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JP2001203371A - マイクロメカニカル装置 - Google Patents

マイクロメカニカル装置

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Publication number
JP2001203371A
JP2001203371A JP2000329044A JP2000329044A JP2001203371A JP 2001203371 A JP2001203371 A JP 2001203371A JP 2000329044 A JP2000329044 A JP 2000329044A JP 2000329044 A JP2000329044 A JP 2000329044A JP 2001203371 A JP2001203371 A JP 2001203371A
Authority
JP
Japan
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case member
cradle
substrate
layer
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000329044A
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English (en)
Inventor
Daniel Lapadatu
ラパダツ ダニエル
Terje Kvisteroy
クビステロイ テルイエ
Henrik Jakobsen
ヤコブセン ヘンリク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Sensonor AS
Original Assignee
Sensonor ASA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sensonor ASA filed Critical Sensonor ASA
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】センサの製造工程中に内部応力を発生させない
ようにする。 【解決手段】受け台構造と、特に加速度センサ、角速度
センサと、傾斜センサまたは角加速度などのマイクロメ
カニカルセンサとの応力解除アセンブリの製造方法。少
なくとも１つのシリコン地震質量が感知素子として用い
られる。そのシリコン地震質量はアセンブリ受け台を介
してシリコンフレームに接合され、表面はガラスまたは
シリコンからなる被覆ウエハと接着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、加速度センサ、角速度センサ、
傾斜センサ、角加速度センサなど、地震質量をセンサ素
子として用いるマイクロメカニカル装置に関する。
【０００２】現在、マイクロメカニカル構造を有する多
くの装置が知られている。こうした構造の多くに伴う問
題点は、装置を製造することによって、構造内に内部応
力を引き起こし、センサが感知するパラメータを計測す
る構成要素に入り込むということである。こうした応力
が生成されると、問題が生じる。その結果、センサに、
温度によって、あるいは、センサの感知範囲にわたり、
予測できない片寄りや変化がしばしば生じる。このた
め、センサが正確に一定に作動するように、各センサを
個々に検査することが必要になり、機械的あるいは電気
的な補償による適切な手段が必要になる。これによっ
て、信頼性を低下させるだけでなくセンサのコストが大
きく引き上げられることは理解できよう。
【０００３】誘発応力に関連する問題を解決するために
これまで多くの試みがなされてきた。しかし、その取り
組みのほとんどは、装置構成要素あるいは装置のケース
