(57)【要約】ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマス（１１）を本明細書に開示する。このプルーフマスは、半導体材料からなる基部（１３）と、軸部（２１）を介して基部に取り付けられ１つ以上の付属部（１５）とを備える。付属部（１５）は、半導体材料（１９）上に配置され得る金属（１７）又は他の材料を含む。金属を用いることにより、半導体材料のみから作製された同様の寸法のプルーフマスと比較して、プルーフマスの寸法を増大させることなく、プルーフマス（１１）の全質量を増大させる。同時に、軸部（２１）を介して付属部（１５）を接合することによって、温度誤差に寄与し得る基部へ付属部のＣＴＥ差が伝達され応力が発生することを防止する。
2006525132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスにおいて、
第１の材料からなる基部（１３）と、
第１の材料より高密度の第２の材料からなり、且つ軸部（２１）を介して基部に取り付けられる１つ以上の付属部（１５）とを備えるプルーフマス。
【請求項２】
付属部は軸部を介して基部に対し横方向に取り付けられる請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項３】
付属部は軸部を介して基部の主面に対し鉛直方向に取り付けられる請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項４】
第１の材料はポリシリコンからなる請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項５】
軸部及び付属部は金属からなる請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項６】
第２の材料は金及びアルミニウムから選択される金属である請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項７】
付属部は半導体材料と、同半導体材料の上に第２の材料として配置された金属の層とからなる請求項１に記載のプルーフマス。
【請求項８】
プルーフマスの製造方法において、
基板（１０１）を設ける工程と、
第１の材料からなる基部（１０７）と、軸部（１０９）を介して基板に取り付けられる付属部（１１１）とを備えるプルーフマスを基板上に区画形成するプルーフマス区画形成工程と、
第２の材料（１１７）を付属部上に堆積する第２材料堆積工程と、
第１の材料及び第２の材料は異なることとからなる方法。
【請求項９】
第２の材料は第１の材料より高密度である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第１の材料は半導体であり、第２の材料は金属である請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第２の材料はアルミニウム及び金から選択される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
付属部は第１の材料を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
付属部は第３の材料を含み、且つ第１の材料、第２の材料、及び第３の材料は異なる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
プルーフマス区画形成工程は、
第１の材料の層を基板上に堆積する第１材料堆積工程と、
第１の材料の層をパターン形成することによって基部、付属部、及び軸部を区画形成する第１材料パターン形成工程とを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
犠牲層（１０３）を基板上に堆積する犠牲層堆積工程と、
第１の材料の層は犠牲層の上方に堆積されることとを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
犠牲層は基板の一部を露出させる開口部（１０５）を含むことと、
開口部はプルーフマス用のアンカーを区画形成することとを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスの製造方法において、
基板（１０１）を設ける工程と、
第１の材料からなる基部（１０７）を基板上に区画形成する基部区画形成工程と、
軸部を介して基部に取り付けられる付属部（１１７）を形成する付属部形成工程と、
第２の材料は第１の材料より高密度であることとからなる方法。
