(57)【要約】  ＭＥＭＳデバイスの構造特性を操作するシステム及び方法が、ＭＥＭＳデバイスの表面に複数の穴をエッチングすることを含み、この複数の穴は、ＭＥＭＳデバイスにおいて必要とされる特定の構造特性を実現するように決定された１つ以上の幾何学的形状を含む。
2018531158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳデバイスの構造特性を制御するシステムであって、
１つ以上の構造を含むＭＥＭＳデバイスと、
前記ＭＥＭＳデバイス上に堆積されたＭＥＭＳグリッドであって、前記ＭＥＭＳデバイスの表面にエッチングされた複数の穴を含む前記ＭＥＭＳグリッドと、
を含み、
前記ＭＥＭＳグリッドは、前記ＭＥＭＳデバイスの構造特性を変化させるように構成可能である、
システム。
【請求項２】
前記複数の穴は第１の形状及び第２の形状を含み、前記第１の形状及び前記第２の形状は、前記ＭＥＭＳデバイスの構造の所望の構造特性に基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
第１の形状を有する１つ以上の穴の中に配置される吸収材を更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
第２の形状を有する１つ以上の穴の中に配置される吸収材を更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の形状及び前記第２の形状は、円、正方形、三角形、ハニカム、スロット、長方形、多角形のうちのいずれかである、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の穴は更に第３の形状を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の穴の方位は、所与の方位の構造衝撃に基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の穴のうちの１つ以上の穴の中に配置される吸収材を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
特定の構造特性を有するＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
ＭＥＭＳデバイスの構造要件を識別するステップと、
前記識別された構造要件を実現することが可能な幾何学的パターンを決定するステップと、
前記決定された幾何学的パターンに従って前記ＭＥＭＳデバイスに複数の穴をエッチングするステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記複数の穴のうちの１つ以上を吸収材で埋めるステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記幾何学的パターンは１つ以上の幾何学的形状を含んでよく、前記幾何学的形状は、正方形、三角形、円、ハニカム、長方形、スロットのうちの１つ以上を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
制御可能な構造特性を有するＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
ＭＥＭＳデバイスの１つ以上の構造の構造要件を識別するステップと、
第１の幾何学的パターンを決定するステップと、
第２の幾何学的パターンを決定するステップと、
ＭＥＭＳデバイスに複数の穴をエッチングするステップであって、前記複数の穴のうちの第１のサブセットが前記第１の幾何学的パターンに対応し、前記複数の穴のうちの第２のサブセットが前記第２の幾何学的パターンに対応する、前記エッチングするステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記複数の穴のうちの前記第１のサブセットを吸収材で埋めるステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の穴のうちの前記第２のサブセットを吸収材で埋めるステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の幾何学的パターンは、正方形、三角形、円、ハニカム、長方形、及びスロットのうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の幾何学的パターンは、正方形、三角形、円、ハニカム、長方形、及びスロットのうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第３の幾何学的パターンを決定するステップを更に含み、前記複数の穴のうちの第３のサブセットが前記第３の幾何学的パターンに対応する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
ＭＥＭＳデバイスに複数の配線層を作成する方法であって、
トレンチレイアウトを決定するステップであって、前記トレンチレイアウトは複数の穴配置領域を画定する１つ以上の幾何学的パターンを含む、前記決定するステップと、
１つ以上のアンカトレンチの場所を識別するステップであって、アンカトレンチは、前記トレンチレイアウトの一部分の画定された穴配置領域の中に堆積された２次トレンチであり、前記場所を識別する前記ステップは、前記画定された穴配置領域の中で、前記アンカトレンチと前記トレンチレイアウトとの間の基板材料部分が酸化するのに十分な小ささである位置を決定するステップを含む、前記場所を識別する前記ステップと、
前記トレンチレイアウトを基板ウエハにエッチングして複数のトレンチを作成するステップと、
前記１つ以上のアンカトレンチを前記基板ウエハにエッチングするステップと、
前記基板ウエハの表面に基層を成長させるステップであって、前記基板ウエハの前記表面は、前記基板ウエハの最上部表面と、前記複数のトレンチ及び前記１つ以上のアンカトレンチの内面及び底面とを含む、前記成長させるステップと、
前記複数のトレンチ及び前記１つ以上のアンカトレンチの中に第１の導電材料層を堆積させるステップと、
前記トレンチレイアウトの、前記穴配置領域を画定している部分に対応する、前記複数のトレンチの一部に絶縁層を堆積させるステップと、
前記絶縁層の最上部に第２の導電材料層を堆積させるステップであって、前記第２の導電材料層が前記絶縁層及び前記１つ以上のアンカトレンチを覆うように堆積させる前記ステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記複数の穴配置領域を通して前記基板ウエハをエッチングして、前記複数の穴配置領域によって包含された基板材料を除去することにより、結果としてＭＥＭＳデバイスに複数の穴を設けるステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の穴配置領域は１つ以上の幾何学的形状を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つ以上のアンカトレンチは内側穴配置領域を画定し、内側穴配置領域は、前記対応するアンカトレンチが配置される前記穴配置領域と同じ幾何学的形状を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のトレンチのいずれかと前記第２の導電層との間のブリッジ接続を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記アンカトレンチと前記複数のトレンチの前記一部との間の前記基板材料が前記絶縁層によって覆われるように、前記絶縁層が堆積される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によって全内容が本明細書に組み込まれている、２０１５年９月３０日に出願された米国特許出願第１４／８７２，１２３号、件名「ＭＥＭＳデバイスの構造パラメータを操作する為のＭＥＭＳグリッド（ＭＥＭＳ  Ｇｒｉｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示の技術は、全般的には半導体デバイスの製造に関し、特に、幾つかの実施形態が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハは、２０世紀末頃より、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造において櫛ドライブデバイスに使用される定番技術である。ＳＯＩウエハは、２つのシリコン層の間に二酸化シリコン層が配置されている。二酸化シリコン（シリカ）は、絶縁体（インシュレータ）として、マイクロ電子デバイスにおける短チャネル効果を小さくする。