への実装のいずれかにおいて非常に特殊な材料を用いる
ことに依存しており、つまり柔軟性に欠け、様々な種類
の装置に広く適用することができない。さらに、これら
の取り組みの多くは、非常に複雑で高価な製造工程が必
要となり、そのためさらにコストを引き上げ、時間を消
費し、不良品を多く生む。
【０００４】本発明によれば、マイクロメカニカル装置
であって：使用時に支持壁に接続され、使用時にケース
部材に接合する受け台部材を備え；受け台部材は外周面
の少なくとも一部分の周囲にリムを有し、リムは、ケー
ス部材から離間するように延出し、装置の少なくとも１
つの感知素子を支持し；受け台部材は長形で、長手寸法
が受け台部材が接続する支持壁の長手寸法と実質的に垂
直な方向に延出することを特徴とするマイクロメカニカ
ル装置が提供される。
【０００５】装置は、受け台部材と素子の両方を取り囲
むように配置されている支持壁を備えていてもよい。
【０００６】受け台部材は不連続にケース部材に接合し
てもよい。
【０００７】素子は１つ以上の平面可撓性ヒンジによっ
て受け台部材に接続してもよい。
【０００８】マイクロメカニカル装置は、加速度セン
サ、角速度センサ、傾斜センサあるいは角加速度センサ
であってよい。
【０００９】素子とケース部材との間に間隙を設けても
よく、間隙をケース部材内のエッチングされた凹部によ
って形成してもよい。
【００１０】電気接点に、受け台の端と、ケース部材の
接触面とに位置する直線電気接点を設けることによっ
て、素子または懸架部材を設けてもよい。あるいは、導
電体を、不純物を注入することによって、または、膜を
受け台構造にスパッタリングによって堆積させることに
よって設けてもよい。
【００１１】電気交差部を、装置構造の全体における応
力をさらに減少させるために、受け台部材の長手方向に
垂直に設けてもよい。装置はシリコンからなるものであ
ってよい。
【００１２】装置を製造する方法も提供される。この発
明内で、少なくとも１つのシリコン地震質量を、受け台
構造を介してシリコン支持壁フレームに接合してもよ
く、その表面はガラスまたはシリコンからなるケース部
材に接合される。
【００１３】本発明によるこの受け台構造と、その組立
て方法は、センサの感知素子とセンサのフレームとの結
合が、受け台部材を用いることにより最小限に抑えら
れ、その軸受面は、装置が形成される表面積に比べて小
さいという利点がある。これにより、組立てに関わるひ
ずみや応力、それに伴う温度が誘発する装置全体の変化
を減少させるので、装置の評価電子装置を簡略化でき
る。
【００１４】その他の本発明による構造とその組立て方
法も有利である。
【００１５】受け台部材は容易に製造することができ、
感知地震素子とその懸架システムなどの装置のマイクロ
メカニカル構成要素を構造化するのと同じプロセスで製
造される。この構造化プロセスは、そのプロセスのため
にウェット、ドライ異方性シリコンエッチングなどの周
知の確立されたマイクロメカニカル構造化プロセスを用
いることができるので特に有利である。
【００１６】本発明による受け台部材とその組立て方法
は、構造化の幾何学的形状と方法を感知素子の機能とそ
の製造シーケンスに応じて選択できるという点で特に効
果的である。
【００１７】本発明は、被覆ウエハと、構成要素、受け
台、支持壁を備えるマイクロ加工されたシリコンウエハ
との接合が、ウエハレベルで生じるので、経済的であ
り、一括処理が容易であるという点が特に有利である。
本発明によれば、個々の装置にまだ切り分けられていな
い多数の既に構造化された装置をケース部材に同時に接
合した後、例えばのこ引きによって分離することができ
る。
【００１８】任意の密封空隙を形成し、受け台をケース
部材に固定する接合技術は、ケース部材の材料に応じて
選択される。被覆にガラスが用いられれば、陽極接合が
好適である。シリコンが用いられれば、シリコン−シリ
コン接合技術が有利には好適である。その他の材料につ
いては、半田接合技術が首尾よく利用できる。大気組成
