(57)【要約】マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法である。片持ち梁ビーム構造物及び組合わせ部が第一の基板またはウェハ上に定義され、少なくとも１つの接部及び組合わせ部が第二の基板またはウェハ上に定義されている。前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部が前記第一の基板またはウェハ上の組合わせ部と相補形状をなす。共晶ボンディング層であることが好ましいボンディング層が少なくとも１つの組合わせ部上に提供される。前記第一の基板上の組合わせ部は前記第二の基板またはウェハの組合わせ部と対面構造に移される。圧力が２つの基板間に加えられ、ボンディング層または共晶層における２つの組合わせ部間でボンディングが起こる。その時、第一の基板またはウェハが除去されて第二の基板またはウェハに関連した動作をする前記片持ち梁ビームが自由になる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法であって、
（ａ）　片持ち梁ビームが第一の基板またはウェハ上に定義されるステップと、
（ｂ）　少なくとも１つの接触部及び組合わせ部を第二の基板またはウェハ上に形成し、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部を前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部と相補形状をなすステップと、
（ｃ）　前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部を、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部と対面関係に位置させるステップと、
（ｄ）　前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部に関連する層と、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部に関連した層とをボンディングするステップと、
を具備したことを特徴とするマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項２】
前記第二の基板がケイ素によって形成されている請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項３】
前記第二の基板またはウェハを形成する前記ケイ素が単結晶構造を持つ請求項２に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項４】
前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞である請求項３に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項５】
前記ケイ素がｎ型である請求項４に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項６】
前記第一の基板またはウェハがケイ素により形成される請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項７】
前記第一の基板またはウェハを形成する前記ケイ素が単結晶構造を持つ請求項６に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項８】
前記第一の基板またはウェハ内の前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞である請求項７に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項９】
前記第一の基板またはウェハの前記ケイ素はｎ型である請求項８に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１０】
２つの前記基板間に圧力と共に熱が加えられた結果、２つの前記組合わせ部間で共晶ボンディングが起こる請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１１】
前記片持ち梁ビームの形成が、
（ａ）　前記第一の基板またはウェハ上にケイ素のエピタキシャル層を形成し、前記エピタキシャル層がドープされるステップと、
（ｂ）　前記第一の基板またはウェハ上に片持ち梁を定義するために、前記ケイ素のエピタキシャル層のマスキング及びエッチングをするステップと、
（ｃ）　前記第一の基板またはウェハをエッチングによって除去するステップと、
によって形成される請求項１または２に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１２】
接触部が、一時マスク層内の小穴部を通して金属を溶着することにより前記片持ち梁端部上に形成され、前記金属の溶着工程が進むにつれ、前記金属が溶着されて前記小穴部を被覆していき、それによって前記小穴部を通して溶着される前記接触部が、溶着工程が進むにつれて断面を減少しながら延伸構造を持つことができる程度に前記小穴部が十分小さくなっている請求項１１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１３】
エチレンジアミンピロカテコールがエッチング液として使用されて、エッチングが行われる請求項１１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１４】
前記エピタキシャル層が前記層の抵抗値を１Ω−ｃｍ以下に減少させるのに十分な濃度であるホウ素によってドープされる請求項１１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１５】
金属層が前記共晶層上に選択的に溶着され、また前記共晶層上に第一及び第二のオーム接触部が高温によって焼結形成され、前記第二のオーム接触が片持ち梁ビーム構造物の遠心端近くに配置され、また前記第一のオーム接触部が前記第一の基板またはウェハ上で組合わせ部を形成する請求項１４に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１６】
前記金属層が、独立したチタン、プラチナ及び金層である請求項１５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１７】
比較的薄いチタン／プラチナ／金層が溶着され、またそのとき前記比較的薄いチタン／プラチナ／金層上で焼結が行われ、前記比較的薄いチタン／プラチナ／金層の第一構成部が前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部を形成し、また前記比較的薄い金属層の第一構成部が前記第一のオーム接触の上に位置し、前記比較的薄い金属層が前記第二構成部が前記第二のオーム接触における突接触部を形成する請求項１６に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１８】
前記第二の基板またはウェハ上で前記チタン／プラチナ／金接触部の形成はさらに、前記第二の基板またはウェハ上の前記接触部の少なくとも１つが前記第二の基板またはウェハ上の組合わせ部を定義する請求項１７に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項１９】
前記ボンディングが共晶的に起こり、共晶ボンディングを作成するための前記層が、前記第二の基板またはウェハ上の前記チタン／プラチナ／金接触部上に溶着された金−ケイ素共晶層及び／または前記第一の基板またはウェハ上の前記比較的薄いチタン／プラチナ／金層の第一構成部上に溶着された金−ケイ素共晶層によって提供される請求項１８に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項２０】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの構造が、
（ａ）　第一の基板またはウェハ上に片持ちビーム及び組合わせ部が定義され、