【請求項１８】
付属部形成工程は、
犠牲層（１０３）を基部の上方に堆積する犠牲層堆積工程と、
犠牲層の上方に第２の材料の層を堆積する第２材料堆積工程と、
第２の材料の層を残存させたまま少なくとも部分的に犠牲層を除去する犠牲層除去工程と含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
基部の上方に犠牲層が堆積された後、犠牲層にトレンチが形成されることと、
トレンチは犠牲層をトレンチ内部の第１の部分及びトレンチ外部の第２の部分に分割することと、
第３の材料を用いてトレンチを埋め戻すトレンチ埋戻工程と、
化学エッチングによって犠牲層が部分的に除去されることと、
第３の材料は犠牲層を部分的に除去するために用いられる化学エッチングに対する耐性を有することとを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
軸部は第２の材料からなる請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳデバイスに関する。より詳細には、本発明はＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング及び他のマイクロファブリケーションの技術及び製造工程における発展によって、広範な種々のマイクロ電気機械センサ（ＭＥＭＳ）及び他のそうしたデバイスの製造が可能となった。それらのデバイスには、可動回転子、歯車、スイッチ、加速度計、微小センサ、アクチュエータ系、及び他のそうした構造が含まれる。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術の期待される用途の１つは、慣性センサの分野における用途である。慣性センサは、弾性懸架体に装着されているプルーフマス（ｐｒｏｏｆ  ｍａｓｓ）の変位を感知することにより動作する。方程式１に示すように、プルーフマスの変位ΔＸは、プルーフマスの質量（ｍ）、加速度（ａ）、及び弾性懸架体のばね定数（ｋ）に関連する。
【０００４】
ΔＸ  ＝  ｍａ／ｋ      （方程式１）
デバイスがプルーフマスの変位を感知する精度により、慣性センサの感度は限定される。典型的には、加速度が小さくなると、結果として生じるプルーフマスの変位も小さくなるため、慣性センサが変位を正確に感知し、それによって加速度を正確に記録することは次第に困難になる。
【０００５】
ばね定数（ｋ）を減少させることによりプルーフマスの変位は大きくなるため、慣性センサの感度が増大する場合がある。しかしながら、ばね定数を減少させると、鉛直方向のスティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）は増大する傾向にある。スティクションとは、ＭＥＭＳデバイスの可動部品が隣接表面に付着する現象を指し、典型的には、その部品と隣接表面との間の付着力がマイクロ構造体の機械的復元力より大きい時に発生する。この表面付着力は、毛管力、静電引力、又は直接的な化学結合により生じ得る。慣性センサのようなＭＥＭＳデバイスにおいては、鉛直方向のスティクションによりデバイスに機能不良が発生する場合がある。したがって、ばね定数の減少のみにより慣性センサの感度を改良することは、結果としてデバイスの信頼性が低下することにより制限される。
【０００６】
上記の方程式１により示唆されるように、慣性センサの感度はプルーフマスの質量を増大させることでも増大する。しかしながら、プルーフマスの増大により達成可能な慣性センサの感度の改良には、実用的な限界が存在する。詳細には、従来のＭＥＭＳデバイスにおいては、プルーフマスはシリコン又は他の半導体材料から構成されている。したがって、センサの寸法を実質的に増大させずにプルーフマスの重量を実質的に増大させることは困難であり、それらのデバイスをさらに縮小させるという当該技術分野における現在の需要に鑑み非常に好ましくない結果である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、当該技術分野においては、デバイスの信頼性に不利な影響を与えることなく慣性センサ又は他のＭＥＭＳデバイスの感度を増大させる方法の必要が存在する。当該技術分野においては、そのように作製されたデバイスの必要も存在する。これらの必要及び他の必要は、本明細書に開示し以下で説明する方法及びデバイスにより満たされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスは、第１の材料からなる基部と、第２の材料からなり、且つ軸部を介して基部に取り付けられる１つ以上の付属部とを備える。一部の実施形態では、軸部は第１の材料及び第２の材料を含み得る。第１の材料は、好適にはポリシリコンなど一般的に用いられるＭＥＭＳ材料であり、第２の材料は、好適には金又はアルミニウムなど金属である。付属部は軸部を介して基部に対し横方向に取り付けられてもよく、基部の主面に取り付けられてもよい。好適には、付属部は半導体材料と、半導体材料の配置された金属の層とからなる。
