БАЗОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИМЕЮЩИЙ МНОЖЕСТВО ПРОВОДЯЩИХ ЗОН
BASIC ELEMENT HAVING MULTIPLE CONDUCTING ZONES

Область техники
Изобретение относится к базовому элементу, имеющему множество проводящих зон, таких как микроструктурный элемент, имеющий множество зон, электрически изолированных друг от друга, и к способу их изготовления. Настоящее изобретение также относится к устройствам, имеющим используемый в них базовый элемент, таким как датчик ускорения, гироскоп, датчик разности потенциалов и исполнительный механизм.
Уровень техники
Известно, как традиционный микроструктурный элемент изготовляется, используя технологию микроэлектромеханических систем (MEMS) или тому подобную, базовый элемент которого разделяется на множество зон, электрически изолированных друг от друга, и который используется как электрод, с тем чтобы совершать перемещение, управление и выявление перемещения и тому подобное, посредством использования электрических сигналов, по отношению к базовому элементу и подвижному элементу. С такой конструкцией, исполнительный механизм, имеющий множество механизмов, формирующих движущую силу, датчик, имеющий множество участков обнаружения статических зарядов, и тому подобное может быть легко достигнуто. Их конкретные примеры будут описаны ниже.
Выложенная заявка на выдачу патента Японии № 2000-065855 раскрывает конструкцию полупроводникового датчика ускорения, в котором изолятор устанавливается между множеством подвижных электродов, чтобы быть использованным как балочные участки. Фиг.13 - вид в перспективе датчика ускорения, раскрытого в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2000-065855. На Фиг.13, датчик ускорения включает в себя направляющую подложку 901, неподвижную часть 902, подвижную часть 903, неподвижный электрод 905, управляющий электрод 906 и ограничители 907a и 907b. Дополнительно, датчик ускорения включает в себя опорную часть 908, балки 909, 991 и 992, элемент массы 910, подвижные электроды 911 и 913, элемент рамы 916, изолирующую пленку 917, подвижную часть основного корпуса 930, контактные зажимы 981 и 982 и электрод 961. В такой конструкции, изолирующая пленка 917 сформирована между подвижными электродами 911 и 913, таким образом, формируя балку 909. Посредством балки 909, элемент массы 910, который применяется с ускорением, которое будет введено, удерживается. Множество подвижных электродов 911 и 913, включенных в балку 909, изолируются друг от друга, и характеристики датчика регулируются между подвижным электродом 911 и неподвижным электродом 902, посредством чего ускорение может быть обнаружено между подвижным электродом 913 и неподвижным электродом 905. В конструкции, раскрытой в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2001-065855, в каждой глубокой и узкой бороздке, сформированной в кремниевой подложке, формируется изолирующая пленка 917, такая как стекло, нанесенное центрофигурированием (SOG), термически окисленная пленка или поликремний.
Дополнительно, в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2000-286430 раскрывается полупроводниковый датчик динамической величины, имеющий структуру, в которой изолирующие пленки встраиваются в опорную часть для балок и в опорную часть для электростатических гребенчатых зубьев с тем, чтобы изолировать от других частей. Фиг.14 - вид в перспективе полупроводникового датчика динамической величины, раскрытого в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2000-286430. Как проиллюстрировано на Фиг.14, полупроводниковый датчик динамической величины включает в себя одиночную кристаллическую кремниевую подложку 1, бороздки 4a и 4b, квадратно-рамочную часть 5, балочный элемент конструкции 6, фиксаторные части 7 и 8, балочные части 9 и 10, массивную часть 11, подвижные электроды с 12a по 12d, подвижные электроды с 13a по 13d, бороздки 14a и 14b, изолирующие материалы с 15a по 15d. В добавление, полупроводниковый датчик динамической величины включает в себя первые неподвижные электроды с 16a по 16d, вторые неподвижные электроды с 17a по 17d, бороздки с 18a по 18d, изолирующие материалы с 19a по 19d, бороздки с 20a по 20d, изолирующие материалы с 21a по 21d, первые неподвижные электроды с 22a по 22d, вторые неподвижные электроды с 23a по 23d, бороздки с 24a по 24d, изолирующие материалы с 25a по 25d, бороздки с 26a по 26d и изолирующие материалы с 27a по 27d.
Балки 9 и 10, которые поддерживают массивную часть 11, удерживаются квадратно-рамочной частью 5 через изолирующие материалы с 15a по 15d. С другой стороны, первые неподвижные электроды с 16a по 16d и с 22a по 22d и вторые неподвижные электроды с 17a по 17d и c 23a по 23d удерживаются квадратно-рамочной частью 5 через изолирующие материалы с 19a по 19d, c 21а по 21d, c 25a по 25d и с 27a по 27d. В этой структуре, квадратно-рамочная часть 5, массивная часть 11, включающая в себя подвижные электроды с 12a по 12d и с 13a по 13d, первые неподвижные электроды и вторые неподвижные электроды, электрически изолированы друг от друга и механически удерживаются. Как результат, благодаря динамической величине измеряемого объекта, массивная часть 11 может перемещаться. Электростатическая емкость между первым неподвижным электродом и первым подвижным электродом и электростатическая емкость между вторым неподвижным электродом и вторым подвижным электродом определяется, посредством чего величина их перемещения может быть определена.
Выложенная заявка на выдачу патента Японии №2000-286430 раскрывает технологию, в которой пленка диоксида кремния формируется во внутренней части сформированных бороздок и дополнительно формируется поликремниевая пленка, чтобы быть вставленной в каждую бороздку. В документе есть описание того, что комбинированное использование поликремния низкого напряжения производит эффект уменьшения напряжения, сформированного в бороздках, по сравнению со случаем, где только одиночная пленка диоксида кремния вставляется в бороздки.
Раскрытие изобретения
В вышеупомянутых традиционных структурах, изолирующие материалы предусматриваются среди множества зон электрически изолированных друг от друга, тем самым блокируя множество зон друг от друга. Соответственно, взаимное расположение из числа множества зон чувствительно к внутреннему напряжению изолирующего материала. В дополнение, коэффициенты теплового расширения изолирующего материала и подложки, разделяемой изолирующим материалом, отличны друг от друга, так что очень вероятно, что возникнет напряжение между подложкой и изолирующим материалом. Как результат, структура также восприимчива к изменению под напряжением, вызванным в материалах вследствие изменения в окружающей температуре. В случае приложения высокого напряжения, необходимо делать изолирующий материал толще, с тем чтобы увеличить диэлектрическое напряжение. Однако так как изолирующий материал делается толще, структура более восприимчива к давлению вследствие внутреннего напряжения изолирующего материала и из-за разницы коэффициентов теплового расширения среди материалов.
Дополнительно, сквозные отверстия или бороздки могут быть сформированы в подложке, и изолирующий материал встраивается в сквозные отверстия или борозды, посредством чего вышеупомянутые структуры могут быть выполнены. Тем не менее, трудно делать встроенные пленки изолирующего материала единообразными в некоторых случаях. Дополнительно, в некоторых случаях необходимо увеличить ширину бороздок или сквозных отверстий с тем, чтобы вставлять туда изолирующие пленки. В этом случае, структура очень вероятно подвергнется давлению вставленного изолирующего материала. В дополнение, в зависимости от глубины расположения сквозных отверстий или бороздок, существует вероятность, что состояние сформированного изолирующего материала изменится и распределение давления распределится. В то же время существует способ, включающий в себя встраивание различных видов изолирующих материалов, включая изолирующий материал низкого напряжения, в сквозные отверстия или бороздки. Однако в этом способе необходимо делать ширину сквозных отверстий больше, или способ изготовления этого становится усложненным в некоторых случаях.
Когда вышеупомянутое давление формируется в микроструктурном элементе, балки и элемент массы сами по себе деформируются и механические характеристики изменяются, тем самым делая неустойчивыми управляющую характеристику исполнительного механизма и характеристику чувствительности обнаружения датчика. В дополнение, интервал между электродами может быть изменен из-за деформации балки, самого элемента массы и гребенчатых электродов. Соответственно, существует вероятность, что движущая сила, применяемая к микроструктурному элементу, значительно изменится от желательной или точность измерения величины перемещения микроструктурного элемента снизится. Как результат, эти проблемы вызывают ухудшение управляющих характеристик исполнительного механизма и характеристик обнаружения сенсора.
