(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に結合されているＭＥＭＳ構造であって、該基板に対して可動な質量を有するＭＥＭＳ構造と、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側にある基準構造と
を備え、
該基準構造は、該ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲し、
該基準構造は、該ＭＥＭＳ構造の該可動な質量に電気的に結合されており、
該ＭＥＭＳ構造は、該基板上に形成されたｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方に形成され、
該基準構造は、該基板上に形成されたｚ−面基準電極の実質的に上方に形成される、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記基準構造の一表面は、前記ＭＥＭＳ構造の一表面と実質的に同一平面上にある、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極をさらに備える、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記ｚ−面基準電極をさらに備え、該ｚ−面基準電極は、前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と同一平面上にある、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳ構造および前記基準構造の上方に形成されるキャップをさらに備え、該キャップは、該ＭＥＭＳ構造および該基準構造を封入する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記基板は、該基板上または該基板内に形成される電子回路をさらに含む、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
ＭＥＭＳセンサを生成する方法であって、該方法は、
基板を提供することと、
該基板に結合されているＭＥＭＳ構造を形成することであって、該ＭＥＭＳ構造は、該基板に対して可動な質量を有する、ことと、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側に基準構造を形成することと
を含み、
該基準構造は、該ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲し、
該基準構造は、該ＭＥＭＳ構造の該可動な質量に電気的に結合されており、
該ＭＥＭＳ構造は、該基板上に形成されたｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方に形成され、
該基準構造は、該基板上に形成されたｚ−面基準電極の実質的に上方に形成される、方法。
【請求項８】
前記基準構造の一表面は、前記ＭＥＭＳ構造の一表面と実質的に同一平面上にある、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板上に前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極を形成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にある前記ｚ−面基準電極を前記基板上に形成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極を形成することと、前記ｚ−面基準電極を形成することとは、同一の処理ステップの間に行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基準構造を形成することと、前記ＭＥＭＳ構造を形成することとは、同一の処理ステップの間に行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＭＥＭＳ構造および前記基準構造の上方にキャップを形成することをさらに含み、該キャップは、該ＭＥＭＳ構造および該基準構造を封入する、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
ＭＥＭＳセンサを使用して、ｚ−軸上の動きを測定する方法であって、該方法は、
基板を提供することであって、該基板は、該基板上にｚ−面ＭＥＭＳ電極を有する、ことと、
該ｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方にＭＥＭＳ構造を提供することであって、該ＭＥＭＳ構造は、該基板に結合され、該基板に対して可動な質量を有する、ことと、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側に基準構造を提供することであって、該基準構造は、該可動な質量に電気的に結合されることにより、感知要素を形成する、ことと、
該ｚ−面ＭＥＭＳ電極に電位を印加することと、
該感知要素を使用して、該感知要素と該ｚ−面ＭＥＭＳ電極との間のキャパシタンスの変化を測定することと
を含み、
該基準構造は、該ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲し、
該基準構造は、該基板上に形成されたｚ−面基準電極の実質的に上方に形成される、方法。