【０００４】
これにより、薄いデバイス層の単結晶シリコンから可動構造を製造することが可能になる。機械構造をリリースする為に、エッチングされたシリコン構造の側壁がパッシベートされる。ハンドルウエハシリコンに等方性エッチングを行うことにより、構造がアンダーエッチングされて、それらの端部がリリースされる。このプロセスにおいて、構造が可動になるか固定されたままになるかは、構造の幅によって決まる。構造又はフィンガの高さは通常薄い。これは、パッシベーション層に対する等方性エッチングの制限による。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示技術の様々な実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイスの製造方法が提供される。本プロセスは、表面マイクロマシニングによって達成可能な構造設計の柔軟さと、バルクマイクロマシニングの製造しやすさとを組み合わせたものである。開始ウエハは、ＳＯＩウエハ、キャビティＳＯＩウエハ、又は通常のバルク基板ウエハであってよい。開始基板ウエハに深いトレンチがエッチングされ、このトレンチに絶縁体がコーティングされて作成されるベース絶縁層によって、下層の基板ウエハと、堆積されるＭＥＭＳ材料の層とが分離される。絶縁体は、通常のパッシベート層と異なり、熱成長酸化物である為、長時間のエッチングに耐えることが可能である。ＭＥＭＳデバイスは、材料薄層を指定のパターンで堆積させることにより、ＳＯＩウエハ又はｃＳＯＩウエハのウエハ又はデバイスウエハの上に構築される。（設計に応じた）全ての材料層の堆積後に、単一段階又は複数段階のエッチングプロセスにおいて、ウエハの指定の場所がエッチングされる。エッチングプロセスにより、基層の下のウエハ材料が除去されて、ＭＥＭＳデバイスが下層の基板ウエハ又はハンドルウエハから分離される。様々な実施形態では、エッチングプロセスによって、犠牲材料層もエッチング除去されてよく、これによって、ＭＥＭＳデバイス全体が基板ウエハから分離されるのと同時に、或いはエッチングプロセスの第２の段階と同時に、ＭＥＭＳ構造も解放又は「リリース」される。トレンチ及びエッチングプロセスの結果として、所望の厚さのＭＥＭＳデバイスが得られる為、ウエハ薄化の実施の必要性が低下する。更に、分離プロセスによって個々のＭＥＭＳデバイスダイが互いに分離されてよく、これによって別個のダイシング処置の必要性が低下する。実施形態によっては、ＭＥＭＳデバイスの犠牲層をエッチング除去して構造（例えば、カンチレバーや櫛ドライブ）をリリースするように、異方性エッチングが設計されてよい。従って、複雑なＭＥＭＳデバイス製造が簡略化され、櫛フィンガを非常に深く製造して、より大きな力が得られるようにすることが可能である。
【０００７】
更に、本開示による様々な実施形態が、ＭＥＭＳデバイスの構造特性の微調整の方法を対象とする。製造プロセスにおいて、ＭＥＭＳデバイスの表面の指定された領域に穴をエッチングすることにより、様々な幾何学的形状の構造を有するＭＥＭＳグリッドを作成することが可能である。ＭＥＭＳデバイスの構造特性の精密な制御を可能にするように、ＭＥＭＳグリッドを構成する穴の配置、形状、サイズ、及び個数を設定することが可能である。
【０００８】
本開示技術の一実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイス製造の方法が提供される。本方法は、基板ウエハに複数の穴を異方性エッチングするステップと、複数の穴を通して基板ウエハを等方性エッチングして、ＭＥＭＳデバイスを基板ウエハから分離するステップとを含む。
【０００９】
本開示技術の実施形態による特徴が例示的に示される、以下の詳細説明を添付図面と併せて参照することにより、本開示技術の別の特徴及び態様が明らかになるであろう。本概要は、本明細書に記載のいかなる実施形態の範囲も限定することを意図しておらず、それらは、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ定義される。
【００１０】
１つ以上の様々な実施形態による、本明細書に開示の技術を、以下の図面を参照しながら詳細に説明する。各図面は、あくまで説明を目的として与えられており、本開示技術の典型的又は例示的な実施形態を示しているに過ぎない。これらの図面は、本開示技術に対する読み手の理解を促進する為に与えられており、本開示技術の広さ、範囲、又は適用可能性を限定するものと見なされるべきではない。なお、明確さ及び説明しやすさの為に、これらの図面は必ずしも縮尺が正確ではない。
【００１１】
これらの図面は、包括的であること、又は本明細書を開示された形態に厳密に限定することを意図されていない。当然のことながら、本発明は修正又は改変されて実施されてよく、本開示技術は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の一例のフロー図である。
【図２】図２Ａ乃至図２Ｃは、本開示による製造方法の一例のトレンチエッチングプロセスの一例を示す図である。
【図３】図３Ａ乃至図３Ｃは、本開示による製造方法の一例の、トレンチを埋める方法の一例を示す図である。
【図４】図４Ａ乃至図４Ｃは、本開示による製造方法の一例の絶縁層パターニングプロセスの一例を示す図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｂは、本開示による製造方法の一例の堆積及びパターニングのプロセスの一例を示す図である。
【図６】図６Ａ乃至図６Ｃは、本開示による製造方法の一例の分離プロセスの一例を示す図である。
【図７】図７Ａは、本開示に従って製造されるＭＥＭＳデバイスの一例の一部分の上面図である。図７Ｂは、図７Ａの上面図の断面図である。
【図８】本開示による境界トレンチのエッチング例を示す図である。
【図９】図９Ａ乃至図９Ｂは、本開示によるトレンチの様々な深さを作成するプロセスの一例を示す図である。
【図１０】図１０Ａ乃至図１０Ｃは、本開示による、基板ウエハからの分離後のＭＥＭＳデバイスを固定する機構の一例を示す図である。
【図１１】図１１Ａ乃至図１１Ｂは、本開示による、基板ウエハからの分離後のＭＥＭＳデバイスを固定する機構の別の例を示す図である。
【図１２】本開示によるＭＥＭＳグリッドの一例を示す図である。
【図１３】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１４】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１５】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１６】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１７】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１８】本開示によるＭＥＭＳグリッドの別の例を示す図である。
【図１９】本開示による、ＭＥＭＳアクチュエータにおいて実施される、穴に関して複数の形状を組み合わせたＭＥＭＳグリッドの一例を示す図である。
【図２０】本開示によるＭＥＭＳグリッドパターンの一例を上から見下ろした図である。
【図２１】本開示による、下層基板ウエハからのＭＥＭＳデバイスの分離後のＭＥＭＳグリッドパターンの一例の、別の上から見下ろした図である。
【図２２】本開示による、複数の配線層を有するＭＥＭＳデバイスの一例の断面図である。
【図２３】本開示によるＭＥＭＳデバイスにおいて複数の配線層を作成する方法の一例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に開示の技術の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの製造装置及び製造方法に関する。特に、本明細書に開示の技術の様々な実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの構成及び製造プロセスに関する。後で詳述するように、本開示による装置及び方法は、ＭＥＭＳデバイスの製造に関連するコストを低減し、取り扱い及び処理による損傷を最小限に抑え、ＭＥＭＳデバイスの軽量化をもたらし、ＭＥＭＳデバイスの構造特性の微調整を可能にする。
【００１４】