【０００９】
別の態様では、ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスは、複数のアンカーにより基板に取り付けられるセントラル・マスと、各々金属からなり、且つ軸部によってセントラル・マスに取り付けられる複数の付属部とを備える。
【００１０】
別の態様では、プルーフマスの製造方法が与えられる。この方法により、基板が設けられるとともに、プルーフマスが基板上に区画形成される。このプルーフ・マスは、基部と、軸部を介して基部に取り付けられる付属部とを備える。基部は、好適には半導体である第１の材料からなる。続いて第２の材料が付属部上に堆積される。第２の材料は好適には第１の材料より高密度であり、好適にはアルミニウム又は金など金属である。
【００１１】
さらに別の態様では、ＭＥＭＳデバイス用のプルーフマスの製造方法が与えられる。この方法により、基板が設けられるとともに、第１の材料からなる基部が基板上に区画形成される。基部は１つ以上のアンカーにより基板上に支持されてもよい。続いて、第２の材料からなり、且つ軸部を介して基部に取り付けられる付属部が形成される。第２の材料は好適には第１の材料より高密度である。付属部を形成する工程は、犠牲層を基部の上方に堆積する工程と、第２の材料の層を犠牲層の上方に堆積する工程と、犠牲層の一部を除去する工程とを含む。犠牲層は軸部を区画形成する開口部を含んでもよい。一部の実施形態では、基部の上方に犠牲層が堆積された後、犠牲層にトレンチが形成される。このトレンチは犠牲層をトレンチ内部の第１の部分及びトレンチ外部の第２の部分に分割する。続いて、トレンチは第３の材料を用いて埋め戻されてもよい。そのような実施形態では、化学エッチングにより犠牲層が部分的に除去されてもよく、犠牲層を部分的に除去するために用いられる化学エッチングに対する耐性を有する材料として、第３の材料が選択されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
これらの態様及び他の態様を以下でより詳細に説明する。
ＭＥＭＳ用のプルーフマスの一部を金属又は他の高密度材料から構成することにより、上述の需要が満たされ得ることを見出した。通常、そうした材料とプルーフマス構成用に典型的に用いられるポリシリコンなどの材料との間には、熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合が存在するため、従来そうした手法は実施可能でなかった。例えば、ポリシリコンの熱膨張係数は約３．９であり、アルミニウムの熱膨張係数は約１６である。このＣＴＥ不整合により、通常動作温度範囲である−４０℃〜１２５℃を通じて、温度による変形がプルーフマス領域に生じる（特に、金属／ポリシリコン境界面積が比較的大きい場合）ため、デバイスに温度誤差を生じる傾向にある。このことは、プルーフマスにおける微小変位（例えば、ナノメータ程度）を検知するように設計されている静電容量センサにおいて、特に問題となる。しかしながら、慣性を記録するための変位が生じるプルーフマスの部分から、そうしたＣＴＥ不整合を分離するように設計されたプルーフマスを用いることにより、この問題の克服が可能であることを見出した。デバイスの信頼性、寸法、又は精度に不利な影響を与えることなく、デバイスの感度を増大させることが可能なそうした設計について、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本明細書の教示により作製されるプルーフマスの第１の実施形態の平面図を
示す。この実施形態の線２０−２０に沿った断面図を図２０に示す。この特定の実施形態におけるプルーフマス１１は、基部１３と、その基部に接合する４つの付属部１５とを備えるが、１を含むほぼ任意の所望数の付属部を備える同様の実施形態が作製され得ることは理解される。各付属部は、半導体材料１９の上に配置されたアルミニウム又は金などの金属の層１７からなる。各付属部は軸部２１を介して基部に接合する。典型的には、プルーフマスの基部１３は基板２３（図２０を参照）上に形成され、且つ１つ以上のアンカー２５を介してその基板上に接合する。平易な図示のため、図１には、基部１３が単一の中央アンカー２５により基板に接合するように示す。しかしながら、好適には、プルーフマスの基部は図１２に示す種類の弾性懸架体の系に装着されており、周辺部の回りに配列された、基部の変位の感知を可能とする複数の固定梁を備えている。