（ｂ）　少なくとも１つの接部及び組合わせ部が第二の基板またはウェハ上に定義され、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部が前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部と相補的な形状を持ち、
（ｃ）　ボンディング層が前記第一の基板またはウェハ上に定義された前記組合わせ部を、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部とボンディングするための前記組合わせ部の少なくとも１つの上に配置される構造を持つことを特徴とするマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２１】
前記構造からマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサが作成でき、前記組合わせ部の少なくとも１つ上に配置された前記ボンディング層が圧力／熱に敏感であり、前記第二の基板上の組合わせ部に前記第一の基板またはウェハ上に溶着された組合わせ部をそれらの間で圧力／熱を加えることでボンディングする請求項２０に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２２】
前記第二の基板またはウェハがケイ素によって形成されている請求項３３または請求項２０または２１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２３】
第二の基板またはウェハを形成しているケイ素が単結晶構造を持つ請求項２２に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２４】
前記第一及び第二の基板またはウェハがそれぞれ、単結晶ケイ素で形成されている請求項２０に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２５】
前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞である請求項２３または２４に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２６】
前記ケイ素がｎ型である請求項２５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２７】
前記第一の基板またはウェハがケイ素によって形成されている請求項２０または２１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２８】
第一の基板またはウェハを形成しているケイ素が単結晶構造を持つ請求項２７に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項２９】
前記第一の基板またはウェハ内の前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞である請求項２８に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３０】
前記第一の基板またはウェハの前記ケイ素がｎ型である請求項２９に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３１】
突接部が前記片持ち梁ビーム構造物の端部に配置される請求項２０または２１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３２】
前記組合わせ部が前記ボンディング層において１つともう１つが組合わされる請求項２０に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３３】
前記片持ち梁ビーム構造物が前記第一の基板またはウェハ上のエピタキシャル層から形成され、前記エピタキシャル層がドーパントとドープされている請求項２０，２１または３２に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサ。
【請求項３４】
前記エピタキシャル層が、前記エピタキシャル層の抵抗値が０．０５Ω−ｃｍ以下に減少するように十分な濃度のホウ素とドープされている請求項３１または３３に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３５】
さらに、前記エピタキシャル層上に第一及び第二のオーム接部を持ち、前記第二のオーム接触部が前記片持ち梁ビーム構造物の遠心端近くに配置され、前記第一のオーム接触部が前記第一の基板またはウェハ上の組合わせ部を形成している請求項３３または３４に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３６】
前記第一及び第二のオーム接部がチタン、プラチナ及び金奏から形成されている請求項３３に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３７】
比較的薄い金属層が、前記第一及び第二のオーム接部上に配置され、前記比較的薄い金属層の第一構成部が前記第一のオーム接部上に配置され、前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部を提供し、前記比較的薄い金属層の第二構成部とが前記第二のオーム接部上に突接部を形成している請求項３５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３８】
さらに、前記第二の基板またはウェハ上に配置された金属接部を持ち、前記突部と組み合わされた前記第二の基板またはウェハ上の前記接部の少なくとも１つが、前記第二の基板上の前記組合わせ部を定義する請求項３７に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項３９】
前記ボンディング層が前記第二の基板またはウェハ上の前記金属接部上に配置された金−ケイ素共晶層によって、及び／または第一の基板またはウェハ上の前記比較的薄い金属層の前記第一構成部上に配置された金−ケイ素共晶層によって提供される請求項３８に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【請求項４０】
さらに、（ｅ）少なくとも１つの前記第一の基板またはウェハの一部を除去し、また前記エッチング停止層を前記片持ち梁ビーム構造物から切り離して除去するステップとからなる請求項１乃至１９のいずれかに記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサの製造方法。
【請求項４１】
前記金属がチタン／プラチナ／金である請求項３７、３８、または３９に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、なるべく共晶的にボンディングされた一組のウェハを用いたマイクロ・エレクトロ・メカニカル（ＭＥＭ）・トンネリング・センサ及びスイッチに関する。一形態として、単結晶、二枚のウェハ、トンネリングセンサまたはスイッチ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、個々の特許出願の主題の発明と異なった発明に関する。参考文献として、アメリカ合衆国特許出願番号０９／６２９，６８２、発明の名称”ア　シングル　クリスタル、デュアル　ウェハ、トンネリング　センサ　オア　スイッチ　ウイズ　シリコン　オン　インシュレイター　サブストレイト　アンド　ア　メソッド　オブ　メイキング　セイム（Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ， Ｄｕａｌ Ｗａｆｅｒ， Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ ｏｒ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）”（代理人明細書６１７９６５−３）及び、アメリカ合衆国特許出願番号０９／６２９，６８０、発明の名称”ア　シングル　クリスタル、デュアル　ウェハ、トンネリング　センサ　オア　スイッチ　ウイズ　サブストレイト　プロトリューション　アンド　ア　メソッド　オブ　メイキング　セイム（Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ， Ｄｕａｌ Ｗａｆｅｒ， Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ ｏｒ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ ａｎｄ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）”（代理人明細書６１７３３７−２）、これら両方の特許出願は本願と同日出願である。本発明の発明者は図１Ａ〜図１２Ｂについて記載された第一の実施例の発明者である。しかしながら、その結果生じた改良点が、図１２Ｂ以降の実施例を実施するためのベストモードに反映しており、アメリカ合衆国特許法１１１条第１パラグラフのベストモード要件を満たしている。