Ввиду вышеупомянутых проблем, настоящее изобретение предусматривает базовый элемент, содержащий множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, которые характеризуются тем, что множество проводящих зон электрически изолированных друг от друга непрерывными окисленными зонами; и каждая окисленная зона сформирована окислом, созданным из материала, имеющего множество сквозных отверстий или бороздок, сформированных в нем.
Дополнительно, ввиду вышеприведенных проблем, настоящее изобретение предоставляет способ изготовления базового элемента, имеющего множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, который характеризуются тем, что включает в себя следующие два этапа. На первом этапе множество сквозных отверстий или бороздок формируются с тем, чтобы быть размещенными с интервалами на материале основания. На втором этапе материал основания, по меньшей мере, на внутренней поверхности множества сквозных отверстий или бороздок термически окисляется с тем, чтобы формировать непрерывные окисленные зоны, включающие в себя множество сквозных отверстий или бороздок, тем самым формируя множество проводящих зон, которые электрически изолированы друг от друга на материале основания.
Дополнительно, ввиду вышеприведенных проблем, настоящее изобретение предусматривает датчик ускорения, содержащий базовый элемент, в котором базовый элемент содержит подвижный элемент для обнаружения ускорения. Дополнительно, ввиду вышеприведенных проблем, настоящее изобретение предусматривает гироскоп, содержащий базовый элемент, в котором базовый элемент содержит подвижный элемент для обнаружения углового ускорения.
Дополнительно, настоящее изобретение предусматривает исполнительный механизм, содержащий базовый элемент, в котором базовый элемент содержит подвижный элемент для преобразования входной силы электрической энергии в физическое движение. Дополнительно, настоящее изобретение предусматривает датчик разности потенциалов, содержащий базовый элемент, в котором базовый элемент содержит подвижный элемент, имеющий регистрирующий электродный узел для вывода электрического сигнала согласно потенциалу измеряемого объекта.
Как описано выше, в базовом элементе согласно настоящему изобретению, множество проводящих зон изолировано друг от друга непрерывно сформированными окисленными зонами, и каждая окисленная зона создана из окисла материала, имеющего множество сквозных отверстий или бороздок, сформированных в нем. Соответственно, может быть предоставлен, с простой конструкцией, базовый элемент, имеющий множество зон, электрически изолированных друг от друга, в которых окисленные зоны, формирующие изолированные части, могут быть уменьшены до относительно незначительного числа и с давлением, почти не формируемым в окисленных зонах. Дополнительно, в способе изготовления базового элемента, по крайней мере, материал основания составляет внутреннюю поверхность множества сквозных отверстий или бороздок, подвергаемых термическому окислению с тем, чтобы формировать непрерывные окисленные зоны, тем самым облегчая его изготовление. Дополнительно, в случае формирования окисленных зон, является излишним физически разделять подложку, на которой базовый элемент формируется травлением, фрезерованием или тому подобным. Соответственно, изоляционная обработка может быть выполнена без значительного уменьшения прочности подложки и точности обработки. В дополнение, в устройствах, использующих базовый элемент настоящего изобретения, в котором давление почти не формируется, производительность, такая как чувствительность обнаружения и управляющая характеристика, может быть улучшена.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2A, 2B и 2C - схемы для иллюстрации изолированной части окисленной зоны согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3-1A и 3-1B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3-2A и 3-2B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3-3A и 3-3B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3-4A и 3-4B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3-5A и 3-5B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4A, 4B и 4C схемы для иллюстрации процесса термического окисления во время изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-1 - схема поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-2A и 5-2B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-3A и 5-3B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-4A и 5-4B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-5A и 5-5B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-1 - схема поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-2A и 6-2B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-3A и 6-3B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-4A и 6-4B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-5A и 6-5B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-6A и 6-6B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-7A и 6-7B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6-8A и 6-8B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7-1A, 7-1B, 7-1C, 7-1D, 7-1E, 7-1F и 7-1G схемы вида в плане для иллюстрации различных примеров форм поперечного сечения и расположения сквозных отверстий согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения и также схемы поперечного сечения сквозных отверстий согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7-2A и 7-2B - схемы поперечного сечения для иллюстрации базового элемента согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - вид в перспективе датчика ускорения с обратной связью (FB-типа) согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - вид в перспективе гироскопа рамного типа согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 - вид в перспективе другой формы гироскопа рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 - вид в перспективе оптического сканера согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 - вид в перспективе датчика разности потенциалов согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 - вид в перспективе датчика ускорения, раскрытого в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2000-065855.
Фиг.14 - вид в перспективе полупроводникового динамического датчика, раскрытого в выложенной заявке на выдачу патента Японии №2000-286430.
Наилучший вариант для осуществления изобретения
В дальнейшем, варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Первый вариант осуществления
Первый вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на Фиг.1, 2A, 2B, 2C, с 3-1A по 3-5B, 4A, 4B и 4C. Первый вариант осуществления настоящего изобретения относится к исполнительному механизму (механизм для преобразования входной силы электрической энергии в физическое движение), включающему в себя базовый элемент, имеющий множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, и к способу изготовления исполнительного механизма. Фиг.1 - изображение в перспективе исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг.1, исполнительный механизм включает в себя подложку 101 из проводящего кремния или тому подобного, подвижный элемент 102, балки 103, термически окисленную пленку 104 (окисленные зоны), сквозные отверстия 105, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108 и второй неподвижный электрод 109.
Подложка 101 - материал основания, на котором формируются подвижный элемент 102, балки 103, неподвижные электроды 108 и 109 и тому подобное. Каждое сквозное отверстие 105 формируется в термически окисленных пленках (окисленных зонах) 104. Таким образом, термически окисленные пленки 104 формируют непрерывные окисленные зоны. В этой структуре, любой путь из одной из проводящих зон, которая отделяется термически окисленной пленкой 104, не достигает других проводящих зон без передачи через часть термически окисленных пленок 104. Другими словами, соединенные участки между проводящими зонами полностью заполнены термически окисленными пленками 104 окисленных зон так, что проводящие зоны, которые отделяются термически окисленными пленками 104, электрически изолированы друг от друга. Каждая термически окисленная пленка 104 формируется окислом, созданным из материала (вышеупомянутого материала основания), имеющего множество сквозных отверстий 105, сформированных в нем. В дополнение, первый подвижный электрод 106 и первый неподвижный электрод 108 имеют узлы гребенчатых зубьев, которые противоположно направлены друг к другу на неком расстоянии. Второй подвижный электрод 107 и второй неподвижный электрод 109 также имеют узлы гребенчатых зубьев, которые противоположно направлены друг к другу аналогичным образом.
В вышеупомянутой конструкции первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108 и второй неподвижный электрод 109 электрически изолированы друг от друга термически окисленными пленками 104. Исполнительный механизм согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения характеризуется тем, что термически окисленные пленки 104 имеют множество сквозных отверстий 105. Согласно шаблону формирования термически окисленных пленок 104, проиллюстрированных на Фиг.1, первый подвижный электрод 106 электрически соединен с левой половиной (левый электрод) подложки 101, исключая первый неподвижный электрод 108, через балки 103. Второй подвижный электрод 107 электрически соединен с правой половиной (правым электродом) подложки 101, исключая второй неподвижный электрод 109, через балки 103.
Фиг.2A, 2B и 2C - частично увеличенные схемы термически окисленных пленок 104, имеющих сквозные отверстия 105. Фиг.2A - вид сверху подложки, Фиг.2B - схема поперечного сечения подложки вдоль линии B1-B2, и Фиг.2C - схема поперечного сечения подложки вдоль линии C1-C2. Как проиллюстрировано на Фиг.2A, 2B и 2C, подложка имеет первую зону 111 и вторую зону 112. Первая зона 111 и вторая зона 112 используются как различные зоны в зависимости от положения термически окисленных пленок 104.
На Фиг.2A, 2B и 2C, термически окисленные пленки 104 непрерывно формируются так, что первая зона 111 и вторая зона 112 электрически изолированы друг от друга. Таким образом, первая зона 111 и вторая зона 112 могут быть полностью электрически изолированы друг от друга. В этом случае, термически окисленные пленки 104 имеют множество сквозных отверстий 105, в результате чего объем или толщина изолирующего материала (термически окисленной пленки) для связывания первой зоны 111 и второй зоны 112 может быть минимизирована, чтобы соответствовать необходимой механической прочности. Соответственно, возможно достичь микроструктурного элемента, имеющего структуру, в которой подвижный элемент 102 и подложка 101 более устойчивые к деформации вследствие эффекта давления термически окисленной пленки по сравнению со структурой предшествующего уровня техники, в котором формируется изолирующая пленка без сквозных отверстий.