とその圧力を自由に選択し、陽極接合技術によって任意
の密封空隙内に保存できる。そのためこの技術は特に興
味をひくものとなる。
【００１９】本発明による装置とその組立て方法によっ
て、（ｉ）圧力接触、ウエハ間の導電経路を送る方法；
（ｉｉ）埋め込み交差部、導電経路を受け台の大部分を
介して送る方法；（ｉｉｉ）直線交差部、導電経路を受
け台を横切って送る方法；（ｉｖ）受け台に沿った表面
導体の構造を選択的に与えることが可能となる。
【００２０】本発明は特に、他には応力を取り除くため
の構造や搭載技術を装置内部にも外部にも必要としない
小型センサを実現することが可能となる。
【００２１】本発明による受け台構造とその組立て方法
を添付の図面を参照しながら説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による慣性センサ
１０の断面図を示す。慣性センサ１０は、２つのケース
部材２０と２１の間に構造化したシリコンウエハ３０を
接合することによって実現される。ケース部材は、セン
サの機能と作動原理に応じて、構造化されていてもいな
くてもよく、ガラスからなるものでもシリコンからなる
ものでもよい。図２は、本発明による慣性センサの上面
図の一例である。
【００２３】基板ウエハ３０は少なくとも１つの地震質
量３２を有し、それはセンサの主要感知構成要素として
作用し、少なくとも１つの可撓性懸架システム３３と剛
性の受け台部材４０により固定シリコンフレーム３１に
取り付けられる。懸架システムは２つの固定直線梁とし
て図示されているが、任意の平面形状であってもよい。
【００２４】この構成において、印加された機械的信号
によって、感知構成要素３２が固定シリコン支持壁とフ
レーム３１に対して制限された変位をすることで、少な
くとも１つの懸架システム３３内の応力レベル、又は少
なくとも１つの感知素子３２とケース部材２０との間の
分離間隙のいずれかを要素３２の変位に比例して変更す
る。たとえば圧抵抗効果あるいは静電容量変化などの変
換原理を利用して、センサ１０は印加された機械的入力
に比例する電気的出力信号を提供する。しかしながら、
組立てに関係するひずみと応力、ならびに関連する温度
によって誘発された変化が、電気出力信号と印加された
機械的入力との間の比例に悪影響をもたらす。
【００２５】感知構成要素に伝達される組立てに関連す
るひずみと応力、ならびにそれに関連する温度によって
誘発された変化は、本発明の原理を用いることにより減
少する。
【００２６】基板ウエハ３０において、少なくとも１つ
の受け台部材４０は、たとえば一例としては次のような
好ましい製造方法における、異方性ウェットエッチング
とドライエッチング工程の組み合わせにより構造化され
る。
【００２７】Ａ．ホウ素がドーピングされた基板ウエハ
３０内に、少なくとも１つの受け台部材４０と、少なく
とも１つの地震質量３２と、固定シリコンフレームの側
面幾何学的形状が、燐などのドナー不純物を少なくとも
１回注入することにより規定される。特定のセンサの用
途や設計に応じて、受け台部材、地震質量、シリコン支
持壁、固定フレームに対する投与量がそれぞれ異なるよ
うにしてもよい。少なくとも１つの打ち込み（drive-i
n）プロセスを用いて、これらの構造物が所望の厚さを
得るまでシリコンウエハ内に深くドナー不純物を拡散さ
せる。これらの構造物の形状は、ｎ型注入シリコンとｐ
型基板との間に形成されるｐ−ｎ接合、深い接合の位置
により規定される。これらの打ち込み工程によって、図
１から図３および、図５から図８に示される断面図に示
された丸形の特徴が形成される。
【００２８】Ｂ．ｎ型エピタキシャル層を、センサの特
定な用途と設計に応じた厚さで基板ウエハの最上部に成
長させる。このエピタキシャル層は、より浅いｐ−ｎ接
合部によりｐ型基板から分離される。この浅い接合部
は、センサの機能性において別のいくつかの目的のため
に離間され、次に続くウェットエッチング工程中にエッ