【０００３】
本発明は、小容積微細加工技術を利用し、さらに表面微細加工の有効性を提供し、単結晶ケイ素マイクロ・エレクトロ・メカニカル・トンネリング・デバイスの新しい製造方法を提供している。従来技術では、表面微細加工の分野において、金属を気化した電子線を用いて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層上にパターン化したセルフテスト及び制御部を形成し、またトンネリング・マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの電極が取り付けられていた。そして、片持ち梁ビーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ｂｅａｍ）がその電極上に犠牲レジスト層、種苗層、レジスト、金属電気メッキにより形成されていた。最終的に、犠牲レジスト層が一連の化学エッチングを用いて取り外されていた。従来技術における小容量微細加工では、機械ピンおよび／またはエポキシのどちらか一方または両方を利用して複数多ケイ素ウェハスタックを構成しており、１つの多ケイ素ウェハスタックは、金属間ボンディングと窒化ケイ素及び金属の活性挟膜とを使用し、または従来技術における小容量微細加工では、陽極ボンディングを使用している石英基板（石英上ケイ素）上のウェハ溶解工程を利用していた。これら微細加工工程では、ケイ素基板上のトンネリング電極集合上での単結晶ケイ素片持ち梁（熱的な膨脹係数の不整合を引き起こす可能性のある片持ち梁上の広範囲の部分には層が溶着されていない）の組立はできず、片持ち梁と基板上に位置するパッドとの電気的な接続もできなかった。本願で述べている組立技術では、前述した事項を可能とし、さらには低温度下での組立を可能とすることで、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサが付加される以前にＣＭＯＳ回路をケイ素基板内に組み立てることができる。最終的には、片持ち梁として単結晶ケイ素を利用することで、圧力及び素子形状を制御する再現性ある工程を含めて提供している。
【０００４】
トンネリング・センサは、軍事、航空・航海、自動車及び宇宙開発など、様々な分野で使用可能である。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサを利用した衛星安定化技術を含む宇宙開発分野では、現在利用されているジャイロスコープシステムよりも価格、電力、重量を著しく削減できる。自動車のエアバック技術、乗車制御及びアンチロックブレーキシステムは他の応用がマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサによって提供できる。軍事用途としては高ダイナミックレンジ加速度計及び低方流動ジャイロが挙げられる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
概して、本発明は、片持ち梁ビーム及び組合わせ部が第一の基板またはウェハ上に定義され、また少なくとも１つの接触部及び組合わせ部が第二の基板またはウェハ上に定義されているマイクロ・エレクトロ・メカニカル（ＭＥＭ）・センサの製造方法を提供するものである。ボンディングまたは共晶層は少なくとも１つの組合わせ部上に提供され、その組合わせ部のそれぞれが対面関係に置かれる。その結果、２つの基板間に対して圧力が加えられると共に、熱が加えられることによりボンディングまたは共晶層における２つの組合わせ部間にボンディングが起こる。その結果、第一の基板またはウェハは除去され、第二の基板またはウェハに関連した動作をする片持ち梁ビームを自由にする。ボンディングまたは共晶層も、片持ち梁ビーム上に形成された接触部を用いた回路を作成するための片持ち梁ビームへの便利な電導路を提供する。
【０００６】
もう一つの特徴としては、本発明は、単結晶ケイ素マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの構成及び製造方法を提供する。第一の基板またはウェハは、第一の基板またはウェハ上に片持ち梁及び組合わせ部が定義されることで提供される。第二の基板またはウェハは、第二の基板またはウェハ上に少なくとも１つの接触部及び組合わせ部が定義されることで提供され、第二の基板またはウェハ上の組合わせ部は、第一の基板またはウェハ上の組合わせ部と相補的な形状を持つ。圧力及び熱に対して繊細なボンディング層は、第一の基板及び第二の基板間へ圧力及び熱の施工に応じて第一の基板またはウェハ上に定義された組合わせ部を前記第二の基板又はウェハ上の組合わせ部とボンディングするために、少なくとも１つの組合わせ部上に配置される。
【０００７】
後述する図面に関連した複数の実施例を以下に説明する。第一実施例は図１Ａ〜図１５を用いて説明する。第二実施例は図１６〜図２３を用いて説明する。さらなる付加実施例及び改良についてはそれ以降の図を用いて説明する。いくつかの組立工程は実施例中の大半と同じであるため、関連した部分については反復を少なくして簡素に説明している。例として、第二の実施例を述べる時に、第二の実施例の詳細は図１Ａ〜４Ｂを用い、その部材を複数回説明するのを減らしている。
【０００８】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・デバイスの図面は縮尺が合っていないが、それよりも、当業者のために関連した構造についてを明示している。当業者には、実際のこれら素子及び機構に関してはとても小さく、一般に半導体素子の製造に使用するのと同様分野の技術が用いられた特有の製造技術によるものであるとの認識がある。これにより、当然に１０００からそれ以上の素子が、ケイ素ウェハ上に一体となって形成される。これら小型素子の大きさを理解するために、図１５において、本発明を用いたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの好適な実施例の実寸情報が表わされている。
【０００９】
図１Ａ及び図１Ｂには、片持ち梁（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）を形成する初期ウェハが図示されている。初期ウェハは、本体としてのｎ型ケイ素（Ｓｉ）１０上にドープｐ型ケイ素１２の薄層が形成された構造を持つ。ケイ素ウェハ１０はＳｉ＜１００＞結晶方向を持つ単結晶構造であることが望ましい。ｐ型ケイ素層１２は、ケイ素ウェハ１０上でエピタキシー層となるのが望ましい。層１２は、１〜２０マイクロメートル（μｍ）幅の厚さであるのが好ましいが、０．１μｍ〜８００μｍの厚さであっても構わない。一般的に、片持ち梁ビームの長さは片持ち梁ビームの厚さと同等とする。層１２が最終的に片持ち梁ビーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ｂｅａｍ）を形成するため、層１２の厚さは片持ち梁を形成するのに適した長さに合わせて選択される。
【００１０】