В конструкции на Фиг.1, подвижный элемент 102 поддерживается подложкой 101 с двумя парами балок 103, с тем чтобы быть подвижным в направлениях, указанных стрелками A1 и A2. Дополнительно, подвижный элемент 102 включает в себя первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107 и термически окисленные пленки 104, имеющие множество сквозных отверстий 105. С другой стороны, подложка 101 включает в себя первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, термически окисленные пленки 104, имеющие сквозные отверстия 105, левосторонний электрод и правосторонний электрод. Электропроводка для соединения первого подвижного электрода 106 и второго подвижного электрода 107 со схемой управления может быть выполнена монтажом левостороннего электрода и правостороннего электрода подложки 101 извне, посредством соединительных проводов или тому подобного, через балки 103. Электропроводка для соединения первого неподвижного электрода 108 и второго неподвижного электрода 109 со схемой управления может быть выполнена монтажом первого неподвижного электрода 108 и второго неподвижного электрода 109 извне посредством соединительных проводов или тому подобного или формированием электропроводки для соединения первого неподвижного электрода 108 и второго неподвижного электрода 109 на изолирующей пленке, чтобы быть сформированными на соответствующей позиции, на подложке 101.
Первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108 и второй неподвижный электрод 109 электрически изолированы друг от друга. Соответственно, произвольная разность потенциалов может быть применена к соответствующим электродам. По этой причине, когда разность потенциалов прилагается между первым подвижным электродом 106 и первым неподвижным электродом 108, электростатическое притяжение формируется между первым подвижным электродом 106 и первым неподвижным электродом 108, тем самым делая возможным перемещение подвижного элемента 102 в направлении, указанном стрелкой A1. Подобным образом, когда разность потенциалов прилагается между вторым подвижным электродом 107 и вторым неподвижным электродом 109, электростатическое притяжение формируется между вторым подвижным электродом 107 и вторым неподвижным электродом 109, тем самым делая возможным перемещение подвижного элемента 102 в направлении, указанном стрелкой A2. Приложение разности потенциалов между первым подвижным электродом 106 и первым неподвижным электродом 108 и приложение разности потенциалов между вторым подвижным электродом 107 и вторым неподвижным электродом 109 выполняется поочередно, тем самым запуская колебание подвижного элемента 102 с требуемым периодом.
В конструкции согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, для вышеупомянутых причин, взаимное расположение между подвижными электродами 106 и 107 и неподвижными электродами 108 и 109, соответственно, для формирования электростатического притяжения, почти не изменяется вследствие эффекта давления. Как результат, в цельном исполнительном механизме, постоянное электростатическое притяжение может быть применено к исполнительному механизму. В дополнение, эффект внешней силы, применяемой к балкам 103 для поддержки подвижных элементов, может быть подавлен благодаря деформации каждого подвижного элемента 102 и формированию подложки 101. Соответственно, механические характеристики исполнительного механизма почти не изменяются. Для вышеупомянутых причин, возможно реализовать исполнительный механизм, допускающий управляющую операцию с высокой точностью.
Далее дано описание способа изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Способ включает в себя этап формирования множества сквозных отверстий с интервалами на материале основания и этап выполнения термического окисления на материале основания, по меньшей мере, на внутренней поверхности каждого из множества сквозных отверстий с тем, чтобы формировать непрерывные окисленные зоны, включающие в себя множество сквозных отверстий, тем самым формируя множество проводящих зон, которые электрически изолированы друг от друга, на материале основания. Фиг. с 3-1A по 3-5B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Каждая Фиг. с 3-1A по 3-5B, Фиг.3-1A, 3-2A, 3-3A, 3-4A и 3-5A иллюстрирует поперечное сечение части вдоль пунктирной линии P на Фиг.1, и каждая Фиг.3-1B, 3-2B, 3-3B, 3-4B и 3-5B иллюстрирует поперечное сечение части вдоль пунктирной линии Q на Фиг.1. Заметим, что на Фиг.3-1A, 3-2A, 3-3A, 3-4A и 3-5A, чтобы облегчить наглядность, количество сквозных отверстий, сформированных в части, соответствующей подвижному элементу 102, уменьшено и формирование окисленной зоны в части, соответствующей подложке 101, опущено. На Фиг. с 3-1A по 3-5B, цифра 201 обозначает кремний 201, который является материалом основания, на котором подложка, подвижный элемент и тому подобное формируются, 202 - резист, 203 - маскирующий материал, 204 - термически окисленные пленки, и 210 - сквозные отверстия в окисленных зонах.
Сначала, как проиллюстрировано на Фиг.3-1A и 3-1B, маскирующий материал 203 наносится на одну поверхность кремниевой подложки 201, резист 202 применяется к этому же, и затем резист 202 выкраивается по произвольному шаблону. Затем, посредством использования оставшегося шаблона резиста, маскирующий материал 203 выборочно вытравливается, чтобы быть удаленным. Части, полученные удалением маскирующего материала, соответствуют частям, в которых сквозные отверстия в кремнии должны быть сформированы в последующем процессе сухого травления. Конкретно, удаление частей, соответствующих сквозным отверстиям 210 окисленных зон, и удаление частей, которые излишни для формирования базового элемента (подвижного элемента, балок, подвижных электродов, неподвижных электродов и направляющей подложки), выполняется одновременно. В этом случае, как маскирующий материал 203 материалы, для примера металлы, такие как алюминий (Al), нитрид кремния, диоксид кремния и поликремний, могут быть использованы. Заметим, что маскирующий материал не ограничен этим, любой материал может быть использован, если материал может быть допущен, который используется как маскирующий материал в последующем анизотропном процессе травления. Шаблон резиста 202 может быть удален или может быть использован как маска в последующем процессе сухого травления. В этом случае, нанесение и травление другого маскирующего материала не является обязательным.
Затем, как проиллюстрировано на Фиг.3-2A и 3-2B, поверхность подложки, на которой маска 203 сформирована, подвергается анизотропному травлению от частей этого, не имеющих маски, таким образом, формируя сквозные отверстия 210 в подложке 201. В этом случае, как анизотропное травление сухое травление, например Si Deep-RIE, может быть использовано.
После анизотропного травления, как проиллюстрировано на Фиг.3-3A и 3-3B, маскирующий материл 203, резист 202 и тому подобное удаляется, и поверхность кремниевой подложки 201 очищается.
Затем, как проиллюстрировано на Фиг.3-4A и 3-4B, термическое окисление выполняется на поверхности кремния. В процессе термического окисления, кремний помещается на длительный период времени в кислородную атмосферу 1000°C или выше, и диоксид кремния выращивается на открытом кремнии. Диоксид кремния выращивается не только на поверхности кремния, но также внутри поверхности наряду с тем, что каждая окисленная зона увеличивается от поверхности кремния внутрь него (отношение между первой толщиной и последней толщиной около 55:45).
Здесь, приведено описание процесса термического окисления. Фиг.4A, 4B и 4C - виды подложки сверху для иллюстрации того, как протекает процесс термического окисления. Как проиллюстрировано на Фиг.4A, 4B и 4C, подложка включает в себя первую зону 111, вторую зону, термически окисленные пленки 113, сформированные на поверхности кремния, и термически окисленные пленки 114, сформированные внутри кремния. Первое состояние подложки - до окисления - иллюстрируется на Фиг.4A. В этом случае, части между сквозными отверстиями 105 сделаны из кремния (обозначены как ширина X) так, что первая зона 111 и вторая зона 112 не изолируются друг от друга.
Затем, состояние подложки после обработки термическим окислением для половины предопределенного периода времени иллюстрируется на Фиг.4B. В этом случае, термически окисленные пленки 113 выращиваются на поверхности сквозных отверстий 105, и термически окисленные пленки 114 также выращиваются внутри кремния, таким образом, сужая ширину X кремния, сформированного между смежными сквозными отверстиями 105. Как результат, первая зона 111 и вторая зона 112 изолируются друг от друга до некоторой степени.
Затем, состояние подложки после обработки термическим окислением для предопределенного периода времени иллюстрируется на Фиг.4C. В этом случае, термически окисленные пленки 114, которые выращены внутри кремния из смежных сквозных отверстий 105, находятся в соприкосновении друг с другом, чтобы быть объединены друг с другом. Как результат, первая зона 111 и вторая зона 112 изолируются друг от друга.