ＭＥＭＳデバイスは、従来ＳＯＩウエハを使用して製造されている。ＳＯＩウエハは、ＭＥＭＳ製造者に製造技術の柔軟さをもたらしている。ＳＯＩウエハは、基板をエッチングすることによって構造が作成されるバルクマイクロマシニングの品質及び製造上の利点と、基板の上に材料薄層を堆積させることによって構造が作成される表面マイクロマシニングの特徴である櫛構造及び面内操作とを組み合わせている。ＭＥＭＳ製造者は、最上部シリコン層をエッチングして構造を作成することが可能であり、埋め込まれた絶縁層を犠牲層として利用して櫛及び櫛状構造をリリースすることが可能である。別の状況では、ＭＥＭＳ製造者は、絶縁層を電気的絶縁体として使用して、ＭＥＭＳデバイスの両面をエッチングすることが可能である。
【００１５】
ＳＯＩウエハを使用することにより、ＭＥＭＳ製造者は、ＭＥＭＳ製造の幾つかのパラメータを制御することが可能になる。ＳＯＩウエハを構成する前述の各層は、最上層及び最下層のエッチング、及び／又はウエハの薄化による膜厚の精密な制御を可能にする。更に、各シリコン層は、製造プロセス中に十二分な支持を行うことによってＭＥＭＳデバイスの反りを制限し、一方、二酸化シリコンの絶縁層は、ＭＥＭＳデバイスの「リリース」を容易にする、材料の埋め込み犠牲層として有利に働く。更に、絶縁層は、ＭＥＭＳデバイスの抵抗率を更に制御する。
【００１６】
ＭＥＭＳ設計者は、絶縁層を犠牲層として使用することが可能であり、これは、ＭＥＭＳ構造（例えば、カンチレバー）を「リリース」する為に製造後にエッチング除去される。（埋め込まれた）絶縁層はナチュラルエッチングストップとしても働く。つまり、製造者は、最上層が特定の厚さであるＳＯＩウエハを選択することが可能である。更に、絶縁層は最上層と最下層との間を電気的に絶縁する。
【００１７】
ＳＯＩウエハにとっては、キャビティの有無にかかわらず、ウエハ薄化は必要なプロセスである。最も一般的なウエハ薄化方法が２つあり、それらは従来の研削（薄化）と化学機械平坦化（ＣＭＰ）である。従来の薄化は、研削ホイールを利用してシリコンウエハから材料を除去する。研削ホイールは、所望の厚さが得られるまで、ウエハに当てられる。ＣＭＰは、研磨化学スラリー及び研磨パッドを利用する。化学スラリーはウエハを侵食し、研磨パッドは、余分な材料を除去して、平坦且つ平滑な表面を残す。
【００１８】
（ほとんどの半導体製造と同様に）単一ウエハ上で複数のＭＥＭＳデバイスが製造される為、これらのデバイスを互いに分離する必要がある。従来のダイ準備では、けがいて割ること、ダイシングソーによる機械的な切断、又はレーザ切断によるウェット手順又はドライ手順を用いることが可能である。しかしながら、ダイ準備は、ＭＥＭＳデバイスの剥落や擦傷を引き起こすおそれがあり、デバイスに振動負荷がかかる可能性がある。更に、ダイ準備及びウエハ薄化のプロセスは、それぞれが、製造プロセスの間も更なるウエハ処理を必要とし、これによって、処理を誤る可能性が高まる。
【００１９】
本開示による製造プロセスは、従来のＭＥＭＳ製造プロセスのこれらの欠点及び他の欠点を克服する。
【００２０】
図１は、本開示によるＭＥＭＳデバイスの製造プロセスの一例１００のフロー図である。図２Ａ〜６Ｃは、説明を分かりやすくする為に図１と併せて参照する。
【００２１】
１１０で、基板ウエハにトレンチがエッチングされる。基板ウエハは、バルクウエハ、ＳＯＩウエハ、又はｃＳＯＩウエハであってよい。トレンチ（これは製造が完了すると埋められる）は、ＭＥＭＳデバイスの構造支持を行う。更に、トレンチは、様々な実施形態において、電気配線の為の電気接点を提供しうる。
【００２２】
図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、１１０で使用可能な基板にトレンチをエッチングする方法の一例を示す。図２Ａに示されるように、フォトレジスト材料層（レジスト）２２０が基板ウエハ２１０上に堆積される。様々な実施形態では、基板ウエハ２１０は、半導体材料のバルクウエハ、ＳＯＩウエハ、又はｃＳＯＩウエハであってよい。半導体材料の非限定的な例を幾つか挙げると、シリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウム、窒化ガリウムなどがある。当業者であれば明らかであるように、基板ウエハ２１０は、半導体やＭＥＭＳの製造における基板に適する任意の材料であってよい。基板ウエハ２１０の表面に、リソグラフィックレジスト層２２０が堆積される。トレンチが所望の場所にエッチングされるように、マスクが使用されて、レジスト２２０が所望のパターンで塗布される。製造中に、基板ウエハ２１０のうちの、レジスト２２０で保護されていない部分が除去される。
【００２３】
実施形態によっては、トレンチをエッチングする前に、レジスト２２０の下に保護材料層（図示せず）が塗布されてよい。様々な実施形態では、保護材料は酸化シリコン又は窒化シリコンであってよい。様々な実施形態では、保護材料はハードマスクであってよい。様々な実施形態では、保護材料は、基板ウエハ２１０のうちの、レジスト２２０で保護されている部分の保護を支援する為に、エッチング速度が極端に遅い材料であってよい。様々な実施形態では、保護層は、使用されるエッチング化合物のエッチング速度に不具合がある場合にこれに対応する為に使用されてよい。保護層は、図３に関して後述する絶縁層の塗布と同様に、基板ウエハに塗布されてよい。
【００２４】
レジスト２２０が塗布された後、図２Ｂに示されるように、トレンチ２３０が基板ウエハ２１０にエッチングされる。様々な実施形態では、基板材料２１０をエッチング除去する為にドライエッチング技術が用いられてよい。実施形態によっては、トレンチ２３０を作成する為に、スパッタリングエッチングが用いられてよい。様々な実施形態では、深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスが用いられてよい。ＤＲＩＥによって、深い貫入、急峻な側壁が形成され、高いアスペクト比が達成される。又、実施形態によっては、別のドライエッチング法が用いられてよく、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられてよい。様々な実施形態では、トレンチ２３０をエッチングする為に、異方性ウェットエッチングプロセスが用いられてよい。トレンチ２３０がエッチングされた後に、図２Ｃに示されるように、レジスト２２０が基板ウエハ２１０から除去される。
【００２５】
同様のトレンチエッチングが、バルクシリコンウエハでの「懸垂トレンチ分離」にも使用されてきた。懸垂トレンチ分離は、ＳＯＩウエハ技術で可能な分離と同様の分離を達成する為に、バルクシリコンウエハ内に分離領域を作成する技術である。以前から行われているように、シリコンウエハにトレンチがエッチングされ、その後、トレンチは絶縁材料（例えば、窒化シリコン）で埋められる。トレンチは、バルクシリコンウエハに直接エッチングされたＭＥＭＳ構造同士を水平方向に分離する為に利用される。
【００２６】
しかしながら、このようにトレンチを使用することにより、ダイ準備が不要になる。上述のように、一般には複数のＭＥＭＳデバイスが同じシリコンウエハ上に作成される。上述の懸垂トレンチ分離法であっても、ＭＥＭＳデバイスでは実際のシリコンウエハが利用される為に、ダイ準備は必要である。シリコンウエハが適切に選択されていない場合は更に、寸法を適正にするために、ウエハ薄化を実施することが必要になることもある。更に、作成されたＭＥＭＳデバイスはシリコンウエハ材料を含み、分離トレンチは、シリコンウエハにエッチングされたＭＥＭＳ構造同士を水平方向に分離するだけである。本開示技術による製造プロセスでは、下層のシリコンウエハと無関係のＭＥＭＳデバイスを作成し、トレンチはＭＥＭＳ構造自体を表す。本開示によるＭＥＭＳデバイスの製造には、懸垂トレンチ分離は不要であり不適切である。
【００２７】
図１の例示的フロー図に戻ると、基板ウエハにトレンチがエッチングされた後に、１２０で、基板ウエハに絶縁層が塗布される。絶縁層は、ＭＥＭＳデバイスを作成する為にこれから堆積される材料の薄膜から基板ウエハを機械的且つ電気的に分離する為に使用される。絶縁層には、上述の多くの利点がある。絶縁層は、ＭＥＭＳデバイスを含む、これから堆積される層を下層の基板ウエハから分離する境界として働く。これは、上述の懸垂トレンチ分離法と異なる。懸垂トレンチ分離法は、基板ウエハにエッチングされたＭＥＭＳ構造同士を分離するだけである。後で分かるように、絶縁層は更に、結果として得られるＭＥＭＳデバイスを下層の基板ウエハから分離するプロセスを支援する。
【００２８】
様々な実施形態では、絶縁層は、１１０で生成されたトレンチの内壁を含む、基板ウエハの露出した表面を全て覆う。このようにして、後で堆積される材料の薄膜のほとんどが基板ウエハと接触する。又、実施形態によっては、絶縁層は、基板ウエハの表面を全て覆うわけではない場合がある。
【００２９】
