な数字は同様な要素を示す。
図は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハのバルク機械加工および融着接合に基づいてセンサ・アーキテクチャを製作する本発明の方法を示し、この方法は、開ループモードか閉ループモードかのどちらかで動作する静電加速度計またはコリオリ・レートジャイロ・デバイスなどの対称でほぼ完全シリコンの密封封止超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）慣性デバイス１を製造する。
【００３２】
本発明のアーキテクチャは、デバイスセンサ機構１０と、このデバイスセンサ機構１０の対向する面に結合された第１および第２のシリコン・カバープレート１２、１４を含む。デバイスセンサ機構１０およびシリコン・カバープレート１２、１４は、一般に商業的に入手可能なタイプの様々なＳＯＩウェーハエレメントで形成される。各ウェーハエレメントは、約０．５から２．０ミクロンの厚さを有する埋込み誘電体層を含み、この埋込み誘電体層は、両方とも半導体材料でできた比較的厚い「ハンドル」層と比較的薄い「能動」層の間に、サンドイッチ状に挟まれている。誘電体層の材料は、関連した下にある半導体材料層に熱的に成長させられた酸化物、窒化物か他の絶縁体かのどちらかであってもよい。誘電体層と、ハンドル層および活性層の各々との間の接合は、本質的に密封である。
【００３３】
図１は、半導体ハンドル層２０ａと活性層２２ａの間に誘電体層１８ａを有する機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａにデバイスセンサ機構１０を製作することを示す断面図である。従来のＭＥＭＳ製作手順に従って、デバイスセンサ機構１０は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プロセスかＤＲＩＥ（深い反応性イオンエッチング）プロセスかのどちら等の知られたドライエッチング・プロセスによって、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａに形成される。そのようなプロセスには、例えば、「ＢＯＳＣＨ」および「ＡＬＣＡＴＥＬ」として商業的に知られている深いトレンチのシリコンドライエッチング・プロセスがある。ＲＩＥおよびＤＲＩＥプロセスは、両方とも、エッチングされた基板の結晶方位に関係なく、エッチングされた特徴の実質的に垂直な側壁を得る。それによって、いっそう小型のＭＥＭＳデバイスが生じ、これによって、今度は、いっそう多くのデバイスが１ウェーハ当たりに製作されるようになって、相当なコスト面の利点がもたらされる。機構活性層２２ａの厚さは、ここでは議論されない設計基準の関数として選ばれが、本発明は、厚さ５０μｍだけでなく１００μｍの機構能動半導体層２２ａを有する機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａを使用して、首尾よく実施された。デバイスセンサ機構１０は、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａを完全に通してエッチングすることによって形成される。本発明を実施する際に、適切なアクチュエータおよび／またはセンサ機械特徴２４および、場合によっては、連続した縁フレームまたはリム２６は、下にある酸化物層１８ａまで通してエッチングすることによって、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに露出される。機械特徴２４を露出させるためのエッチングと同時に、エッチングは、選ばれた数の機構アンカー２８を機構活性層２２ａに適切なパターンで露出させる。機構アンカー２８は、機械特徴２４を構造的に支持するが、場合よっては、構造的に支持された機械特徴２４から機械的に分離されている。
【００３４】
分離フランジ２９は、場合によっては、機械特徴２４の外の機構活性層２２ａの周縁部表面に沿って設けられる。縁フレーム２６が存在する場合には、分離フランジ２９は、分離フランジ２９の外周縁面２６ａに結合される。本発明の一実施形態によれば、分離フランジ２９は、場合によっては、縁フレーム２６と一体的に機構活性層２２ａに形成される。もしくは、分離フランジ２９は、場合によっては、ＲＩＥかＤＲＩＥなどの知られたドライエッチング・プロセスで別個のＳＯＩウェーハエレメントの活性層に機構活性層２２ａから切り離して形成され、続いて、適切なウェットエッチングを用いてその別個のＳＯＩウェーハハンドル層からその部品が浮かされる。その後で、分離フランジ２９は、デバイスセンサ機構１０の縁フレーム２６に中間面で接合される。別個の分離フランジ２９は、接着か他の結合方法かのどちらかを使用して縁フレーム２６に接合される。
【００３５】
図２は、半導体ハンドル層２０ｂと活性層２２ｂの間に誘電体層１８ｂを有する第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂに第１のシリコン・カバープレート１２を製作することを示す断面図であり、活性層２２ｂは、協働する内部カバープレート特徴３１のパターンを露出させるように下の酸化物層１８ｂまで通してエッチングされる。協働内部カバープレート特徴３１は、機構アンカー２８と協働するように構造化されたパターンで分布された、活性層２２ｂに露出された１つまたは複数のカバープレート・アンカー３０を含む。カバープレート・アンカー３０の数は、機構１０に形成された機構アンカー２８の数に整合するように選ばれ、また、カバープレート・アンカー３０は、機構アンカー２８に整合するパターンで位置付けされている。
【００３６】
協働内部カバープレート特徴３１は、場合によっては、機構１０を密封封止するために機構縁フレーム２６と協働するように、大きさが作られかつ位置付けされた連続した縁フレームまたはリム３２を含む。例えば、カバープレート活性層２２ｂは、場合によっては、下の酸化物層１８ｂまで通して同時にエッチングされて、第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂの活性層２２ｂに連続した縁フレーム３２が露出され、この縁フレーム３２は、カバープレート活性層２２ｂの全深さすなわち厚さであり、縁フレーム２６に結合するために機構１０と協働するようにカバープレート１２の周囲に沿って位置付けされている。その上、第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂのハンドル層２０ｂに、カバープレート・アンカー３０の各々と一直線に並んで、穴３４が形成される。
【００３７】
活性層２２ｂのカバープレート・アンカー３０および縁リム３２の特徴、およびカバープレートＳＯＩウェーハのハンドル層２０ｂの穴特徴３４は、ＲＩＥプロセスかＤＲＩＥプロセスかのどちらかを使用して形成されることができる。しかし、本発明の一実施形態によれば、少なくとも穴特徴３４は、真っ直ぐではなく傾斜した側壁を有する逆ピラミッド形として形成される。例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような従来のウェットエッチング溶液が使用されるとき、エッチングプロセスの異方性はシリコン層の結晶学的面に沿って進み、ＲＩＥプロセスおよびＤＲＩＥプロセスを使用することで結果として生じる真っ直ぐな側壁とは対照的に、傾斜した側壁が生じる。場合によっては、カバープレート・アンカー３０および縁リム３２の特徴は、また、従来のウェットエッチング・プロセスを使用して形成される。
【００３８】
その後で、この目的のために適切な従来のエッチングプロセスを使用して、カバー誘電体層１８ｂの一部が、半導体ハンドル層２０ｂおよび活性層２２ｂの以前のエッチングによって露出された領域でエッチングされ、その結果、カバープレート・アンカー３０と縁リム３２の間に露出された誘電体材料が除去されるようになる。穴特徴３４のエッチングによって半導体材料のハンドル層２０ｂに露出された誘電体材料もまた除去され、これによって、各穴特徴３４の底と関連したカバープレート・アンカー３０の内面３８との間にチャネル３６が露出される。
【００３９】
穴特徴３４の各々は、誘電体層１８ｂに隣接した穴特徴３４の少なくとも底に、かつ関連したカバープレート・アンカー３０の周囲の範囲内に、関連したカバープレート・アンカー３０よりも小さな断面積で形成される。その結果として、誘電体層１８ｂに露出されたチャネル３６は、関連したカバープレート・アンカー３０の境界の範囲内にある。従来のエッチングプロセスでは、一般に、ハンドル層２０ｂと活性層２２ａのカバープレート・アンカー３０とに接した穴特徴３４でマスクされた領域の誘電体層１８ｂにアンダーカットが生じるが、誘電体層１８ｂのエッチングは、実質的に、マスク特徴の輪郭に従っている。したがって、穴特徴３４の各々と関連したカバープレート・アンカー３０の間のマスクされた誘電体層１８ｂの部分は、実質的に、完全な状態のままである。より大きな関連したカバープレート・アンカー３０の輪郭の範囲内により小さな断面の穴特徴３４を一直線に並べることで、誘電体材料の連続した縁フレームまたはリム４０が、より小さな断面の穴特徴３４の各々のまわりに、関連したカバープレート・アンカー３０の周囲に保持されるようになる。各穴特徴３４の底のチャネル３６および関連したカバープレート・アンカー３０の内面３８は、誘電体材料の結果として生じた縁リム４０の範囲内に含まれている。誘電体材料の縁リム４０は、ハンドル層２０ｂと異なるカバープレート・アンカー３０の各々の内面３８との間の完全な封止である。したがって、誘電体材料の縁リム４０は、穴特徴３４の各々で、第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂのハンドル層２０ｂと活性層２２ｂの間の密封封止を実現する。
【００４０】