Отношение между временем для термического окисления и толщиной термически окисленных пленок 104, которые должны быть сформированы, является логарифмическим функциональным отношением. Другими словами, когда берется достаточное время окисления, толщина каждой термически окисленной пленки 104 достигает насыщения заданным значением (примерно от 1 мкм до нескольких мкм). Соответственно, управление толщиной каждой термически окисленной пленки может быть выполнено с более высокой точностью. В дополнение, когда время для выполнения фактического производственного процесса принимается к рассмотрению для того, чтобы кремний, сформированный между смежными сквозными отверстиями 105, полностью окислялся для электрического изолирования обоих проводящих зон друг от друга, желательно, чтобы наиближайшее расстояние (ширина X на Фиг.4A) между смежными сквозными отверстиями 105 было 2 мкм или меньше.
С другой стороны, в анизотропном травлении кремния желательно, чтобы толщина подложки (глубина сквозного отверстия) была примерно 100 мкм или меньше. Другими словами, когда толщина подложки примерно 100 мкм или больше, в связи с наклоном из-за травления относительно поверхности подложки, термическое давление, из-за асимметрии форм термически окисленных пленок и кремния, вызывает деформацию базового элемента, которое не может быть игнорировано.
Как описано выше, посредством этих процессов, множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, могут быть сформированы. Конкретно, после того как множество сквозных отверстий 105 размещено как можно ближе друг к другу, выполняется только термическое окисление, тем самым способствуя формированию множества проводящих зон, электрически изолированных друг от друга. Дополнительно, формирование множества сквозных отверстий 105 может быть выполнено одновременно с процессом формирования подвижного элемента 102 и балок 103. Как результат, базовый элемент согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения может быть создан без увеличения количества процессов для травления кремния, в дополнение к процессам, выполняемым в случае производства простого базового элемента. Дополнительно, маска, используемая для производства базового элемента, может быть использована совместно, тем самым сдерживая увеличение количества масок для травления кремния.
Термически окисленные пленки 104 могут быть сформированы только в небольших зазорах пока туда подается кислород. Следовательно, интервал между электрически изолированными зонами может быть сужен и эффект давления изолирующего материала (термически окисленной пленки) окисленной зоны может быть минимизирован. В дополнение, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, каждый материал, сформированный между смежными сквозными отверстиями 105, термически окисляется, тем самым выполняя изолирование, которое делает излишним внедрение изолирующего материала в каждое сквозное отверстие, как в традиционном способе. Следовательно, возможно предотвратить проблему, такую как внутреннее напряжение, связанное с изолирующим материалом.
Дополнительно, исполнительный механизм может быть изготовлен посредством использования только единственной кремниевой подложки так, что специальная подложка, такая как SOI подложка, не обязательно используется.
Дополнительно, условно, в случае использования одинарной кремниевой подложки вместо использования SOI подложки, кремний, находящийся под подвижным элементом, удаляется вытравливанием так, что точность толщины подвижного элемента не может быть увеличена в значительной степени. С другой стороны, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, толщина подвижного элемента 102 определяется посредством использования толщины силиконовой подложки, тем самым более высокая точность толщины может быть реализована.
В заключение, после процессов на Фиг.3-4A и 3-4B, как проиллюстрировано на Фиг.3-5A и 3-5B, пленка диоксида кремния, сформированная на поверхности кремниевой подложки 201, может быть удалена посредством использования сухого травления на обеих поверхностях подложки. Как результат, термически окисленные пленки, сформированные на верхней и нижней поверхности подложки, удаляются, тем самым дополнительно уменьшая давление термически окисленной пленки. Заметим, что термически окисленные пленки, проиллюстрированные на Фиг.3-5B, с функциональной точки зрения не требуются, но неминуемо формируются в производственном процессе. Ничего страшного, если термически окисленные пленки останутся.
Дополнительно, когда ширина каждого сквозного отверстия 105 мала, есть вероятность, что, в конечном счете, сквозные отверстия 105 будут почти полностью заделаны термически окисленными пленками 113. Однако непрерывные окисленные зоны, включающие в себя сквозные отверстия или бороздки, согласно настоящему изобретению, включают такие формы. Заметим, чтобы избежать проблемы, такой как внутреннее напряжение, желательно, чтобы количество окисла в окисленных зонах было настолько мало, насколько возможно, до тех пор, пока функция изоляции осуществляется. По этой причине, сквозные отверстия 105 обычно имеют ширину, равную или большую, чем толщина окисленной пленки, в несколько раз.
Второй вариант осуществления
Далее, второй вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на Фиг. с 5-1 по 5-5B. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления в процессе производства исполнительного механизма. Другие конструкции этого большей частью являются такими же, как таковые по первому варианту осуществления.
Фиг. с 5-1 по 5-5B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Также в Фиг. c 5-1 по 5-5B, цифра 201 обозначает кремний, 202 - резист, 203 - маскирующий материал, 204 - термически окисленную пленку, и 210 - сквозное отверстие окисленных зон. На Фиг. с 5-2A по 5-5B, те же компоненты определены или опущены в той же манере, как на Фиг. с 3-1A по 3-5B.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, как проиллюстрировано на Фиг.5-1, используется подложка (материал основания), полученная формированием маскирующего материала 203 на обеих поверхностях кремниевой подложки 201. Сначала резист 202 наносится на подложку, и одна из поверхностей выкраивается по произвольному шаблону. Состояние подложки, полученной, после того как маскирующий материал 203 выборочно удален посредством использования оставшегося шаблона резиста, проиллюстрировано на Фиг.5-2A и 5-2B. Затем, маскирующий материал 203 используется как маска травления, и кремний 201 подвергается сухому травлению, тем самым формируя сквозные отверстия 210. После этого, как проиллюстрировано на Фиг.5-3A и 5-3B, маскирующий материал 203, сформированный на донной поверхности, также вытравливается в той же форме, как шаблон сквозных отверстий 210.
Затем, резист 202 удаляется, таким образом, очищая подложку. После этого, как проиллюстрировано на Фиг.5-4A и 5-4B, в кислородной атмосфере под высокой температурой кремний 201 подвергается термическому окислению. В этом случае, части обеих поверхностей подложки, на которых маскирующий материал 203 формируется, термически не окисляются, и термически окисленные пленки 204 формируются только на частях кремния, которые были открыты в предыдущем процессе сухого травления.
В заключение, как проиллюстрировано на Фиг.5-5A и 5-5B, маскирующий материал 203 удаляется вытравливанием.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения зоны, на которых маскирующий материал 203 формируется, термически окисляются. Как результат, в процессе термического окисления, проиллюстрированном на Фиг.5-4A и 5-4B, в котором выполняется изолирование, структура более тяжело деформируется давлением термически окисленной пленки.
В качестве маскирующего материала 203 во втором варианте осуществления настоящего изобретения, любой материал может быть использован, если материал сможет выдержать температуру в процессе термического окисления. В частности, нитрид кремния используется соответствующим образом. Когда используется нитрид кремния, только термически окисленный кремний может быть выборочно оставлен на микроструктурном элементе.
В качестве маскирующего материала 203, также может быть использован диоксид кремния. Когда толщина оксида кремния, используемого как маска, большая, во время процесса термического окисления, проиллюстрированного на Фиг.5-4A и 5-4B, толщина оксида кремния, используемого как маска, изменяется тяжело. По этой причине, давление оксида кремния, используемого как маскирующий материал 203, изменяется тяжело.
Как описано выше, во втором варианте осуществления настоящего изобретения, во время процесса формирования окисленных зон, до выполнения процесса термического окисления, маскирующий материал, такой как нитрид кремния, формируется на частях, иных, чем внутренняя поверхность каждого сквозного отверстия в материале основания. Следовательно, может быть предоставлен производственный процесс, допускающий формирование микроструктурного элемента наряду с уменьшением давления, образованным на поверхности подложки во время процесса термического окисления.
Третий вариант осуществления
Далее, третий вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на Фиг. с 6-1 по 6-8B. Третий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления в процессе производства исполнительного механизма. За исключением процесса, третий вариант осуществления большей частью является таким же, как первый вариант осуществления.