チストップ層として用いられる連続８種（？）材料を、
基板ウエハ３０の前面全体に設ける。また、エピタキシ
ャル層は、受け台部材４０と地震質量３２をいくつかの
レベルで構造化する機会と、懸架システム３３の材料を
与える機会を与える。
【００２９】Ｃ．分離間隙を与える凹部５０は、任意の
可動構造物間、たとえば地震質量３２及び懸架システム
３３と上部ケース部材２０との間を分離させるために、
エッチングされてエピタキシャル層とされ、これらの構
造物に限定した動きを与える。
【００３０】Ｄ．電気化学的エッチストップ技術との組
み合わせで、異方性ウェットエッチング工程が基板ウエ
ハの裏側から行われる。これは、ｎ型材料をエッチング
しないでｐ型材料を選択的に除去するのに用いられる。
シリコン基板ウエハの結晶方位と、エッチングウインド
ウ及びシリコン結晶に対するウインドウの方位と、エッ
チング液の異方性に応じて、固定シリコンフレーム３１
の側壁はピラミッド状をなす。形成された構造体は深い
接合部と浅い接合部の形状により規定され、エッチスト
ップが深い接合部で発生するとより厚い領域（部材）と
なり、エッチストップが浅い接合部で発生するとより薄
い領域（膜）となる。
【００３１】Ｅ．少なくとも１つの受け台部材４０と、
少なくとも１つの地震質量３２要素と、少なくとも１つ
の懸架システム３３と、固定シリコンフレーム３１の最
終的な形成は、これらの膜全体にわたるドライエッチン
グ、反応性イオンエッチング、あるいはプラズマエッチ
ング（あるいはこれらエッチングの組み合わせ）によっ
て得られる。図２は、この処理工程後の構造化基板ウエ
ハ３０を示している。
【００３２】Ｆ．好適な接合技術を用いて、構造化基板
ウエハ３０を２つのケース部材２０、２１と接合させ、
永久的に接着する。これらのケース部材２０と２１は、
密封空隙３４を形成するように構造化してもよい。この
製作工程中、受け台部材構造４０の上面４１は上方ケー
ス部材２０上に固定接合され、センサ要素１０とそのす
べての構成要素の組立てプロセスが完了する。ケースに
ガラスウエハを用いる場合は、アノード接合技術が好適
である。シリコンウエハを用いる場合は、シリコン同士
の接合技術が効果的である。
【００３３】図２の場合、受け台部材構造４０は１点鎖
線の矩形内に位置し、クロスハッチ領域は、上方ケース
部材２０に固定接合された構造化基板ウエハ３０の表面
を表している。
【００３４】上記の製作工程ではなく、フォトリソグラ
フィ、熱酸化物の選択成長とエッチバック、金属薄膜の
蒸着とパターニングなどのその他のいくつかの従来から
ある工程を、通常安価な大量生産プロセスフローにおい
て用いることもできる。
【００３５】組立て方法を含む上述の好ましい製作プロ
セスは、すべての装置要素を同時に構造化及び製造する
ことを可能とし、周知の確立したマイクロ加工プロセス
に依存している。
【００３６】これから説明する例は、２つのレベルの構
造化：注入と打ち込みにより規定されるより肉厚な領域
と、エピタキシャル層にパターニングされるより薄い領
域（構造化膜）にのみ基づくものである。しかし、別の
製造プロセスにおいては、数回の注入と拡散プロセスに
よって部材を実現することができ、エピタキシャル層を
少なくとも１つの注入拡散層に換えてもよく、それによ
って、受け台部材４０と、地震質量３２と、懸架システ
ム３３と固定シリコンフレーム３１ごとにさまざまな厚
さを有するさまざまなレベルの構造となる。
【００３７】別の製造プロセスでは、基板ウエハ３０の
開始材料をｎ型にすることができる。この場合、アクセ
プタ不純物を注入、打ち込みして、受け台部材４０と、
地震質量３２と、固定シリコンフレーム３１を形成す
る。その結果、エピタキシャル層が使われる場合、これ
もｐ型シリコンからなり、シリコンのウェット異方性エ
ッチングを、ｐ型シリコンはエッチングせずに基板のｎ
型材料の選択除去を行うエッチストップ技術と組み合わ
せる。この特定の状況では、光起電性エッチストップ技