【請求項１５】
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にある前記ｚ−面基準電極を前記基板上に提供することと、
該ｚ−面基準電極に電位を印加することと、
前記感知要素を使用して、該感知要素と該ｚ−面基準電極との間のキャパシタンスの変化を測定することと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ＭＥＭＳセンサのための感知要素に関し、より具体的には、本発明は、ＭＥＭＳセンサ内のｚ−軸運動を測定するための可動感知要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを採用するセンサは、その比較的小型サイズと、測定項目の比較的小さな量または比較的小さな変化を検出するその能力から、その下にある物体の運動、あるいは物質または状態の存在を検出するために、ますます異なる用途において使用されている。ＭＥＭＳデバイスは、典型的には、１つ以上の固定非可動構造または指部とともに形成される、可動慣性質量あるいは可撓性膜を採用する。例えば、ＭＥＭＳ加速度計では、慣性質量は、基板の上方の面に懸架され、基板に対して可動であり得る。可動構造および固定構造は、可動構造が、デバイスの所定の軸、例えば、ｘ−およびｙ−軸に沿って等、印加される力または加速に応答して、固定構造に対して移動すると変化する、キャパシタンスを有する、キャパシタを形成する。
【０００３】
例えば、面外またはｚ−軸運動を測定する、市販のＭＥＭＳ加速度計は、慣性質量の上方および／または下方に位置付けられた電極を有し、ｚ−軸におけるキャパシタンスの差の測定を可能にし得る。慣性質量下の電極に基づく設計は、典型的には、慣性質量を駆動するか、または慣性質量に電位を付与し、慣性質量下の電極を使用して、ｚ−軸の動きをキャパシタンス的に感知するステップを伴う。しかしながら、電極と基板との間の寄生キャパシタンスは、本測定の信頼性に望ましくない影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態によると、ＭＥＭＳセンサは、基板と、基板に連結されたＭＥＭＳ構造と、を含む。ＭＥＭＳ構造は、基板に対して可動な質量を有する。また、ＭＥＭＳセンサは、ＭＥＭＳ構造から半径方向外側に位置する基準構造を含む。
【０００５】
関連実施形態によると、基準構造は、ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲し得る。基準構造の一表面は、ＭＥＭＳ構造の一表面と実質的に同一平面上にあり得る。基準構造は、ＭＥＭＳ構造の可動質量に電気的に連結され得る。ＭＥＭＳセンサは、基板上に形成されるｚ−面ＭＥＭＳ電極をさらに含み得る。ｚ−面ＭＥＭＳ電極は、ＭＥＭＳ構造の実質的に下方に形成され得る。ＭＥＭＳセンサは、基板上に形成され、ｚ−面ＭＥＭＳ電極と同一平面上にあるｚ−面基準電極をさらに含み得る。ｚ−面基準電極は、基準構造の実質的に下方に形成され得る。ＭＥＭＳセンサは、ＭＥＭＳ構造および基準構造の上方に形成されるキャップをさらに含み得る。キャップは、ＭＥＭＳ構造および基準構造を封入し得る。基板は、基板上または基板内に形成される電子回路をさらに含み得る。
【０００６】
本発明の別の実施形態によると、ＭＥＭＳセンサを生成する方法は、基板を提供し、基板に連結されたＭＥＭＳ構造を形成する。ＭＥＭＳ構造は、基板に対して可動な質量を有する。また、本方法は、ＭＥＭＳ構造から半径方向外側の基準構造を形成する。
【０００７】
関連実施形態によると、さらに、本方法は、基板上にｚ−面ＭＥＭＳ電極を形成し、ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にあるｚ−面基準電極を基板上に形成し得る。ｚ−面ＭＥＭＳ電極およびｚ−面基準電極は、同一処理ステップの際に形成され得る。同様に、基準構造およびＭＥＭＳ構造は、同一処理ステップの際に形成され得る。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、ＭＥＭＳセンサを使用して、ｚ−軸における動きを測定する方法は、基板上にｚ−面ＭＥＭＳ電極を有する基板を提供し、ｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方にＭＥＭＳ構造を提供する。ＭＥＭＳ構造は、基板に連結され、基板に対して可動な質量を有する。さらに、本方法は、ＭＥＭＳ構造から半径方向外側の基準構造を提供する。基準構造は、可動質量に電気的に連結され、感知要素を形成する。また、本方法は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極に電位を印加し、感知要素を使用して、感知要素とｚ−面ＭＥＭＳ電極との間のキャパシタンスの変化を測定する。
【０００９】
関連実施形態によると、さらに、本方法は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にあるｚ−面基準電極を基板上に提供し得る。ｚ−面基準電極は、基準構造の実質的に下方に形成され得る。また、本方法は、ｚ−面基準電極に電位を印加し、感知要素を使用して、感知要素とｚ−面基準電極との間のキャパシタンスの変化を測定し得る。
本願発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