層１２は、抵抗値を０．０５Ω−ｃｍ以下に減少するようにドープされるのが良いが、抵抗値が０．０１〜０．０５Ω−ｃｍにドープされることが望ましい。本体ケイ素ウェハまたは基板１０の抵抗値は、約１０Ω−ｃｍであるのが望ましい。ホウ素がドーパントとして利用される場合、ケイ素に比べ比較的小さな原子で構成されており、層１２の抵抗値を減少するためには、ホウ素を半導体に加えるドーパント率として（１０２０）の水準を含める必要があり、それによりドープにより適した値に補正された圧力が誘導されるようになるのであり、類似した濃度水準を持つものとして、ゲルマニウムのような大きな純原子を持つ物質が挙げられる。ゲルマニウムは最終金属内で電子電導体に寄与せず、電子電導体を除去しない点で、純原子であると考えられている。
【００１１】
図１Ａ及び図１Ｂに図示された層１２は、符号１４に示されたような型押しされたにマスク層が、よく知られた写真平板技術を用いて形成されるが、この型押しは正面からみて大文字”Ｅ”の形状にするのが望ましい。大文字”Ｅ”の形状を呈するのが望ましいが、他の形状が用いられても構わない。本実施例では、Ｅ形状の外周部が組合わせ部を形成し、その部分でセンサの片持ち梁形成基板２と基板４とが組み合わされる。
【００１２】
図２Ａ及び図２Ｂに図示したマスク層１４の型押しの後、ウェハはプラズマエッチングにかけられ、薄いｐ型ケイ素層１２を通すようにエッチングを行い、ケイ素ウェハ１０内へも約５００Åの深さまでエッチングを行う。
【００１３】
図２Ａ及び図２Ｂに図示されているマスク１４はその後除去され、もう一方のフォトレジスト層が付加され、２つの穴部１６−１、１６−２が提供された形で図３Ａ及び図３Ｂでは図示されている。穴部１６−１は薄いｐ型ケイ素層１２の基板にある’Ｅ’形状の外周部に沿って構成され、さらに穴部１６−２は’Ｅ’形状ｐ型ケイ素層１２の内辺端部に配置または近接されている。
【００１４】
チタン／プラチナ／金層が次にマスク１６及び穴部１６−１、１６−２及び１３−３を通して溶着されて、接触柱１８−１、トンネリング接触端１８−２が形成される。チタン／プラチナ／金層は全ての厚さが約２０００Åであることが望ましい。チタン及びプラチナの個別層は、それぞれが１００−２００Åと１０００−２０００Åの厚みをもたせるべきである。フォトレジスト１６の除去の後、ウェハに約５２０℃で焼結工程を行い、接触部１８−１及び１８−２と、基板層１２との間にオーム・チタン−ケイ素結合を形成する。
【００１５】
図４Ａ及び４Ｂに示した構造時にフォトレジスト層２０によって覆いがなされて図５Ａに図示したようになり、図３Ａ及び図３Ｂにおいて述べたフォトレジスト層１６においてなされたのと同じ形状を持つように型押しがなされる。それ故、フォトレジスト層２０は穴部２０−１及びもう一方の穴部２０−２を内部に有する。本技術の当業者には、穴部１６−１、１６−２、２０−１及び２０−２の大きさは実寸表示ではなく、また穴部１６−２及び２０−２は穴部１６−１及び２０−１に比べ、非常に小型になっていることが知られている。従って、より厚いチタン／プラチナ／金層がウェハ上に配置される時に、穴部２０−１を実質的に満たす（図５Ａ参照）。しかしながら、当業者には溶着工程が進むと、穴部２０−１及び２０−２の端部において張出しが起きるため、層２２のような層を溶着する際に、マスクの端部がいくらか満たされてしまうことが知られている。穴部２０−１の幅が非常に広いため、この満たされてしまう影響は特に重要とはならない。しかしながら、穴部２０−２は先端に向かってより細くなっているために、符号２０−２に示されている溶着されたチタン／プラチナ／金２２がピラミッド形状又は円錐形状を呈する。チタン／プラチナ／金層２２の溶着の厚さは、層２２が溶着工程中に穴部２０−２の天頂部を閉じるのに十分な厚さを有する。最終的に、約１００Åの厚さを有する比較的薄い金／ケイ素層２４が基板上及び穴部２０−１を通して符号２４−１に示したように溶着される。
【００１６】
フォトレジスト層２０は、上部に形成されている層２２及び２４が取り除かれて、図６Ａ及び６Ｂに示したような構造物が残される。層１２上の層２２−１及び２４−１の高さは、およそ１１，５００Åであるのが望ましく、またピラミッド形状または円錐形状の構造物２２−２はおよそ８，５００Åであるのが望ましい。第一の実施例に係るマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビーム部がこれによって形成され、これから第一の実施例に係るマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの基板構造の形成について述べる。見られるように、層２２−１及び２４−１が基板にある片持ち梁ビームと組合わせられる組合わせ部を形成する。
【００１７】
以下に基板について述べる。図７Ａ及び７Ｂでは、酸化ケイ素層３２及び３４を表面の広範囲に有するウェハ３０が示されている。層３２及び３４のそれぞれの厚さは、およそ１．０マイクロメートルであるのが望ましい。次に、図８Ａ及び８Ｂに示されるように付加及び型押しされたフォトレジスト層３６によってマスクが形成されて、穴部３６−１、３６−２、３６−３及び３６−４が内部に形成されている。穴部３６−１は、基本的に図３Ａ及び３Ｂで述べた穴部１６−１の形状及び構造に対応している。類似形として、穴部３６−２が、基本的に図３Ａ及び３Ｂで述べた穴部１６−２に対応している。穴部３６−３及び３６−４は制御及びセルフテスト電極３８−３及び３８−４の溶着を考慮している。チタン／プラチナ／金層３８がマスク３６上、また穴部を通して内部に接触電極３８−１、３８−２、３８−３及び３８−４を層３４上に形成するように溶着される。フォトレジスト層３６も、層３８の溶着時に、接続パッド４０が内部紐状導体４２と共に電極のそれぞれをも形成するように、内部に穴部を有する。好ましくは、防護環４４が先端電極３６−２、関連する紐状導体４２−２及び接続パッド４０−２の周囲に配置されるのが良い。防護環は簡便のため側面図では図示しない。
【００１８】
フォトレジスト層３６はこの時、上部に溶着された層３８を取り外して除去され、図９Ａ及び９Ｂに示される構造物を残す。接部３８−１は大文字Ｅの外周形状を呈し、片持ち梁ビーム形成基板２の類似した形状を有する組合わせ部２２−１、２４−１と組合わされる組合わせ部を提供する。
【００１９】
図１０は、図１Ａから６Ｂにおいて述べたように組み立てられるのが好ましい片持ち梁ビーム形成基板２が、図７Ａ〜図９Ｂにおいて述べたように組み立てられた基板４に関連した部と、機械的に揃えられる。もちろん、当業者にとって、ウェハ１０及び３０の表面に見られるパターンは、ウェハの表面を越えて何度も繰返され、符号２２−１、２４−１１２及び２２−２で構成される片持ち梁ビーム形成基板２及び符号３８−１〜３８−４で構成されている対応している基板４が、ケイ素ウェハ１０及び３０上で組み合わされるように製造されているのは知られている。２つのウェハは組合わされ（図１１を参照）、圧力及び熱によって層２４−１及び層３８−１間で共晶ボンディングが起こる。圧力は１０００のデバイスを含む３インチ（７．５ｃｍ）ウェハ２、４の間に約４００℃で約５，０００Ｎの力が加えられて展開されるのが好ましい。もちろん、力はウェハのサイズによって調整され、全ての表面がボンディングされる必要がある。ボンディングが非共晶で行われる場合には、温度が高温であることが必要である。
【００２０】
層２４−１及び３８−１は大文字”Ｅ”の外周部の形状を持つことが望ましく、それによってマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの可動接部２２−２が、この物理形状で効果的に防護される。ボンディング形成後、ケイ素層１０は除去され、図１２Ａび図１２Ｂに図示されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサが得られる。ケイ素は非ドープのケイ素をエッチングするエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）によって除去することが可能である。これにより、接部２２−２を有するホウ素ドープされたケイ素片持ち梁ビーム１２と、基板４にボンディングされた補助または組合わせ部２２−１及び２４−１のみが残される。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサについての好ましい寸法は、図１２Ａに示される。ビームは２００〜３００μｍ（０．２から０．３ｍｍ）の長さを有するのが望ましい。
【００２１】