同様に、ハンドル層２０ｂと縁リム３２の間のマスクされた誘電体層１８ｂの部分は、縁リム３２の領域でカバープレート１２の周囲に沿って、第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂのハンドル層２０ｂと活性層２２ｂの間の密封封止を実現する。
【００４１】
図３は、デバイスセンサ機構１０の第１のシリコン・カバープレート１２への移動を示す断面図である。したがって、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａの第１の表面２２ａ’は、第１のカバープレート活性層２２ｂの露出表面２２ｂ’に接合される。例えば、機構活性層２２ａおよび第１のカバープレート活性層２２ｂの表面２２ａ’と２２ｂ’は、融着か共晶結合かのいずれかで接合され、これらの両方とも接合部に密封封止を生成する。場合によっては、ガラスフリットまたは接着剤などの他の従来の接合方法が使用される。機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成された機構アンカー２８は、第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂの活性層２２ｂに形成された合わせカバープレート・アンカー３０に融着されるか、共晶結合される。結合された機構アンカー２８とカバープレート・アンカー３０は、カバープレート・アンカー３０を介して機構アンカー２８を第１のカバープレート１２に直接結合することによって、機構機械特徴２４を構造的に支持する。結合された機構アンカー２８とカバープレート・アンカー３０は、同時に、機構活性層２２ａの半導体材料とカバープレート活性層２２ｂの半導体材料との間に連続した電気信号経路を実現する。
【００４２】
存在する場合には、機構活性層２２ａの連続した縁フレーム２６部分は、機構アンカー２８とカバープレート・アンカー３０の結合と同時に、第１のカバープレート活性層２２ｂの合わせ連続縁リム３２に融着されるか、共晶結合される。融着された連続縁フレーム２６およびリム３２によって、デバイスセンサ機構１０が第１のカバープレート１２に密封封止されるようになる。
【００４３】
図４は、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａのハンドル層２０ａおよび誘電体層１８ａから離されたデバイスセンサ機構１０を示す断面図である。機構ハンドル層２０ｂおよび誘電体層１８ｂは、当技術分野で知られているような適切な従来のエッチング方法によって除去される。その結果として、デバイスセンサ機構１０は、第１のカバープレート１２に付着されたままの状態であり、カバープレート・アンカー３０に結合された機構アンカー２８によって構造的に支持されている。存在する場合には、デバイスセンサ機構１０の縁フレーム２６部分は、カバープレート１２の縁リム３２部分で支持されたままの状態である。
【００４４】
図５は、第１のカバープレート１２の製作と同様に、第２のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｃに第２のシリコン・カバープレート１４の製作を示す断面図である。第２のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｃは、半導体ハンドル層２０ｃと活性層２２ｃの間に誘電体層１８ｃを含み、活性層２２ｃは、協働内部カバープレート特徴４１のパターンを露出させるように下の酸化物層１８ｃまで通してエッチングされている。活性層２２ｃに露出し、機構アンカー２８と協働するように構造化された整合するパターンで分布したいくつかのカバープレート・アンカー４２を、協働内部カバープレート特徴４１は、含んでいる。もしくは、活性層２２ｃは、カバープレート・アンカー４２が残らないで活性層２２ｃの他の部分と同時に除去されるように、完全にエッチングされる。
【００４５】
協働内部カバープレート特徴４１は、場合によっては、機構１０を密封封止するために機構縁フレーム２６と協働するように大きさが作られ、位置付けされた連続した縁フレームまたはリム４４を活性層２２ｃに含む。例えば、第２のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｃのカバープレート活性層２２ｃは、カバープレート活性層２２ｃの全深さすなわち厚さであり、縁フレーム２６に結合するために機構１０と協働するようにカバープレート１４の周囲に沿って位置付けされている。
【００４６】
場合によっては、第２のカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｃのハンドル層２０ｃに、第２のカバープレート・アンカー４２の各々と一直線に並んで、穴４６が、エッチングされる。各穴特徴４６は、関連したカバープレート・アンカー４２よりも小さな断面で、誘電体層１８ｃに隣接した穴特徴４６の少なくとも底に、および関連したカバープレート・アンカー４２の周囲の範囲内に形成される。
【００４７】
第２のカバープレート・アンカー４２と縁リム４４の間に露出された誘電体材料は、この目的に適切な従来のエッチングプロセスを使用して、半導体ハンドル層２０ｃおよび活性層２２ｃをエッチングすることによって除去される。半導体材料のカバープレート・ハンドル層２０ｃの穴特徴４６をエッチングすることによって露出された誘電体材料もまた除去され、これによって、各穴特徴４６の底と、関連したカバープレート・アンカー４２の内面５０との間にチャネル４８が露出される。その結果、第２のカバープレート誘電体層１８ｃに露出されたチャネル４８は、関連したカバープレート・アンカー４２の境界の範囲内にある。
【００４８】
穴特徴４６の各々と、関連したカバープレート・アンカー４２との間のマスクされた誘電体層１８ｃの部分は、実質的に、完全な状態のままである。より大きな関連したカバープレート・アンカー４２の輪郭の範囲内により小さな断面の穴特徴４６を一直線に並べることで、誘電体材料の連続した縁フレームまたはリム５２が、より小さな断面の穴特徴４６の各々のまわりの関連したカバープレート・アンカー４２の周囲に保持されるようになる。各穴特徴４６の底のチャネル４８および関連したカバープレート・アンカー４２の内面５０は、誘電体材料の結果として生じた縁リム５２の範囲内に含まれている。誘電体材料の縁リム５２は、ハンドル層２０ｃと異なるカバープレート・アンカー４２の各々の内面５０との間の完全な封止であり、この封止は、穴特徴４６の各々に、第２のカバープレート・ハンドル層２０ｃと活性層２２ｃの間の密封封止を実現している。
【００４９】
同様に、ハンドル層２０ｃと縁リム４４でマスクされた誘電体層１８ｃの部分は、縁リム４４の領域に第２のカバープレート１４の周囲に沿って、第２のカバープレート・ハンドル層２０ｂと活性層２２ｂの間の密封封止を実現する。
【００５０】
図６は、第１のカバープレート１２の反対側の機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに第２のシリコン・カバープレート１４の接合を示す断面図である。したがって、第１の表面２２ａ’の反対側の機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａの第２の表面２２ａ”は、第２のカバープレート活性層２２ｃの露出表面２２ｃ’に接合される。例えば、機構活性層２２ａおよび第２のカバープレート活性層２２ｃの表面２２ａ”と２２ｃ’は、融着または共晶結合によって接合されて、接合部に密封封止を生成する。第１のカバープレート・アンカー３０と第２のカバープレート・アンカー４２の間のそれぞれの誘電体層１８ｂおよび１８ｃの縁リム４０、５２は、連続した周縁カバープレート・リム３２、４２と組み合わさって動作して、第１および第２のカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃの異なる穴特徴３４，４６を通過する粒子汚染に対してデバイスセンサ機構１０の機械特徴２４を封止する。したがって、デバイスセンサ機構１０の連続した周縁フレーム２６が第１および第２のカバープレート１２、１４の合わせ連続周縁リム３２、５２と一緒に存在している場合、デバイスセンサ機構１０の機械特徴２４は、第２のカバープレート１４の露出された活性層表面２２ｃ’がデバイス機構活性層２２ａの第２の表面２２ａ”と接触したとき、粒子汚染に対して完全に封止される。
【００５１】
デバイスセンサ機構１０の機械特徴２４は、組立体が溶融温度に達すると密封封止される。例えば、機構活性層２２ａおよび第２のカバープレート活性層２２ｃは、融着か共晶結合かのどちらかによって密封封止の状態に接合される。本発明の一実施形態によれば、機構アンカー２８は、場合によっては、合わせ第２のカバープレート・アンカー４２に融着または共晶結合される。結合された場合、機構アンカー２８およびカバープレート・アンカー４２は、カバープレート・アンカー４２を通して機構アンカー２８を第２のカバープレート１４に直接結合することによって、機構機械特徴２４を構造的に支持する。結合された機構アンカー２８とカバープレート・アンカー４２は、機構活性層２２ａの半導体材料と第２のカバープレート活性層２２ｃの半導体材料の間に連続した電気信号経路を同時に実現する。
【００５２】
存在する場合、機構活性層２２ａの連続した周縁フレーム２６部分は、機構アンカー２８とカバープレート・アンカー４２の結合と同時に、第２のカバープレート活性層２２ｃの合わせ連続周縁リム５２に融着または共晶結合される。連続した縁機構フレーム２６を連続した周縁カバープレート・リム３２、４２の各々と融着することで、デバイスセンサ機構１０は第１のカバープレート１２と第２のカバープレート１４の間に密封封止されるようになる。第１のカバープレート・アンカー３０および第２のカバープレート・アンカー４２の内面３６、５０を囲繞する誘電体層１８ｃの縁リム４０、５２は、連続した周縁カバープレート・リム３２、４２と組み合わさって動作して、デバイスセンサ機構１０の機械特徴２４が完全に密封封止されることを保証する。
【００５３】