基板と、
該基板に連結されているＭＥＭＳ構造であって、該基板に対して可動な質量を有するＭＥＭＳ構造と、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側の基準構造と
を備える、ＭＥＭＳセンサ。
（項目２）
前記基準構造は、前記ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲する、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目３）
前記基準構造の一表面は、前記ＭＥＭＳ構造の一表面と実質的に同一平面上にある、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目４）
前記基準構造は、前記ＭＥＭＳ構造の可動質量に電気的に連結される、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目５）
前記基板上に形成されるｚ−面ＭＥＭＳ電極をさらに備え、前記ＭＥＭＳ構造は、該ｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方に形成される、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目６）
前記基板上に形成され、前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と同一平面上にあるｚ−面基準電極であって、前記基準構造の実質的に下方に形成されるｚ−面基準電極をさらに備える、項目５に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目７）
前記ＭＥＭＳ構造および前記基準構造の上方に形成されるキャップをさらに備え、該キャップは、該ＭＥＭＳ構造および該基準構造を封入する、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目８）
前記基板は、該基板上または該基板内に形成される電子回路をさらに含む、項目１に記載のＭＥＭＳセンサ。
（項目９）
ＭＥＭＳセンサを生成する方法であって、
基板を提供することと、
該基板に連結されているＭＥＭＳ構造を形成することであって、該ＭＥＭＳ構造は、該基板に対して可動の質量を有する、ことと、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側の基準構造を形成することと
を含む、方法。
（項目１０）
前記基準構造は、前記ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲する、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記基準構造の一表面は、前記ＭＥＭＳ構造の一表面と実質的に同一平面上にある、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記基準構造は、前記ＭＥＭＳ構造の可動質量に電気的に連結される、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記基板上にｚ−面ＭＥＭＳ電極を形成することをさらに含み、前記ＭＥＭＳ構造は、該ｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方に形成される、項目９に記載の方法。
（項目１４）
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にあるｚ−面基準電極を前記基板上に形成することをさらに含み、該ｚ−面基準電極は、前記基準構造の実質的に下方に形成される、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極を形成することと、前記ｚ−面基準電極を形成することとは、同一処理ステップの際に行われる、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記基準構造を形成することと、前記ＭＥＭＳ構造を形成することとは、同一処理ステップの際に行われる、項目９に記載の方法。
（項目１７）
前記ＭＥＭＳ構造および前記基準構造の上方にキャップを形成することをさらに含み、該キャップは、該ＭＥＭＳ構造および該基準構造を封入する、項目９に記載の方法。
（項目１８）
ＭＥＭＳセンサを使用して、ｚ−軸上の動きを測定する方法であって、
基板を提供することであって、該基板は、該基板上にｚ−面ＭＥＭＳ電極を有する、ことと、
該ｚ−面ＭＥＭＳ電極の実質的に上方にＭＥＭＳ構造を提供することであって、該ＭＥＭＳ構造は、該基板に連結され、該基板に対して可動な質量を有する、ことと、
該ＭＥＭＳ構造から半径方向外側の基準構造を提供することであって、該基準構造は、該可動質量に電気的に連結され、感知要素を形成する、ことと、
該ｚ−面ＭＥＭＳ電極に電位を印加することと、
該感知要素を使用して、該感知要素と該ｚ−面ＭＥＭＳ電極との間のキャパシタンスの変化を測定することと
を含む、方法。
（項目１９）
前記基準構造は、前記ＭＥＭＳ構造を実質的に包囲する、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記ｚ−面ＭＥＭＳ電極と実質的に同一平面上にあるｚ−面基準電極を前記基板上に提供することであって、該ｚ−面基準電極は、前記基準構造の実質的に下方に形成される、ことと、
