(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、少なくとも一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おり、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じょうの組合わせ部と相補形状を有す。少なくとも一つの組合わせ部は前記基板の少なくとも一つかの広範囲の表面から伸びた突部を含む。共晶ボンディング層であることが望ましいボンディング層は、少なくとも一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。圧力が二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二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１Ａ
2004520177.tif 000002
【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るステップと、
（ｂ）  ２つの組合わせ部のうちの一つが、少なくとも一つの突部が定義された基板又はウェハから伸びた突部を含み、少なくとも一つの接触部及び前記組合わせ部を第二の基板またはウェハ上に形成するステップと、
（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・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項２】
さらに、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持つ構造であって、少なくとも第一の基部またはウェハを除去して片持ち梁ビームを切り離すステップを持つ請求項１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３】
前記第一及び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・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項４】
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・ジャイロスコープの製造方法。
【請求項５】
前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞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】
前記ケイ素がｎ型である請求項５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３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・スイッチまたはトンネリング・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・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項１０】
二つの前記基板間に圧力と共に熱が加えられた結果、二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・スイッチまたはトンネリング・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し、前記片持ち梁ビームを切り離すステップと、
によって形成される請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・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、前記金属が溶着し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・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項１３】
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、前記金属が前記穴部を通して溶着されて平らな接触部を前記片持ち梁ビーム構造物の端部に形成する請求項１１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１４】
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・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項１５】
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以下に減少されるのに十分な濃度のホウ素とドープされる請求項１４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１６】
金属層が前記エピタキシャル層畳に選択的に溶着され、また前記エピタキシャル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末端部近くに配置され、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１５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１７】
前記金属層がチタン、プラチナおよび金それぞれの独立層で形成される請求項１６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１８】
片持ち梁構造物の形成が、
（ａ）  前記第一の基板またはウェハ上にエッチング停止層を形成するステップと、
（ｂ）  前記エッチング停止層上に薄いケイ素層が提供されるステップと、
（ｃ）  前記第一の基板またはウェハ上に配置される片持ち梁ビーム構造物を定義するために、薄いケイ素層をマスキング及びエッチングされるステップと、
（ｄ）  片持ち梁ビーム構造物が（ｉ）前記第一の基板またはウェハが第一のエッチングにより除去されて、前記エッチング停止層が前記第一のエッチングに抵抗し、（ｉｉ）第二のエッチングで前記エッチング停止層を除去することで切り離されるステップと、
を持つ請求項１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１９】
前記ケイ素層が非ドープであり、（ｉ）接部が前記組合わせ部から感覚を開けて前記片持ち梁ビーム上に形成され、（ｉｉ）電導性金属が前記接部と前記組合わせ部との間の片持ち梁ビーム構造物上に形成される請求項１８に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項２０】
前記ケイ素層が電導性を持つようにドープされている請求項１８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２１】
さらに前記第二の基板またはウェハ上に好ましくはチタン／プラチナ／金である接部が形成され、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一つが、前記突部と組み合わされて、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１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２２】