図７は、第１および第２のカバープレート１２、１４のそれぞれの穴特徴３４、４６の底に露出された第１および第２のカバープレート・アンカー３０、４２の内面３６、５０に１つまたは複数のワイヤボンディングパッド５４、５６を付けることを示す断面図である。例えば、ワイヤボンディングパッド５４、５６は、知られた適切な金属堆積プロセスを使用してアンカー表面３６、５０に堆積された金パッドである。ワイヤボンディングパッド５４、５６は、本質的に、堆積プロセスの工程によって、対応するカバープレート・アンカー３０、４２に電気的に結合される。ワイヤボンディングパッド５４、５６は、誘電体層１８ｂ、１８ｃによって行われる電気遮断によって、第１および第２のカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃから電気的に分離されており、これらの誘電体層１８ｂ、１８ｃは、また、アンカー３０、４２と、対応するハンドル層２０ｂ、２０ｃとの間の電気的分離を実現する。穴特徴３４、４６でマスクされた領域で誘電体層１８ｂ、１８ｃのアンダーカットが少ないことは、ワイヤボンディングパッド５４、５６が、隣接した穴特徴３４、４６に橋絡しないことを保証するのに役立つ。ワイヤボンディングパッド５４、５６は、後のワイヤボンディングのためのパッドを提供し、一方で、関連した穴特徴３４、４６は、ワイヤボンディングプロセスを達成するためにワイヤボンディングパッド５４、５６にアクセスすることを実現する。
【００５４】
場合によっては、熱成長酸化物または窒化物の層などの追加の絶縁体材料５８が、上部カバープレート穴特徴４６の内壁表面６０に設けられ、この絶縁体材料５８の上に、金トレースなどの導電トレース６２が、第２のカバープレート・アンカー４２の表面５０と電気的に接触して堆積され、導電トレース部分６４が、上部カバープレート・ハンドル層２０ｃの外面２０ｃ’または下部カバープレート・ハンドル層２０ｂの外面２０ｂ’の上に延びている。金または半田スタッドバンプなどの適切な大きさのスタッドバンプ６６が、従来のフリップチップ組立プロセスの組合せ機械・電気結合のための表面伝導トレース部分６４に形成される。フリップチップ組立は、当技術分野で十分によく知られているので、さらなる説明を必要としない。
【００５５】
図８は、１つまたは複数の異なるワイヤボンディングパッド５４、５６に機械的にワイヤボンディングされた金ワイヤなどの１つまたは複数の導電性ワイヤ６８を示す断面図である。融着密封封止されたほぼ完全シリコンのＭＥＭＳデバイス１の動作のために、電気入力および出力信号が、ワイヤ６８を介して、デバイスセンサ機構１０の中へ、またデバイスセンサ機構１０の中から外へ伝えられる。ＭＥＭＳデバイスのダイスタックは、試験の準備ができている。
【００５６】
図９は、図８に示された、組み立てられた融着密封封止ほぼ完全シリコンのＭＥＭＳデバイス１の１つの側を示す透視図であり（はっきりさせるために、分離フランジ２９は取り除かれている）、ワイヤ６８がワイヤボンディングパッド５４に機械的ワイヤボンディングされている。機械的にワイヤボンディングされたワイヤ６８は、内部デバイス入力および出力信号を外部電子回路に接続するために使用される。もしくは、図８に示されるように、導電性トレース６２が、穴特徴３４、４６の内壁表面６０に沿って上へ上部または下部外面２０ｃ’、２０ｂ’の方に、フリップチップ組立用のスタッドバンプ６６まで延びている。
【００５７】
本発明は、同じ環境の中に、すなわちシリコンチップ上に集積化された機械微細構造、超小型センサ、超小型アクチュエータ、および電子回路を有する他のＭＥＭＳデバイスで実施可能である。実施例によって、限定することなく、２つの異なるＭＥＭＳデバイスが図に示されている。一方は面内加速度計（ＩＰＡ）であり、他方は面外加速度計（ＯＰＡ）である。静電ＩＰＡデバイスは、当技術分野でよく知られ、１つの例が、２００３年１０月２３日にＭａｒｋ  Ｈ．  Ｅｓｋｒｉｄｇｅの名前で出願された「Ｏｕｔ‐ｏｆ‐Ｐｌａｎｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ」という名称の米国特許出願第１０／６９６，３２３号に開示されており、この出願は、参照して本明細書に組み込まれる。静電ＩＰＡは、加えられた力に比例する容量出力を有する機械容量読出し力変換器を使用する。計器フレームに固定された櫛歯と、撓部で吊るされた並進プルーフ・マスの協働櫛歯との間にキャパシタが形成される。特定の軸に沿ってプルーフ・マスに加えられた力が、フレームに対してプルーフ・マスの並進変位を引き起こし、これが、キャパシタの容量出力を変える。プルーフ・マスに加えられる力は、結果として生じた容量の変化を測定することによって定量化される。そのような静電ＩＰＡは、プルーフ・マス、懸垂撓部、および固定計器フレームワークで形成された機械的構造と、キャパシタ電極、電流供給接続、およびキャパシタ回路を形成する外部回路を備える電気構造との組合せである。本発明の静電ＩＰＡでは、並進プルーフ・マスの入力軸および感知および駆動櫛歯部分全ては、サンドイッチ状のデバイスダイスタックの中心のデバイス機構層１０の中に含まれている。２つのカバープレート１２、１４は、デバイス機構層１０を捕獲支持している。
【００５８】
静電ＯＰＡデバイスは、当技術分野でよく知られており、その１つの例は、２００３年２月１８日にＡｉｗｕ  ＹｕｅおよびＲｏｎａｌｄ  Ｂ：Ｌｅｏｎａｒｄｓｏｎの名前で出願された「ＭＥＭＳ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｐｉｃｋ‐ｏｆｆ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｒｅｂａｌａｎｃｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ」という名称の許可された米国特許出願第１０／３６８，１６０号に開示されており、この出願は、参照して本明細書に組み込まれる。静電ＯＰＡは、対向するカバープレートの各々に形成された静止電極を有する異なる組のキャパシタを形成する可撓懸垂振子プルーフ・マスを使用する。加速度変化に応答した振子プルーフ・マスの動きは、静止電極に対する振子プルーフ・マスの位置を変化させ、それによって、ピックオフ・キャパシタンスの変化を生じさせる。このピックオフ・キャパシタンスの変化は、加速度を表示するものである。閉ループデバイスでは、対向するカバープレート間の基準位置まで振子プルーフ・マスを駆動し、かつそこに振子プルーフ・マスを維持するために、静電再平衡用の一組のキャパシタが、振子プルーフ・マスと静止帰還電極の間に形成される。本発明の静電ＯＰＡでは、機械特徴２４は、デバイス機構層１０の中に含まれた振子プルーフ・マスを含み、感知および駆動領域がカバープレート１２、１４上に存在している。一般に、この発明で説明された性能の改善は、ＩＰＡ型およびＯＰＡ型加速度計とレートジャイロ・デバイスの両方に当てはまり、製作方法は実質的に同一である。
【００５９】
図１０は、簡単な感知・駆動櫛型加速度計として構成された本発明に従った簡単な静電ＩＰＡダイスタック１００として、実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイス１の透視分解組立図である。この簡単な実施例は、特許請求される発明を限定することなく本発明を説明するためのものである。例示のＩＰＡダイスタック１００は、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成されたデバイスセンサ機構１０と、カバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂ、１６ｃの活性層２２ｂ、２２ｃに形成された協働内部カバープレート特徴３１、４１とを含む。例示のデバイスセンサ機構１０は、同じく機構活性層２２ａに形成された連続縁フレーム２６で囲繞された機構活性層２２ａに形成されたデバイス機械特徴２４を含む。機構アンカー２８は、ＩＰＡ機械特徴２４を構造的に支持するために機構活性層２２ａに設けられている。簡単な実施例のＩＰＡ１００では、機械特徴２４は、４つの櫛部１０２、１０４、１０６、１０８を含む。最初の２つの櫛部１０２、１０４は、カバープレート・アンカー３０の異なる対に融着または共晶結合することによって、第１のカバープレート１２に固定されている。カバープレート・アンカー３０の他の対は、１つまたは複数の機構アンカー２８を介して並進プルーフ・マス１１０を支持している。プルーフ・マス１１０は、場合によっては、機構ウェーハエレメント１６ａの面内で並進するように、プルーフ・マス１１０とこれを支持する機構アンカー２８の間の機構活性層２２ａに形成された１つまたは複数の撓部１１２で機械的に吊るされている。閉ループＩＰＡデバイス１００では、固定櫛部１０２、１０４のどれも、感知出力か駆動入力かのどちらかのために動作する。ＩＰＡデバイス１００は、場合によっては、他の多くの可能な構成のどれかで構造化される。例えば、開ループＩＰＡ構成では、櫛部１０２、１０４、１０６、１０８の全ては、ピックオフ部または感知出力部として動作する。
【００６０】
図１１は、組立後の簡単な実施例のＩＰＡダイスタック１００の一部の透視拡大であり、第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０に結合された簡単なデバイスセンサ機構１０の固定櫛部を示す。櫛部１０２、１０４の各々は、下および上からカバープレート１２、１４で支持され、櫛部１０２、１０４の各々は、活性層２２ｂ、２２ｃをそれぞれのカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃから隔離する誘電体層１８ｂ、１８ｃのＳｉＯ２材料で電気的に分離されている。穴特徴３４、４６は、それぞれのカバープレート１２、１４に開口を設け、これらの開口は、後で機械結合ワイヤ６８またはスタッドバンプ６６によって電気接続を行うことができるように、カバープレート・アンカー３０、４２に隣接し一直線に並んだ活性層２２ｂ、２２ｃを露出させている。したがって、固定櫛部１０２は、両側すなわち上と下から支持されているが、一方で、カバープレート・アンカー３０、４２の各々のまわり保持された誘電体材料のそれぞれの縁リム４０、５２によって、カバープレート１２、１４およびＩＰＡ機械特徴２４の他のものから電気的に分離された状態になっている。図示されるように、ＩＰＡ機械特徴２４は、第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０、４２によって構造的に支持されている。