該ｚ−面基準電極に電位を印加することと、
前記感知要素を使用して、該感知要素と該ｚ−面基準電極との間のキャパシタンスの変化を測定することと
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上述の内容および本発明の利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明からより明白となる。
【図１】図１は、本発明の実施形態による、可動ｚ−軸感知要素を伴う、ＭＥＭＳセンサを生成するプロセスを示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、可動ｚ−軸感知要素を伴う、ＭＥＭＳデバイスの平面図を図式的に示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、可動ｚ−軸感知要素を伴う、ＭＥＭＳデバイスの断面図を図式的に示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、可動ｚ−軸感知要素およびキャップを伴う、ＭＥＭＳデバイスの断面図を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の種々の実施形態は、ＭＥＭＳセンサ内のｚ−軸運動を測定するための可動感知要素を提供する。可動感知要素は、可動質量を有するＭＥＭＳ構造と、ＭＥＭＳ構造から半径方向外側に位置する外部基準構造とから形成される。いくつかの実施形態では、基準構造は、ＭＥＭＳ構造を実質的に囲み、ＭＥＭＳ構造と同一平面上にあり得る。外部基準構造は、ＭＥＭＳ構造の可動質量と物理的に分離されるが、電気的に連結される。本構成によって、ＭＥＭＳ構造の下方のｚ−面ＭＥＭＳ電極と連動して、可動感知要素は、可動質量がｚ−軸を移動するのに伴う、ｚ−面ＭＥＭＳ電極と感知要素との間のキャパシタンスの変化を感知可能となる。例証的実施形態の詳細は、後述される。
【００１２】
当業者によって周知のように、ＭＥＭＳ構造は、一般に、基板上で行われる、一連の薄膜堆積およびエッチングによって作製される。以下の議論は、ｚ−軸ＭＥＭＳセンサを形成する種々の関連ステップについて記載するが、必要とされるステップすべてを記載するわけではない。また、他の処理ステップも、論じられるステップの前、間、および／または後に行われ得る。そのようなステップは、行われる場合、簡潔さのために、省略される。また、処理ステップの順番も、変動および／または組み合わせられ得る。故に、いくつかのステップは、記載および図示されない。同様に、以下の議論は、慣性センサに関与するが、例証的実施形態の原理は、ＭＥＭＳ圧力センサ、ＭＥＭＳマイクロホン、およびＭＥＭＳ流体センサ等、他のセンサデバイスにも適用され得る。当業者に周知のように、流体センサは、気体、液体、および／または多相組成を感知し得る。故に、慣性センサの議論は、例示的であって、本発明の種々の実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１３】
図１は、ｚ−軸感知を伴う、ＭＥＭＳセンサを生成するプロセスを示し、図２および３は、本発明の例証的実施形態による、それぞれ、ＭＥＭＳセンサの平面図と断面図を図式的に示す。図１−３を参照すると、ＭＥＭＳセンサを生成するプロセスは、ステップ１００から開始し、基板１０を提供する。基板１０は、単結晶シリコンウエハから形成され得るが、他の材料も使用され得る。
【００１４】
当業者によって周知のように、１つ以上の層が、基板１０の表面上に形成され得る。例えば、層は、典型的には、当業者に周知のように、酸化物層、ポリシリコン層、窒化物層等、ＭＥＭＳデバイスの製造の際に使用される、材料の１つ以上の層を含み得る。種々の層は、当業者に周知のプロセスを、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチング技術使用して、マスクオフまたはパターニングされ得る。例えば、図３に示されるように、基板１０に取着される後続層または構造から、任意の伝導性層またはＭＥＭＳデバイスを電気的に絶縁するために、１つ以上の誘電層１２が、基板１０上に形成され得る。故に、また、基板１０は、誘電層１２の上部または誘電層１２の間に形成される、１つ以上の伝導性層１４（例えば、ポリシリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム）を含み得る。伝導性層１４は、以下に詳述されるように、パターニングされ得、続いて形成される層からの信号をルーティングする、および／または要素を電気的に接続するように使用され得る。
【００１５】