共晶層は金−ケイ素共晶層が前記第二の基板またはウェハ上のチタン／プラチナ／金接部上に形成されることにより、及び／または金−ケイ素共晶層が第一の基板またはウェハ上のオーム接触部上に形成されることにより提供される請求項２１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２３】
前記ボンディングが共晶的に起こり、前記共晶ボンディングのためのケイ素が前記第二の基板またはウェハの組合わせ部のケイ素によって提供される請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項２４】
チタン、プラチナ及び金それぞれの独立層によって形成されているのが望ましい金属層は選択的に前記片持ち梁ビーム構造物上に溶着され、第一のオーム接触部を形成し、チタン／金であることが望ましい拡散防止の無い第二の金属層が選択的に前記片持ち梁ビーム上に溶着され、第二のオーム接触部を形成し、両方の金属層が高温で焼結されて、前記第一のオーム接触部が片持ち梁ビーム構造物の末端部近くに溶着され、第二のオーム接触部が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１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２５】
チタン、プラチナ及び金それぞれの独立層によって形成されているのが望ましい金属層は前記片持ち梁ビーム構造物上に選択的に溶着され、第一のオーム接触部と高温で焼結されて、前記第一のオーム接触部が前記片持ち梁ビーム構造物の末端部近くに溶着され、前記第一及び前記第二の基板またはウェハの組合わせが好ましくは金である第二の基板またはウェハ上の金属層間で起こり、前記片持ち梁構造物が前記第一の基板またはウェハ上に定義される請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチまたはトンネリング・センサの製造方法。
【請求項２６】
好ましくはチタン／プラチナ／金である型押しされた金属層が選択的に前記片持ち梁ビーム構造物上に溶着されて、第一及び第二の内部接部を前記片持ち梁ビーム構造物上に形成し、前記接部が好ましくはチタン／プラチナ／金である伸長電導性紐状層によって内部接触がなされ、前記第二の内部接部が前記片持ち梁ビーム構造物の末端部近くに溶着され、片持ち梁構造物に比べ実質的に狭いのが好ましい前記伸長層が前記片持ち梁ビーム構造物上で縦方向に溶着され、前記第一の内部接部が前記第一の基板またはウェハ上に組合わせ部を形成する請求項１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２７】
さらに好ましくはチタン／プラチナ／金である型押しされた金属層が前記第二の基板またはウェハの広範囲に突部を形成する前記突部によって補助され、前記第二の基板またはウェハ上の前記型押しされた金属層が前記突部と組み合わされて、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２６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２８】
さらに金／ケイ素共晶層が前記金属層の少なくとも一つである請求項２７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２９】
前記ボンディングが前記共晶層及び金層の隣接部間において起こる請求項２８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３０】
前記ボンディングが共晶的に起こり、前記共晶ボンディングのためのケイ素が第二の基板またはウェハ上の組合わせ部におけるケイ素基板によって提供される請求項２７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３１】
前記片持ち梁ビーム構造の形成が、
（ａ）  前記第一の基板またはウェハ上のエッチング停止層において形成されるステップと、
（ｂ）  前記エッチング停止層上の薄いケイ素層が形成されるステップと、
（ｃ）  前記第一の基板の隣接部に溶着された片持ち梁ビーム構造物を定義するために、前記薄いケイ素層をマスキング及びエッチングするステップと、
（ｄ）  前記エッチング停止層による抵抗を用いて、エッチング溶液の利用により前記第一の基板またはウェハを除去するステップと、
（ｅ）  前記片持ち梁ビーム構造物の抵抗を用いて、エッチング溶液を利用してエッチング停止層を除去するステップと、
を持つ請求項１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３２】
チタン／プラチナ／金層が選択的に前記薄い層上で溶着されて第一及び第二の金属接部を前記薄い層上に形成し、前記第二の接部が前記片持ち梁末端部近くに溶着され、前記第一の接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する請求項３１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３３】
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・センサの組立構造が、
（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）  少なくとも一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、
（ｃ）  少なくとも一つの突部が定義されている前記基板またはウェハから伸びている少なくとも一つの突部を前記二つの組合わせ部の少なくとも一つが含み、
（ｄ）  前記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またはウェハ上の組合わせ部へ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一つの上にボンディング層が溶着され、組合わせ部が前記ボンディング層においてそれぞれが組み合わ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・スイッチまたはトンネリング・センサ。
【請求項３４】
ボンディング層が圧力／熱に敏感であり、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つ請求項３３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３５】
前記第一及び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３４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３６】
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３５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３７】
前記ケイ素の結晶構造がＳｉ＜１００＞である請求項３６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３８】
前記ケイ素がｎ型である請求項３７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３９】
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薄いケイ素層から形成され、前記薄い層がドーパントとドープされている請求項３４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４０】