【００６１】
穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８は、第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０、４２の内面３８、５０へのアクセスをそれぞれ実現する。後の工程で、ワイヤボンディングパッド５４、５６は、穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８を通して、カバープレート・アンカーの内面３８、５０に堆積される。穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８は、また、後の工程でワイヤボンディングのためのアクセスを実現する。もしくは、追加の絶縁体材料５８および導電トレース６２が、カバープレート・アンカー３０、４２（図示された）のカバープレート・アンカー内面３８、５０（図示された）の一方または両方から内壁面６０を登って、さらに下部または上部（図示された）カバープレート・ハンドル層２０ｂ、２０ｃの外面２０ｂ’、２０ｃ’（図示された）の上まで間に堆積される。スタッドバンプ６６が形成された後で、ＩＰＡダイスタック１００は、従来のフリップチップ組立プロセスでボンディングする準備ができている。
【００６２】
図１２は、本明細書で説明されるように、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成され連続縁フレーム２６で囲繞されたＩＰＡ機械特徴２４を有する簡単な実施例のＩＰＡダイスタック１００の簡単なデバイスセンサ機構１０の透視図である。図示のように、プルーフ・マス１１０は、プルーフ・マス１１０とこれを支持する機構アンカー２８の間の機構活性層２２ａに形成された一対の撓部１１２の上に、機構ウェーハエレメント１６ａの面内で並進するように機械的に吊るされている。機構アンカー２８は、カバープレート・アンカー３０、４２に整合するパターンで位置付けされている。
【００６３】
図１３は、第１と第２のカバープレート１２、１４の両方を示す透視図であり、第１および第２のカバープレート１２、１４の一方の内部または活性層２２ｂ、２２ｃに形成された協働内部カバープレート特徴３１、４１を含んでいる。協働内部カバープレート特徴３１、４１は、簡単な実施例のＩＰＡダイスタック１００の簡単なデバイスセンサ機構１０の内部電気部分間にいくつかの導電コネクタ１１４を含む。電気接続は、場合によって、２以上のカバープレート・アンカー３０、４２と組み合わせて１つまたは複数の導電コネクタ１１４を使用して、第１の下部カバープレート１２および第２の上部カバープレート１４の一方か両方かに作られる。２以上のカバープレート・アンカー３０、４２は、機構活性層２２ａの第１の表面２２ａ’と第１のカバープレート活性層２２ｂの表面２２ｂ’との間の界面の融着または共晶結合接合部および第２の能動表面２２ａ”と第２のカバープレート活性層表面２２ｃ’の間の界面の結合接合部によって、ＩＰＡデバイス機械特徴２４の部分に結合されている。コネクタ１１４は、第１および第２のカバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの半導体材料で形成され、したがって、それによって相互接続された異なるカバープレート・アンカー３０、４２の間に導電経路を実現する。融着または共晶結合接合部は、異なるカバープレート・アンカー３０、４２と機構活性層２２ａの間に導電経路を実現する。したがって、コネクタ１１４は、コネクタ１１４で相互接続された異なるカバープレート・アンカー３０、４２に結合されたＩＰＡデバイス機構特徴２４の異なる部分間で電気信号を伝えるように構造化されている。異なるコネクタ１１４とそれによって相互接続された異なるカバープレート・アンカー３０、４２は、物理的な隔離と、コネクタ１１４およびカバープレート・アンカー３０、４２を半導体カバープレート・ハンドル層２０ｂ、２０ｃから分離する誘電体材料の層１８ｂ、１８ｃとによって、カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの他の部分から分離されている。したがって、コネクタ１１４は、そうでなければ物理的な隔離および誘電体層１８ｂ、１８ｃによって互いに電気的に分離されているデバイス機械特徴２４の異なる部分間で電気信号を分路する手段を提供する。例えば、コネクタ１１４の１つは、ＩＰＡデバイス機械特徴２４の２つの部分の間で共通信号を伝えるように、異なる固定櫛部１０２、１０４に融着または共晶結合された一対のカバープレート・アンカー３０、４２を電気的に相互接続することによって、デバイス機構活性層２２ａの固定櫛部１０２、１０４を電気的に相互接続する。したがって、複数の固定櫛部１０２、１０４などのデバイス機械特徴２４の複数の部分が同じ共通信号を伝えるとき、それらの部分は、カバープレート１２、１４の一方の中で、デバイス１００に内部で電気的に相互接続される。同じ共通信号を伝えるデバイス機械特徴２４の異なる部分のカバープレート１２、１４の電気的内部相互接続のさらなる有利点は、ただ１つのワイヤボンディングが、全ての異なる部分のために共通信号を伝えることができることである。したがって、同じ信号用の多数のワイヤボンドが回避される。
【００６４】
場合によっては、デバイス機械特徴２４の複数の異なる部分で共有される共通信号にアクセスするために、ただ１つの穴特徴３４または４６だけが設けられる。したがって、コネクタ１１４によって共通信号を伝えるように結合されたカバープレート・アンカー３０、４２の１つと一直線に並んだ１つの穴特徴３４または４６が、カバープレート１２または１４に形成される。しかし、場合によっては、デバイス１００に対称性を与えるために、共通信号を伝えるようにコネクタ１１４で結合されるカバープレート・アンカー３０または４２の各々と一直線に並んだ追加の穴特徴３４または４６が、カバープレート１２または１４に形成される。もしくは、コネクタ１１４によってデバイス機械特徴２４の異なる部分に伝えられる共通信号は、機構の内部にある型のものであり、すなわち入力信号または出力信号でなく、その結果、ワイヤボンディングまたは他の入力／出力信号担体は不必要になる。そのような例では、共通信号は、関連したカバープレート・アンカー３０または４２のどれかにアクセスするための穴特徴３４または４６を設けることなく、カバープレート１２または１４のハンドル層２０ｂまたは２０ｃの中で完全に伝えられる。したがって、１つまたは複数のカバープレート・アンカー３０または４２は、関連した穴特徴３４または４６なしに、カバープレート・ハンドル層２０ｂまたは２０ｃに設けられてもよい。
【００６５】
デバイス機械特徴２４の複数の部分の間で共通信号を伝えるのと同時に、コネクタ１１４は、異なるコネクタ１１４間の物理的な隔離および誘電体層１８ｂまたは１８ｃによって、デバイス１００の中の異なる電気信号を分離する手段を実現する。異なる電気信号の数は、デバイス設計に依存する。しかし、そのようなデバイスには、一般に、２から８の異なる信号がある。
【００６６】
コネクタ１１４は、カバープレート１２または１４の活性層２２ｂまたは２２ｃ’に形成された協働内部カバープレート特徴３１または４１の大部分の完成表面２２ｂ’または２２ｃ’より下に引っ込めて作られ、すなわちセットバックされている。実施例によって、限定することなしに、カバープレート・エッチングプロセスを停止し、さらに選ばれたカバープレート・アンカー３０または４２間の選ばれた経路に沿って活性層２２ｂまたは２２ｃの部分をマスクすることによって、コネクタ１１４は、活性層表面２２ｂ’または２２ｃ’より下に引っ込めて作られた、すなわちセットバックされたカバープレート活性層２２ｂまたは２２ｃに形成されている。したがって、引っ込みまたはセットバックは、カバープレート・エッチングプロセスの中間段階で設けられ、コネクタ１１４は、下の酸化物層１８ｂまたは１８ｃまで通した継続されたエッチングによって、選ばれた経路に沿って活性層２２ｂまたは２２ｃに露出される。したがって、コネクタ１１４は、カバープレート・アンカー３０または４２の活性層表面２２ｂ’または２２ｃ’およびカバープレート１２または１４の縁リム３２または４４より下に引っ込めて作られ、すなわちセットバックされており、これによって、コネクタ１１４は、関連したカバープレート・アンカー３０または４２を通したもの除いて、デバイス機械特徴２４から物理的電気的に分離される。
【００６７】
図１４は、２つのカバープレート１２、１４の間にサンドイッチ状に挟まれた機構層１０を有する簡単な振子加速度計として構成された、本発明に従った簡単な静電ＯＰＡ（面外加速度計）ダイスタック２００として、実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイス１の透視分解組立図である。この簡単な実施例は、特許請求された発明を限定することなく、本発明を説明するためのものである。例示のＯＰＡダイスタック２００は、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成されたデバイスセンサ機構１０と、カバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂ、１６ｃの活性層２２ｂ、２２ｃに形成された協働内部カバープレート特徴３１、４１とを含む。例示のデバイスセンサ機構１０は、連続縁フレーム２６で囲繞されたＯＰＡデバイス２００の機械特徴２４を含む。機構アンカー２８は、ＯＰＡ機械特徴２４を構造的に支持するために機構活性層２２ａに設けられている。簡単な実施例のＯＰＡ２００では、機械特徴２４は、静止フレーム２１４から１つまたは複数の撓部２１２によって撓み可能に吊るされた可撓懸垂振子プルーフ・マス２１０を含む。静止フレーム２１４は、それぞれのカバープレート・アンカー３０、４２に融着または共晶結合することによって一方または両方のカバープレート１２、１４に固定された１つまたは複数の機構アンカー２８を含む。１つまたは複数の入力および出力電気信号が、機構アンカー２８を介して、振子プルーフ・マス２１０と１つまたは複数のカバープレート・アンカー３０、４２の間で伝えられる。  