ステップ１１０では、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６が、基板１０上、例えば、誘電層１２および伝導性層１４上に形成され得る。ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６は、パターニングされ得、かつ伝導性材料（例えば、ポリシリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム）から形成され得る。また、ｚ−面基準電極２０が、基板１０上に形成され、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６と実質的に同一平面上にあり得る。ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６と同様に、ｚ−面基準電極２０は、パターニングされ得、かつ伝導性材料（例えば、ポリシリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム）から形成され得る。ｚ−面基準電極２０は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６と同一堆積プロセスの際に形成され、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６と同一材料から作製され得るが、異なる材料からも作製され得る。
【００１６】
ステップ１２０では、ＭＥＭＳ構造１８が、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の上方に形成され得る。当業者によって周知のように、ＭＥＭＳ構造１８は、基板１０の上方に懸架され、基板１０に取着されるか、または基板１０上に続いて形成される任意の層に取着される。例えば、図３に示されるように、ＭＥＭＳ構造１８は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の上方に懸架され、取着エリア１８ａにおいて、伝導性層１４に取着される。１つの取着エリアが示されるが、ＭＥＭＳ構造１８は、当業者によって周知のように、１つ以上のエリアにおいて基板１０に固着され得る。ＭＥＭＳ慣性センサの場合、ＭＥＭＳ構造１８は、可動の構造または指部を伴う可動質量と、非可動の構造または指部とを含む。質量および可動構造は、例えば、ｘ−、ｙ−、およびｚ−軸において、基板１０に対して可動である。ＭＥＭＳ構造１８は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６が、ＭＥＭＳ構造１８の下方の略同一エリアを覆うように、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の実質的に上方に形成される。例えば、図２に示されるように、ＭＥＭＳ構造１８は、四角形形状であって、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６（図２には図示せず）は、ＭＥＭＳ構造１８の下方にあって、略同一四角形形状を伴うが、２つの要素の体積は、異なり得る。また、他の形状も有し得る。
【００１７】
ステップ１３０では、基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造１８から半径方向外側に形成され得る。基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造１８の外側縁の周囲に形成される、１つ以上の構造を含み得る。例えば、基準構造２２は、図２に示されるように、ＭＥＭＳ構造１８を包囲する、１つの電極であり得る。代替として、基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造を実質的にともに包囲する、いくつかの電極から構成され得る（図示せず）。好ましくは、基準電極２２（１つの電極またはいくつかの電極）のエリアは、種々の動作上の配慮事項によって決定される。
【００１８】
例えば、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位は、可動質量を引き下げる静電力が、可動質量を引き上げる、固定指部からの静電浮揚力と平衡を保つように設計され得る。これによって、固定指部からの引き上げ静電力によって生じる、浮揚オフセットを最小限にすることが可能となる。また、２つのキャパシタ間の電荷の平衡を保つために、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位とＭＥＭＳ感知キャパシタンスとの積は、ｚ−面基準電極２０の電位と基準キャパシタンスとの積と等しくなるべきである。したがって、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位を固定指部からの浮揚力と平衡させるために、基準構造２２の面積は、好ましくは、可動質量の面積の約６分の１である。この場合、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位は、ｚ−面基準電極２０の電位の約６分の１であるべきである。これによって、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位は、浮揚オフセットを最小限にすることが可能となる。
【００１９】
基準構造２２は、図３に示されるように、ｚ−面基準電極２０の上方に部分的に懸架される。好ましくは、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２の両方が、略等距離だけ、それぞれ、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６およびｚ−面基準電極２０の上方に懸架される。これらの層間の空隙は、当業者に周知のように、解放ステップの際、両構造１８、２２下の同一犠牲誘電層（図３の層２４として示される、残留部分）の除去によって生じ得る。したがって、いくつかの実施形態では、基準構造２２の一表面は、ＭＥＭＳ構造１８の一表面と実質的に同一平面上にあって、好ましくは、基準構造２２の表面とＭＥＭＳ構造１８の表面とは、それぞれ、ｚ−面基準電極２０とｚ−面ＭＥＭＳ電極１６とに対向する。また、ＭＥＭＳ構造１８とｚ−面ＭＥＭＳ電極１６との間の空隙および基準構造２２とｚ−面基準電極２０との間の空隙は、異なり得る。