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ケイ素のエピタキシャル層から形成されており、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３３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４１】
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３９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４２】
前記薄い層が、前記薄い層の抵抗値が１Ω−ｃｍ以下に減少するように十分集中的にホウ素とドープされ、前記薄い層がエピタキシャル層である請求項３９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４３】
前記薄い層が、前記薄い層の抵抗値が１Ω−ｃｍ以下に減少するように十分集中的にホウ素とドープされ、前記薄い層がエピタキシャル層である請求項３９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４４】
さらに、前記エピタキシャル層上の第一及び第二の接部を持ち、前記第二の接部が前記片持ち梁ビーム構造物の末端部近くに配置され、前記第一の接部が前記第一の基板またはウェハ上の組合わせ部の少なくとも一つの突部を形成している請求項４０乃至４３のいずれかに記載のマイクロ・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４５】
前記第一及び第二の接部が第一及び第二のオーム接触部である請求項４４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４６】
前記第一及び第二の接部がチタン／プラチナ／金によって形成されているのが望ましい請求項４４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４７】
さらに、前記第二の基板またはウェハ上に配置されたチタン／プラチナ／金によって形成されているのが好ましい金属接部を持ち、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一つが、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部を定義する請求項４４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４８】
金属層が前記第一及び第二の基板上に配置され、第一の金属層が第一のオーム接触部上に配置され、前記第一の基板またはウェハ上の組合わせ部の少なくとも一つの突部を形成し、第二の金属層が第二のオーム接触部上で突接部を形成する請求項４５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４９】
さらに、第二の基板またはウェハ上に金属接部を持ち、前記第二の基板またはウェハ上の少なくとも一つの前記接部が、前記第二の基板またはウェハ上の前記組合わせ部の突部の少なくとも一つを定義する前記第二の基板から形成された突部と協動する請求項４８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５０】
前記ボンディング層が前記第二の基板上の前記金属接部の少なくとも一つに配置された金−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に形成された第一の接部上に配置された金−ケイ素情報層によって提供された請求項４７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５１】
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−ケイ素共晶によって、及び／または前記第一の基板またはウェハ上の金属層の第一突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４９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５２】
前記共晶ボンディングに用いられるケイ素が、前記組合わせ部の前記第一または前記第二の基板またはウェハのケイ素基板によって提供される請求項５０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５３】
前記ボンディング層が共晶ボンディング層であり、前記共晶ボンディングに用いられるケイ素が前記組合わせ部における前記第一または前記第二の基板またはウェハの前記ケイ素基板によって提供される請求項４９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５４】
さらに、前記エピタキシャル層上に第一及び第二の接部を持ち、前記第二の接部が前記片持ち梁ビーム構造部の末端部近くに配置され、前記第一の接部が前記第一の基板またはウェハ上の前記組合わせ部の突部の少なくとも一つを形成する請求項３９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５５】
少なくとも一つの突部が前記第二の基板またはウェハの広範囲の表面から突き出ており、さらに、第二の基板またはウェハ上に金属接触部を持ち、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一つが、前記第二の基板と関連する前記突部と組み合わされて、前記第二の基板またはウェハ上に前記組合わせ部を定義する請求項３３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５６】
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一つの金属接部上に配置された金−ケイ素共晶によって、及び／また前記第一の接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５５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５７】
第一及び第二の内部金属接部が前記片持ち梁ビーム構造部上に配置され、前記接部が伸長紐状金属層によって内部接触され、前記第二の内部接部が前記片持ち梁ビームの末端部近くに配置され、前記伸長紐状層が前記片持ち梁ビーム構造物上に縦方向に配置され、前記第一の内部接部が前記第一の基板またはウェハ上の少なくとも一つの組合わせ部を形成する請求項３３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５８】
少なくとも一つの突部が前記第二の基板またはウェハの広範囲な表面から突き出ており、金属接部が前記第二の基板またはウェハ上に配置され、前記第二の基板またはウェハ上の少なくとも一つの接部が前記突部と組み合わされ、第二の基板またはウェハ上の少なくとも一つの組合わせ部を定義する請求項５７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５９】
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／または第一の内部接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５８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。