【００１４】
これらの付属部の上には金属層が堆積されているため、これらの付属部の単位領域あたりの質量は、ポリシリコンなど従来のプルーフマス材料から完全に形成された場合より大きい。この結果、この金属層は、プルーフマスの寸法を実質的に増大させずにプルーフマスの全重量を実質的に増大するように作用する。結果として、従来のプルーフマス材料のみから作製された従来のプルーフマスを用いるデバイスに比較して、同じ加速度に応じて、より大きな変位がプルーフマスに生じる。したがって、本明細書に開示の種類のプルーフマスを装備したデバイスは、より小さな加速度を感知することが可能である（上記の方程式１を参照）。さらに、付属部は１つ以上の細い軸部（例えば、幅約１μｍ（ｍｉｃｒｏｎ）〜約１０μｍ）を介して基部に接合するため、付属部から基部へ伝達される応力の量は極小である。この結果、付属部における金属とその金属の下に位置する半導体材料との間のＣＴＥ不整合は、基部に有意な変形を生じない。デバイスは基部の変形のみを加速度として検知するように設計されているため、温度誤差が最小化される。
【００１５】
図１に示す種類のプルーフマスによって提示される利点の１つは、任意の追加の工程を必要とすることなく、このプルーフマスの形成をＭＥＭＳ製造工程に容易に統合できることである。詳細には、プルーフマスの基部を区画形成するために用いられる工程に一環して、付属部における任意の半導体部分が形成され得る。さらに、付属部が金属層を含む場合、それらの層は、デバイスの回路又は他の金属部品を区画形成する同じ加工工程に一環して形成され得る。
【００１６】
図１に示すようなプルーフマス・スキームのさらなる利点は、回転中心を有するプルーフマスに対して適用可能なことである。そうしたプルーフマスは、例えば、プルーフマスに対して加えられる回転力を感知する角加速度計及び速度センサなどのＭＥＭＳデバイスにおいて用いられる場合がある。それらのデバイスにおいては、本明細書に開示のプルーフマス・スキームにより、プルーフマス回転中心から離れた位置にあるプルーフマスに対して選択的に質量を付加することによって、それらのプルーフマスの慣性を増大させ、且つ感度を有意に増強することが可能となる。本明細書の教示により作製される角加速度計の一例は、以下で図１８に関連して説明する。
【００１７】
図２には、本明細書の教示により作製されるプルーフマスの第２の実施形態の断面図を示す。この実施形態の平面図を図１９に示す。この実施形態においても、プルーフマス３１は、基部３３と、軸部３７を介してその基部に装着されている１つ以上の付属部３５とを備える。付属部は、半導体材料の上に配置された１つ以上の金属からなってもよく、１つ以上の金属のみから構成されてもよい。プルーフマスの基部３３はアンカー３６を介して基板３４に接合する。しかしながら、図１に示したプルーフマスとは対照的に、図２に示すプルーフマスにおいては、軸部３７が基部の主面のうちの１つの上に鉛直方向に形成されている。この軸部は金属から又はポリシリコンなどの半導体材料からなってよい。付属部の任意のＣＴＥ不整合が軸部を通じて伝達されるため生じる応力の量が極小であるように、軸部３７は充分に細い（例えば、約１μｍ〜約１０μｍ）。同様に、軸部が細いこ
とによって、軸部の材料と基部の材料との間のＣＴＥ不整合から生じる任意の変形は最小化される。
【００１８】
上述の実施形態では、金属などの高密度材料の層をプルーフマスに対して付加することにより、プルーフマスの質量が増大される。しかしながら、一部の実施形態では、ＭＥＭＳ構造体に一般に用いられる半導体材料より高密度の材料を用いるか否かを問わず、プルーフマスに対して層又は他の構造を付加し、プルーフマスを鉛直方向に積み上げることにより、やはりプルーフマスの全質量が増大される。このことは、より低密度の材料を用いることにより鉛直方向へのプルーフマス全体の寸法を増大する影響を与えるとしても、水平方向へのプルーフマス面積が有意に増大されない限り、一部の用途においては許容可能な場合がある。
【００１９】
以下の実施例では、基部に伝達されるＣＴＥ差による応力の量を減少する際の、本明細書に開示のプルーフマス設計の効果を示す。比較例１では、付属部が軸部を介して基部から分離されていない場合（すなわち、付属部がその全幅に渡って基部に取り付けられる場合）に基部に伝達され得るＣＴＥ差による応力の量を示す。実施例１では、付属部が軸部を介して基部から分離されている時に基部に伝達され得るＣＴＥ差による応力の量の減少を示す。両方の例において、付属部は半導体材料の層の上に堆積されているアルミニウムからなると仮定した。