術あるいは高濃度ホウ素ドーピングエッチストップが効
果的である。
【００３８】別の製造プロセスでは、開始基板ウエハ３
０を任意の種類のＳＯＩウエハとすることができる。つ
まり、開始基板ウェハ３０は、絶縁酸化物７５の埋め込
まれた薄い層によってバルクシリコンから分離する単結
晶シリコン上層７４からなる。この場合、受け台部材構
造は、埋め込み酸化層上でエッチストップし、その後、
深い反応性エッチングを行い側面を規定することによっ
て形成される。地震質量３２及び懸架システム３３など
の可動シリコン構造と、上方ケース部材との間の分離間
隙５０は、これらの構造の限定した運動ができるように
ここでも用いられる。図４は、ＳＯＩウエハについての
別の処理における最終処理工程後の慣性センサ１０の断
面図を示している。
【００３９】エッチングウィンドウを好適に設計するこ
とで、好適なエッチストップ技術と組み合わせたシリコ
ンのウエット等方性エッチングを使用して過度な基板材
料をすべて除去することができる。
【００４０】図２は、装置の一例を示し、これはセンサ
であり、その幾何学形状は本発明に従う。図３ａと３ｂ
は、図２の線Ａ−ＡとＢ−Ｂに沿った断面図を示してい
る。
【００４１】受け台部材構造４０は、長い寸法（台の長
さ）と、短い寸法（台の幅）からなる長形で、台形の長
さと幅は互いに垂直になっている。受け台構造は、肉厚
部４４と関連する接合面４１または接合上部領域を有す
る。薄いリム４３（受け台リム）と任意の数の横方向の
浅い凹部４２（直線交差部）。肉厚部分４４は、深いｐ
−ｎ接合部でエッチストップすることで基板材料を選択
除去して形成される。受け台リム４３は、浅いｐ−ｎ接
合部でエッチストップすることで基板材料を選択除去し
て形成される。直線交差部４２は、この受け台部材構造
４０かケース部材２０のいずれか、あるいは両方を浅い
ウェットエッチングまたはドライエッチングして形成さ
れる。
【００４２】受け台部材構造の一端が、その幅に沿っ
て、固定シリコンフレーム３１の壁に取り付けられ、他
端、すなわち受け台の先端は図３ａに示されるように自
由端である。
【００４３】固定フレームが原因で生じる長手方向のひ
ずみと応力を最小限に抑えるために、地震質量３２を台
形部材４０に可撓性に接続する懸架システム３３が、こ
のヒンジ４５の取付内で、固定シリコンフレーム３１の
壁の縁からできるだけ遠く、すなわち受け台先端に近付
けて取り付けられる。ヒンジ４５の取付は、図３ａでは
点線で示されており、セクショニング（区分）線が交差
しないことを示している。
【００４４】固定シリコンフレームへの取付と接合した
上部領域４１とヒンジ４５の取付とを除いて、残りのす
べての台形表面が自由であり、したがってそれらの部材
に沿ってひずみや応力が増加しない。
【００４５】さらに、伝達されるひずみや応力を減少さ
せるために、懸架システムを直接受け台リム４３に、肉
厚部分４４及び接合した上部領域４１からできるだけ遠
くに取り付けることも可能である。これによって、図２
に示すように、全体としてＴ形の受け台となる。図３ｂ
は、慣性センサ１０の横断面図であり、受け台部材構造
４０を示し、ヒンジ４５の取付の好適な位置を示してい
る。
【００４６】ヒンジの取付領域における受け台部材の長
さと受け台リムの幅は、できるだけ大きいのが好まし
く、サイズはセンサダイ内で利用可能なスペースによっ
てのみ制限される。同時に、基板ウエハ３０とケース部
材２０との材料の不適合が原因で増加する応力を減少さ
せるために、接合された上部領域４１を最小限にしてお
く必要がある。しかし、硬く強固な接合を達成するため
には、接合された上部領域４１は、選択された接合技術
に主に依存する特定の限界値を下回るほど減少させては
いけない。
【００４７】図５に示すような好ましい実施形態におい
て、長手方向の機械的負荷のみにより、ヒンジ４５の取
付具内と懸架システム３３を介してさらに装置構成要素