【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。本発明はまた、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、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・スイッチまたは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、一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（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ｂｅａｍ）と基板上に位置するパッドとの電気的な接続もできなく、また同時に良好な構造的安定性を提供することができなかった。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・スイッチ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。突部は少なくとも一つの基板上に形成され、結果物であるスイッチまたはセンサに対して良好な機械的安定性を提供する。
【０００３】
トンネリング・スイッチ及びセンサは、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・スイッチ及び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・スイッチ及び／または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あげられる。
【０００４】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチとセンサは、お互いが多少類似している。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ及びマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサそれぞれの違いは、本発明の詳細な説明中に記載する。
【０００５】
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、また少なくとも一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）・スイッチまたはセンサの製造方法を提供するものである。第二の基板またはウェハ上に施される組合わせ部は、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有している。二つの組合わせ部のうち少なくとも一つは、ウェハから伸長したケイ素突部を含み、その上部に対応部が組み合わされる。ボンディングまたは共晶層は少なくとも一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、二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二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・スイッチまたは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一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。二つの組合わせ部のうち少なくとも一つは、ウェハから伸長したケイ素突部を含み、その上部に対応部が組み合わされる。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、少なくとも一つの組合わせ部上に配置される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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から図１５を用いて説明する。第二実施例は図１６から図２１Ｂ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。
【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、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。”Ａ”が付された図面番号は、”Ｂ”が付された図面番号と関連した切断部を示しているが、一般的に、面上の構造物については図示しているが、切断部の後方にある構造物については図示していない。例えば、図２Ａにおいて、図２Ｂ内の大文字Ｅの形状をした上腕部を形成するマスク１４の部分は、水平面からぼやけてしまう位置にあるために、図２Ａには図示されていない。このように切断図は簡単に図解している。
【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から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から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】
本実施例における層１２は、抵抗値を０．０５Ω−ｃｍ以下に減少するようにホウ素とドープされるのが良いが、抵抗値が０．０１から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。ホウ素は、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、図１４に示されたようにマスク層を形成することで、よく知られた写真平板技術を用いて型押しされるが、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（図２Ｂを参照）。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（図１２及び図１３を参照）。
【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、例としてエッチングをして薄いドープｐ型ケイ素層１２を通すと共に、さらにエッチングをケイ素ウェハ１０のおよそ５００Åの深さまで行う。
【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の厚みを持たせるべきである。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。後述する図２４Ａから２８Ｂに詳細を図示し、焼結工程は金属層がある場合に除去することができ、一例として接触部１８−１及び１８−２を接続するのに向いている。
【００１５】
もう一方の異なった方法としては、前述した焼結工程が行われることを利用して、柱接部１８−１をチタン及び金（プラチナを除く）層によって形成し、柱接部１８−１からプラチナ層を除去する付加マスキング工程を取り入れる。しかしながらこの方法では、焼結が原因となってケイ素が金内部へと移動してしまい、図４Ａ及び図４Ｂに図示された柱接部１８−１の露出部分において、金／ケイ素共晶が形成されてしまう。さらなる方法として、柱接部１８−１内に含まれているプラチナ層の状況によって、図４Ａ及び図４Ｂに図示されている柱接部１８−１の露出部分を金／ケイ素共晶として単純に溶着する。柱接触部１８−１は、次に述べる片持ち梁ビーム形成部２と基板４間のボンディングが共晶的に起こらない場合には、取り除かれてもよい。
【００１６】