Фиг. с 6-1 по 6-8B - схемы поперечного сечения для иллюстрации процесса изготовления исполнительного механизма согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. На Фиг. с 6-1 по 6-8B, цифра 201 обозначает кремний, 202 - резист, 203 - маскирующий материал, 204 - термически окисленную пленку, 205 - окисленную пленку, 206 - вторую кремниевую подложку, 207 - защитный пленочный материал, и 210 - сквозные отверстия окисленных зон. На Фиг. с 6-2A по 6-8B, те же самые компоненты определены или опущены в той же манере, как на Фиг. с 3-1A по 3-5B.
В третьем варианте осуществления настоящего изобретения используется подложка со структурой типа кремний на диэлектрике (SOI) (материал основания), в которой подложка 201 и вторая кремниевая подложка 206 соединены друг с другом посредством использования окисленной пленки 205. Фиг.6-1 иллюстрирует состояние, где маскирующий материал 203 формируется на обеих поверхностях SOI подложки.
Сначала, как проиллюстрировано на Фиг.6-2A и 6-2B, маскирующий материал 203 наносится на одну поверхность SOI подложки, и резист наносится на это же. Затем, резист 202 выкраивается по произвольному шаблону. Посредством использования оставшегося шаблона резиста, маскирующий материал 203 выборочно вытравливается, чтобы быть удаленным.
Далее, как проиллюстрировано на Фиг.6-3A и 6-3B, поверхность подложки, на которой маскирующий материал 203 сформирован, подвергается анизотропному травлению от ее частей, не имеющих маски, таким образом, формируя сквозные отверстия 210 в подложке 201. В этом случае, как анизотропное травление сухое травление, такое как Si Deep-RIE, может быть использовано. После анизотропного травления, резист 202 удаляется, и поверхность кремниевой подложки очищается.
После этого, как проиллюстрировано на Фиг.6-4A и 6-4B, поверхность кремниевой подложки подвергается термическому окислению. Когда кремниевая подложка помещается на длительный период времени в кислородную атмосферу выше 1000°C, диоксид кремния 204 выращивается на открытой стороне поверхности кремниевой подложки анизотропным травлением.
Затем, как проиллюстрировано на Фиг.6-5A и 6-5B, защитная пленка 207, сформированная на поверхности, подвергается анизотропному травлению, и защитная пленка 207 остается только в зонах, в которых термически окисленные пленки 204 предназначены быть оставленными формированием шаблона и травлением. После этого, как проиллюстрировано на Фиг.6-6A и 6-8B, кремниевая подложка 206 вытравливается с ее задней поверхности по произвольному шаблону.
После этого, диоксид кремния удаляется травлением. В это время, открытые термически окисленные пленки 204 и окисленная пленка 205 SOI подложки удаляются. Как проиллюстрировано на Фиг.6-7A и 6-7B, посредством настройки времени травления, могут быть оставлены только термически окисленные пленки 204 на желательных зонах.
В заключение, как проиллюстрировано на Фиг.6-8A и 6-8B, удаляется защитная пленка 207. Как результат, возможно формировать микроструктурный элемент, включающий в себя множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, несмотря на то, что оставляются только изолированные участки, которые формируются термически окисленными пленками 204.
Как описано выше, в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, использующем SOI подложку, имеющую окисленную пленку 205, только термически окисленные пленки (окисленные зоны), необходимые для электрического изолирования множества проводящих зон друг от друга, могут быть легко оставлены с более точной формой посредством использования защитной пленки 207. Как результат, механические характеристики и электрические изолирующие характеристики микроструктурного элемента меньше подвергаются воздействию из-за форм термически окисленных пленок, полученных после травления.
Четвертый вариант осуществления
Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения будет описан. Четвертый вариант осуществления отличается от предыдущих вариантов осуществления в формировании схемы базового элемента, формировании сквозных отверстий в изолированных участках (окисленных зонах) и процессе термического окисления.
Сначала, может быть использован следующий способ. Формирование схемы части базового элемента и формирование сквозных отверстий в изолированных участках выполняются травлением одновременно. После этого, часть схемы базового элемента может покрываться защитным материалом, и только боковые стенки сквозных отверстий могут быть термически окислены. Как результат, форма схемы базового элемента не изменяется в процессе термического окисления. Следовательно, может быть предоставлен микроструктурный элемент с меньшим отклонением характеристик. В частности, в участках электростатических гребенчатых зубьев, которые могут быть использованы для управления подвижным элементом и для обнаружения смещения подвижного элемента, расстояние между гребенчатыми зубьями оказывает большой эффект на управляющие характеристики и характеристики обнаружения. По этой причине, в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения, эффективное расстояние между гребенчатыми зубьями не увеличивается термическим окислением так, что ухудшение управляющих характеристик и характеристик обнаружения на участках гребенчатых зубьев может быть сдержано.
В этом случае, травление только части базового элемента и защита защитным материалом могут быть выполнены заранее, и затем травление сквозных отверстий в изолирующих участках и изолирование термическим окислением могут быть выполнены.
Дополнительно может быть использован следующий способ. После этого выполняется только травление сквозных отверстий в изолирующих участках, затем осуществляется процесс термического окисления, тем самым выполняя изолирование. Затем, часть схемы базового элемента вытравляется снова, тем самым формируя базовый элемент. Как результат, количество процессов травления для кремния увеличивается, но эффективное расстояние между участками гребенчатых зубьев не увеличивается термическим окислением. Следовательно, ухудшение управляющих характеристик и характеристик обнаружения может быть сдержано на участках гребенчатых зубьев. В дополнение, после того как изолирование выполнено термическим окислением, формируется часть базового элемента, включающая гребенчатые электроды, посредством чего гребенчатые электроды могут быть расположены с более высокой точностью, нежели в случае выполнения термического окисления после формирования гребенчатых электродов.
Пятый вариант осуществления
В пятом варианте осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированы некоторые примеры базового элемента, который отличен от таковых в вышеприведенных вариантах осуществления в форме и размещении сквозных отверстий. В оставшейся части за исключением формы и размещения сквозных отверстий, пятый вариант осуществления является таким же, как и первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7-1A, 7-1B, 7-1C, 7-1D, 7-1E, 7-1F и 7-1G - диаграммы для иллюстрации форм в поперечном сечении и расположения сквозных отверстий согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Форма каждого сквозного отверстия не ограничена описанной в первом варианте осуществления. Окружность (пример на Фиг.7-1A), эллипс, прямоугольник (пример на Фиг.7-1B), треугольник (пример на Фиг.7-1C), квадрат, параллелограмм (пример на Фиг.7-1D), другие многоугольные формы (пример на Фиг.7-lE; восьмиугольник в этом случае) и тому подобные могут быть использованы. В примере на Фиг.7-1C, треугольные отверстия поочередно поворачиваются вверх дном с тем, чтобы получить, по существу, постоянную ширину материала, сформированного в каждом интервале между отверстиями. Как проиллюстрировано в примере на Фиг.7-1F, сквозные отверстия, имеющие разные формы, могут комбинироваться, чтобы быть скомпонованы (в этом случае, отверстия, имеющие треугольную форму, и отверстия, имеющие форму параллелограмма, размещены поочередно наряду с тем, что их направления надлежащим образом изменяются). Дополнительно, сквозные отверстия могут быть расположены линейно или могут быть размещены по искривленной линии, ступенчато или тому подобным образом. Дополнительно, как проиллюстрировано в примере на Фиг.7-1G, сквозные отверстия могут быть размещены на множестве строк с расположением интервалов между сквозными отверстиями в соответствующих строках сдвинутыми относительно друг друга (т.е. сквозные отверстия могут быть размещены поочередно в шахматном порядке). Само собой разумеется, в любом из примеров, необходимо устанавливать ширину материала, сформированного в каждом интервале между отверстиями, так, чтобы материал надежно окислялся в процессе окисления от внутренней поверхности каждого отверстия, предусмотренного на обеих поверхностях, до средней точки материала, тем самым получая изолирующие участки.
Формы отверстий выбираются соответствующими для каждого случая, в соответствии с чем может быть предоставлен микроструктурный элемент, в котором механическая прочность изолирующих участков сохраняется удовлетворительной, тогда как эффект давления термически окисленных пленок уменьшается.