３２までひずみと応力が発生する。しかし、本発明によ
る受け台の幾何学形状と組立て方法によって、伝達され
る負荷はシリコン固定フレーム３１にかけられる負荷よ
り数オーダー小さい。
【００４８】受け台部材構造４０全体の機械的ひずみと
応力は、シリコン固定フレーム３１の壁から受け台先端
に向かい、また、接合された上部領域４１から受け台部
材の側面と下方の自由面に向かって減少する。図２、３
ａ、３ｂに示すように取り付けられる懸架システムの場
合、懸架システム３３へ伝達される負荷は、ヒンジ４５
の取付具を中心としてごくわずかな回転を生じさせるト
ルクである。懸架システム３３が受け台の長さに沿って
受け台先端に正確に取り付けられると、伝達される負荷
９０は曲げ運動量である。
【００４９】直線交差部４２は、受け台部材４０とケー
ス部材２０間の接合上部領域４１を減らすのに効果的な
方法を与え、これによって、強力、強固な接合を可能に
するのに必要な幅は残しつつ伝達される負荷９０を最小
限に抑える。
【００５０】図６ａから６ｄでは、装置のいくつかの設
計が縦断面図で示され、これらは図１、２、３ａ、３ｂ
と５に示される例に類似している。
【００５１】図６ａは、受け台部材構造４０の基本例の
横断面図であり、分離間隙５０は次の２つの別個の工程
で得られる。第１の凹部５１は、受け台リム４３に沿っ
て、シリコンをウェットまたはドライエッチングして構
造化され、第２の（オプションの）凹部５２は、懸架シ
ステム３３とかつ／または地震質量３２の上方でシリコ
ンをウェットまたはドライエッチングして構成する。図
６ａの点線は、オプションの凹部５２が省略された場合
の基板ウエハ３０の表面を表している。
【００５２】一般的に、受け台部材構造４０は導電性を
有し、したがって、いくつかの導電経路を互いから、お
よび／あるいは受け台バルク材料から絶縁させようとす
る場合はいつでも、ｐ−ｎ接合部など、熱酸化物または
熱領域などの非導電層を用いなければならない。
【００５３】図６ｂ、６ｃと６ｄは、図６ａに示す基本
的な受け台部材構造とともに与えることのできる別の任
意の素子を示している。
【００５４】本発明によれば、ケース部材２０上に位置
するパターン状の金属膜６１と、基板ウエハ３０上に位
置するパターン状の金属膜６２とを、ウエハ接合工程中
に互いに対して加圧して押し込めることによって直接電
気的に接触させることが可能となり、その結果、電気接
点（圧接点）６０が生まれる。圧接点６０により、ケー
ス部材２０上に位置する導電経路から基板ウエハ３０上
に位置する導電経路まで電気信号を直接伝達することが
でき、これはマイクロ加工センサの設計において重要な
特徴である。圧接点６０内で用いられる２つの金属膜６
１と６２のうち少なくとも１つの膜は、圧力下で容易に
変形し流動する軟金属でなければならない。また、この
圧接点６０それぞれの面積全体は、軟金属が横方向に流
動することができるように小さいままであるのが好まし
く、圧接点内で用いられる２つの金属膜６１と６２の全
体の厚さは、膜凹部５１よりわずかに大きく、しかし近
傍で生じる受け台部材４０とケース部材２０との接合プ
ロセスを妨げないためにも大きすぎてもいけない。
【００５５】図６ｂは、本発明による圧接点６０の一例
を示している。
【００５６】また、本発明によれば、埋め込み導電経路
（埋め込み交差部）を肉厚部分４４に沿って横方向に設
けることができる。埋め込み交差部は、ｐ形不純物を肉
厚部４４内にパターン状に注入し、所望の深さになるま
で打ち込み、ｐ−ｎ接合を注入領域とその下のｎ型肉厚
部４４間に形成し、その後ｐ型導体（埋め込み導体）７
０を埋め込むためのエピタキシャル成長を行うことによ
り形成される。また、ｐ型不純物を少なくとも２つの隔
離された島に注入し、その後打ち込み、表面導体７１を
形成する。表面導体７１は、少なくとも２つの圧接点６
０間に横方向の連続した埋め込み電気経路が形成される
ように、埋め込み導体７０と接触するのに十分長く打ち
込まれる。