【００２０】
比較例１
この例では、付属部がその全長に渡って基部に取り付けられており、且つ付属部が異なる材料（すなわち、アルミニウム及びポリシリコン）からなるプルーフマスにおける、プルーフマスの付属部と基部との間のＣＴＥ差による応力の伝達を示す。図４に示す種類のプルーフマスにおけるＣＴＥによる応力の差により生じる最大たわみを計算するために、モデル化実験を行った。プルーフマス４１は、ポリシリコン基部４３と、取り付けられている方形の付属部４５とからなる。この付属部はポリシリコンの層４９からなり、ポリシリコンの層の上には厚さ３μｍのアルミニウムの層４７が堆積されている。付属部の側面の長さは１００μｍである。
【００２１】
付属部はその全長に渡って基部に取り付けられており、付属部の主面は基部の主面と平行である。２５℃〜１２５℃の温度サイクルを通じて計算された応力を図３に示す。基部４３において生じる最大たわみ（基部の主面に対する垂直軸に沿って計算した）は、約２００ｎｍ（０．２μｍ）〜約３００ｎｍ（０．３μｍ）の範囲内であった。付属部４５において生じる最大たわみ（付属部の主面に対する垂直軸に沿って計算した）は約３００ｎｍ（０．３μｍ）であった。なお、基部におけるたわみは直接的にセンサ誤差を生じる（すなわち、何も発生していない時にデバイスが加速度を読み取る）ため、ここでは基部におけるたわみが最も重要である。これに対して、付属部におけるたわみ又はねじれは、基部におけるたわみを生じるという点でのみ、センサの読取に影響を与える。
【００２２】
実施例１
この例では、付属部が細い軸部を介して基部から分離されており、且つ付属部が異なる材料（すなわち、アルミニウム及びポリシリコン）からなるプルーフマスにおける、プルーフマスの付属部と基部との間のＣＴＥ差による応力の伝達を示す。
【００２３】
図６に示す種類のプルーフマスを仮定したことを除き、比較例１におけるモデル化実験を繰り返した。プルーフマス５１は、ポリシリコン基部５３と、取り付けられている方形の付属部５５とからなる。この付属部はポリシリコンの層５９からなり、ポリシリコンの層の上には厚さ３μｍのアルミニウムの層５７が堆積されている。付属部の側面の長さは１００μｍである。付属部は、幅３μｍ及び長さ２μｍの軸部６１を介して基部から分離
されており、付属部の主面は基部の主面と平行である。
【００２４】
２５℃〜１２５℃の温度サイクルを通じて計算された応力を図５に示す。基部５３における最大たわみ（基部の主面に対する垂直軸に沿って計算した）は、約０．０１ｎｍであった（図５では、数値丸めのため０．０と示される）。付属部５５において生じる最大たわみ（付属部の主面に対する垂直軸に沿って計算した）は、約３００ｎｍ（０．３μｍ）であった。したがって、図４のプルーフマスと比較して、図６のプルーフマスの基部において熱的に誘起されるたわみは、約２０，０００分の１〜約３０，０００分の１である。理論に拘束されるものではないが、この結果は、図６における軸部６１が、基部に伝達されるＣＴＥ差による応力の量を減少する効果によるものであると考えられる。
【００２５】
本明細書に開示のプルーフマスは、幾つかの異なる手段により製造可能である。図７〜１１には、本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスを作製するための１つの可能な方法を示す。この特定の方法には、図２に示したのと同様のプルーフマスを製造するために、プルーフマスの選択部分に対して金属を付加することが含まれる。
【００２６】
図７に示すように、シリコン基板１０１が設けられ、その基板上に厚さ約２μｍのホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）からなる第１の犠牲層１０３が堆積され、プルーフマス用のアンカーのための開口部１０５を形成するようにパターン形成される。続いて図８に示すように、厚さ約３μｍのポリシリコンの層１０７が第１の犠牲層１０３の上方に堆積され、プルーフマスの基部を形成するようにパターン形成される。基部は、シリコン基板１０１に付着するアンカー１０９と、第１の犠牲層１０３の上方にて延びる横方向部分１１１とからなる。
【００２７】
図９に示すように、続いて厚さ約２μｍのＰＳＧからなる第２の犠牲層１１３がポリシリコンの層１０７の上方に堆積され、パターン形成される。第２の犠牲層は、下に位置するポリシリコン層１０７のうちの一部を露出する開口部１１５を含む。
【００２８】