【００２０】
基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造１８と同一堆積プロセスの際に形成され、ＭＥＭＳ構造１８と同一材料から作製され得るが、異なる材料からも作製され得る。基準構造２２は、以下にさらに詳述されるように、可動質量のｚ−軸運動（例えば、図３に示されるように、上下運動）を測定する際に使用され、測定の正確性を向上させ得る。また、基準構造２２は、可動質量のｘ−軸運動（例えば、図３に示されるように、ページ内外の運動）およびｙ−軸運動（例えば、図３に示されるように、左右の運動）を測定する際にも使用され得る。
【００２１】
基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造１８の可動質量に電気的に連結され、単一感知要素を形成し得、本明細書では、（１８、２２）と称される。例えば、基準構造２２は、ＭＥＭＳ構造１８の可動質量と同じ伝導性層、例えば、伝導性層１４に連結され得る。基準構造２２は、２つのエリア（図３の面積２２ａ）において、伝導性層１４に連結されて示されるが、基準構造２２は、１つ以上のエリアにおいて、伝導性層１４（または、任意の他の伝導性層）に連結され得る。基準構造２２と伝導性層１４との間の距離に及ぶ、基準構造２２の接続部分２２ｂは、基準構造２２が、ｚ−面基準電極２０に連結しないように、または短絡しないように、ｚ−面基準電極２０から、電気的に絶縁され得る。例えば、これは、当業者によって周知のように、接続部分２２ｂが、ｚ−面基準電極２０を通過する位置で、誘電材料で接続部分２２ｂを囲むことによって達成され得る。同様に、ＭＥＭＳ構造１８の可動質量は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６から、電気的に絶縁され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、誘電層１２が、基準構造２２上に形成され、基板１０に取着される後続の層または構造から、ＭＥＭＳセンサを電気的に絶縁し得る。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳ構造１８を覆い、または保護するために、キャップが、ＭＥＭＳ構造１８の上方に形成され、基板１０に取着あるいは接合され得る。キャップは、ＭＥＭＳ構造１８を封入し、ＭＥＭＳセンサの機能に影響を及ぼす可能性がある、粒子、気体等の危険から保護し得る。
【００２３】
例えば、図４は、本発明のいくつかの実施形態による、キャップ２６によって被覆される可動ｚ−軸感知要素を伴う、ＭＥＭＳセンサの断面図を図式的に示す。キャップ２６は、基板１０に接触するキャップ２６の一部が、基板１０上に形成される１つ以上のＭＥＭＳ構造１８を包囲するように、基板１０上に位置付けられ得る。また、キャップ２６は、基板１０上または内に形成され、ＭＥＭＳ構造１８に連結される回路を囲むように位置付けられ得る。基板１０は、キャップ２６を基板１０に取着するために、ＭＥＭＳ構造１８の周囲に形成される、１つ以上の層２８を含み得る。これらの層２８は、キャップ２６を基板１０と電気的に接続またはそこから絶縁可能にする、伝導性または非伝導性材料から形成され得る。キャップ２６は、ウエハから形成され得、かつウエハ上に形成される、１つ以上の層を含み得る。いくつかの実施形態では、キャップ２６は、基板１０に取着され、気密シールを形成し得る。いくつかの実施形態では、キャップ２６は、大気がＭＥＭＳセンサ中に流入し、ＭＥＭＳ構造１８を周囲の外気に曝露可能にする、孔または開口部（図示せず）を含み得る。示されるように、キャップ２６は、１つ以上のキャップストッパ３０を含み、可動質量が、衝撃事象の際、ｚ−方向に極端に移動し、他の構成要素または部品に接触しないように防止し得る。
【００２４】
動作の際、電位が、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２の上方または下方に位置付けられた電極に印加される。例えば、電位は、ＭＥＭＳ構造１８の実質的に下方に位置する、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６に印加され得る。この場合、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６は、キャパシタの一部を形成し、ＭＥＭＳ構造１８２２の可動質量および基準構造は、ともに単一感知要素として、キャパシタの他の部分を形成する。質量が移動すると、キャパシタンスの変化が、固定ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６に対して測定され得る。このように、感知要素（１８、２２）を使用して、１つの要素（ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６）と他の要素（ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２（主に、その近接から、ＭＥＭＳ構造１８の可動質量））との間のキャパシタンスの変化を測定する。したがって、感知要素（１８、２２）は、（例えば、図３に示されるように、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６に向かう、またはそこから離れる）ｚ−軸におけるＭＥＭＳ構造の可動慣性質量の運動を感知する。ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６は、ＭＥＭＳ構造１８の下方に示されるが、いくつかの実施形態では、電極は、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２の上方に位置付けられ得る。