結論として、図４Ａ及び図４Ｂに図示された柱接部（ｐｏｓｔ ｃｏｎｔａｃｔ）１８−１が、金または金／ケイ素のいずれか一方を用いて形成されるのが望ましい。図１２及び図１３において説明され、図示されたように、片持ち梁ビーム形成部２及び基板４が組み合わされた時に、いずれか一つの組合わせ露出表面が金／ケイ素共晶であり、その他の部分が金であることが望ましい。このように、望ましくは、基板４上の組み合わせる露出表面が金または金／ケイ素である場合に、組み合わせる露出表面１８−１、１８−３がその他方の金属、すなわち、金／ケイ素層が金層と対面することから、金／ケイ素または金のいずれか一方であることが望ましい。
【００１７】
図４Ａ及び図４Ｂに図示された構造になった後、図５Ａ及び図５Ｂに図示されたようにフォトレジスト層２０が設置され、またフォトレジスト層内部には穴部２０−２を有するように型押しされる。金層２６は１５，０００Åの厚さであるのが好ましく、フォトレジスト層２０’上に付加され、金層２６が溶着の間に穴部２０−２を被覆することで接部２６−２を形成し、穴部２０−２を通って接部１８−２上に溶着される金はピラミッド型または円錐型を呈す。接部２６−２が形成された後、残っているフォトレジスト層２０’が除去され、片持ち梁ビームが図６Ａ及び図６Ｂに図示されたように姿を現す。この図では、組合わせ部が層１８−１で提供されている。本技術の当業者には、穴部１６−１、１６−２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に比べ、非常に小型になっていることが認識されている。実際は、金層２６がウェハ上に溶着される時に、当業者には溶着工程が進むと、穴部２０−２の端部において張出しが起きるため、層２６を溶着する際には、マスクの端部が金に変わる。これにより、穴部２０−２はやや狭くなりはじめ、金が穴部２０−２を通して溶着され、符号２６−２に示されたようにピラミッド型または円錐型を呈す。溶着される金層２６の厚さは、一般的に溶着工程中に穴部２０−２の上部を閉じるのに十分なほどに厚くされており、それにより２６−２の点型構造を構築する。
【００１８】
フォトレジスト層２０はその時、除去され、センサの片持ち梁ビーム形成基板２が現われ、図６Ａ及び６Ｂに図示した構造になる。
【００１９】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの本実施例における基板４の形成は、図７Ａから図１１Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂでは、ケイ素ウェハ３０上にフォトレジスト層５０が溶着され、大文字’Ｅ’の外周形状を呈する型押しがされているのが望ましい。露出したケイ素はその後エッチングにより、約２０，０００Å露出されることで、フォトレジスト層の型押しされたマスク５０下にウェハ３０の突起部３０−１が定義される。フォトレジストマスク５０がその後除去され、またウェハ３０が酸化されて酸化層５２、５４がウェハ３０の露出表面に形成される。酸化層は、それぞれが約１μｍの厚さを持つのが望ましい。もちろん、図８Ａに図示された表面端部の金が酸化されているように図示してはおらず、これは、図８Ａ（及びその他の図）は完全に連続形成されたウェハ３０に繰返し型押しされたうちの一つを図示しているに過ぎないためである。
【００２０】
図９Ａ及び図９Ｂでは、フォトレジスト層５６が前述したのと同様、大文字”Ｅ”の外周を持つ穴部５６−１を具備している。その後、２，０００Åの厚さを持つことが望ましいチタン／プラチナ／金層５８が穴部５６−１を通して溶接され、その後、１，０００Åの厚さを持つことが望ましい金／ケイ素共晶層が溶着される。チタン／プラチナ／金層５８−１及び金／ケイ素共晶層６０−１はこのようにして形成され、層は図９Ｂに表わされているように大文字”Ｅ”形状の外周に沿って形成されるのが望ましい。もちろん、柱接部１８−１（図４Ａ）は金／ケイ素共晶によるまたは、金／ケイ素共晶が上部に配置されて形成され、その後、層６０、６０−１は、単純に金によって形成することができ、または単純に露出層５８−１に金が存在することで省略できる。
【００２１】
フォトレジスト層５６はその後取り除かれ、図１０Ａに図示された穴部６２−２、６２−３及び６２−４（ｉ）、図１０Ｂに図示されたパッド４０−１から４０−４用の穴部、それらを結ぶ紐状導体４２（ｉｉ）、図１０Ｂに図示された防護環４４及びそのパッド用の穴部（ｉｉｉ）、が型押しされたフォトレジスト層６２が付加される。簡便に図示したため、防護環４４については図１０Ａに図示していない。チタン／プラチナ／金層３８はその後、型押しされたフォトレジスト層６２及び内部に接部３８−３、３８−４及び３８−２を持つ穴部６２−２から６２−４上に溶接され、フォトレジスト層６２が除去され、図１１Ａ及び図１１Ｂに図示したようになる。それら接部は、前述した紐状導体４２を用いてパッド４０−２から４４−４と相互に接続され、接部４０と紐状導体４２は接部３８−３、３８−４及び３８−２が形成されると同時に形成されるのが望ましい。外周層５８−１及び６０−１も紐状導体４２のパッド４０−１との結合によって接続される。ウェハ３０の上部に隣接し、高さが約２０，０００Å程度が望ましい突部３０−１及び比較的薄い層５８−１及び６０−１が基板４上の構造との組み合わせによって形成される。
【００２２】
図１２では、ここで片持ち梁ビーム形成部２が基板４にボンディングされる。図１２に図示されている、二つのウェハ１０及び３０は対面関係になっており、それによりそれらの組合わせ部１８−１、３０−１、５８−１及び６０−１は隣接され、またそれにより層１８−１及び６０−１はお互いに正しく組み合わされる。圧力及び熱（１０００個のセンサが上部に配置されたウェハ２、４がそれぞれ３インチの間隔を有し、４００℃で５，０００Ｎの圧力を加えるのが望ましい）は、図１３に示された、層１８−１及び６０−１間における共晶ボンディングが行われる際に加えられる。その後、ケイ素ウェハ１０は除去され、図１４に示すマイクロエレクトロメカニカルセンサが構成される。ｐ型ケイ素層１２は片持ち梁ビームとして供給される部１２−２と、基礎層である基板４を通して取り付けられたもう一方の部を含む。金接触部２６−２は素部１８−２、１２−２、１２−１、１８−１、６０−１、５８−１とそれを結合した紐状導体４２によってパッド４０−１と組み合わされる。ボンディングが共晶化されずに行われる場合には、さらに高い温度が要求される。
【００２３】
突部３０−１及び層１８−１、６０−１及び５８−１は大文字”Ｅ”の外周形を帯びるのが望ましく、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２６−２はこの物理的な形状によって効果的に保護される。ボンディング形成後、ケイ素層１０は除去され、図１４Ａび図１４Ｂ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。これは片持ち梁の結合された接触部２６−２及び基部４にボンディングされた補助または組合わせ部１８−１と共に、ホウ素ドープケイ素片持ち梁ビーム１２のみが除去される。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの好ましい寸法は図１５に示す。片持ち梁は２００から３００μｍ（０．２から０．３ｍｍ）の長さであるのが望ましい。
【００２４】
エチレンジアミンピロカテコールをエッチング溶液として使用する代わりに、層１１が二酸化ケイ素を使用している場合にはプラズマエッチングを使用することができる。
【００２５】
図１５は基本的に図１４と同様であるが、マイクロエレクトロメカニカルセンサについて詳細を記載しており、マイクロエレクトロメカニカルセンサの望ましい大体の寸法をこの図で示している。
【００２６】
この実施例を再度記述すると、チタン／プラチナ／金層１８は接触部１８−１及び１８−２が形成されて取り付けられ、それらは焼結されて、ホウ素ドープ片持ち梁１２とオーム結合が形成されるようにされた。特記事項として、焼結は、接触部１８−１及び１８−２間に紐状導体を用いていれば行わなくともよい。そのような改良の詳細を図１６Ａから図１６Ｂを用いて説明する。