図１０に示すように、続いて厚さ約３μｍのアルミニウムの層１１７が、下に位置するポリシリコンの層１０７に付着するように開口部１１５の上方に堆積され、パターン形成される。示した特定の実施形態においては、アルミニウムの層１１７は、ポリシリコンの層１０７のうちの下に位置する横方向部分１１１（基部）と接触する第１の部分１１８（軸部）と、第２の犠牲層の上方にて延びる第２の部分１１９（付属部）とからなる。続いて図１１に示すように、結果として得られる基板は犠牲層エッチングに供される。第１及び第２の犠牲層の全部又は充分な部分が除去されることによってプルーフマス１２０が解放されるように、エッチング剤及びエッチング条件が選択される。
【００２９】
図７〜１１に示した方法では、プルーフマスの基部の表面に１つ以上の付属部が接合するようにプルーフマスを形成するために、一連の堆積工程及びパターン形成工程を利用する。続いて、構造体の１つ以上の犠牲層をエッチングすることにより、プルーフマスが解放される。基部と、その基部に対して横方向に接合する１つ以上の付属部とを備える図１に示す種類のプルーフマスを製造するために、同様の手法が用いられ得る。
【００３０】
したがって、図１及び図２０に示すようなプルーフマスを製造するために、図８において基部１０７のアンカー１０９及び横方向部分１１１の形成に用いられる堆積工程及びパターン形成工程が、図１及び図２０におけるデバイスの付属部のアンカー２５、基部１１３、軸部２１、及び底部１９の形成にも用いられるように、図７，８に示した工程はわずかに修正され得る。好適には、付属部の基部、軸部、及び底部の全ては、単一の層からのパターン形成が可能であるように、同じ材料からなる。図１における付属部１５上の金属の層１７を形成するために選択的金属堆積工程が用いられてよく（これに代えて、金属が
非選択的に堆積され、続いてパターン形成及びエッチングされてもよい）、犠牲層エッチングによって構造体が解放されてよい。
【００３１】
図１２には、本明細書に開示の種類のプルーフマスが組み込まれたＭＥＭＳデバイスの１つの可能な非限定的な例（この図では慣性センサ）を示す。デバイス２０１は、基部２０５と、軸部２０９を介してその基部に取り付けられる２つの付属部２０７とを備える、プルーフマス領域２０３を有する。基部は複数のアンカー２１１により基板（図示せず）に接合するとともに、複数の可動フィンガ（ｍｏｖｉｎｇ  ｆｉｎｇｅｒ）２１３を装備されている。可動フィンガの各々は第１の固定フィンガ２１５と第２の固定フィンガ２１７との間に配置されており、通常、固定フィンガは１つ以上のアンカー（図示せず）によって基板に接合する。各付属部２０７は第１の層２１９及び第２の層２２１からなる。第１の層２１９は好適には基部と同じ材料からなり、第２の層２２１は金属からなる。
【００３２】
図１３には、本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計を示す。加速度計３０１は、ねじり梁３０７及びアンカー３０９を介して基板３０５に装着されているプルーフマス３０３を含む。この特定の実施形態におけるプルーフマス３０３は、基部３１１と、その基部に接合する２つの付属部３１３とを備えるが、他の数の付属部を備える同様の実施形態が作製され得ることは理解される。各付属部は、半導体材料３１７の上に配置されたアルミニウム又は金などの金属の層３１５からなる。半導体材料３１７は好適には基部と同じ材料から形成される。各付属部は軸部３１９を介して基部に取り付けられる。
【００３３】
図１４，１５には、本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計の別の例を示す。加速度計３３１は、ねじり梁３３７及びアンカー３３９を介して基板３３５に取り付けられるプルーフマス３３３を含む。この特定の実施形態におけるプルーフマス３３３は、基部３４１と、その基部の上に形成された一連の構造体３４３とを備える。各構造体は、軸部３４５及び方形の付属部３４７を含む（図１５を参照）。これらの構造体は好適には１つ以上の金属から製造される。
【００３４】
図１６には、本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計の別の例を示す。加速度計３５１は、ねじり梁３５５及びアンカー３５７を介して基板（図示せず）に装着されているプルーフマス３５３を含む。この特定の実施形態におけるプルーフマス３５３は、基部３５９と、その基部に接合する２つの付属部３６１とを備えるが、他の数の付属部を備える同様の実施形態が作製され得ることは理解される。各付属部は、半導体材料３６７の上に配置されたアルミニウム又は金などの金属の層３６３からなる。半導体材料３６７は好適には基部と同じ材料から形成される。各付属部は軸部３６５を介して基部に取り付けられる。