【００６８】
閉ループＯＰＡデバイス２００では、プルーフ・マス２１０は、第１の、すなわち下部カバープレート１２の内部または活性層２２ｂに形成された協働内部カバープレート特徴３１の一部として固定励起帰還電極板２１６ａ、２１６ｂに整合されている。
【００６９】
第２の、すなわち上部カバープレート活性層２２ｃの整合電極板で協働内部カバープレート特徴４１の一部として鏡映される固定電極板２１６ａ、２１６ｂは、協働内部カバープレート特徴３１、４１の大部分の完成表面２２ｂ’または２２ｃ’より下に引っ込めて作られ、すなわちセットバックされており、この協働内部カバープレート特徴３１、４１は、デバイスセンサ機構１０の面に対して垂直な成分を有する加速度入力に応答したプルーフ・マス２１０の面外運動のためのスペースを実現するように、それぞれのカバープレート１２、１４の活性層２２ｂ、２２ｃに形成されている。実施例によって、限定することなく、カバープレート・エッチングプロセスを停止し、電極板２１６ａ、２１６ｂの領域の活性層２２ｂ、２２ｃの部分をマスクすることによって、活性層表面２２ｂ’、２２ｃ’より下に僅かに、例えば３ミクロン、引っ込めて作られた、すなわちセットバックされたカバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの一方または両方に、固定電極板２１６ａ、２１６ｂが形成される。したがって、この引っ込みすなわちセットバックは、カバープレート・エッチングプロセスの初期に設けられ、電極板２１６ａ、２１６ｂは、下の酸化物層１８ｂまたは１８ｃまで通した継続されたエッチングによって、プルーフ・マス２１０の反対側の活性層２２ｂ、２２ｃに露出されている。したがって、電極板２１６ａ、２１６ｂは、カバープレート・アンカー３０、４２の活性層表面２２ｂ’、２２ｃ’およびそれぞれのカバープレート１２、１４の縁リム３２、４４より下に僅かに引っ込めて作られ、すなわちセットバックされており、これによって、電極板２１６ａ、２１６ｂは、それぞれのカバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの残りのものから物理的電気的に分離されている。
【００７０】
協働内部カバープレート特徴３１および４１の固定電極板２１６ａ、２１６ｂは、刺激信号および静電再平衡信号をそれぞれ受け取るための励起電極および帰還電極として動作する。もしくは、固定電極板２１６ａ、２１６ｂは、励起信号に重畳された帰還信号を有する単一の電極板に組み合わされる。ＯＰＡデバイス２００は、場合によっては、多くの他の可能な構成のどれかで構造化される。例えば、開ループＯＰＡ構成では、固定電極板２１６ａ、２１６ｂは、単一のピックオフ部すなわち感知出力部として組み合わされ、動作する。
【００７１】
１つの実施例では、カバープレート１２の固定電極板２１６ａ、２１６ｂは、カバープレート活性層２２ｂの半導体材料に協働内部カバープレート特徴３１、４１の一部として形成された異なる導電コネクタ１１４によって、異なるカバープレート・アンカー３０に電気的に結合される。したがって、コネクタ１１４は、カバープレート活性層２２ｂの異なる内部電気部分間の分離された導電経路を実現し、同時に、異なる内部電気部分を異なるカバープレート・アンカー３０に接続することによって入力信号および出力信号へのアクセスを実現する。異なるカバープレート・アンカー３０の信号へのアクセスは、本明細書で述べられるように、関連した穴特徴３４で実現される。
【００７２】
本発明の一実施形態によれば、カバープレート１２、１４の間で電気信号を伝えるために、１つまたは複数の分路アンカー２２０が、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの半導体活性層２２ａに、協働内部カバープレート特徴３１、４１の一部として設けられる。例えば、１つまたは複数の分路アンカー２２０は、機構アンカー２８と物理的に同時に同じやり方で機構活性層２２ａに形成されるが、ただ異なることは、分路アンカー２２０がデバイス２００の動作機械特徴２４から分離されることであり、このことが、同時に、相互の電気的分離を実現している。各分路アンカー２２０は、融着または共晶結合によって協働内部カバープレート特徴３１、４１の整合カバープレート・アンカー３０、４２に結合されるとき、カバープレート１２、１４の間で入力または出力電気信号を伝えるように動作する。したがって、電気入力および出力信号は、カバープレート１２、１４の整合カバープレート・アンカー３０、４２間に結合された半導体分路アンカー２２０を通した伝導によって、上部カバープレート１４の異なる穴特徴４６を通して、下部カバープレート１２へ、また下部カバープレート１２から伝えられる。したがって、下部カバープレート１２の電気信号は、上部カバープレート１４の穴特徴４６を通してアクセス可能であるが、デバイス２００の中間面に関してデバイス対称性を実現するために、整合穴特徴３０は、場合によっては、下部電極１２の分路アンカー２２０の各々のところに形成される。
【００７３】
開ループＯＰＡデバイスでは、各々第１のカバープレート１２のカバープレート・アンカー３０および第２のカバープレート１４のカバープレート・アンカー４２と組み合わせて機構分路アンカー２２０で形成された２つのアンカー柱２２２（図１５に示される）が、励起信号を、各カバープレート電極２１６ａ、２１６ｂの１つに伝える。穴特徴３４、４６が第１と第２のカバープレート・アンカー３０、４２の両方のために形成されるとき、励起信号は、第１か第２かのどちらかのカバープレート１２、１４に入力される。閉ループデバイスでは、各カバープレート１２、１４に対して２つのアンカー柱２２２の４つのアンカー柱２２２が設けられて、一方が感知信号を伝え他方が駆動信号を伝える。これらのアンカー柱２２２のうちの２つでは、全アンカー柱２２２が信号を反対側のカバープレートに伝えるために使用される。場合によっては、カバープレート１２、１４のアンカー柱２２２および協働穴特徴３４、４６は、プルーフ・マス中心線ＣＬに関して、およびデバイス２００の中間面に関してデバイス対称性を実現するように互いに相対して設けられる。
【００７４】
図１５は、組立後の簡単な実施例のＯＰＡダイスタック２００の一部の透視拡大であり、静止フレーム２１４に形成された１つまたは複数の機構アンカー２８によって第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０に結合された簡単なＯＰＡデバイスセンサ機構１０の可撓能懸垂振子プルーフ・マス２１０を示している。振子プルーフ・マス２１０は、カバー・アンカー３０、４２によって下および上からカバープレート１２、１４で支持され、さらに振子プルーフ・マス２１０は、カバー・アンカー３０、４２をそれぞれのカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃから隔離する誘電体層１８ｂ、１８ｃのＳｉＯ２材料で電気的に分離されている。
【００７５】
穴特徴３４、４６は、それぞれのカバープレート１２、１４に開口を実現し、その開口は、後で機械ボンディングされたワイヤ６８またはスタッドバンプ６６を介して電気接続を行うことができるように、それぞれのカバー・アンカー３０、４２に隣接しかつ一直線に並んだ活性層２２ｂ、２２ｃを露出させている。したがって、プルーフ・マス静止フレーム２１４は、両側から、すなわち上と下から支持されているが、一方で、この静止フレーム２１４は、カバープレート・アンカー３０、４２の各々のまわりに保持された誘電体材料のそれぞれの縁リム４０、５２によって、カバープレート１２、１４およびＯＰＡ機械特徴２４の他のものから電気的に分離された状態になっている。図示のように、ＯＰＡ機械特徴２４は、第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０、４２によって構造的に支持されている。
【００７６】
穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８は、第１および第２のカバープレート１２、１４のカバープレート・アンカー３０、４２の内面３８、５０へのアクセスをそれぞれ実現する。後の工程で、ワイヤボンディングパッド５４、５６が、穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８を通して、カバープレート・アンカー内面３８、５０に堆積される。穴特徴３４、４６およびチャネル３６、４８は、また、後の工程でワイヤボンディングのためのアクセスを実現する。もしくは、追加の絶縁体材料５８および導電トレース６２が、カバープレート・アンカー３０または４２（図示された）のカバープレート・アンカー内面３８または５０（図示された）から内壁面６０を登って下部または上部（図示された）カバープレート・ハンドル層２０ｂ、２０ｃ（図示された）の外面２０ｂ’、２０ｃ’（図示された）の上までの間に堆積される。スタッドバンプ６６が形成された後で、ＯＰＡダイスタック２００は、従来のフリップチップ組立プロセスでボンディングする準備ができている。
【００７７】