エチレンジアミンピロカテコールをエッチング液として利用する代わりに、例として層１２及び基板１０間のエッチング停止層のような二酸化ケイ素層が利用されている場合には、プラズマエッチングを利用することができる。
【００２２】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの第二の実施例を以下に説明する。第一の実施例の場合のように、片持ち梁ビーム形成基盤２の組立について初めから説明し、また基板４及び好ましい共晶ボンディング及びマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの完成形態について説明する。明らかにするのは、この第二の実施例が第一の実施例と基板４上で片持ち梁ビームが補助されている点について異なっている。
【００２３】
第二の実施例についての片持ち梁形成基板２の組立は、第一の実施例の図１Ａ〜図４Ｂで述べた点から始まる。組み立て工程は、図１〜図４Ｂにおいて示した工程で実現でき、図１Ａ〜図４Ｂに示した構造となる。
【００２４】
また、柱接部１８−１が柱接部１８−１からプラチナ層が除去される付加的なマスキング工程を含んで、チタン及び金層（すなわち、プラチナを除いている）によって形成されるのが良い。しかしながら、この方法では、焼結が図４Ａ及び図４Ｂに図示された柱接部１８−１の露出部においてケイ素が金内部に混合して金／ケイ素共晶を形成する原因となってしまう。更なる方法としては、図４Ａ及び図４Ｂにおいて示された柱接部１８−１の露出部が金／ケイ素共晶として単に溶着し、この場合には柱接部１８−１内にプラチナ層が付加的に含まれている。その後に述べた片持ち梁ビーム２と基板４との間のボンディングが非共晶で行われる場合には、柱接部１８−１が除去されるのが良い。
【００２５】
結果物として、図４Ａ及び図４Ｂに示された柱接部１８−１の露出部が本実施例に関して金または金／ケイ素によって形成されているのが望ましい。
【００２６】
そこから、フォトレジスト層２０’が置かれ、図１３Ａ及び図１３Ｂに示されたような単穴部２０−２を内包した形状を呈する。１５，０００Åの厚さを持つ金層２６がフォトレジスト層２０’上に付加され、接部１８−２から穴部２０−２上に配置された金が、金層２６の溶着間に穴部２０−２において張出しを形成することにより、ピラミッド形状または円錐形状をなす突接部２６−２を形成する。接部２０−２が形成された後、残されたフォトレジスト層２０’が除去されて、片持ち梁ビーム構造物が図１４Ａ及び図１４Ｂに示されるように視認できるようになる。第二の実施例における図１４Ａ及び図１４Ｂと、第一の実施例における図６Ａ及び図６Ｂの２つの実施例間の差異は、第二の実施例には層２２−１及び２４−１が無い部分であり、故に本実施例では組合わせ部が層１８−１により提供される。
【００２７】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの第二の実施例の基板４の組立を、以下に図１５Ａ〜図１９Ｂを用いて述べる。図１５Ａ及び図１５Ｂでは、ケイ素のウェハ３０’が図示され、フォトレジスト層５０が配置されて、大文字’Ｅ’の外周形状が型押しされている。この時露出したケイ素が２０００Åの厚さのエッチングにより、フォトレジスト層のマスク５０が型押しされた下にウェハ３０−１の突部を定義する。フォトレジストマスク５０がこの時に除去され、ウェハ３０が酸化されて酸化層５２、５４をその露出表面に形成する。酸化層はそれぞれ１μｍの厚さを持つのが好ましい。もちろん、図１６Ａに示す表面端部は酸化されていないが、図１６Ａに図示する型押しは、全体のウェハ３０において起こる複数の型押しの繰返しの１つが示されているのみであるためである。
【００２８】
図１７及び図１７Ｂでは、フォトレジスト層５６が、前述したような大文字’Ｅ’の外周形状を呈する穴部５６−１を内包して付加されている。この時、２，０００Åの厚さを持つのが好ましいチタン／プラチナ／金層５８が、穴部５６−１を通って溶着され、次に穴部５６−１では、１，０００Åの厚さを持つのが好ましい金／ケイ素共晶層６０の溶着が行われる。これによりチタン／プラチナ／金層５８−１及び金／ケイ素共晶層６０−１が形成され、前述したように大文字’Ｅ’の外周形状に沿って形成されるのが望ましい。もちろん、柱接部１８−１が金／ケイ素共晶によって形成される場合は、層６０が単に金または露出層５８−１に存在する金により単に省略しても良い。
【００２９】
フォトレジスト層５６がこの時除去され、図１８Ａに示す（ｉ）穴部６２−２、６２−３及び６２−４，以下図１８Ｂに示す（ｉｉ）パッド４０−１から４０−４及び紐状導体４１用穴部、（ｉｉｉ）防護環４４及びそのパッド用穴部が型押しされたフォトレジスト層６２が付加される。簡単に述べると、防護環４４用穴部は１８Ａには示しておらず、チタン／プラチナ／金層が、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、フォトレジスト層上及び穴部６２−２から６２−４を通して溶着され、穴部６２−２〜６２−４では接部３８−３、３８−４及び３８−２を形成する。これら接部は前述した紐状導体４２によって、接部が形成するパッド４０−２〜４４−４と内部接触がなされ、接部４０及び紐状導体が形成されると同時に接部３８−３、３８−４及び３８−２が形成されるのが望ましい。外周形状層５８−１及び６０−４も紐状導体４２によってパッド４０−１と接続される。フォトレジスト層６２は除去されて、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように基板が視認できるようになる。ウェハ３０’の隣接する突部上に２０，０００Åに伸びているのが好ましい突部３０−１と比較的薄い層５８−１及び６０−１は基板４における組合わせ部を形成する。
【００３０】
図２０では、第二の実施例における片持ち梁ビーム形成部２は、ここで基板４とボンディングされる。図２０では、２つの基板１０及び３０’が対面関係になり、それにより組合わせ部１８−１及び３０−１、５８−１、６０−１が一直線上になり、層１８−１及び６０−１がそれぞれ適切に組み合わされる。圧力及び熱（好ましくは、その上部におよそ１０００のセンサが配置された３インチウェハ２、４の間に４００℃で５，０００Ｎの圧力を付加するのが望ましい）が付加され、共晶ボンディングが図２１に示すように層１８−１０及び６０−１間で起こる。その後、ケイ素ウェハ１０がエッチング停止層１１を用いて除去され、そして層１１が除去されて、図２２に示すマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサ構造が得られる。ｐ型ケイ素層１２は、片持ち梁ビームとして補助する部１２−２と、下層を通して基板４に接触されているもう一方の部とを含む。金接触部２６−２は符号１８−２、１２−２、１２−１、１８−１、６０−１、５８−１及び金接触部に関連する紐状導体４２によってパッドと一対にされている。ボンディングが非共晶的に行われる場合、高温が要求される。
【００３１】
図２３は図２２と基本的に一致し、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサをより詳細に、かつ好適なマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの寸法をも本図では示している。
【００３２】
以下に、第一の実施例及び第二の実施例に関して上述した図４Ｂについて再度述べるが、チタン／プラチナ／金層１８は接部１８−１及び１８−２を形成するのに利用され、これら接部はホウ素ドープされた片持ち梁１２とオーム接触が形成されるように焼結される。特記事項として、焼結は紐状導体を接部１８−１及び１８−２の間に提供することにより避けることができる。そのような改良の詳細をここで述べ、図２４Ａ及び図２４Ｂに焼結について図示する。
【００３３】