実施形態によっては、絶縁層を基板ウエハ上で、酸化又は窒化によって成長させてよい。例えば、基板ウエハがシリコンウエハであったならば、酸化によって、一般には熱酸化物と呼ばれる二酸化シリコン層が基板ウエハ上に形成されるであろう。熱酸化物は、基板ウエハのシリコンの一部と置き換わる。場合によっては、熱酸化物に置き換えられるシリコン層は、熱酸化物の深さの４６％にもなる可能性がある。
【００３０】
又、実施形態によっては、絶縁層は、堆積法によって基板ウエハ上に堆積されてよい。堆積法の非限定的な例を幾つか挙げると、原子層堆積法、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ促進化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、エピタキシ、スパッタリング、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ）などがある。
【００３１】
図１の例示的フロー図に戻ると、１３０でトレンチが埋められる。トレンチを埋めることにより、ＭＥＭＳデバイスの構造支持が行われる。トレンチ２３０を埋めるプロセスの一例を、図３Ａ及び３Ｂに示す。図３Ｂに示されるように、ＭＥＭＳベース材料３３０が基板ウエハ２１０上に堆積される。１２０に関して上述したように堆積された絶縁層は、図３Ａでは絶縁体３２０として示されている。ＭＥＭＳベース材料３３０は、機械的強度が高くなければならない。ＭＥＭＳベース材料３３０の非限定的な例として、特にポリシリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、合金などがある。様々な実施形態では、ＭＥＭＳベース材料３３０は導電材料であってよい。
【００３２】
実施形態によっては、ＭＥＭＳベース材料３３０は、材料の電気的特性を調整する為にドープされてよい。様々な実施形態では、ＭＥＭＳベース材料３３０は、ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、エピタキシ、スパッタリング、ＰＬＤ、原子層堆積法、陰極アーク物理気相堆積法（アークＰＶＤ）、熱蒸発、又は他の任意の適切な堆積法によって堆積されてよい。
【００３３】
様々な実施形態では、トレンチを埋めるプロセスの後に、ＭＥＭＳベース材料３３０の表面が滑らかでない場合がある。この不均一は、後の層堆積に悪影響を及ぼす可能性があり、ＭＥＭＳデバイスの表面の不均一の原因になる可能性がある。そこで、実施形態によっては、図３Ｃに示されるように、表面が滑らかになるように、平坦化によってＭＥＭＳベース材料３３０が除去されてよい。実施形態によっては、平坦化は、ブランケットエッチング法によって実施されてよい。様々な実施形態では、平坦化は、ＲＩＥ、ＣＭＰ、又はこれらの組み合わせによって実施されてよい。実施形態によっては、トレンチ２３０の境界の内側に含まれない全てのＭＥＭＳベース材料３３０が平坦化によって除去されてよく、この場合、トレンチの最上部の境界ではトレンチ開口部が絶縁体３２０と面一になる。
【００３４】
図１に戻ると、１４０で、基板ウエハに第２の絶縁層が塗布される。第２の絶縁層の塗布方法は、１２０に関して上述した第１の絶縁層の塗布と同様であってよい。
【００３５】
後でより明らかになるが、様々な実施形態では、基板ウエハの表面のうちの露出部分をそのままにしておくことが有利であろう。従って、実施形態によっては、第２の絶縁層は、１１０でトレンチを作成する為に行われたパターニングと同様にパターニングされてよい。図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、パターニングプロセスの一例を示す。図４Ａに示されるように、第２の絶縁層４２０が基板ウエハ２１０に塗布される。第２の絶縁層４２０は、１３０でトレンチを埋めるために使用されたＭＥＭＳベース材料３３０を覆う。実施形態によっては、第２の絶縁層４２０は、１２０で塗布された材料と同じ材料であってよい。又、実施形態によっては、第２の絶縁層４２０は、別のタイプの絶縁材料であってよい。図４Ｂに示されるように、第２の絶縁層４２０の上にレジスト４４０が堆積される。レジスト４４０が堆積されるパターンは、トレンチを作成する為に１１０で使用されたパターンと異なってよい。実施形態によっては、第２の絶縁層４２０のパターンは、トレンチに使用されたパターンとほぼ同じであってよい。様々な実施形態では、第２の絶縁層４２０に使用されるパターンは、トレンチを作成する為に１１０で使用されたパターンによって保護されている部分の一部又は全てを露出させてよい。図４Ｂに示された例では、レジスト４４０は、内側の３つのトレンチの間と第５のトレンチの上に堆積された第２の絶縁層４２０を保護するようにパターニングされ、それら以外の第２の絶縁層４２０を露出したままにする。
【００３６】
図４Ｃは、エッチングプロセスの結果を示す。図示されたように、レジスト４４０で覆われていない部分の第２の絶縁層４２０が除去される。実施形態によっては、エッチングプロセスは、領域４５０に見られるように、露出部分から第１の絶縁層３２０及び第２の絶縁層４２０の両方を除去して、基板ウエハ２１０の表面を露出させるように設計されてよい。このように、絶縁層は、後述する１８０のエッチングプロセスに干渉しない。
【００３７】
図１のフロー図に戻ると、１５０で、基板ウエハ上に第１の導電層が堆積されてよい。表面マイクロマシニングによって製造されるＭＥＭＳデバイスは、システム全体をマイクロスケールパッケージ内に実現するように設計された別個の複数の構成要素を作成する為に、互いに重なり合って堆積される複数の材料薄層を含む。アクチュエータなどのＭＥＭＳデバイスの場合は、異なる複数の導電材料層を有することにより、デバイスの、異なるアクチュエーション領域同士を分離することが可能になる。これらの薄膜は、幾つかの方法で堆積可能である。実施形態によっては、第１の導電層は、物理堆積法又は化学堆積法のいずれかで堆積されてよい。堆積法の非限定的な例を幾つか挙げると、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、陰極アーク堆積法（アークＰＶＤ）、電子ビームＰＶＤ（ｅビーム）、蒸発堆積法、スパッタリング、熱蒸発、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ促進ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、エピタキシ、電気めっき、原子層堆積法などがある。
【００３８】
基板ウエハ２１０上に第１の導電膜５３０の堆積及びパターニングを行うプロセスの一例を、図５Ａ及び５Ｂに示す。図５Ａに示されるように、基板ウエハ２１０の最上部に第１の導電膜５３０が堆積される。実施形態によっては、第１の導電材料５３０は、１３０でトレンチを埋めるために使用された材料と異なる材料であってよい。又、実施形態によっては、第１の導電層５３０とトレンチの材料は同じ材料であってよい。半導体デバイスでの使用に適する任意の導電材料が、第１の導電層５３０としての使用に適する。実施形態によっては、第１の導電層５３０は、ポリシリコン、ガリウム砒素、アルミニウム、タングステン、チタン、銅、亜鉛、鉛、スズ、ゲルマニウムなどの金属のうちの１つ以上を含んでよい。実施形態によっては、合金が使用されてよい。様々な実施形態では、第１の導電層５３０として使用される材料は、材料の電気的特性を調整する為にドープされてよい。
【００３９】
実施形態によっては、第１の導電層５３０は、半導体製造で使用される多層導電材料を含んでよい。そのような多層導電材料は、（基板とＭＥＭＳ構造との間の表面付着力の作用の抑制を意図された）摩擦防止層として使用される下層と（導電層であることを意図された）最上層とを含む。多層導電材料の下層として使用される材料の非限定的な例として、特にチタン、ニッケル、クロム、窒化チタンなどがある。多層導電材料の最上層として使用される材料の非限定的な例として、特にアルミニウム、金、銅などがある。様々な実施形態では、下層材料は、「スパイク」を防ぐ安定性に基づいて選択されてよく、スパイクがあると、導電材料が基板材料に浸透して短絡を引き起こす。
【００４０】
第１の導電膜５３０は、ＭＥＭＳデバイス内に別個の複数の構成要素が作成されるようにパターニングされてよい。このパターニングプロセスは、１１０及び１４０に関して上述したパターニングプロセスと同様であってよい。レジストパターンが図示されていないが、図５Ａと図５Ｂとを比較すると、利用されているレジストパターンが分かる。実施形態によっては、第１の導電膜５３０は、１４０で第２の絶縁層が除去されたのと同じ部分から除去されてよい。
【００４１】