【００２７】
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、エピタキシャル成長以外の方法によって形成される。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が薄いケイ素層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）と呼ばれるが、絶縁上ケイ素の形成技術は本技術分野で良く知られているためここでは詳述しない。エッチング停止層１１が用いられる場合には、二酸化ケイ素層が１−２μｍの厚さを持つことが望ましく、作成例としては、ケイ素ウェハ１０内部に酸素を添加し、ケイ素ウェハ１０の露出面下部を被覆するエッチング停止層１１を形成し、同時に、薄ケイ素層１２をその露出面に隣接することにより作成される。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二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１Ω−ｃｍ以下に減衰するドープされる。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ため、エッチング停止層は必要ない。
【００２８】
任意に、薄いドープ又は非ドープされたケイ素層１２を上部にもつケイ素ウェハ１０（図１６Ａ及び図１６Ｂを参照）は、熱酸化により比較的薄い二酸化ケイ素層を層１２の露出層上に形成する。層１２は約１．２μｍの厚さを有するのが望ましい（しかしながら、用途に応じて薄くしても厚くしても良い）。任意の二酸化ケイ素層の薄さは、およそ０．２μｍとするのが望ましい。ここに至り、両方の広範囲の表面が酸化され、希望により、下層から酸化物がはがされる。任意酸化層はビームのケイ素がビームの片端に形成されたトンネリング表面の金内部への拡散に対して均一に防護膜を提供する。この任意酸化膜は片持ち梁ビームのどの実施例にも通常利用されるが、簡便を期すために図面では省略している。しかしながら、図２５及び図２７においては示し、符号７０で表わしている。
【００２９】
図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、フォトレジスト層１４は層１２上に付加され（または任意酸化層７０があれば、任意酸化層上）、また図２Ａ及び図２Ｂを用いて述べたフォトレジスト層１４と同じ、大文字’Ｅ’形状が型押しされるのが望ましい。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいてみられる構造は、プラズマエッチングにより、層１１及び層１２を通過して層１０を約５００Å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１８Ａ及び図１８Ｂに図示した型押しが行われる。層１６のフォトレジストは、図３Ａ及び図３Ｂを用いて述べた層１６の、穴部６１−１から１６−２間の伝達に提供する紐状導体１８−５を含む付加穴部１６−５を除いて、層１６と配置及び対比は基本的には同一の型押しがなされ、その時チタン／プラチナ／金であることが望ましい金属層１８が次にフォトレジスト層１６上に溶着される。層１８が溶着された後、フォトレジスト層１６は除去され、層１８上に形成された部位が取り除かれ、図１９Ａ及び図１９Ｂに図示したように、下位層１２、または存在すれば任意酸化層７０上の層１８の部１８−１、１８−２及び１８−５が残される。
【００３０】
図１９Ａ及び図１９Ｂの構造になった後、トンネリング端２６−２が適切なマスキング、及び金層２６（図５Ａ参照）またはチタン／プラチナ／金層の溶着によって付加される。例として、それにより結果図２０Ａ及び図２０Ｂの構造となる。ケイ素基板３０に突部３０−１（例として、図８Ａ参照）が形成されている場合、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサは図１２及び図１３で述べた事項によって完成する。図２０Ａ及び図２０Ｂにおいて図示された構造物が図１１Ａ及び図１１Ｂに図示された基板４とボンディング及びケイ素ウェハ１０を片持ち梁ビームから取り外しがされた後の図を図２１Ａ及び図２１Ｂに示す。片持ち梁ビーム１２は二つのプラズマエッチングを行うことで取り外されるのが望ましい。最初のエッチングでは、ウェハ１０を溶解し、次のエッチングではエッチング停止層１１を取り除く。
【００３１】
突部３０−１は希望に応じて除くことができ、その場合には、上部に金及び金／ケイ素共晶が付加された反対層とそれぞれが対面金にされたチタン／プラチナ／金のような比較的薄い金属の層である層５８−１及び／または層６０−１が作成されることにより置きかえられ、その時には前述したように２つの部は一対にされ、また共晶ボンディングが行われる。しかしながら、この場合には層５８−１及び／または６０−１を薄いままにしておくため、通常もう一方の層が同時に形成されることから、付加的なマスキング工程が要求される。突部３０−１を使用することは、結果構造物がより安定化するとみられることや、様々な金属層の形成を単純にすることから望ましい。
【００３２】
また、基板４の層３０から形成される突部の代わりに、片持ち梁ビーム形成基板２の層１０から形成でき、さらに代わりとして、突部が層１０及び３０の両方から形成できる。しかしながら、突部３０−１が基板４から形成されるのが望ましい。
【００３３】
図２２はマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの第二の実施例である。この図では、マイクと・エレクトロ・メカニカル・センサの完全な形状を示している。すでに述べた事項により、当業者にとって、本実施例及び更なる実施例の生産は、既に述べた詳細な説明の改良によってそれほど難しくないものと認識されるため、ここでは全体についての説明を行う。
【００３４】
図２２では、望ましい共晶ボンディングが補助腕部８０の中央部にある金及び金／ケイ素層間前後において行われ、またここでは突部は利用されていない。もう一方でこの実施例では、図１Ａから図１５で述べた実施例と類似している。図２３に示された実施例では、望ましい共晶ボンディングが金及び金／ケイ素層間において、片持ち梁ビーム１２と反対の基板４とが閉鎖的に配置されるように行われる。図２２及び図２３の場合には、片持ち梁ビーム１２は十分な伝導性をもつ必要があり、片持ち梁ビーム１２の端部における接部２２−２と基板４上の接部４０−１との間の伝導路として機能する。好ましくは、ホウ素フォームがされたケイ素片持ち梁ビーム１２の抵抗が０．０５Ω−ｃｍ以下であるとよい。片持ち梁ビーム１２を低抵抗にするために、エチレンジアミンピロカテコールを使用して基板１０をエッチング除去してもよい（図１０、図１１及び関連した説明を参照）。しかしながら、好ましくは絶縁上ケイ素ウェハを図２３及び図２３において使用し、二酸化ケイ素層１１（図１６Ａから図２０Ｂ）が、基板１０をエッチングする際に片持ち梁ビーム１２を防護するエッチング停止層を利用し、それによって層１２がホウ素とドープ（エチレンジアミンピロカテコールエッチングから防護するため）ではなく、より抵抗値が低い他の不純物とドープすることができる。
【００３５】
図１５、２１、２２、２３を比較すると、図１５及び図２１に示す実施例の方が、比較的薄い金属層のみを必要とし、より固定したケイ素柱または突部３０−１が提供されてより安定するため望ましい。
【００３６】