この改良によれば、ケイ素ウェハ１０上に形成されるケイ素エピタキシャル層１２には（ｉ）ホウ素がドープされ、または（ｉｉ）非ドープされ、またはその他の添加物がドープされる。非ドープされる（または他の不純物によってドープされる）場合、基板１０上のエピタキシャル成長より他の方法によって形成されるのが望ましく、また薄いエッチング停止層１１がケイ素デバイス層１２とケイ素ウェハ１０間に形成される。この構造は絶縁上ケイ素（ＳＯＩ）と呼ばれる。エッチング停止層１１が利用される場合には、二酸化ケイ素層の厚さが約１〜２μｍを有することが望ましい。このエッチング停止層１１はウェハ１０から片持ち梁ビームを前述した２つの工程であるプラズマエッチング工程によって切り離される。層１２がホウ素ドープされる場合には、エピタキシャル層の抵抗値が０．０５Ω−ｃｍ以下に減衰するドープがされる。そうなる程度のホウ素ドープでエピタキシャル層１２は、その後のウェハ１０から片持ち梁ビーム１０を切り離すエチレンジアミンピロカテコールエッチングに抵抗できる。
【００３４】
付加的に、ドープされまたは非ドープであるケイ素層１２が上部に形成されたケイ素層１０（図２４Ａ及び図２４Ｂ参照）が熱酸化により、比較的薄い二酸化ケイ素層を層１２の露出表面に形成しているのが良い。層１２は１．２μｍの厚さを持つのが良い（しかし、用途に応じて薄くしても厚くしても良い）。付加二酸化ケイ素層の厚さは、およそ０．２μｍであるのが望ましい。この時点に至り、希望により互いの広範囲の表面を酸化し、酸化部分を下層からはがしても良い。付加酸化層はビームの端部に形成されたトンネリング突部の金内部にビームからケイ素の拡散に対してより良い防護を提供するのに向いている。この付加酸化層は片持ち梁のどの実施例において使用されても良いが、簡便のために殆どの図においては省略されている。しかしながら、図３７及び図４１において、符号７０で表わして確認できる。
【００３５】
図２５Ａ及び図２５Ｂでは、フォトレジスト層１４が層１２（または存在すれば付加酸化層）上に付加され、図２Ａ及び図２Ｂにおいて述べた、フォトレジスト層１４が大文字’Ｅ’形状を呈した型押しがされるのが望ましい。図２５Ａ及び２５Ｂにおける構造は、プラズマエッチングにより、層１１及１２を通過してケイ素基板１０内に５００Åまでエッチングする。その時、フォトレジスト層１６が付加され、図２６Ａ及び図２６Ｂに示す型押しがなされる。フォトレジスト層１６は図３Ａ及び図３Ｂに図示された層１６と、次にフォトレジスト層上に、好ましくはチタン／プラチナ／金である金属層の溶着時に、付加穴部１６−５が紐状導体１８−５の形成に提供する穴部６１−１及び１６−２間の接続に含まれていることを除き、基本的に同じ配置及び構造が型押しされる。層１８の溶着の後、フォトレジスト層１６は除去されて、図２７Ａ及び図２７Ｂに示すように、層１６上に形成された層１８の部分が、下層１２または存在すれば付加酸化層上の層１８の残存部１８−１、１８−２及び１８−５を残して取り外される。
【００３６】
図２７Ａ及び図２７Ｂに図示する構造になった後、トンネリング突部２２がマスキングを利用して、及び金またはチタン／プラチナ／金層の溶着によって付加され、例として、それによって図２８Ａ及び図２８Ｂに示す構造となる。構造を利用することで、符号２２−１（図６Ａ参照）が同時に溶着されることにより、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサは前述した図１０及び図１１として完成する。ケイ素基板３０が突部３０−１（例として図１６Ａ参照）を形成しているように代えた場合は、符号２２−１の溶着が省略でき、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサは図２０及び図２１において述べたように完成する。図２８Ａ及び図２８Ｂにおいて図示する構造を図１９Ａ及び図１９Ｂに図示した基板４へとボンディングし、片持ち梁ビームからケイ素ウェハ１０を除去した後を、図２９Ａ及び図２９Ｂに示す。片持ち梁ビーム１２は２つのプラズマエッチングによって形成されるのが望ましい。第一のエッチングではウェハ１０を除去し、第二のエッチングではエッチング停止層１１を除去する。
【００３７】
図３０ではまた１つのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの実施例を示している。この場合のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサは完成図である。既に述べた事項と共に、当業者にとって既に述べた詳細な説明から改良して以降の実施例を生産するのは難しいことではないよう、全てについてここに説明する。図１Ａ〜図１２Ｂに示した実施例では、層２４−１及び３８−１の間でケイ素基板１０と閉じるように共晶ボンディングが行われている。図３０の実施例では、金及び金／ケイ素層間で補助腕８０内の中央部において閉じるように共晶ボンディングが行われている。一方のこの実施例では、図１Ａ〜図１２Ｂで述べられた第一の実施例と類似している。図３１の実施例では、金及び金／ケイ素層間で共晶ボンディングが行われており、図１Ａ〜図１２Ｂに示したように、基板４に対して閉じるのと反対に片持ち梁１２に対して閉じるように行われる。図３０及び図３１の実施例の場合には、片持ち梁ビーム１２は良好な導電性を持つことにより、ビーム１２の端部における接部２２−２及び基板４上の接部４０−１（図１２Ｂ）の間の電導路として作用する。ホウ素ドープされたケイ素片持ち梁ビーム１２の抵抗値が０．０５Ω−ｃｍ以下になるのが好ましい。片持ち梁ビーム１２の抵抗値が低いことにより、エチレンジアミンピロカテコールが基板１０のエッチング除去に向いている（図１０及び図１１及び除去の記述を参照）。また、絶縁上ケイ素ウェハ及び二酸化ケイ素層１１（図２４Ａ〜図２８Ｂ）が、基板１０のエッチング除去時に片持ち梁ビーム１２の防護のためのエッチング停止層として利用されるのが良い。
【００３８】
図１０、２３、２９及び３０の実施例の構成は、比較的薄い金属組合わせ層のみが必要であり、より安定性の高いケイ素柱または突部３０−１を提供することから、図２３及び２９の実施例を用いるのが望ましい。
【００３９】
図３２及び図３３の実施例は、図２９及び３０の実施例と類似しているが、図２９及び図３０の実施例では、図２４Ａ及び図２９Ｂにおいて述べた紐状導体１８−５を利用している。これらの実施例では、層がホウ素とドープされている場合には、片持ち梁ビーム１２の抵抗値が１Ω−ｃｍ以下であるのが望ましい。紐状導体により、片持ち梁ビーム１２に対して抵抗値の高いケイ素の使用も許される。層１２がホウ素でドープされている場合には、片持ち梁ビームがエチレンジアミンピロカテコールをエッチング液として利用してウェハ１０から切り離される。また、絶縁上ケイ素形成が二酸化ケイ素停止層１１と共に利用されて（図２４Ａ〜図２８Ｂを参照）、ウェハまたは基板１０のエッチング除去時に片持ち梁ビーム１２を防護すると良い。
【００４０】
図３４〜図３７の実施例は、平面基板の代わりに第二の実施例において述べたようにケイ素突部３０−１を持つ基盤が利用されている点を除いて（図１３Ａから図２３及び関連した記述を参照）、図２９、３１、３０及び３２と類似している。
【００４１】
一般的に、図１３Ａ〜図２３及び図３４〜図３７の実施例は、これらの実施例の全てがケイ素柱または突部３０−１を持つ基板３０’を利用し、完成するセンサがより良い機械的安定性を提供すると思われるために、マイクロ・エレクトロ・メカニカルセンサに利用されるのが望ましい。
【００４２】
これまでセンサの組立に関する構成を述べた。当業者にとって、必要な時に、これらの構造をいかに利用して、またはこれらの構造をいかに改良してスイッチに変換して作成するかは容易なことである。前述した図におけるセンサデバイスは、加速度計に用いられるのが好ましいが、デザインの選択や適した改良を必要時や希望時に行うことで、その他のタイプのセンサまたはスイッチに利用することも可能である（ジャイロスコープ、磁力計等）。
【００４３】