図５Ｂに示されたパターン例では、第１の導電層５３０が３つの内側トレンチをつないでいることが示されている。更に、第１の導電膜５３０のストリップ５４０が、図５Ｂの右側のトレンチの最上部に位置するが、このトレンチからは電気的に隔離されている。実施形態によっては、絶縁層４２０及び第１の導電膜５３０を適切にパターニングして別個の複数の電気配線を作成することにより、ＭＥＭＳデバイスの全構成要素間の機械的接続を維持しながら、所望の経路間を電気的に分離することが可能である。
【００４２】
第１の導電膜５３０の堆積及びパターニングのプロセスを、図５Ａ〜Ｂに示されたプロセス例に関して説明してきたが、ＭＥＭＳデバイスの部分間の相互接続を作成する別のプロセスが利用されてもよい。様々な実施形態では、配線工程（ＢＥＯＬ）を利用して第１の導電膜５３０が形成されてよい。
【００４３】
図１のフロー図に戻ると、１６０で第１の導電層及び基板ウエハに第３の絶縁層が塗布される。第３の絶縁層は、上述の他の絶縁層と同様にパターニングされてよい。第３の絶縁層を使用して、第１の導電層をその後の導電層から更に分離することが可能であり、或いは、異なる複数の層の間の電気接続の為の領域を設けることが可能である。
【００４４】
第３の絶縁層が塗布された後に、１７０で基板ウエハ上に第２の導電膜が堆積されてよい。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、及び１５０に関して行われた説明と同じ説明が、第２の導電膜の堆積にも当てはまる。
【００４５】
３つ以上の導電層が必要なＭＥＭＳデバイスの場合は、ＭＥＭＳデバイスに必要な全ての層が基板ウエハ上に堆積されるまで、この製造プロセス例の１４０〜１７０を繰り返してよい。このプロセスは、ＭＥＭＳ設計者のニーズに合うように拡大縮小が可能である。
【００４６】
ＭＥＭＳデバイスの構築後に、１８０でデバイスを基板ウエハから分離してよい。様々な実施形態では、１８０の分離プロセスは、２つのエッチングプロセス、即ち、異方性エッチングと等方性エッチングを含んでよい。分離プロセスの一例を、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示す。図６Ａは、２つの導電層を製造する一例の結果を示す。１６０（図１）の第３の絶縁層６２０と、第２の導電膜６４０とが示されている。図示された例では、第２の導電膜６４０と第１の導電膜５３０は、機械的且つ電気的につながっているように示されている（それらの間に絶縁層６２０がない）。
【００４７】
図６Ｂに示されるように、第１の異方性エッチングが実施される。図示された例で分かるように、異方性エッチングは、このプロセス例の間に基板ウエハ２１０の表面が露出したままであった領域で行われる。このように、図６Ｂに示された方向性エッチングは、エッチング対象の材料が１つだけである為、さほど複雑でない状態で完了することが可能である。この異方性エッチングの結果として、ＭＥＭＳデバイスに複数の穴６５０が形成される。この結果として、デバイスから材料が除去されたことでＭＥＭＳデバイスの重量が減る。これらの穴の位置及び形状は「ＭＥＭＳグリッド」を構成し、これをＭＥＭＳ設計者が操作することによって、デバイス全体の所望の構造特性、或いは、ＭＥＭＳの様々な構造及び面積の様々な構造特性を達成することが可能である。ＭＥＭＳグリッドについては、後で図１２〜１９に関して詳述する。
【００４８】
図６Ｃは、分離プロセスの等方性エッチングを示す。等方性エッチングは、ＭＥＭＳデバイス内に配置されたＭＥＭＳグリッドによって可能である。それらの穴があることにより、基板ウエハ２１０の各領域に等方性エッチング剤を効率よく投入することが可能であり、これによって、等方性エッチングプロセスの制御性が高まる。等方性エッチングの間に、第１の絶縁層３２０とつながっていた基板ウエハ２１０材料がエッチング除去されて、ＭＥＭＳデバイスが基板ウエハ２１０から分離される。実施形態によっては、基板ウエハ２１０の一部６６０がとどまることにより、ＭＥＭＳデバイスの構造支持を強化することが可能である。
【００４９】
様々な実施形態では、分離プロセスは、単一エッチング、例えば、適切なアスペクト比の等方性エッチング又は異方性エッチングにより実施されてよい。そのような実施形態では、ＭＥＭＳデバイスは、基板ウエハから分離されるとともに、必要に応じて、埋められたトレンチの間の余分の材料がエッチング除去される。
【００５０】
実施形態によっては、等方性エッチングによって、ＭＥＭＳデバイスが基板ウエハから分離されると同時に、ＭＥＭＳ製造の「リリース」部分が実施されてもよい。表面マイクロマシニングのＭＥＭＳ製造では、製造プロセスの間、可動構造（例えば、カンチレバー）が犠牲材料層によって支持される。犠牲層は、典型的には絶縁層である。可動域を有する為には、犠牲層をエッチング除去することにより、構造をリリースして動くようにしなければならない。従来のＭＥＭＳ製造では、リリースするステップは、ウエハの薄化及びダイシングのプロセスの後に実施しなければならない。実施形態によっては、リリースするステップは、図１の１８０で分離プロセスの異方性エッチングにより実施されてよい。ＭＥＭＳ構造に影響を及ぼすことなく犠牲層が除去されるように、異方性エッチングが適切なアスペクト比で構成されてよい。そのような実施形態では、ＭＥＭＳデバイスは、基板ウエハから分離されるだけでなく、「リリース」される。様々な実施形態では、リリースするステップは、図１の１８０で分離プロセスの等方性エッチングにより実施されてよい。様々な実施形態では、リリースするステップは、図１の１８０で分離プロセスの両部分のそれぞれによって実施されてよい。従って、本開示の実施形態により、ＭＥＭＳデバイスはウエハから分離されれば使用可能になる為、基板ウエハから直接ピックアンドプレースマシンを使用することが可能になる。
【００５１】
図７Ａは、本開示に従って製造されるＭＥＭＳデバイスの一例の一部分の上面図を示す。図７Ａに示されるように、図１の１１０で基板ウエハにエッチングされるトレンチの形状は様々であってよい。実施形態によっては、トレンチ７１０は、領域７２０を取り巻く、正方形、円形、又は他の形状の溝であってよい。実施形態によっては、領域７２０は、図１のプロセス例の分離プロセス１８０の間にエッチング除去された基板ウエハの露出表面であり、結果として穴７４０が形成されている。実施形態によっては、トレンチ７３０はスロットであってよい。様々な実施形態では、スロット７３０は直線状、曲線状、又は他の何らかの形状であってよい。
【００５２】
図７Ｂは、図７Ａの上面図の断面図である。図７Ｂに見られるように、領域７５０に含まれる導電層及び絶縁層は、スロットトレンチ７３０の最上部に位置する。実施形態によっては、スロットトレンチ７３０は、構造支持を強化する為に使用されてよい。実施形態によっては、スロットトレンチ７３０は、ＭＥＭＳデバイスの電気的に分離された２つの部分をつなぐ為に利用されてよい。
【００５３】
実施形態によっては、等方性エッチングは、後のウエハ薄化処理が全く不要な、所望の厚さのＭＥＭＳデバイスが結果として得られるように設計可能である。従って、所望の厚さを達成する為に追加のウエハ薄化ステップを実施することが不要になることで製造は簡略化される。更に、１８０の分離プロセスでは、ＭＥＭＳデバイスが基板ウエハから分離されるだけでなくてよく、個々のＭＥＭＳダイを互いに分離することも行われてよい。そのような実施形態では、異方性エッチングプロセスは、図８に示されるように、基板ウエハをＭＥＭＳデバイスの寸法程度にエッチングするように構成されてよい。このように、異方性エッチングの結果として、ＭＥＭＳデバイス８１０と基板ウエハ８２０との間に境界開口部８３０が形成され、これによって、ＭＥＭＳデバイスは、下方の基板ウエハ８２０から分離されるだけでなく、側方も分離される。従って、ＭＥＭＳデバイスのダイが基板ウエハから完全に分離される為、更なるダイ準備ステップは不要である。
【００５４】
トレンチは、形状が様々であってよいだけでなく、サイズも様々であってよい。トレンチを広げることによって、より深いエッチングが可能である。図９Ａ及び９Ｂは、この手法を示す。様々な実施形態では、図９Ａに示されるように、トレンチ９０２、９０４は、トレンチ９０６、９０８より幅が広い。エッチングプロセスでは、トレンチ９０２、９０４は、トレンチ９０６、９０８より深くないと、トレンチ９０６、９０８と同等のアスペクト比にならない。従って、この深さの結果として、図９Ｂに示されるように、突起部９１０、９１２が形成される。実施形態によっては、突起部９１０、９１２は、ＭＥＭＳデバイスがデバイスパッケージに含まれる場合に、ＭＥＭＳデバイスと他の構成要素（例えば、回路基板）とを分離することに使用されてよい。そのような用途の非限定的な例として、２０１５年４月２１日に出願された、同時係属中の米国特許出願第１４／６９２，６６２号、件名「可動イメージセンサパッケージ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）」において開示されている光学式手振れ補正（ＯＩＳ）用可動イメージセンサパッケージのような可動イメージセンサパッケージにおいて、ＭＥＭＳデバイスと回路基板とを分離することがあってよい。