図２４及び図２５に示した実施例は、図２２及び図２３の実施例と類似しているが、図２２及び図２３に記載の実施例では、図１６Ａから図２１Ｂにおいて述べた紐状導体が使用されている。これらの実施例で、層１２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以下になることが望ましい。紐状導体を用いることで、片持ち梁ビーム１２に使用されるケイ素の抵抗値は高くなってしまっても良い。層１２がホウ素とドープされている場合には、片持ち梁ビームはエチレンジアミンピロカテコールを用いたエッチングによりウェハ１０と切り離すことができる。好ましくは、絶縁上ケイ素の形成が基板１０をエッチング除去する間に片持ち梁ビーム１２を防護するのり利用される二酸化ケイ素停止層１１（図１６Ａから図２１Ｂ参照）を用いるのが良い。
【００３７】
図２６から図２９に示した実施例は、図２２から図２５に示した実施例と類似しているが、図１Ａから図２１において述べたケイ素突部３０−１をもつ基板が利用されている。
【００３８】
一般的に、実施例ではケイ素柱または突部をもつ基板３０を利用し、その結果、センサ及びスイッチのより機械的安定性が得られる。
【００３９】
これまでセンサの組立に関する構造について述べてきた。当業者にとって、これらの構造がセンサとしてどのように利用されるかだけでなく、これらの改造をどのようにするか、スイッチとして変換するかは認識されている。これから図示するセンサデバイスは、加速度計として利用されるのが望ましいが、設計を選択し、必要また希望する時に適した改良をすることでその他のセンサ（ジャイロスコープ、磁力計等）またはスイッチとしても利用できる。
【００４０】
本発明に基づいたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・デバイスのスイッチの種類の四つの実施例を図３０から図３３において説明している。スイッチとして変換を行うために、二つの金属パッド２６−３及び２６−４が突接触部２６−２の代わりに片持ち梁ビーム構造物１２上に溶着される。これらの実施例における片持ち梁ビーム１４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、金属パッド２６−４が二つの接部３８−５及び３８−６をブリッジし、基板４上で層３８が溶着されると同時にこれら接部が溶着される。非ドープのケイ素の抵抗値が比較的高いことから、図１６Ａから図２１Ｂにおいて説明した紐状導体１８−５が利用されて、金属パッド２６−３から基板４に落ちる電気接続がもたらされる。スイッチは、金属パッド２８−３及び２６−３間に電圧が負荷されることにより、片持ち梁ビーム１２上において電気力が与えられて閉じる。この電圧が、スイッチが閉じた時の回路接続接触部３８−５及び３８−６を実質的に接続する時に、金属パッド２６−４が回路接続接触部３８−５及び３８−６を作成する。他方で、これらの実施例は、前述した実施例と類似している。特記事項として、しかしながら、片持ち梁ビーム１２が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ため、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。その代わりに、図１６Ａから図２１Ｂにおいて述べた二酸化ケイ素エッチング停止層１１を基板１０のエッチング除去時に、片持ち梁ビーム１２の防護として利用するのが望ましい。
【００４１】
図３２に示した実施例では、金／ケイ素共晶層が片持ち梁ビームの次に配置され、またこの実施例では基板４が片持ち梁ビーム１２を補助する円柱部３２として動作する突部３０−１を有する。スイッチの実施例としては、図３２の実施例が、基板４内の突部３０をセンサとして利用することを推奨しているのと同様の理由により望ましい実施例であり、結果としてセンサ及びスイッチのより機械的な安定を期待できる。
【００４２】
図３２における二酸化ケイ素層７０は片持ち梁ビーム１２及び層１８間に配置される。層１８はチタン層、プラチナ層、金層によって形成されるのが望ましい。金属が接部として利用される限りにおいて、層１８が適度な保護を提供しない場合、二酸化ケイ素層７０のような拡散保護を利用する必要がある。
【００４３】
図面に図示した構造は、大文字’Ｅ’をもちいて多くの事例を説明した。しかしながら、層１２のビームによって最初に形成される片持ち梁構造に対してより良い機械的な補助を提供するのであれば、この形状は特に重要ではない。もちろん、補助構造物または片持ち梁ビーム１２周囲の組合わせ部の形状は設計選択において変更することができ、大文字’Ｅ’の形状を呈する必要はなく、円、三角形またはその他希望する形状である、簡単な形状であればかまわない。
【００４４】
片持ち梁ビーム１２上の紐状導体を利用する実施例中で、片持ち梁ビーム上に形成されるパッド及び接部（例として２６−２及び２６−３）は一般的に図示したように、紐状導体１８−１、１８−２、１８−５上に形成される。片持ち梁ビーム上の紐状導体は様々な便利な方法で用いることができ、２６−２及び２６−３のような要素を片持ち梁ビーム１２上に直接形成させる場合に、片持ち梁ビーム１２上に接合し、反対または他方の他の金属要素と接続させされるであろう。
【００４５】
チタン／プラチナ／金層について詳細をここで述べる。当業者にとって、学術名であるチタン／プラチナ／金層の状態がそれぞれが独立したチタン層、プラチナ層、金層からなることは知られている。チタン層は溶着を進展させ、それと共にプラチナ層が隣接層の金内部へのケイ素の拡散を防止するように働く。その他の溶着層としては、クロム及び／またはパラジウムのようなその他の拡散防止層も利用可能であり、または代わりとして使用できる。金が接部を形成する場合には、ケイ素が金接部に移動することで露出表面上に二酸化ケイ素が形成され、また二酸化ケイ素が非伝導性である為、ケイ素の金内部への移動は防止するのが理想であり、金接部における変成による金接部の電気的影響は除去するべきである。従って、プラチナ及び／またはパラジウムのような拡散防止層は、金及び隣接したケイ素材料の間に配置するのが望ましい。しかしながら、この実施例での金／ケイ素共晶を形成する際の拡散防止についての説明は省略している。
【００４６】
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。
【００４７】
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二つの基板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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１０Ａ】
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１０Ｂ】
本発明に係る、図１０Ａ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１１Ａ】
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１１Ｂ】
本発明に係る、図１１Ａ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１２】
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１３】
図１３は、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１４Ａ】
本発明に係る、第一実施例のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図１４Ｂ】
本発明に係る、完成したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・ジャイロスコープの平面図である。