Шестой вариант осуществления
Фиг.7-2A и 7-2B - диаграммы для иллюстрации шестого варианта осуществления настоящего изобретения. Фиг.7-2A и 7-2B - схемы поперечного сечения, соответствующие Фиг.3-2A и 3-2B первого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на Фиг.7-2A и 7-2B шестого варианта осуществления настоящего изобретения, отверстия могут быть заменены бороздками 211, которые не полностью пронизывают подложку 201. В этом случае, разница между толщиной подложки 201 и глубиной каждой из бороздок 211 (толщина участка материала под нижней поверхностью каждой борозды) зависит от толщины термически окисленной пленки, которая должна быть сформирована во внутренней части кремния процессом термического окисления, и необходимо выбирать надлежащее значение как разницу. В случае выполнения термического окисления на обеих поверхностях подложки 201, необходимо устанавливать разность, равную или меньшую чем удвоенная толщина термически окисленной пленки. В случае выполнения термического окисления только на одной поверхности подложки 201, необходимо устанавливать разность, равную или меньшую чем толщина термически окисленной пленки. По причинам, описанным в первом варианте осуществления, эти значения желательно устанавливать равными или меньшими чем 2 мкм (в первом случае) или равными или меньшими чем 1 мкм (во втором случае). По этим же причинам, описанным в первом варианте осуществления, глубина каждой бороздки желательно устанавливать равной или меньшей чем 100 мкм. Таким образом, множество отверстий в окисленных зонах базового элемента согласно настоящему изобретению могут быть бороздками. Дополнительно, сквозные отверстия и бороздки могут быть представлены в сочетании.
Посредством использования вышеупомянутых форм, становится ненужным использовать сквозные отверстия, и ограничения в конструкции микроструктурного элемента уменьшаются, и прочностные характеристики микроструктурного элемента могут быть легко улучшены.
Седьмой вариант осуществления
Далее, со ссылкой на Фиг.8, дано описание датчика ускорения с обратной связью (FB-типа) согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Седьмой вариант осуществления отличен от вышеупомянутых вариантов осуществления в том, что базовый элемент настоящего изобретения используется не как исполнительный механизм, а как датчик ускорения FB-типа.
На Фиг.8, датчик ускорения включает в себя подложку 101, подвижный элемент 102, балки 103, термически окисленные пленки 104, сквозные отверстия 105, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, третий неподвижный электрод 128 и четвертый неподвижный электрод 129. Первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, третий неподвижный электрод 128 и четвертый неподвижный электрод 129 изолируются от других электродов способом, описанным в вышеупомянутых вариантах осуществления. Каждый из электродов электрически подсоединен к схеме управления через подвижный элемент 102, балки 103 и тому подобное. Как описано выше, электропроводка для соединения третьего неподвижного электрода 128 и четвертого неподвижного электрода 129 со схемой управления выполняется соединением третьего неподвижного электрода 128 и четвертого неподвижного электрода 129 снаружи посредством соединительного провода или тому подобного или формированием электропроводки для соединения третьего неподвижного электрода 128 и четвертого неподвижного электрода 129 на изолирующей пленке, чтобы быть сформированными на соответствующей позиции на подложке 101.
В датчике ускорения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения, подвижный элемент 102 удерживается балками 103, каждая из которых присоединена к подложке 101. Подвижный элемент 102 имеет конструкцию, в которой это легко перемещается только в направлениях, указанных стрелками A. Когда ускорение прилагается к датчику ускорения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения в направлениях, обозначенных стрелками A, подвижный элемент 102 перемещается в любом из направлений по стрелкам A согласно магнитуде ускорения. В этом случае, электростатическая емкость между первым неподвижным электродом 108 и первым подвижным электродом 106 и электростатическая емкость между вторым неподвижным электродом 109 и вторым подвижным электродом 107 изменяется согласно расстоянию, с которым подвижный элемент 102 сдвигается. В это время, существует такая взаимосвязь, что когда одна из электростатических емкостей увеличивается, другая электростатическая емкость уменьшается. Электростатическая емкость становится тем больше, чем расстояние между электродами меньше. Следовательно, очевидно, что подвижный элемент 102 сдвигается в направлении пары электродов, имеющих большую электростатическую емкость.
Датчик ускорения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя устройство для обнаружения движения подвижного элемента 102 и приложенной силы, для погашения силы ускорения в направлении, противоположном силе ускорения. Конкретно, данное напряжение применяется либо к третьему неподвижному электроду 128, либо четвертому неподвижному электроду 129. Как результат, разность потенциалов создается между третьим неподвижным электродом 128 и первым подвижным электродом 106 или между четвертым неподвижным электродом 129 и вторым подвижным электродом 107, и электростатическое притяжение создается между электродами, между которыми создается разность потенциалов.
Таким образом, когда разность потенциалов создается между подвижным электродом и неподвижным электродом, противоположным подвижному электроду, электростатическое притяжение создается между парой электродов. С другой стороны, когда разность потенциалов не генерируется между подвижным электродом и неподвижным электродом, противоположным подвижному электроду, электростатическое притяжение не создается между парой электродов. Посредством использования этого факта, датчик ускорения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения управляется так, что сила для погашения обнаруженной силы ускорения постоянно применяется к подвижному элементу 102.
В датчике ускорения согласно седьмому варианту настоящего изобретения, как описано выше, ускорение, которое должно быть применено и постоянно направлено в обратную сторону, должно погашаться, в соответствии с чем подвижный элемент 102 предохраняется от чрезмерного смещения, даже когда к нему применяется значительное ускорение. Следовательно, подвижный элемент 102 предохраняется от соприкосновения с гребенчатыми электродами и от повреждения гребенчатых электродов. В дополнение, магнитуда силы, полученной, когда ускорение направленно в обратную сторону и равновесие достигнуто, может быть обнаружена, тем самым давая возможность обнаружения ускорения с более высокой точностью. Когда изолирующая структура настоящего изобретения применяется к датчику ускорения, имеющему вышеупомянутую структуру, множество подвижных электродов может быть также сформировано на подвижном элементе 102, тем самым давая возможность достичь более сложного управления и более точного управления обнаружением.
Дополнительно, обрабатывается кремниевая подложка, тем самым легко формируя участки электростатических гребенчатых зубьев также на базовом элементе, имеющем большую толщину. Как результат, улучшается эффективность в управлении датчика и обнаружение датчиком. В дополнение, деформация микроструктурного элемента вследствие давления изолирующих участков в окисленных зонах может быть уменьшена. Как результат, посредством использования базового элемента настоящего изобретения, включающего в себя подвижный элемент для обнаружения ускорения, датчик ускорения более высокой производительности может быть предоставлен.
Восьмой вариант осуществления
Со ссылкой на Фиг.9, дано описание гироскопа рамного типа согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Восьмой вариант осуществления отличается от вышеупомянутых вариантов осуществления тем, что базовый элемент настоящего изобретения применяется к гироскопу рамного типа.
Фиг.9 - вид в перспективе, иллюстрирующий состояние гироскопа рамного типа согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором верхняя и нижняя подложка сделаны отдельно друг от друга. На Фиг.9, гироскоп включает в себя подложку 101, подвижный элемент 102, балки 103, термически окисленные пленки 104, сквозные отверстия 105, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, первый подвижный элемент 121, второй подвижный элемент 122, вторые балки 123, третий подвижный электрод 124, четвертый подвижный электрод 125, нижнюю подложку 131, углубленную часть 132 нижней подложки 131 и неподвижные электроды 133 и 134, сформированные на нижней подложке 131.
Гироскоп рамного типа характеризуется тем, что предусмотрены два подвижных элемента (подвижные элементы 121 и 122 в восьмом варианте осуществления настоящего изобретения), и тем, что соответствующие подвижные элементы поддерживаются таким образом, что колебание легко вызывается в разных направлениях. В гироскопе используется система, в которой данный подвижный элемент заставляется колебаться с постоянной амплитудой и смещение подвижного элемента (в дальнейшем, указывается как "колебание обнаружения") определяется вследствие силы Кориолиса, сгенерированной входной угловой скоростью снаружи. Направление начального колебания (в дальнейшем указывается как "эталонное колебание") подвижного элемента, осевое направление, в котором угловая скорость определяется, и направление, в котором сила Кориолиса создается, перпендикулярны друг к другу. В гироскопе рамного типа, подвижный элемент для генерации эталонного колебания и подвижный элемент для определения силы Кориолиса отличаются друг от друга. Следовательно, изготовлением механизма, в котором колебание легко генерируется (легкое перемещение) в направлении эталонного колебания и в направлении "колебания обнаружения", в то время как колебание в других направлениях почти не формируется (тяжелое перемещение), гироскоп рамного типа может быть легко выполнен.