【００３５】
図１７には、本明細書の教示により作製されるねじりｙ軸線加速度計の一例を示す。加速度計３７１は、ねじり梁３７５及びアンカー３７７を介して基板（図示せず）に装着されているプルーフマス３７３を含む。この特定の実施形態におけるプルーフマス３７３は、４つの取り付けられる付属部３８１を有する基部３７９を備えるが、他の数の付属部を備える同様の実施形態が作製され得ることは理解される。各付属部は、半導体材料３８５の上に配置されたアルミニウム又は金などの金属の層３８３からなる。半導体材料３８５は好適には基部と同じ材料から形成される。各付属部は軸部３８７を介して基部に取り付けられる。
【００３６】
図１８には、本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸角加速度計を示す。加速度計４０１は、梁ばね４０５及び中央アンカー４０７を介して基板（図示せず）に装着されているプルーフマス４０３を含む。この特定の実施形態におけるプルーフマス４０３は、環状基部４０９と、その環状基部の表面に接合する複数のキノコ形状の付属部４１１とを備
える。キノコ形状の付属部４１１は、図１５に示した付属部と同様の断面像を有する。
【００３７】
図１８に示したデバイスにおいては、幾つかの変形形態が可能である。例えば、デバイスに用いられる梁ばね４０５は真直梁であっても、曲がり梁であってもよく、プルーフマスの中央アンカー４０７と環状基部４０９との間に曲線の輪郭を有してもよい。また、例えば、米国特許第６，４０１，５３６号明細書（オブライエン（Ｏ'Ｂｒｉｅｎ））に示
される幾つかのデバイスのように、示したｚ軸の回転中心の周りに対称的に配置された複数のアンカーによって中央アンカー４０７が置き換えられてもよい。
【００３８】
本明細書の教示によりプルーフマスの質量を増大させるために、種々の材料が用いられ得る。適切な材料には、例えば、アルミニウム、金、銅、鉛、金属オキサイド、金属ナイトライド、金属シリケート、金属サルファイド、金属ハライド、金属ソルダ（例えば、ＡｕＳｎ及びＰｂＳｎソルダなど）等の金属及びそれらのうちの２つ以上からなる混合物又は合金が含まれる。非金属、例えばＰＳＧ及びポリシリコンなども、用いられてよい。先述のように、プルーフマスの付属部において金又はアルミニウムを用いることは特に好適である。金が好適であるのは高密度且つ不活性なためであり、アルミニウムが好適であるのは、既に多くの現在の工程の流れにおいて用いられているためである。
【００３９】
本明細書に開示の一部の実施形態においては、単に、単一の追加の金属の層又は他の高密度材料の層を付属部に付加することによって、プルーフマスの質量を増大させる。しかしながら、この手法においては、プルーフマスの質量を増大させるために付属部に対してほぼ任意の所望数の追加の層が付加されてよいこと、及びそれらの追加の層は同一の組成又は異なる組成を有してよいことが、当業者には認められるであろう。
【００４０】
本明細書の教示によるプルーフマスの製造に用いるために、種々の軸部の形状及び構成が用いられ得る。したがって、例えば、軸部の断面の形状は円形、楕円形、多角形（例えば、方形、六角形など）、又は不規則であってよく、軸部の長さに沿って軸部の断面形状が変化してもよく、同じままであってもよい。
【００４１】
好適には、軸部は付属部の質量を支持することが可能なように充分に太いが、ＣＴＥによる応力の量を軸部を通じて付属部から基部へ実質的に伝達し得るほど太くない。軸部の寸法は異なってもよく、部分的には、例えば、基部、付属部、及び軸部の材料の選択、付属部の材料間のＣＴＥ差、付属部の質量、またはこれらのうちの１つ以上によって決定されてよい。しかしながら、典型的には、軸部の長さ（ここで長さとは、基部から付属部へ延びる軸部の寸法に関して用いる）に対する直交軸に沿って測定した軸部の最大幅は、約０．０１μｍ〜約２０μｍ、好適には約１．０μｍ〜約１０μｍ、より好適には約２μｍ〜約８μｍ、最も好適には約３μｍ〜約５μｍの範囲である。一部の実施形態では、複数の軸部によって付属部が基部に固定されてもよい。
【００４２】
さらに、多くの用途においては、本明細書の教示により作製されるプルーフマスの付属部に対し、金属及び他の高密度材料は層として付加されることが簡便であろうが、付属部に対しそれらの材料が他の形態で付加されてもよいことが、当業者には認められるであろう。例えば、付属部に一連のトレンチすなわち凹部をパターン形成し、金属を用いて埋め戻す（ｂａｃｋｆｉｌｌ）ことが可能である。