【００５５】
ＭＥＭＳデバイスは、基板ウエハから分離された後に、基板ウエハ上に落下したり、外に飛び出したりして、損傷する可能性がある。図１０Ａ及び１０Ｂは、図１の１８０の分離プロセスの後にダイが飛び出さないようにする方法の一例を示す。図１０Ａに示されるように、１つ以上のストリップ１０１０がＭＥＭＳデバイス１０２０の上方に置かれている。分離が行われると、犠牲層（図示せず）がエッチング除去されて、１つ以上のストリップ１０１０は、図１０Ｂに示されるように、基板ウエハ１０３０とつながったままで、ＭＥＭＳデバイス１０３０と接触することなく、その上方に位置する。このようにして、ＭＥＭＳデバイス１０２０の飛び出しが防がれ、損傷のおそれがなくなる。ＭＥＭＳデバイス１０２０は、上方に動こうとすると、１つ以上のストリップ１０１０と接触し、これらがＭＥＭＳデバイス１０２０の、外への飛び出しを完全に防ぐ。１つ以上のストリップ１０１０は、ＭＥＭＳデバイス１０２０の重要なＭＥＭＳ構造に衝撃を与えないように、且つ、１つ以上のストリップ１０１０のストッパ機能による損傷を防ぐ為に、ＭＥＭＳデバイス１０２０が動きうる距離が最小限になるように、配置されてよい。実施形態によっては、１つ以上のストリップ１０１０は、図１の１４０及び／又は１６０での堆積中に堆積されてよい。実施形態によっては、１つ以上のストリップ１０１０は、第１又は第２の導電膜と同じ材料で作られてよい。様々な実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１０２０の一部が飛び出すことがないように、１つ以上のストリップ１０１０がＭＥＭＳデバイス１０２０の各コーナーに位置してよい。又、実施形態によっては、ストリップ１０１０は、ＭＥＭＳデバイス１０２０の全てのコーナーより少ないコーナーに堆積されてよい。ストリップは又、両側が強固に取り付けられて、ＭＥＭＳデバイスがピックアップされたときに特別設計の切り欠き部分が折れて取れてよい。
【００５６】
様々な実施形態では、１つ以上のストリップ１０１０は、ＭＥＭＳデバイス１０２０が基板ウエハ１０３０上に落下するのを防ぐように構成されてよい。図１０Ｃに示されるように、１つ以上のストリップ１０１０は、ＭＥＭＳデバイス１０２０上に堆積されてよく、１つ以上のストリップ１０１０の端部と基板ウエハ１０３０との間に犠牲層が置かれてよい。分離後に、犠牲層がエッチング除去されて、１つ以上のストリップ１０１０が基板ウエハ１０３０から分離される。ＭＥＭＳデバイス１０２０が落下しようとすると、１つ以上のストリップ１０１０が基板ウエハ１０３０と接触して、ＭＥＭＳデバイス１０２０が基板ウエハ１０３０の下層部分の上に落下するのを防ぐ。様々な実施形態では、図１０Ｂ及び１０Ｃに示された１つ以上のストリップ１０１０の組み合わせが用いられてよい。
【００５７】
図１１Ａ〜Ｂは、ＭＥＭＳデバイスが基板ウエハから分離された後に基板ウエハ上に落下しないようにする機構の別の例を示す。図１１に示されるように、ＭＥＭＳデバイス１１２０の上に１つ以上のタブ１１１０が堆積される。分離後に、ＭＥＭＳデバイス１１２０が落下すると、１つ以上のタブ１１１０が基板ウエハ１１３０の一部分の上に載り、ＭＥＭＳデバイス１１２０が下層の基板ウエハの上に落下するのを防ぐ。図１１Ｂは、図１１Ａの構成例の断面図である。実施形態によっては、１つ以上のタブ１１１０は、図１のプロセス例の１４０及び／又は１６０の間に堆積されてよい。実施形態によっては、１つ以上のタブ１１１０は、第１又は第２の導電膜と同じ材料で作られてよい。
【００５８】
上述のように、本開示によるＭＥＭＳデバイスの表面は、特定のパターンを呈する。本明細書では、このパターンをＭＥＭＳグリッドと呼ぶ。本開示による、ＭＥＭＳグリッドを有するＭＥＭＳデバイスは、完成したＭＥＭＳデバイスに残っている材料が少ない為、その分軽量である。ＳＯＩウエハ又は懸垂トレンチ分離法を用いるプロセスのような従来のプロセスでは、下層基板ウエハの一部がＭＥＭＳ構造内に保持される為、その材料の分だけ重量が重くなる。
【００５９】
しかしながら、本開示によるＭＥＭＳグリッドは、支持の為に存在する材料が少なくなる為に、結果として構造的保全性に悪影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、本願発明者らが発見したところでは、ＭＥＭＳグリッドのパラメータ（例えば、トレンチを規定する為に使用される１つ以上の形状や、トレンチの並び）を操作することにより、ＭＥＭＳデバイスの構造特性を微調整することが可能である。ＭＥＭＳグリッドのパラメータを調節することにより、必要な構造特性及び機械特性を犠牲にすることなく、軽量のＭＥＭＳデバイスを製造することが可能であり、場合によっては、これまでは可能でなかった方法でＭＥＭＳデバイス内の特定のＭＥＭＳ構造の構造特性及び機械特性を調整することが可能になる。
【００６０】
本開示のＭＥＭＳグリッドは、（例えば、上述の懸垂トレンチ分離による）ＭＥＭＳ製造で利用される他のグリッドと異なる。これらの他の製造方法では、グリッドは、特定の構造のリリースを可能にするように働くだけである。これに対して、本開示全体を通して述べているように、結果として得られるデバイスは、下層基板を利用する為に、ＭＥＭＳデバイスの構造的保全性に対する影響が小さい。本開示によるＭＥＭＳグリッドは、ＭＥＭＳデバイスが下層基板ウエハから分離される分離プロセスの結果である。従って、グリッドは、ＭＥＭＳ構造のリリースを支援するように働くだけでなく、ＭＥＭＳデバイス自体の構造部分を実際に形成する。
【００６１】
ＭＥＭＳグリッドは、多様な形状及び構成を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１２に示されるように、複数の円形の穴を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１３に示されるように、オルソグリッド構成の複数の正方形の穴を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１４に示されるように、４５度回転したオルソグリッド構成の複数の正方形の穴を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１５に示されるように、複数の三角形の穴を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１６及び１７に示されるように、複数のハニカム形状の穴を含んでよい。実施形態によっては、ＭＥＭＳグリッドは、図１８に示されるように、複数のスロットを含んでよい。又、実施形態によっては、別の幾何学的形状が使用されてよい。各形状は、それぞれ異なるレベルの曲げ剛性を与えることが可能である。例えば、スロット形状であれば、スロットの短いエッジに垂直な力に対する剛性が、スロットの長いエッジに垂直な力に対する剛性より高い。
【００６２】
実施形態によっては、ＭＥＭＳデバイスの所望の構造特性を達成する為に、これらの形状の１つ以上を組み合わせて使用してよい。図１９は、本開示による、穴に関して複数の形状を組み合わせたＭＥＭＳアクチュエータ１９００の一部を示す。このＭＥＭＳグリッドのレイアウトは、ＭＥＭＳデバイスの特定の部分において必要とされる特定の構造特性に基づいて設計されてよい。例えば、図１９は、ＭＥＭＳアクチュエータ１９００の一部を示している。ＭＥＭＳアクチュエータ１９００は、第１の幾何学的パターン（即ち、スロット）がフレクシャ１９１０上に配置されているＭＥＭＳグリッドを含んでよい。実施形態によっては、スロットが利用されうる理由は、このフレクシャのある方向の剛性が別の方向の剛性より高いことが必要である為であってよい。又、実施形態によっては、同レベルのｔを達成する他のパターンが使用されてよい。ＭＥＭＳデバイスの内側フレーム１９２０上に第２の幾何学的パターン（即ち、正方形）が配置されてよい。ＭＥＭＳデバイスに含まれるこれらの複数の穴は、第１の幾何学的パターン及び第２の幾何学的パターンに従ってエッチングされてよい。
【００６３】