В дальнейшем, гироскоп рамного типа согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения будет описан подробно.
На Фиг.9, гироскоп согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения имеет структуру, в которой подложка 101 и нижняя подложка 131 соединены вместе. Первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, третий подвижный электрод 124 и четвертый подвижный электрод 125 изолируются от других электродов способом, описанным в вышеописанных вариантах осуществления. Соответствующие электроды электрически соединены друг с другом посредством подвижного элемента 102, балками 103, вторым подвижным элементом 122, вторыми балками 123 и тому подобным.
Посредством использования третьего подвижного электрода 124 и четвертого подвижного электрода 125, неподвижного электрода 133 и неподвижного электрода 134, которые сформированы на нижней подложке 131, второй подвижный элемент 122 заставляется формировать эталонное колебание в данном цикле в направлениях, указанных стрелками Y. Первый подвижный элемент 102 (121) удерживается подложкой 101 с балками 103 так, чтобы было нелегко сместить в направлениях, иных, чем в направлениях, указанных стрелками X. Как результат, первый подвижный элемент 102 удерживается в неподвижном состоянии без влияния со стороны эталонного колебания второго подвижного элемента 122.
В этом случае, когда угловая скорость в направлении, указанном стрелкой Z, применяется к гироскопу, второй подвижный элемент 122 получает силу в направлениях, указанных стрелками X, посредством сгенерированной силы Кориолиса. Однако второй подвижный элемент 122 удерживается вторыми балками 123 так, чтобы было нелегко сместить в направлениях, отличных от направлений, указанных стрелками Y. По этой причине сила, примененная ко второму подвижному элементу 122 в направлениях, указанных стрелками X, непосредственно передается подвижному элементу 102 (121). Подвижный элемент 102, который удерживается так, чтобы быть легко смещенным в направлениях, указанных стрелками X, генерирует "колебание обнаружения" в направлениях, указанных стрелками X. В это время, взаимное расположение между подвижным элементом 102 и вторым подвижным элементом 122 в направлениях, указанных стрелками X, не изменяется. В этом случае, электростатическая емкость между первым неподвижным электродом 106 и первым подвижным электродом 108 и электростатическая емкость между вторым неподвижным электродом 107 и вторым подвижным электродом 109 определяется, тем самым определяя магнитуду "колебания обнаружения" и измеряя угловую скорость на основании магнитуды "колебания обнаружения".
Согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения, разность потенциалов может быть применена к соответствующим электродам 124, 125, 133 и 134 для генерации эталонного колебания. Следовательно, колебание может быть сгенерированно с хорошей эффективностью и большое эталонное колебание может быть сгенерированно. Магнитуда эталонного колебания ассоциативно связанна с чувствительностью обнаружения гироскопа, в соответствии с чем гироскоп с высокой чувствительностью может быть предоставлен. В дополнение, электродам 106, 107, 108 и 109, для обнаружения сигналов обнаружения, могут быть установлены разные потенциалы. Соответственно, несущий сигнал для обнаружения может быть применен к этому, тем самым позволяя выделение сигналов с меньшим шумом.
Дополнительно, участки электростатических гребенчатых зубьев могут быть легко сформированы также на базовом элементе, имеющем большую толщину, обработкой кремниевой подложки, тем самым улучшая эффективность в управлении датчика и обнаружении датчиком. В дополнение, деформация микроструктурного элемента вследствие давления, вызванного в изолирующих частях окисленных зон, может быть уменьшена. По причинам, описанным выше, посредством использования базового элемента настоящего изобретения, включающего в себя подвижный элемент для восприятия силы, вызванной ускорением, гироскоп с более высокой производительностью может быть предоставлен.
Девятый вариант осуществления
Со ссылкой на Фиг.10, другой гироскоп рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения будет описан. Девятый вариант осуществления отличается от вышеупомянутых вариантов осуществления в том, что базовый элемент настоящего изобретения применяется к гироскопу рамного типа, проиллюстрированному на Фиг.10.
Фиг.10 - вид в перспективе гироскопа рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг.10, гироскоп включает в себя подложку 101, подвижный элемент 102, балки 103, термически окисленные пленки 104, сквозные отверстия 105, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, первый подвижный элемент 121, второй подвижный элемент 122, вторые балки 123, третий подвижный электрод 124, четвертый подвижный электрод 125, пятый подвижный электрод 126 и шестой подвижный электрод 127.
Гироскоп рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения отличается от такового восьмого варианта осуществления настоящего изобретения в следующих моментах. То есть в гироскопе рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения, неподвижные электроды 133 и 134, сформированные на нижней подложке 131, проиллюстрированной на Фиг.9 восьмого варианта осуществления, расположены на первом подвижном элементе 121 как четвертый подвижный электрод 125 и шестой подвижный электрод 127.
Первый неподвижный электрод 108, второй неподвижный электрод 109, четвертый подвижный электрод 125 и шестой подвижный электрод 127 каждый изолированы от других электродов способом, описанным в вышеприведенных вариантах осуществления. В дополнение, первый подвижный электрод 106, второй подвижный электрод 107, третий подвижный электрод 124 и пятый подвижный электрод 126 электрически соединены друг с другом, и каждый изолирован от других электродов способом, описанным в вышеприведенных вариантах осуществления. Соответствующие электроды электрически соединены друг с другом посредством подвижного элемента 102, балками 103, вторым подвижным элементом 122, вторыми балками 123 и тому подобным.
Посредством использования первого подвижного электрода 106 и
первого неподвижного электрода 108, второго подвижного электрода 107 и второго неподвижного электрода 109, первый подвижный элемент 102 (121) заставляется формировать или создавать эталонное колебание в данном цикле в направлениях, указанных стрелками X. Второй подвижный элемент 122 удерживается вторыми балками 123 так, чтобы было нелегко сместить в направлениях, других, чем направления, указанные стрелками Y. Соответственно, второй подвижный элемент 122 также создает эталонное колебание в том же самом цикле в том же самом направлении, указанном стрелками X, как в первом подвижном элементе 102.
В этом случае, когда угловая скорость в направлении, указанном стрелкой Z, применяется к гироскопу, первый подвижный элемент 102 и второй подвижный элемент 122 получают силу в направлениях, указанных стрелками Y, вызванную силой Кориолиса. Однако первый подвижный элемент 102 удерживается первыми балками 103 так, чтобы было нелегко сместить в направлениях, иных, чем в направлениях, указанных стрелками X. По этой причине, только второй подвижный элемент 122 перемещается в направлениях, указанных стрелками Y, чтобы тем самым генерировать "колебание обнаружения". В этом случае, электростатическая емкость между третьим подвижным электродом 124 и четвертым подвижным электродом 125 и электростатическая емкость между пятым подвижным электродом 126 и шестым подвижным электродом 127 определяется, тем самым определяя магнитуду "колебания обнаружения" и измеряя угловую скорость на основании величины "колебания обнаружения".
В гироскопе рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения, в эталонном колебании, взаимное расположение между первым подвижным элементом 102 и вторым подвижным элементом 122 не изменяется. Дополнительно, "колебание обнаружения" определяется определением относительной позиции между первым подвижным элементом 102 и вторым подвижным элементом 122. По причинам, описанным выше, в гироскопе рамного типа согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения, даже когда эталонное колебание содержит биение в направлениях, иных, чем направления, указанные стрелками X, шум вследствие эталонного колебания почти не формируется в "сигналах распознавания”.
Посредством способа изолирования, использующего окисленные зоны согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения, третий подвижный электрод 124 и четвертый подвижный электрод 125, пятый подвижный электрод 126 и шестой подвижный электрод 127, которые используются для обнаружения “колебания обнаружения“, могут быть легко размещены на подвижном элементе 102. В дополнение, базовый элемент, который симметричен относительно направления толщины подложки, может быть получен, посредством него биение в эталонном колебании может быть уменьшено. По причинам, описанным выше, когда базовый элемент, включающий в себя изолирующие участки окисленных зон согласно настоящему изобретению, применяется к гироскопу рамного типа, гироскоп с более высокой точностью может быть предоставлен.
В вышеупомянутом гироскопе рамного типа, направление эталонного колебания, направление ”колебания обнаружения” и какой-либо из подвижных элементов, вызванный, чтобы генерировать ”колебание обнаружения”, не ограничены вышеупомянутой структурой. Базовый элемент согласно настоящему изобретению может также быть применен к другим структурам с любыми другими их комбинациями для определения угловой скорости.