図１６は、本発明で説明されるように、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成され連続縁フレーム２６で囲繞されたＯＰＡ機械特徴２４を有する簡単な実施例のＯＰＡダイスタック２００の簡単なデバイスセンサ機構１０の透視図である。図示のように、プルーフ・マス１１０は、プルーフ・マス２１０とこれを支持する１つまたは複数の機構アンカー２８との間の機構活性層２２ａに形成された一対の撓部２１２で、機構ウェーハエレメント１６ａの面外の回転に対して静止フレーム２１４から機械的に吊るされている。１つまたは複数の機構アンカー２８は、カバープレート・アンカー３０、４２に整合するパターンで位置付けされている。
【００７８】
簡単な実施例のＯＰＡダイスタック２００の簡単なデバイスセンサ機構１０は、また、ＯＰＡデバイス２００の動作中に駆動信号および感知信号を伝えるためにアンカー柱２２２に組み合わされた１つまたは複数の導電分路アンカー２２０を両方とも含む。分路アンカー２２０、および縁フレーム２６だけでなくプルーフ・マス２１０、撓部２１２、フレーム２１４、および機構アンカー２８も含んだ簡単なＯＰＡデバイスセンサ機構１０の全ての機械特徴２４、および縁フレーム２６は、機構活性層２２ａの実質的に同一の全厚さで形成されている。したがって、融着または共晶結合によって接合されたとき、縁フレーム２６だけでなく機構アンカー２８および分路アンカー２２０も、カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの表面２２ｂ’、２２ｃ’に接触して、密封封止を作る。
【００７９】
図１７は、第１と第２のカバープレート１２、１４の両方を示す透視図であり、それぞれの第１および第２のカバープレート１２、１４の内部または活性層２２ｂ、２２ｃに形成された協働内部カバープレート特徴３１、４１を含んでいる。協働内部カバープレート特徴３１、４１は、簡単な実施例のＯＰＡダイスタック２００のカバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの内部電気部分間にいくつかの導電コネクタ１１４を含む。電気接続は、場合によっては、カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの固定電極板２１６ａ、２１６ｂの各々をカバープレート・アンカー３０、４２の異なるものに電気的に相互接続するために協働内部カバープレート特徴３１、４１の一部として形成された１つまたは複数の導電コネクタ１１４を使用して、第１の下部カバープレート１２および第２の上部カバープレート１４の一方か両方かで行われる。コネクタ１１４は、カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの半導体材料で形成され、したがって、これによって相互接続された電極板２１６ａ、２１６ｂと異なるカバープレート・アンカー３０、４２との間に導電経路を実現する。
【００８０】
したがって、コネクタ１１４は、コネクタ１１４で異なるカバープレート・アンカー３０、４２に相互接続された、ＯＰＡデバイス・カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの異なる部分間で電気信号を伝えるように構造化される。それによって相互接続されたカバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの異なるコネクタ１１４と異なる部分は、物理的な隔離と、コネクタ１１４、固定電極板２１６ａ、２１６ｂおよびカバープレート・アンカー３０、４２を半導体カバープレート・ハンドル層２０ｂ、２０ｃのそれぞれから分離する誘電体材料の層１８ｂ、１８ｃとによって、カバープレート活性層２２ｂ、２２ｃの他の部分から分離されている。したがって、コネクタ１１４は、そうでなければそれぞれのカバープレート誘電体層１８ｂ、１８ｃによって電気的に分離されている電極板２１６ａ、２１６ｂへの、またこれらの電極板２１６ａ、２１６ｂからの電気信号を分路する手段を提供する。例えば、電極板２１６ａとＯＰＡデバイス２００の外のカバープレート内面３８、５０の間に電気信号を伝えるために、コネクタ１１４の１つが、カバープレート・アンカー３０、４２の１つへの電気的相互接続によって電極板２１６ａの１つへの電気的なアクセスを実現する。電極板２１６ｂとカバープレート・アンカー内面３８、５０の間の電気信号を分路するために、コネクタ１１４の別のもが、カバープレート・アンカー３０、４２の１つに電気的に相互接続して他方の電極板２１６ｂへの電気的アクセスを実現する。場合によっては、各電極板２１６ａ、２１６ｂにアクセスするために、ただ１つの穴特徴３４または４６だけが設けられる。したがって、各電極板２１６ａ、２１６ｂがカバープレート・アンカー３０、４２の信号にアクセスするために、それぞれのカバープレート１２または１４に１つの穴特徴３４または４６が形成される。しかし、場合によっては、デバイス２００に対称性を与えるために、コネクタ１１４で結合されたそれぞれのカバープレート・アンカー４２または３０の各々と一直線に並んだ追加の穴特徴３４または４６が、反対側のカバープレート１２または１４に形成される。
【００８１】
本発明の一実施形態によれば、カバープレート・アンカー３０、４２および関連した穴特徴３４、４６は、１つまたは複数の機構分路アンカー２２０の各々に整合した位置で、それぞれのカバープレート１２、１４に形成される。
【００８２】
図１８は、それぞれの穴特徴３４、４６と一直線に合わされた関連したカバープレート・アンカー３０、４２の内面３８、５０を露出させるために、それぞれの穴特徴３４、４６がその中に形成されている第１と第２のカバープレート１２、１４の両方のハンドル層２０ｂ、２０ｃの外面２０ｂ’、２０ｃ’を示す透視図である。
【００８３】
図１９は、２つのＩＰＡ３１０、３１２と１つのＯＰＡ３１４が、単一の第１すなわち下部カバープレート１２と単一の第２すなわち上部カバープレート１４との間にサンドイッチ状に挟まれた単一のデバイスセンサ機構１０に配列された、本発明の一実施形態に従った簡単な３軸ＭＥＭＳ加速度計デバイス３００として、実施例によって限定することなしに具体化された本発明のＭＥＭＳデバイス１の透視図である。はっきりさせるために、上部カバープレート１４は省略されている。簡単な実施例は、特許請求される発明を限定することなく本発明を説明するためのものである。２つのＩＰＡ３１０、３１２およびＯＰＡ３１４は、場合によって、本明細書で説明された型の開ループデバイスか閉ループデバイスかのどちらかとして構成される。２つのＩＰＡ３１０、３１２およびＯＰＡ３１４は、互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って動作するように単一の機構活性層２２ａに配列されている。実施例によって、限定することなく、２つのＩＰＡ３１０、３１２は、それぞれの互いに直交するＸ、Ｙ軸に沿って動作するように構成され、一方で、ＯＰＡ３１４は、互いに直交するＺ軸に沿って動作するように構成されている。図１９は、実施例によって、限定することなく、２つのＩＰＡ３１０、３１２およびＯＰＡ３１４の多くの随意の配列のうちのただ１つを示す。
【００８４】
２つのＩＰＡ３１０、３１２およびＯＰＡ３１４は、実施例によって、限定することなく、本明細書で図示され詳細に説明された簡単な例示の型のものである。３軸ＭＥＭＳ加速度計デバイス３００の単一のデバイスセンサ機構１０は、２組のＩＰＡ機械特徴２４ａおよび２４ｂとただ１組のＯＰＡ機構特徴２４ｃを含み、全て単一機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに形成されている。
【００８５】
２つの例示のＩＰＡ３１０、３１２は、本明細書で説明された簡単な感知・駆動櫛型静電ＩＰＡ１００の型の独立した静電ＩＰＡダイスタックである。したがって、それぞれの例示のＩＰＡ３１０、３１２のＩＰＡ機械特徴２４ａ、２４ｂは、４つの櫛部１０２、１０４、１０６、１０８を含み、２つの櫛部１０２、１０４は、カバープレート・アンカー３０、４２の異なる対に融着または共晶結合することによって、第１と第２のカバープレート１２、１４の一方または両方に固定されている。また、ＩＰＡ機械特徴２４ａ、２４ｂは、１つまたは複数の撓部１１２によって対の機構アンカー２８から吊るされた並進プルーフ・マス１１０を含み、これらの機構アンカー２８は、本明細書で説明されるように、他の対のカバープレート・アンカー３０、４２への結合を介してカバープレート１２、１４の一方または両方に対して支持されている。
【００８６】
例示のＯＰＡ３１４は、本明細書で説明された簡単な振子型静電ＯＰＡダイスタック２００の型の静電ＯＰＡダイスタックである。したがって、例示のＯＰＡ３１４のＯＰＡ機械特徴２４ｃは、１つまたは複数の撓部２１２によって静止フレーム２１４から撓み可能に吊るされた振子プルーフ・マス２１０を含み、この静止フレーム２１４は、本明細書で説明されたように、それぞれのカバープレート・アンカー３０、４２に融着または共晶結合することによって、カバープレート１２、１４の一方または両方に固定された少なくとも１つの機構アンカー２８を含んでいる。本発明の一実施形態によれば、ＯＰＡ機械特徴２４ｃは、本明細書で説明されたように、対向するカバープレート１２、１４間で電気信号を伝える分路アンカー２２０をアンカー柱２２２に含んでいる。
【００８７】
例示の３軸ＭＥＭＳ加速度計デバイス３００のカバープレート１２、１４は、それぞれのカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂ、１６ｃの活性層２２ｂ、２２ｃに形成されたそれぞれの協働内部カバープレート特徴３１、４１を含む。内部カバープレート特徴３１、４１は、それぞれの例示のＩＰＡ３１０、３１２の機械特徴２４ａ、２４ｂおよび例示のＯＰＡ３１４の機械特徴２４ｃと協働するように構成され、配列されている。したがって、それぞれのカバープレート１２、１４の内部カバープレート特徴３１、４１は、本明細書で説明されるように、ＩＰＡデバイス機械特徴２４ａ、２４ｂの異なる部分間で共通信号を伝える導電コネクタ１１４だけでなくそれぞれの例示のＩＰＡ３１０、３１２の固定櫛部１０２、１０４および並進プルーフ・マス１１０とも協働するように、本明細書で説明されるように構造化され配列された２組のカバープレート・アンカー３０、４２を含む。