本発明に係るマイクロ・エレクトロ・メカニカル・デバイスのスイッチにおける４つの実施例を、図３８〜図４１を用いて以下に説明する。スイッチに変換するために、２つの金属パッド２６−３及び２６−４が突接部２６−２に代わり、片持ち梁ビーム１２上に溶着される。これらの実施例では、片持ち梁ビームは非ドープのケイ素によって形成されているのが望ましい。スイッチが閉じた時に、金属パッド２６−４が、基板４上に層３８が溶着された時と同時に溶着された２つの接部３８−５及び３８−６となる。非ドープのケイ素が比較的高い抵抗値を持っていることから、図２４Ａ〜図２９Ｂにおいて述べた紐状導体１８−５が利用されて、金属パッド２６−３と電気的接続がもたらされて基板４へと落とされる。金属パッド３８−３及び２６−３の間に電圧が付加されることにより、片持ち梁ビーム１２上に電気力が伝えられてスイッチが閉じられる。この電圧は、金属パッド２６−４が回路接続部３８−５及び３８−６と実際に接続する時に、これら接部を作成する原因となる。その他の点においては、これらの実施例は前述した実施例と類似している。特筆すべきは、しかしながら片持ち梁ビーム１２が非ドープケイ素によって形成されていることから、エチレンジアミンピロカテコールエッチング液では十分ではないことが判明する。代わりに、図２４Ａ〜２９Ｂにおいて述べた二酸化ケイ素エッチング停止層１１は、基板１０のエッチング除去時に片持ち梁ビーム１２を防護するのに良好であり、向いている。基板１０がエッチング除去された後、エッチング停止層もエッチング除去される。
【００４４】
図３８におけるスイッチは一般的な平面基板４上に形成され、片持ち梁ビームは溶着された金及び金／ケイ素共晶の形成による柱８０によって補助される。金／ケイ素共晶はこの実施例内で柱の中間部に配置されている。図３９における実施例では、金／ケイ素共晶が片持ち梁ビーム１２に対して閉じるものとして配置されている。図４０における実施例では、金／ケイ素共晶層が片持ち梁ビームの隣に配置され、この実施例では、基板４が片持ち梁ビーム１２を補助する柱８０の部分として動作する突部３０−１を持つ。スイッチの実施例としては、基板４内に突部３０−１を持つセンサが好ましい。すなわち、完成したセンサ及びスイッチががより機械的安定性を有すると思われることと同じ理由で、図４０における実施例が好ましい。
【００４５】
図４１では、二酸化ケイ素層７０は片持ち梁ビーム１２及び層１８の間への配置を図示している。層１８はチタン、プラチナ及び金層で形成されているのが望ましい。層１８が、接部作成に利用されている金属すべてに適切な防護を提供しない場合、二酸化ケイ素層７０のような拡散防止を利用するのが適している。
【００４６】
構造として図面に図示したように、大文字’Ｅ’に関しての多くの事例を述べた。しかしながら、この形状が特別であるというわけではなく、基本的に層１２の片持ち梁ビームによって形成される片持ち梁構造に良い機械的補助が提供されることから好ましいとしたものである。もちろん、補助構造または片持ち梁ビーム１２の周囲の組合わせ構造はデザインの選択によって変更することができ、またそれは大文字’Ｅ’の境界を形成する必要というわけではなく、円、三角形、またはその他の希望の形状を含めて簡単な形状で形成することができる。
【００４７】
片持ち梁ビーム１２上に紐状導体を利用する実施例では、片持ち梁ビーム１２上のパッド及び接部（例えば２６−２及び２６−３）が一般的に紐状導体１８−１、１８−２及び１８−５上に形成されるように図示されている。要素２６−２及び２６−３は直接片持ち梁ビーム１２上に形成されても良い場合には、片持ち梁ビーム上の紐状導体は様々な簡単な種類の道順を定めることができ、対象への接続または片持ち梁ビーム１２上に形成されたもう一方の金属によってもう一方の接部を作成して良い。
【００４８】
片持ち梁ビームの遠心端における接部は、円錐または三角形で図示及び詳述した。当業者にとっては、これらの接部が異なった構造を持ち、いくつかの実施例中では平面構造であることは良く知られている。
【００４９】
この記述全体に渡り、チタン／プラチナ／金層と記載している。当業者にとっては、この学術用語はチタン／プラチナ／金層がチタン層、プラチナ層、金層の独立した層によって構成されている状態であることは良く知られている。チタン層は溶着を助成し、その際にプラチナ層が隣接した層からケイ素の金内部への拡散を防止するように動作する。その他の溶着層としては、クロム及び／または他の拡散防止層としてパラジウムも利用または代わりに利用して良い。ケイ素が金内部へと拡散することにより二酸化ケイ素を露出表面上に形成していく場合、二酸化ケイ素が非電導であることから、金接部が持つ機能に対して悪影響を持つために、金が接部を構成している場合にはケイ素が金内部へと混合するのを防止することが望ましい。それゆえ、プラチナ及び／またはパラジウムのような拡散防止層が金接部び隣接するケイ素物質間に配置するのが望ましい。
【００５０】
学術名金／ケイ素または金−ケイ素は金及びケイ素の混合を意味する。金及びケイ素は理解されているように、別々の層として溶着され、温度が上がることによりケイ素が金内部と共晶を形成する。しかしながら、簡単な製造方法として、金／ケイ素共晶は混合させて溶着されるのが望ましく、金内部へのケイ素の混合に依存する金／ケイ素共晶形成については実施例中には記載していない。
【００５１】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・デバイスの異なった様々な実施例を以上に述べた。多くはセンサに関し、いくつかはスイッチである。さらに多くの実施例は本願に記載の事項に基づいて当業者が容易に想到し得るものである。しかしながら、全ての場合における基板４は片持ち梁形成構造物２と、共晶ボンディングが２つの基板２、４の露出層間で起こる要素である圧力と好ましくは熱とを加えられることにより接合されているのが望ましい。
【００５２】
ボンディングは非共晶的に行われる代わりになされるのであるが、より高温であることが必要となる。組立工程中での高温を減らす及び／または除去するのがたいてい望ましいため、基板２と基板４との間でのボンディングは共晶的に行われるのが好ましく、共晶ボンディングはケイ素及び金／ケイ素の向かい合った層間において起こるのが望ましい。
【００５３】
最良の形態の実施例について本発明を述べたが、当業者において改良が行われるのを望む。本発明は従属項に記載されたものを除き、前述したものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図１Ｂ】
本発明に係る、図１Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図２Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図２Ｂ】
本発明に係る、図２Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図３Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図３Ｂ】
本発明に係る、図３Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図４Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図４Ｂ】
本発明に係る、図４Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図５Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図５Ｂ】
本発明に係る、図５Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図６Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁ビームの形成部分に関する第一実施例の構成図である。
【図６Ｂ】
本発明に係る、図６Ａに対応する片持ち梁ビームの形成部分に関する形成時の一段階を示す平面図である。
【図７Ａ】
本発明に係る、第一実施例のトンネリング・センサの基板部分の構成工程における切断図である。
【図７Ｂ】
本発明に係る、図７Ａに対応する基板部分の構成工程における平面図である。
【図８Ａ】
本発明に係る、第一実施例のトンネリング・センサの基板部分の構成工程における切断図である。
【図８Ｂ】
本発明に係る、図８Ａに対応する基板部分の構成工程における平面図である。
【図９Ａ】
本発明に係る、第一実施例のトンネリング・センサの基板部分の構成工程における切断図である。
【図９Ｂ】
本発明に係る、図９Ａに対応する基板部分の構成工程における平面図である。
【図１０】
本発明に係る、片持ち梁ビーム形成部と基板部分とを組合わせ、望ましい共晶ボンディングを利用して互いのボンディングが行われた図である。
【図１１】
本発明に係る、片持ち梁ビーム形成部と基板部分とを組合わせ、望ましい共晶ボンディングを利用して互いのボンディングが行われた図である。