【図１５】
本発明に係る、第一実施例のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図であり、図１４Ａの構成の寸法を示す。
【図１６Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図１６Ｂ】
本発明に係る、図１６Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図１７Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図１７Ｂ】
本発明に係る、図１７Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図１８Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図１８Ｂ】
本発明に係る、図１８Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図１９Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図１９Ｂ】
本発明に係る、図１９Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図２０Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図２０Ｂ】
本発明に係る、図２０Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図２１Ａ】
本発明に係る、第一実施例の片持ち梁に改良を適用したマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの切断図である。
【図２１Ｂ】
本発明に係る、図２１Ａに対応し、改良に関する組立工程を示した平面図である。
【図２２】
本発明に係る、第二の実施例に関するマイクロ・エレクトロ・メカニカルセンサの側面図であり、円柱の補助の中央部に好適な共晶ボンディングが施されている。
【図２３】
本発明に係る、第二の実施例に関するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、片持ち梁１２の隣接部に好適な共晶ボンディングが施されている。
【図２４】
本発明に係る、第二の実施例に関するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、図３０に記載の円柱補助の中央部に好適な共晶ボンディングが施されているだけでなく、片持ち梁上に紐状導体を具備している。
【図２５】
本発明に係る、第二の実施例に関するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、図３１に記載の片持ち梁の隣接部に好適な共晶ボンディングが施されているだけでなく、片持ち梁上に紐状導体を具備している。
【図２６】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、片持ち梁の隣接部に好適な共晶ボンディングが施されているだけでなく、円柱補助部を形成するケイ素突部を有した基板を利用している。
【図２７】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、図２６に記載のように、片持ち梁の隣接部に好適な共晶ボンディングが施され、円柱補助部を形成するケイ素突部を有した基板を利用するだけでなく、片持ち梁上に紐状導体を利用している。
【図２８】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、円柱補助の中央部内に好適な共晶ボンディングが施されるだけでなく、円柱補助部を形成するケイ素突部を有する基板を利用している。
【図２９】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの側面図であり、図２８に記載のように、円柱補助の中央部内に好適な共晶ボンディングを施し、円柱補助部を形成するケイ素突部を有する基板を利用するだけでなく、片持ち梁上に紐状導体を利用している。
【図３０】
本発明に係る、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチであり、図３２に類似しているが、スイッチを閉じる際に片持ち梁に電気的な力を与える付加パッドを有する。
【図３１】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの側面図であり、図３８と類似しているが、円柱補助の中央部内に行われるのに反して、片持ち梁の隣接部に好適な共晶ボンディングが施されている。
【図３２】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの側面図であり、片持ち梁として円柱補助部を形成するケイ素突部を有する基板を利用している。
【図３３】
本発明に係る、第二の実施例に関する、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの側面図であり、図３２記載のスイッチに類似しているが、片持ち梁のケイ素と紐状導体との間にケイ素層を用いている。
【図１Ａ】
2004520177.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2004520177.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
2004520177.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2004520177.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2004520177.tif 000011
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
2004520177.tif 000041
【図２２】
2004520177.tif 000042
【図２３】
2004520177.tif 000043
【図２４】
2004520177.tif 000044
【図２５】
2004520177.tif 000045
【図２６】
2004520177.tif 000046
【図２７】
2004520177.tif 000047
【図２８】
2004520177.tif 000048
【図２９】
2004520177.tif 000049
【図３０】
2004520177.tif 000050
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際公開パンフレット】
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2004520177.tif 000055
2004520177.tif 000056
2004520177.tif 000057
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2004520177.tif 000097
2004520177.tif 000098
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004520177.tif 000099
2004520177.tif 000100
【国際調査報告】
2004520177.tif 000101
2004520177.tif 000102
2004520177.tif 000103