【００８８】
内部カバープレート特徴３１、４１は、また、入力および出力電気信号をＯＰＡプルーフ・マス２１０に、またＯＰＡプルーフ・マス２１０から伝えるために１つまたは複数の機構フレームアンカー２８と協働するように、本明細書で説明されるように構造化され配列されたカバープレート・アンカー３０、４２だけでなく、ＯＰＡプルーフ・マス２１０の内側部分２１０ａおよび外側部分２１０ｂに整合された固定電極板２１６ａ、２１６ｂも含む。内部カバープレート特徴３１、４１は、また、固定電極板２１６ａ、２１６ｂと分路アンカー２２０に関連したカバープレート・アンカー３０、４２との間に信号を伝える導電コネクタ１１４だけでなく、カバープレート１２、１４間で電気信号を伝えるアンカー柱２２２の中の１つまたは複数の分路アンカー２２０と協働するように本明細書で説明されるように構造化され、配列されたカバープレート・アンカー３０、４２も含む。内部カバープレート特徴３１、４１は、また、デバイス２００の中間面に関して対称性を与えるようにアンカー柱２２２と協働するように、本明細書で説明されるように構造化され、配列されたカバープレート・アンカー３０、４２を含む。
【００８９】
穴特徴３４、４６は、１つまたは複数のカバープレート・アンカー３０、４２と一直線に並んで第１および第２のカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃに形成される。ワイヤボンディングパッド５４、５６が、それぞれの穴特徴３４、４６の底に露出された第１および第２のカバープレート・アンカー３０、４２の内面３６、５０に堆積される。もしくは、本明細書で説明されるように、本明細書で説明されたように、追加の絶縁体材料５８が、上部カバープレート穴特徴４６の内壁面６０に設けられ、さらに、その上に、第２のカバープレート・アンカー４２の表面５０に電気的に接触し、かつ上部カバープレート・ハンドル層２０ｃの外面２０ｃ’の上に延びる導電トレース部分６４を有する導電トレース６２が堆積され、その外面２０ｃ‘に、従来のフリップチップ組立プロセスでボンディングするために、スタッドバンプ６６が形成される。
【００９０】
本発明の一実施形態によれば、３軸ＭＥＭＳ加速度計デバイス３００の単一デバイスセンサ機構１０は、本明細書で開示されるように、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに露出された連続縁フレームまたはリム２６を含む。縁フレーム２６は、デバイスセンサ機構１０の周縁に沿って設けられ、ＩＰＡおよびＯＰＡ機械特徴２４ａ、２４ｂ、２４ｃを完全に囲繞している。デバイスセンサ機構１０を密封封止するために、整合縁フレーム３２、４４が、カバープレート１２、１４の活性層２２ｂ、２２ｃに形成されている。場合によっては、分離フランジ２９が、ＩＰＡおよびＯＰＡ機械特徴２４ａ、２４ｂ、２４ｃの外の機構活性層２２ａの周縁面に沿って設けられる。分離フランジ２９は、縁フレーム２６の外周縁面２６ａに結合されている。
【００９１】
図２０は、面内運動と面外運動の両方のために吊るされた一対の静電櫛駆動加速度計デバイスで形成された簡単なＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロスコープすなわち「ジャイロ」デバイス４００として、実施例によって、限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイス１の平面図である。本発明の一実施形態によれば、簡単なＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロ・デバイス４００の機械特徴２４は、単一の第１すなわち下部カバープレート１２と単一の第２すなわち上部カバープレート１４の間にサンドイッチ状に挟まれた単一デバイスセンサ機構１０に配列された２つの対称配列並進プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂを含む。はっきりさせるために、上部カバープレート１４は省略されている。簡単な実施例は、特許請求される発明を限定することなく本発明を説明するためのものである。プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂは、面内運動と面外運動の両方のために撓部４１２で吊るされている。カバープレート１２，１４の活性層２２ｂ、２２ｃに形成された協働内部カバープレート特徴３１、４１は、固定静電モータ櫛駆動部４１４、４１６および固定静電モータ櫛ピックオフ４１８を含む。カバープレート１２、１４に対してプルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂを支持し、かつ入力および出力信号を伝えるために、一対の機構アンカー２８が、プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂの間に配列されている。これらの機構アンカー２８は、本明細書で説明されるように、それぞれのカバープレート・アンカー３０、４２で一方または両方のカバープレート１２、１４に固定されている。
【００９２】
機構層１０の底面および上面に接合されたカバープレート１２、１４は、各々、２つのピックオフ領域４２０ａ、４２０ｂを有し、それぞれの１つが、プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂの各々に向き合っている。対向するカバー１２、１４の対角線上の各対の領域４２０ａ、４２０ｂは、電気的に結合されている。簡単なＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロ・デバイス４００の出力信号は、これらの２つの容量の対の差に比例する。この出力信号は、角速度を示すように復調される。
【００９３】
簡単に言えば、モータ部は、２つのプルーフ・マスが約２０ｋＨｚ程度の高い共振周波数で反対の面内並進運動で振動し続けるようにする。面内並進、すなわち入力軸のまわりの回転がない場合、プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂは、面外運動を経験しないので、キャパシタンス差、すなわち２つの容量の対の間の差はゼロのままである。ＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロ・デバイス４００が、回転速度を経験するとき、面外コリオリ加速度がデバイス４００に誘起され、これが２つのプルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂを位相のずれた状態にし、その結果、揺動運動が回転入力軸のまわりにモータ周波数で誘起されるようになる。この揺動運動で生成された交流キャパシタンス差は、回転速度に正比例する。本明細書で説明された型のコリオリベースのレートジャイロは、場合によって、開ループモードか閉ループモードかのどちらかで動作させられる。
【００９４】
例示のＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロ・デバイス４００のカバープレート１２、１４は、それぞれのカバープレートＳＯＩウェーハエレメント１６ｂ、１６ｃの活性層２２ｂ、２２ｃに形成されたそれぞれの協働内部カバープレート特徴３１、４１を含む。内部カバープレート特徴３１、４１は、コリオリ・レートジャイロ機構層１０の機械特徴２４と協働するように構成され、配列されている。したがって、それぞれのカバープレート１２、１４の内部カバープレート特徴３１、４１は、２つのピックオフ領域４２０ａ、４２０ｂだけでなく、固定モータ駆動部４１４、４１６および固定モータピックオフ４１８と協働するように、本明細書で説明されるように構造化され配列されたカバープレート・アンカー３０、４２も含む。内部カバープレート特徴３１、４１は、また、プルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂに、またプルーフ・マス４１０ａ、４１０ｂから電気信号を伝えるために、機構アンカー２８と協働するように、本明細書で説明されるように構造化され配列されたカバープレート・アンカー３０、４２を含む。
【００９５】
穴特徴３４、４６が、カバープレート・アンカー３０、４２と一直線に並んで、第１および第２のカバープレート１２、１４のハンドル層２０ｂ、２０ｃに形成される。ワイヤボンディングパッド５４、５６が、それぞれの穴特徴３４、４６の底に露出された第１および第２のカバープレート・アンカー３０、４２の内面３６、５０に堆積される。もしくは、追加の絶縁体材料５８が上部カバープレート穴特徴４６の内壁面６０に提供され、さらに、その上に、第２のカバープレート・アンカー４２の表面５０と電気的に接触し、かつ上部カバープレート・ハンドル層２０ｃの外面２０ｃ’の上に延びる導電トレース部６４を有する導電トレース６２が堆積され、その外面２０ｃ’に、従来のフリップチップ組立プロセスでボンディングするために、スタッドバンプ６６が形成されている。
【００９６】
本発明の一実施形態によれば、ＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロ・デバイス４００のデバイスセンサ機構１０は、本明細書で開示されるように、機構ＳＯＩウェーハエレメント１６ａの活性層２２ａに露出された連続縁フレームまたはリム２６を含む。縁フレーム２６は、デバイスセンサ機構１０の周縁に沿って設けられ、コリオリ・レートジャイロ機械特徴２４を完全に囲繞している。デバイスセンサ機構１０を密封封止するために、整合縁フレーム３２、４４が、カバープレート１２、１４の活性層２２ｂ、２２ｃに形成されている。場合によっては、分離フランジ２９が、コリオリ・レートジャイロ機械特徴２４の外の機構活性層２２ａの周縁面に沿って設けられる。分離フランジ２９は、縁フレーム２６の外周縁面２６ａに結合されている。