実施形態によっては、ＭＥＭＳデバイスの構造特性は、ＭＥＭＳグリッドの穴の向きに依存してよい。例えば、ＭＥＭＳグリッドの穴にハニカム形状が用いられた場合、ハニカムの向きは、図１６に示されたようなＬ方向の向き、又は図１７に示されたようなＷ方向の向きであってよい。向きの違いの結果として、ＭＥＭＳグリッドの面積を増やすことなく、Ｌ方向の向きよりＷ方向の向きのほうが軟らかい構造が得られる。別の例を、図１３及び１４に示した。両図はオルソグリッド構成を示しており、これは複数の正方形の穴の構成である。図１３では、穴は標準的なオルソグリッド構成で配列されている。各穴の辺は、いかなる垂直な力も辺の長さ全体に拡散されるように構成されている。図１４のように４５度回転すると、ＭＥＭＳグリッドはダイヤモンド形状を呈する。この例の向きでは、ＭＥＭＳグリッドに対するいかなる垂直な力も、ダイヤモンド穴の頂点にのみ影響を及ぼすことになる。それぞれの向きの結果として、様々な構造特性及び機械特性が得られる。
【００６４】
ＭＥＭＳグリッドの穴の様々な形状及び向きをテストすることにより、構造特性の違いが、選択されたＭＥＭＳグリッドのタイプに依存することが示される。以下の表は、図１３〜１６に示した４タイプのＭＥＭＳグリッドについてのテストデータを含む。図１３は正方形のＭＥＭＳグリッドを示しており、穴はオルソグリッド構成で配列されている。図１４は三角形のＭＥＭＳグリッドを示しており、穴はアイソグリッド構成で配列されている。図１５は、Ｌ方向の向きのハニカムＭＥＭＳグリッドを示している。図１６は、Ｗ方向の向きのハニカムＭＥＭＳグリッドを示している。
【表１】
2018531158.tif 000003
【００６５】
剛性比は、単一梁の剛性測定値に対する、そのＭＥＭＳグリッドタイプの剛性測定値の比である。この比が高いほど、グリッドの剛性が高い。表から分かるように、各タイプのグリッドはそれぞれ異なるレベルの剛性を有する。
【００６６】
場合によっては、ＭＥＭＳグリッドの複数の穴を更に修正することにより、構造特性を更に操作することが可能である。実施形態によっては、ＭＥＭＳデバイスの急な動きに起因する衝撃、或いはＭＥＭＳデバイスの動き自体のうちのカンチレバー及び／又は櫛フィンガに起因する衝撃を吸収する為に、穴を制振材料で埋めてよい。様々な実施形態では、一部の穴が制振材料で埋められてよい。又、実施形態によっては、全ての穴が制振材料で埋められてよい。実施形態によっては、制振材料は、粘弾性材料、ゴム、発泡体、ポリウレタン、又は他の何らかの制振材料であってよい。
【００６７】
上述のように、本プロセスの実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスが製造され、本開示によるＭＥＭＳグリッドは、下層基板材料が除去されることにより、結果としてＭＥＭＳデバイスを軽量化する。存在している材料が少なくなる為、電気的には分離されていなければならないＭＥＭＳ構造同士を機械的につないでいることが困難になる。これは、上述の懸垂トレンチ分離技術などの分離技術を利用できる材料が少なくなる為である。しかしながら、ＭＥＭＳグリッドの設計を修正することにより、ＭＥＭＳデバイスの構造特性を操作することが可能であるだけでなく、機械的には接続されていながら電気的には分離されている複数の配線層を作成できるようにすることも可能である。
【００６８】
図２０は、本開示の実施形態によるＭＥＭＳデバイスのＭＥＭＳ構造同士を機械的には接続していながら電気的には分離しているＭＥＭＳグリッドパターンの一例２０００を上から見下ろした図を示す。図２０に示されたＭＥＭＳグリッドパターン例は、幾つかの正方形を含むトレンチレイアウト２０１０を示している。トレンチレイアウト２０１０は、正方形を画定するように図示されているが、ＭＥＭＳグリッドに関して上述した様々な幾何学的構成と同様に、様々な実施形態では他の幾何学的形状を含んでよい。トレンチレイアウト２０１０は、基板ウエハ２０５０の上に重ねられて、複数の穴配置領域２０２０を画定しており、これらの穴配置領域２０２０は、本開示の実施形態に従って作成されるＭＥＭＳデバイスに関して上述した分離プロセスにおいて作成される複数の穴に対応する。
【００６９】
トレンチレイアウト２０１０に加えて、１つ以上のアンカトレンチ２０３０が含まれる。アンカトレンチ２０３０は、トレンチレイアウト２０１０によって画定された穴配置領域２０２０の内側に配置されて、内側穴配置領域２０４０を画定する。様々な実施形態では、アンカトレンチ２０３０は、比例して小さいだけの、トレンチレイアウト２０１０と同じ幾何学的形状を画定してよい。例えば、図２０に示されたＭＥＭＳグリッドパターン２０００では、トレンチレイアウト２０１０は、複数の正方形の穴配置領域２０２０を画定している。アンカトレンチ２０３０も、内側の正方形の穴配置領域２０４０を画定している。又、実施形態によっては、アンカトレンチ２０３０は、トレンチレイアウト２０１０と異なる幾何学的形状を画定してよい。
【００７０】
アンカトレンチ２０３０がトレンチレイアウト２０１０と同じ幾何学的形状を画定するかどうかにかかわらず、基板ウエハ２０５０の、トレンチレイアウト２０１０とアンカトレンチ２０３０との間の部分は、基板ウエハのその部分が完全に酸化するように、十分小さくなければならない。このように、アンカトレンチと、トレンチレイアウトに基づいて基板ウエハにエッチングされた複数のトレンチとの間に酸化物の絶縁層が作成されてよく、この結果として、アンカトレンチとその複数のトレンチとの間の機械的接続及び電気的分離が行われる。この構成例を示す図を、図２１に示す。図２１に示されたＭＥＭＳグリッドパターン例２１００は、下層基板ウエハからの分離後のＭＥＭＳグリッドパターン２１００を示している。図示されるように、アンカトレンチ２１３０と、トレンチレイアウト２１１０によって画定された複数のトレンチの一部との間の基板材料部分２１５０が、エッチングプロセスの後に酸化されて残存する。このように、アンカトレンチ２１３０を使用して、このＭＥＭＳグリッドパターン２１００を構成するＭＥＭＳ構造内に２次配線層を設けることが可能である。
【００７１】
図２３は、本開示技術によるＭＥＭＳデバイスにおいて複数の配線層を作成する方法のフロー図の一例を示す。２３１０で、トレンチレイアウトが決定される。トレンチレイアウトは、ＭＥＭＳグリッドに関して上述したＭＥＭＳグリッドパターンと同様である。様々な実施形態では、トレンチレイアウトは、複数の穴配置領域を画定するように設計されてよく、これらの穴配置領域は１つ以上の幾何学的形状を含む。様々な実施形態で実施されてよい幾何学的形状の非限定的な例として、ハニカム、正方形、円、三角形、スロット、五角形、又は他の幾何学的形状がある。様々な実施形態では、様々な幾何学的形状の組み合わせでトレンチレイアウトが構成されてよい。
【００７２】
２３２０で、１つ以上のアンカトレンチの為の場所が識別される。上述のように、アンカトレンチの配置は、アンカトレンチと、トレンチレイアウトによって作成された複数のトレンチとの間の基板材料が完全に酸化されて、その２タイプのトレンチの間に絶縁層を作成することが可能であるように行われる。
【００７３】
２３３０及び２３４０で、トレンチレイアウトに従って複数のトレンチが基板ウエハにエッチングされ、アンカトレンチが基板ウエハにエッチングされる。エッチングプロセスは、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに関して上述したトレンチエッチングと同様であってよい。様々な実施形態では、２３３０及び２３４０を組み合わせて１つの操作にしてよい。又、実施形態によっては、２３３０の前に２３４０が実施されてよい。
【００７４】
２３５０で、基板ウエハの表面に基層を成長させてよい。基層の成長は、図３Ａに関して説明した基層と同様に行われてよい。基板ウエハの表面は、基板ウエハの露出表面と、基板ウエハにエッチングされたトレンチの内面及び底面と、の両方を含んでよい。
【００７５】
２３６０で、基板ウエハ上に第１の導電材料層が堆積されてよい。第１の導電材料層は、図３Ｂ及び３Ｃに関して上述した導電層堆積と同様に堆積されてよい。様々な実施形態では、第１の導電材料層は、アンカトレンチ及び複数のトレンチの両方を埋める。
【００７６】
２３７０で、複数のトレンチの一部に絶縁層が堆積される。この堆積は、第１の導電層のうちの、複数のトレンチの最上部に載っている部分で行われる。様々な実施形態では、この堆積は、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに関して上述したものと同様に行われてよい。レジスト層を使用して、絶縁層が第１の導電材料層並びに基板材料の酸化部分だけを覆うように、絶縁層をパターニングしてよい。これの図解を、本開示の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの一例の断面図として図２２に示す。図示されるように、絶縁層２２６０は、トレンチレイアウトに従う複数のトレンチ２２１０のうちの、アンカトレンチ２２３０を包含する部分、並びに酸化された基板材料２２５０だけを覆うようにパターニングされる。