Десятый вариант осуществления
Со ссылкой на Фиг.11, оптический сканер согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения будет описан. Десятый вариант осуществления отличается от вышеупомянутых вариантов осуществления в том, что базовый элемент настоящего изобретения применяется к оптическому сканеру, проиллюстрированному на Фиг.11.
Фиг.11 - вид в перспективе оптического сканера согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг.11, оптический сканер, который находится в состоянии, где верхняя и нижняя подложка отделены друг от друга, включает в себя подвижный элемент 801, имеющий оптический дефлекторный элемент, такой как зеркало, поддерживающую балку 802, такую как торсионная пружина, изолирующие участки 803 окисленных зон, первый электродный узел 805, второй электродный узел 806, верхнюю подложку 807, третий электрод 808, четвертый электрод 809, нижнюю подложку 810 и распорку 811.
Подвижный элемент 801 поддерживается с возможностью поворота поддерживающей балкой 802 относительно верхней подложки 807 в направлении смещения, указанном стрелками D. Первый электродный узел 805 и второй электродный узел 806 подвижного элемента 801, которые изолированы друг от друга изолирующими участками 803, размещены так, чтобы быть соответственно напротив четвертого электродного узла 809 и третьего электродного узла 808, которые сформированы на нижней подложке 810 и подобно изолированы друг от друга изолирующими участками 803 с соответствующими интервалами распорками 811. Соответственно, когда приложенное напряжение управляется таким способом, что разность потенциалов попеременно генерируется между первым электродным узлом 805 и четвертым электродным узлом 809 и между вторым электродным узлом 806 и третьим электродным узлом 808 и притяжение вызывается, чтобы действовать попеременно между электродами, подвижный элемент 801 вызывается, чтобы раскачиваться вокруг оси поддерживающей балки 802. Как результат, свет, падающий на оптический дефлекторный элемент на подвижном элементе 801, преломляется.
Посредством изолирующего способа, использующего окисленные зоны согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения, деформация базового элемента вследствие давления, вызванного в изолирующих участках окисленных зон, уменьшается, и первый электродный узел 805 и второй электродный узел 806 могут быть легко размещены на подвижном элементе 801, способном к повороту. Дополнительно, третий электродный узел 808 и четвертый электродный узел 809 могут быть также легко расположены на нижней подложке 810. По причинам, описанным выше, когда базовый элемент настоящего изобретения, включающий в себя изолирующие участки окисленных зон, применяется к оптическому сканеру, оптический сканер с более высокой производительностью может быть представлен. Заметим, что в некоторых случаях, необходимо располагать окисленные зоны или формировать отражательную пленку или тому подобное на поверхности окисленных зон так, чтобы предотвращать участки окисленных зон от излишнего влияния на оптические характеристики.
Одиннадцатый вариант осуществления
Со ссылкой на Фиг.12 дано описание датчика разности потенциалов электромагнитного привода согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения. Одиннадцатый вариант осуществления отличается от вышеупомянутых вариантов осуществления в том, что базовый элемент настоящего изобретения применяется к датчику разности потенциалов, проиллюстрированному на Фиг.12.
Фиг.12 - вид в перспективе датчика разности потенциалов согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг.12, датчик разности потенциалов, который находится в состоянии, когда верхняя и нижняя подложки отделены друг от друга, включает в себя подвижный элемент 801, поддерживающую балку 802, такую как торсионная пружина, изолирующие участки 803 окисленных зон, магнит 804, зафиксированный на задней поверхности подвижного элемента 801, с N полем и S полем, первый регистрирующий электродный узел 805, второй регистрирующий электродный узел 806, верхнюю подложку 807, нижнюю подложку 810, распорку 811, катушку индуктивности 812 и выводной электрод 813.
В одиннадцатом варианте осуществления настоящего изобретения, подвижный элемент 801 удерживается торсионной пружиной 802, и торсионная пружина 802 зафиксирована на верхней подложке 807. Как проиллюстрировано на Фиг.12, подвижный элемент 801, торсионная пружина 802 и верхняя подложка 807 делятся на первый регистрирующий электродный узел 805 и второй регистрирующий электродный узел 806, которые изолируются друг от друга изолирующими участками 803. На нижней подложке 810, катушка индуктивности 812 расположена так, чтобы быть напротив первого регистрирующего электродного узла 805 и второго регистрирующего электродного узла 806 с соответствующим интервалом посредством распорки 811.
AC управляющий сигнал применяется к катушке индуктивности 812, тем самым генерируя механические колебания в подвижном элементе 801 согласно отношению между направлением магнитного поля магнита 804 и направлением, в котором электрический ток протекает через катушку индуктивности 812 (правило левой руки Флеминга). Подвижный элемент 801 генерирует крутильные колебания в направлениях, указанных стрелками D.
В одиннадцатом варианте осуществления настоящего изобретения, измерение потенциалов выполняется следующим образом. Измеряемый объект, такой как заряженный светочувствительный элемент, устанавливается близко от первого регистрирующего электродного узла 805 и второго регистрирующего электродного узла 806 для того, чтобы подвижный элемент 801 вибрировал, тем самым механически изменяя емкость между измеряемым объектом и регистрирующим электродным узлом. Как результат, небольшое изменение в заряде, которое индуцируется в регистрирующих электродных узлах 805 и 806 электростатической индукцией, определяется через электрические сигналы, тем самым измеряя напряжение измеряемого объекта. В этом случае, сигналы от регистрирующих электродных узлов 805 и 806 изменяются в противоположных фазах. Соответственно, эти сигналы подвергаются дифференциальной обработке, тем самым датчик разности потенциалов с более высоким коэффициентом удаления синфазного шума может быть предоставлен.
Посредством использования электромагнитного исполнительного механизма с вышеописанной структурой, большое колебание получается с хорошей эффективностью. В дополнение, посредством использования изолирующего способа, использующего окисленные зоны, согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения, деформация базового элемента вследствие давления, вызванного в изолирующих участках окисленных зон, уменьшается, и первый регистрирующий электродный узел 805 и второй регистрирующий электродный узел 806 могут быть легко размещены на подвижном элементе 801, способном к повороту. По этой причине, сигналы обнаружения, имеющие больший устойчивый заряд, могут быть получены на меньшей структуре. Соответственно, в датчике разности потенциалов согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения, посредством использования базового элемента настоящего изобретения, включающего в себя подвижные элементы, каждый из которых имеет регистрирующий электродный узел для вывода электрических сигналов, соответствующих потенциалу измеряемого объекта, датчик разности потенциалов с более высокой точностью и с меньшей структурой может быть реализован.
В вышеприведенном описании, датчик ускорения, гироскоп, оптический сканер и датчик разности потенциалов иллюстрируются, но область применения базового элемента согласно настоящему изобретению не ограничивается этим. Настоящее изобретение может быть использовано в устройствах, иных, чем полупроводниковый датчик и тому подобное, поскольку базовый элемент, имеющий множество проводящих зон, электрически изолированных друг от друга, может быть применен к таким устройствам.
Дополнительно, применение настоящего изобретения не ограничено расположением изолирующих частей в датчике ускорения, гироскопе и тому подобном, сочетание электродов, способ разделения зон и способ электрического соединения иллюстрируются в вышеприведенных вариантах осуществления. Настоящее изобретение может быть применено к любой структуре, если структура может обеспечить функции, необходимые для исполнительного механизма, датчика и тому подобного, имеющих механическую прочность, необходимую для базового элемента, такого как микроструктурный элемент, способного сдерживать деформацию базового элемента вследствие давления в рамках технических требований.
Дополнительно, в вышеописанных вариантах осуществления, кремний используется как материал основания подложки. Альтернативно, любой материал, иной, чем кремний, может быть использован, поскольку оксид имеет изолирующее свойство и сквозные отверстия или бороздки могут быть сформированы в материале. В дополнение, в качестве способа формирования сквозных отверстий и бороздок используется травление в вышеприведенных вариантах осуществления. Альтернативно, сквозные отверстия или бороздки могут быть сформированы лазерной обработкой или тому подобным, где толщина или свойства материала основания и размер или тому подобное сквозных отверстий или бороздок принимается во внимание.
Данная заявка заявляет преимущество патентной заявки Японии номер 2007-009657, зарегистрированной 19 января 2007 года, которая, таким образом, во всей своей полноте включена в материалы настоящей заявки посредством ссылки.