【００９７】
図２１は、機械特徴２４の外の機構活性層２２ａの周縁面に沿って設けられ、機構活性層２２ａの外周縁面２６ａから延びる本発明の分離フランジ２９を有する本発明のＭＥＭＳデバイス１の透視図である。分離フランジ２９は、縁フレーム２６と一体的に機構活性層２２ａに形成されるか、もしくは、分離フランジ２９は、機構活性層２２ａから切り離して、別個のＳＯＩウェーハエレメントの活性層に形成され、中間面のデバイスセンサ機構１０の縁フレーム２６に接合されるか、のどちらかである。
【００９８】
図２２は、ＭＥＭＳデバイス１の機械特徴２４および残りのものから切り離して示された分離フランジ２９の透視図であり、参照のためにデバイスセンサ機構１０の縁フレーム２６だけを含んでいる。分離フランジ２９は、エラー源である可能性がある外力から本発明のＭＥＭＳデバイス１を絶縁する。例えば、本明細書で説明された型のＩＰＡまたはＯＰＡでは、ダイスタック部品のシリコンとシャーシの材料の間の膨張差のためにダイスタック１００、２００、３００に加えられる放射方向応力が、加速度計エラーの知られている源である。
【００９９】
分離フランジ２９は、加速度などのシャーシへの入力を測定するために、次のレベルの組立でＬＣＣまたは回路基板などのシャーシに取り付けるための連続した外側縁フレームまたはリム５１０を含む。分離フランジ２９の外側縁フレーム５１０は、各々一対の枝角５１４、５１６を有するいくつかの撓部５１２でデバイス機構縁フレーム２６に結合され、その枝角は、機構活性層２２ａのデバイスセンサ機構１０の面内の放射方向膨張に対して順応性があるが、面内並進と面外並進の両方および回転に対して堅固である。この放射方向膨張コンプライアンスは、外側縁フレーム５１０からＭＥＭＳデバイス１に入る力の大きさを減少させるが、一方で、その並進および回転耐性は、外側縁フレーム５１０が取り付けられているシャーシに加わる加速度入力などの外部入力をＭＥＭＳデバイス１が経験することを保証する。
【０１００】
各撓部５１２の枝角５１４、５１６は、機構活性層２２ａの全厚さ、または、場合によっては、機構活性層２２ａと別個のＳＯＩウェーハエレメントの活性層の全厚さで形成されている。枝角５１４、５１６の各々は、断面は比較的薄いが、機構活性層２２ａの面内で、機構活性層２２ａの外周縁面２６ａおよび、存在すれば、デバイスセンサ機構１０の縁フレーム２６と実質的に平行な軸に沿って細長いものとして、実施例によって、限定することなく、具体化される。枝角５１４、５１６は、間隔を開けて平行でかつ同一広がりを持つ対であり、内側の枝角５１４は機構活性層２２ａの外周縁面２６ａにより近く配列され、外側枝角５１６は分離フランジ２９の外側縁フレーム５１０により近く配列されている。内側および外側枝角５１４、５１６は、それぞれの第１の端５１４ａ、５１６ａで、枝角５１４、５１６に比べて短くて堅い機械結合器５１８、５２０によって、それぞれの隣接した機構外周縁面２６ａおよび分離フランジ外側縁フレーム５１０に結合されている。機械結合器５１８、５２０は、それぞれの隣接した機構外周縁面２６ａおよび分離フランジ外側縁フレーム５１０に対する機構活性層２２ａ面内の放射方向の動きに備えて枝角５１４、５１６の間に間隔を開けるだけ十分に長い。他の比較的短くて堅い機械結合器３３２が、機械結合器５１８、５２０の反対側のそれぞれの第２の端５１４ｂ、５１６ｂで、内側および外側枝角５１４、５１６を互いに結合している。比較的短くて堅い機械結合器３３２は、機構活性層２２ａ面内での互いに対する放射方向の動きに備えて枝角５１４、５１６の間に間隔を開けるだけ十分に長い。
【０１０１】
場合によっては、１つまたは複数の撓部５１２が、デバイスセンサ機構１０の各縁に沿って、逆向き、すなわち対向する向きに配列される。例えば、撓部５１２は対称的に配列され、デバイス中心線ＣｙおよびＣｘの相対する側の撓部５１２は反対方向を向いている。撓部５１２の他の配列も考えられる。枝角５１４、５１６の相対的な長さＬおよび断面厚さＴおよび機械結合器５１８、５２０および３３２の厚さと共に、撓部５１２の数および配列は、全て、ＭＥＭＳデバイス１の意図された動作範囲、感度および他の性能パラメータ、および振動および加速度の動作環境、並びに他の動作環境の考慮すべき事項の関数として決定される。
【０１０２】
本発明の一実施形態によれば、外側縁フレーム５１０および撓部５１２を含んだ分離フランジ２９の全体は、デバイスセンサ機構１０の機構縁フレーム２６、デバイス機械特徴２４、および残りのものと一緒に機構活性層２２ａに一体的に形成される。
【０１０３】
図２３は、１つの撓部５１２の拡大透視図であり、枝角５１４、５１６が、比較的細長く機構外周縁面２６ａおよび外側縁フレーム５１０に実質的に平行に延びる長さＬと、機構活性層２２ａの完成厚さと一致した幅Ｗとを有するものとして具体化されていることを示している。本明細書で述べたように、枝角５１４、５１６は、枝角長さＬ並びに他の性能パラメータおよび動作環境の考慮すべき事項の関数として選ばれる断面厚さＴを有する。また、本明細書で述べたように、機械結合器５１８、５２０、および３３２は、全て、枝角５１４、５１６に比べて短くて堅い。
【０１０４】
本発明の好ましい実施形態を例示し説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に様々な変更がなされることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】機構ＳＯＩウェーハエレメントで本発明のデバイスセンサ機構を製作することを示す断面図である。
【図２】第１のカバープレートＳＯＩウェーハエレメントで本発明の第１のシリコン・カバープレートを製作することを示す断面図である。
【図３】本発明のデバイスセンサ機構を本発明の第１のシリコン・カバープレートに移すことを示す断面図である。
【図４】機構ＳＯＩハンドル・ウェーハエレメントから離された本発明のデバイスセンサ機構を示す断面図である。
【図５】第２のカバープレートＳＯＩウェーハエレメントで本発明の第２のシリコン・カバープレートを製作することを示す断面図である。
【図６】本発明の第１のカバープレートの反対側の本発明の機構エレメントと本発明の第２のシリコン・カバープレートを接合することを示す断面図である。
【図７】本発明の第１および第２のカバープレートの本発明のそれぞれの穴特徴の底に露出された本発明の第１および第２のカバープレート・アンカーの内面に、１つまたは複数のワイヤボンディングパッドを付けることを示す断面図である。
【図８】図７に示された１つまたは複数の異なるワイヤボンディングパッドにボンディングされた１つまたは複数の導電ワイヤを示す断面図である。
【図９】はっきりさせるために分離フランジが取り除かれた図８に示すような、本発明の組立済み融着密封封止ほぼ完全シリコンＭＥＭＳデバイスの１つの側を示す透視図である。
【図１０】簡単な静電ＩＰＡダイスタックとして、実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイスを示す透視分解組立図である。
【図１１】組立後の本発明の簡単な実施例のＩＰＡ（面内加速度計）ダイスタックの一部を示す透視拡大である。
【図１２】機構ＳＯＩウェーハエレメントの活性層に形成され、ＩＰＡ機械特徴が連続した縁フレームで囲繞されている本発明の簡単な実施例のＩＰＡダイスタックの簡単なデバイスセンサ機構を示す透視図である。
【図１３】本発明の第１と第２のカバープレートの両方を示す透視図であり、それぞれの第１および第２のカバープレートの内部または活性層に形成された協働内部カバープレート特徴を含んでいる。
【図１４】本発明に従った簡単な静電ＯＰＡ（面外加速度計）ダイスタックとして、実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイスを示す透視分解組立図である。
【図１５】組立後の本発明の簡単な実施例のＯＰＡダイスタックの一部を示す透視拡大である。
【図１６】機構ＳＯＩウェーハエレメントの活性層に形成され、ＯＰＡ機械特徴が連続縁フレームで囲繞されている本発明の簡単な実施例のＯＰＡダイスタックの簡単なデバイスセンサ機構を示す透視図である。
【図１７】本発明の第１と第２のカバープレートの両方を示す透視図であり、それぞれの第１および第２のカバープレートの内部または活性層に形成された協働内部カバープレート特徴を含んでいる。
【図１８】本発明のそれぞれの穴特徴が本発明の関連したカバープレート・アンカーの内面と一直線に合わされて形成されている第１と第２のカバープレートの両方のハンドル層の外面を示す透視図である。
【図１９】本発明の一実施形態によれば簡単な３軸ＭＥＭＳ加速度計デバイスとして実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイスを示す透視図であり、２つのＩＰＡと１つのＯＰＡが、単一の第１すなわち下部カバープレートと単一の第２すなわち上部カバープレートの間にサンドイッチ状に挟まれた単一デバイスセンサ機構の中に配列されている。
【図２０】簡単なＭＥＭＳコリオリ・レートジャイロスコープすなわち「ジャイロ」デバイスとして、実施例によって限定することなく具体化された本発明のＭＥＭＳデバイスを示す平面図である。
【図２１】本発明のＭＥＭＳデバイスを示す透視図であり、本発明の分離フランジが、機械特徴の外の機構活性層の周縁面に沿って設けられ、機構活性層の外周縁面から延びている。
【図２２】ＭＥＭＳデバイスの機械特徴および残りのものから切り離して示された本発明の分離フランジを示す透視図である。
【図２３】本発明の分離フランジの１つの撓部を示す拡大透視図であり、機構外周縁面および外側縁フレームと平行に延びる比較的細長い枝角を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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