【００２５】
次いで、別の電位が、例えば、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位と異なる指定時間において、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２の上方または下方に位置付けられた別の電極に印加され得る。例えば、電位は、基準構造２２の実質的に下方に位置付けられたｚ−面基準電極２０に印加され得る。２つのキャパシタ間の電荷の平衡を保つために、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位とＭＥＭＳ感知キャパシタンスの積は、ｚ−面基準電極２０の電位と基準キャパシタンスとの積と等しくある必要がある。例えば、基準構造２２の面積が、可動質量の面積の約６分の１であるとき、ｚ−面基準電極２０の電位は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６の電位の約６倍であるべきである。この場合、ｚ−面基準電極２０は、キャパシタの一部を形成し、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２はともに、キャパシタの他の部分を形成する。上述のように、感知要素（１８、２２）を使用して、ｚ−面基準電極２０と感知要素（１８、２２）（主に、その近接から、基準構造２２）との間のキャパシタンスの変化を測定する。このように、その測定の正確性を向上させるために、固定基準構造２２は、ｚ−面基準電極２０と連動して、ＭＥＭＳセンサに影響を及ぼす可能性のある、任意の環境およびプロセスパラメータの変化を補償するための基準を提供するために使用され得る。例えば、動作条件（例えば、温度、圧力、湿度）が、ＭＥＭＳ構造１８の可動質量に何らかの変化（例えば、拡張、収縮）を及ぼす場合、ｚ−面基準電極２０の上方に懸架される、基準構造２２のその部分は、類似種類の変化を被るはずである。したがって、ｚ−面基準電極２０と基準構造２２との間の環境条件による、キャパシタンスの何らかの変化は、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６と感知要素（１８、２２）との間で行われるキャパシタンス測定のための補償として使用され、任意の環境変動を低減させ得る。
【００２６】
本構成では、ｚ−面ＭＥＭＳ電極１６とＭＥＭＳ構造１８との間の空隙およびｚ−面基準電極２０と基準構造２２との間の空隙の両方が、好ましくは、適切に制御された空間または空隙を伴う、同一犠牲酸化物厚によって決定されるため、ＭＥＭＳセンサの補償および感度に影響を及ぼす製造上の変動は、低減され得る。加えて、ＭＥＭＳ構造１８下の電極の代わりに、ＭＥＭＳ構造１８および基準構造２２をｚ−軸感知要素として使用することによって、ＭＥＭＳ構造下の電極と基板との間の寄生キャパシタンスによって誘発される、雑音を最小限にし得る。
【００２７】
いくつかの実施形態では、２つの感知相またはモードが存在し得る（１つは、ｘ−およびｙ−軸のため、１つは、ｚ−軸のため）。上述のように、ｚ−相は、可動慣性質量を含む、感知要素（１８、２２）を使用し得る。ｘｙ−相では、慣性質量は、感知要素として使用され得る。本構成によって、全３つの感知軸は、１つの慣性質量によって効果的に達成することが可能となる。
【００２８】
基板１０は、図２−３では、ある構成を有するように図示および記載されるが、他の層および構造も、基板内および／または上に形成され得る。例えば、基板１０は、ＭＥＭＳ構造の下方、同一平面上、または上方において基板上に形成される、付加的層を有し得る。
【００２９】
図１で論じられたＭＥＭＳセンサを生成するプロセスを完了するために、他の処理ステップも使用され得る。例えば、バッチプロセスで行われる場合、ウエハをダイスカットし、複数の個々のダイを形成し得る。本明細書で使用されるように、用語「ウエハ」および「ダイ」は、同義的に使用され得るが、ウエハは、複数の個々ダイを形成し得る。いくつかの実施形態は、ＭＥＭＳセンサを同一ダイまたは別のダイ上の回路と統合するために、後処理法を実施し得る。加えて、他の処理ステップが、ＭＥＭＳセンサ上で行われ、パッケージあるいは他の構成要素および／またはデバイスと統合し得る。
【００３０】
上記の説明は、本発明の種々の例示的実施形態を開示するが、当業者は、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の利点の一部を達成する種々の修正をなし得ることは明白であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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