【図１２Ａ】
本発明に係る、第一の実施例に関する完成したトンネリング・センサの切断図である。
【図１２Ｂ】
本発明に係る、第一の実施例に関する完成したトンネリング・センサの平面図である。
【図１３Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカルセンサの片持ち梁の第二の実施例に関する組立工程の切断図である。
【図１３Ｂ】
本発明に係る、片持ち梁の平面図である。
【図１４Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカルセンサの片持ち梁の第二の実施例に関する組立工程の切断図である。
【図１４Ｂ】
本発明に係る、片持ち梁の平面図である。
【図１５Ａ】
本発明に係る、トンネリングセンサの第二の実施例の基板組立に関する切断図である。
【図１５Ｂ】
本発明に係る、ウェハの第二の実施例に関する組立工程に関する平面図である。
【図１６Ａ】
本発明に係る、トンネリングセンサの第二の実施例の基板組立に関する切断図である。
【図１６Ｂ】
本発明に係る、ウェハの第二の実施例に関する組立工程に関する平面図である。
【図１７Ａ】
本発明に係る、トンネリングセンサの第二の実施例の基板組立に関する切断図である。
【図１７Ｂ】
本発明に係る、ウェハの第二の実施例に関する組立工程に関する平面図である。
【図１８Ａ】
本発明に係る、トンネリングセンサの第二の実施例の基板組立に関する切断図である。
【図１８Ｂ】
本発明に係る、ウェハの第二の実施例に関する組立工程に関する平面図である。
【図１９Ａ】
本発明に係る、トンネリングセンサの第二の実施例の基板組立に関する切断図である。
【図１９Ｂ】
本発明に係る、ウェハの第二の実施例に関する組立工程に関する平面図である。
【図２０】
本発明に係る、片持ち梁及び基板をお互いにそろえ、お互いを好ましくは共晶ボンディングによってボンディングする側方図である。
【図２１】
本発明に係る、片持ち梁及び基板をお互いにそろえ、お互いを好ましくは共晶ボンディングによってボンディングする際の切断図である。
【図２２Ａ】
本発明に係る、第二実施例によって完成したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図２２Ｂ】
本発明に係る、第二実施例によって完成したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの正面図である。
【図２３】
本発明に係る、第二実施例によって完成したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図２４Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２４Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図２５Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２５Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図２６Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２６Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図２７Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２７Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図２８Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２８Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図２９Ａ】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの片持ち梁の第一及び第二の実施例の改良に関する切断図である。
【図２９Ｂ】
本発明に係る、改良の組立工程を表わす平面図である。
【図３０】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、この実施例では柱の中央部に好ましい共晶ボンディングが施されている。
【図３１】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのまたもう１つのの実施例の側面図であり、この実施例では片持ち梁１２に隣接した部分に好ましい共晶ボンディングが施されている。
【図３２】
本発明に係る、図３０に示された実施例の柱補助の中央部内に好ましい共晶ボンディングを持つマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、また片持ち梁ビーム構造物上に紐状導体を有する。
【図３３】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、この実施例では図３１に示された実施例における片持ち梁ビームの隣接部に好ましい共晶ボンディングが施されており、また片持ち梁ビーム構造物上に紐状導体を有する。
【図３４】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、この実施例では片持ち梁ビームの隣接部に好ましい共晶ボンディングが施されており、また、柱補助構造部を形成するケイ素突部を持つ基板を利用している。
【図３５】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのまたもう１つの実施例の側面図であり、この実施例では片持ち梁の隣接部に好ましい共晶ボンディングが施され、図３４の実施例に示した柱補助構造物を形成しているケイ素突部を持つ基板を利用し、片持ち梁ビーム構造物上に紐状導体を有している。
【図３６】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、図３０の実施例で示された柱補助部の中央部内に好ましい共晶ボンディングが施され、柱補助構造部を形成するケイ素突部を持つ基板が利用されている。
【図３７】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのもう１つの実施例の側面図であり、図３６に示されたようにこの実施例では柱補助部の中央部内に好ましい共晶ボンディングが施され、柱補助構造部を形成するケイ素突部を持つ基板を利用し、片持ち梁ビーム構造物上に紐状導体を有している。
【図３８】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの実施例の側面図であり、この実施例は図３２に示したセンサの実施例に類似しており、片持ち梁ビームに電気力を負荷してスイッチを閉じるのに利用される付加羽度が取り付けられている。
【図３９】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチのもう１つの実施例の側面図であり、この実施例は図３８に示したスイッチの実施例に類似しており、柱補助部の中央部において好ましい共晶ボンディングが施されているのに対して、片持ち梁ビームの隣接部において施されている。
【図４０】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチのまたもう１つの実施例の側面図であり、この実施例は図３９に示したスイッチの実施例と類似しており、片持ち梁ビームに対する柱補助構造部を形成するケイ素突部を持つ基板が利用されている。
【図４１】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチのまたもう１つの実施例の側面図であり、この実施例は図４０に示したスイッチの実施例と類似しており、紐状導体と片持ち梁ビームのケイ素との間に二酸化ケイ素層を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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