【００４３】
慣性センサ又は他のＭＥＭＳデバイス用の増大された質量を有するプルーフマスを本明細書に開示した。また、そのようなプルーフマスを作製する方法も開示した。それらのプルーフマスを用いて、センサの寸法、信頼性、又は精度に不利な影響を与えることなく、従来の、より軽いプルーフマスによるセンサより高い感度を有する慣性センサを作製可能である。
【００４４】
本発明の上述の説明は限定を意図するものではない。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して種々の追加、置換、及び修正がなされ得る。したがって、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ、本発明の範囲が構成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本明細書の教示により作製されるプルーフマスの第１の実施形態を示す図。
【図２】本明細書の教示により作製されるプルーフマスの第２の実施形態の断面図。
【図３】付属部がポリシリコンの上部に金属を含み、且つ付属部の全長に渡って中央マスに連結されているようにモデル化されたプルーフマスにおけるたわみを示す図。
【図４】図３におけるモデル化されたプルーフマスを示す図。
【図５】付属部がポリシリコンの上部に金属を含み、且つ軸部によってセントラル・マスに取り付けられるようにモデル化されたプルーフマスにおけるたわみを示す図。
【図６】図５におけるモデル化されたプルーフマスを示す図。
【図７】本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスの作製方法を示す図。
【図８】本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスの作製方法を示す図。
【図９】本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスの作製方法を示す図。
【図１０】本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスの作製方法を示す図。
【図１１】本明細書の教示による質量の増大されたプルーフマスの作製方法を示す図。
【図１２】本明細書の教示により作製されるプルーフマスを含むＭＥＭＳデバイスを示す図。
【図１３】本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計を示す図。
【図１４】本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計を示す図。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿った断面図。
【図１６】本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計を示す図。
【図１７】本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸線加速度計を示す図。
【図１８】本明細書の教示により作製されるねじりｚ軸角加速度計を示す図。
【図１９】図２の実施形態の平面図。
【図２０】図１の線２０−２０に沿った断面図。
【図１】
2006525132.tif 000003
【図２】
2006525132.tif 000004
【図３】
2006525132.tif 000005
【図４】
2006525132.tif 000006
【図５】
2006525132.tif 000007
【図６】
2006525132.tif 000008
【図７】
2006525132.tif 000009
【図８】
2006525132.tif 000010
【図９】
2006525132.tif 000011
【図１０】
2006525132.tif 000012
【図１１】
2006525132.tif 000013
【図１２】
2006525132.tif 000014
【図１３】
2006525132.tif 000015
【図１４】
2006525132.tif 000016
【図１５】
2006525132.tif 000017
【図１６】
2006525132.tif 000018
【図１７】
2006525132.tif 000019
【図１８】
2006525132.tif 000020
【図１９】
2006525132.tif 000021
【図２０】
2006525132.tif 000022
【国際調査報告】
2006525132.tif 000023