【００７７】
２３８０で、第２の導電材料層が堆積される。第２の導電材料層は、図５Ａ及び５Ｂに関して上述した方法と同様に堆積されてよい。様々な実施形態では、図６Ａに関して上述した方法と同様に第２の導電材料層が堆積された後に、追加層を追加する為に、或いは既存層をより精密にパターニングする為に、追加パターニングが実施されてよい。第２の導電材料層は、２３７０で堆積された絶縁材料、並びにアンカトレンチを覆うように堆積される。
【００７８】
このように、本開示によるＭＥＭＳグリッド及び製造プロセスに基づいて残っている基板材料の量が最小限であるにもかかわらず、ＭＥＭＳ構造内で複数の電気配線パターンを作成することが可能である。トレンチレイアウトに従う複数のトレンチは第１の電気配線パターンとして働くことが可能であり、一方、アンカトレンチ及び第２の導電材料層は第２の電気配線パターンとして働く。図２２の断面図の例で示されたように、第２の導電材料層２２７０は、絶縁層２２６０及びアンカトレンチ２２３０と機械的に接続されており、且つアンカトレンチ２２３０と電気的に接続されている。絶縁層２２６０は、第２の導電材料層２２７０と、トレンチレイアウト２２１０の複数のトレンチとを、それらの電気的分離を維持しながら機械的に接続するように働く。この例のＭＥＭＳデバイスでは、絶縁層２２１０は、基板ウエハの酸化部分２２５０も覆ってよい。又、実施形態によっては、絶縁層２２６０は、トレンチレイアウト２２１０の複数のトレンチだけを覆ってよい。
【００７９】
本開示に従って製造されるＭＥＭＳデバイスに関してＭＥＭＳグリッドの説明をしてきたが、ＭＥＭＳグリッドの用途は、上述のように製造されるデバイスだけには限定されない。ＭＥＭＳグリッドは、従来の製造プロセスにより製造されるＭＥＭＳデバイスに適用されてよい。更に、ＭＥＭＳグリッドは、ＳＯＩウエハ又は他の特殊なウエハ技術による製造に適用可能である。
【００８０】
ここまで本開示技術の様々な実施形態を説明してきたが、当然のことながら、それらは限定ではなく例としてのみ提示されてきた。同様に、様々な図によって本開示技術のアーキテクチャ構成や他の構成が例示されているが、これらの例示は、本開示技術に含まれうる特徴及び機能性の理解を支援する為に行われている。本開示技術は、例示されたアーキテクチャや構成に限定されず、様々な代替のアーキテクチャや構成を用いて所望の特徴が実施されてよい。更に、フロー図、動作説明、及び方法クレームに関しては、本明細書において各ステップが提示されている順序は、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、記載された機能性を実施する為に様々な実施形態が同じ順序で実施されなければならない、とするものではない。
【００８１】
本開示技術について様々な例示的実施形態及び実施態様に関して上述したが、当然のことながら、個々の実施形態のうちの１つ以上において記載された様々な特徴、態様、及び機能性は、それらの適用可能性において、それらが記載された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、そのような実施形態が記載されているかどうかにかかわらず、且つ、そのような特徴が、記載された実施形態の一部を成すものとして提示されているかどうかにかかわらず、単独又は様々な組み合わせの形で、本開示技術のその他の実施形態のうちの１つ以上に適用されてよい。従って、本明細書に開示の技術の広さ及び範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。
【００８２】
本文書、及びその変形物において使用される語句は、特に断らない限り、限定するものではなく、制約がないものとして解釈されたい。上述したことの例として、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という語は、「限定ではなく含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）」などを意味するように解釈されるべきであり、「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」という語は、当該アイテムの包括的又は限定的なリストではなく、当該アイテムの典型例を与える為に用いられ、「ａ」又は「ａｎ」という語は、「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」、「１つ以上の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」などを意味するように解釈されるべきであり、「従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「在来の（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の（ｎｏｒｍａｌ）」、「標準的な（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、「既知の（ｋｎｏｗｎ）」などの形容詞、及び同様な意味の語句は、記載されたアイテムを所与の期間に限定するか、所与の時点で利用可能なアイテムに限定するように解釈されるべきではなく、むしろ、現時点又は将来の任意の時点において利用可能又は既知であってよい、従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）、在来の（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）、通常の（ｎｏｒｍａｌ）、又は標準的な（ｓｔａｎｄａｒｄ）技術を包含するように解釈されるべきである。同様に、本文書で参照する技術が当業者にとって明らか又は既知であるような場合、そのような技術は、現時点、又は将来の任意の時点において当業者にとって明らか又は既知である技術を包含する。
【００８３】
「１つ以上の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」、「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」、「ただし〜に限定されない（ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」などの語句のような拡大語句の存在は、場合によっては、そのような拡大語句がなければ、より狭い場合が意図されているか必要とされていることを意味するように解釈されるべきではない。「モジュール」という語の使用は、そのモジュールの一部として記載又は特許請求された構成要素又は機能性が全て共通パッケージとして構成されていることを意味するものではない。実際、モジュールの様々な構成要素のいずれか又は全てが、制御ロジックであれ、他の構成要素であれ、１つのパッケージに組み合わされたり、別々に保持されたりしてよく、更には、複数のグループ又はパッケージとして、或いは複数の場所にまたがって分散されてよい。
【００８４】
更に、本明細書に記載の様々な実施形態は、例示的なブロック図、フローチャート、又は他の図解に関して説明されている。当業者であれば本文書を読むことによって明らかになるように、図解された実施形態及びそれらの様々な変形形態は、図解された実施例に限定されることなく実施されてよい。例えば、ブロック図とこれに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を要求するものとして解釈されるべきではない。更に、本明細書に記載の様々な実施形態は、例示的なブロック図、フローチャート、又は他の図解に関して説明されている。当業者であれば本文書を読むことによって明らかになるように、図解された実施形態及びそれらの様々な変形形態は、図解された実施例に限定されることなく実施されてよい。例えば、ブロック図とこれに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を要求するものとして解釈されるべきではない。
【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１０−１】
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【図１０−２】
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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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