【００５７】図６ｂは、本発明による埋め込み交差部の
一例を示している。
【００５８】表面導体７１を、隔離した電気信号を受け
台リム４３に沿って伝えるために用いることができる。
ここでは、分離間隙５０または凹部リム５１を用いて、
表面導体７１が位置する領域とケース部材とが接合する
のを防ぎ、酸化層７２を用いて、この表面導体７１を受
け台部材４０のｎ型材料から分離させるｐ−ｎ接合部を
不活性化する。
【００５９】金属導体６２を、受け台リム４３に沿って
隔離した電気信号を伝えるために用いることができ、こ
こでは、酸化層７２を用いて金属導体６２を受け台部材
４０から電気的に絶縁させ、凹部リム５１の分離間隙５
０を用いて金属導体６２と被覆ウエハ２０とが接合する
のを防ぐ。
【００６０】本発明によれば、この直線交差部４２内で
肉厚部４４の上方でかつ肉厚部４４を横切って直線導電
経路を設けることができ、ケース部材２０上に位置する
パターン状の金属膜６１は、分離間隙５０か凹部リム５
１によって肉厚部４４から電気的に絶縁した導電素子で
ある。
【００６１】図６ｃは、本発明による受け台リム４３に
沿った、あるいは肉厚部４４を横切る表面導体と金属導
体を示している。
【００６２】この直線交差部４２に隣接する肉厚部４４
の側壁は点線で示され、セクショニング線が交差しない
ことを表している。
【００６３】本発明によれば、前記交差部４２内で肉厚
部４４の上方でかつ肉厚部４４を横切って直線導電経路
を設けることができ、肉厚部４４上に位置するパターン
状の金属膜６２は、酸化層７２によって肉厚部と電気的
に絶縁し、分離間隙５０または凹部リム５１によってケ
ース部材２０から電気的に絶縁する導電素子である。
【００６４】本発明によれば、直線交差部４２内で受け
台部材４０の上方でかつ受け台部材４０に沿って直線導
電経路を設けることができ、受け台部材４０内に位置す
るパターン状の表面導体７１は、ｐ−ｎ接合によって受
け台部材４０から電気的に絶縁し、酸化層７２によって
表面が不活性化した導電素子である。今度はこれが、分
離間隙５０または凹部リム５１によりケース部材２０か
ら分離する。
【００６５】図６ｄは、本発明による受け台部材４０を
横切る表面導体と金属導体の例を示している。この直線
交差部４２に隣接する受け台部材４０の側壁が点線で示
され、セクショニング線が交差しないことを表してい
る。
【００６６】パターン状の金属膜６１として実現する直
線導電経路を有した、または直線導電経路を有さない直
線交差部４２の側面図が図３ａと５に示されている。
【００６７】別の製造プロセスでは、受け台材料はｐ型
にすることができる。したがって、エピタキシャル層が
使われる場合はこのエピタキシャル層もｐ型シリコンか
らなる。この場合、ドナー不純物が注入され、打ち込ま
れて、埋め込み導体７０と表面導体７１を形成する。
【００６８】図７ａから７ｄ、及び８ａから８ｄ及び９
は、別の製造プロセスにおいて実現される発明の例を示
している。
【００６９】別の製造プロセスにおいて、分離間隙５０
を上方ケース部材２０内で全体または部分的に実現する
ことが可能である。
【００７０】別の製造プロセスにおいて、受け台部材を
構造化した厚さを持つようにすることができるが、これ
は、特定の装置の用途や設計に応じて、また懸架システ
ムの取付位置に応じて、いくつかの別個の注入、押し込
め工程を用いて達成される。
【００７１】図７ａと７ｂは、図２の線Ａ−ＡとＢ−Ｂ
に沿った断面図を示し、分離間隙５０がケース部材２０
で完全に実現される別の製造プロセスによる受け台部材
構造４０の別の例を表している。
【００７２】図７ｃは、図２の線Ａ−Ａに沿った断面図
を示し、受け台部材４０が構造化した厚さを有し、分離
間隙５０が基板ウエハ３０内で完全に実現される別の製
造プロセスによる受け台部材構造の別の例を表してい
る。
【００７３】図７ｄは、図２の線Ａ−Ａに沿った断面図
であり、受け台部材４０が構造化した厚さを有し、分離
間隙５０が上方被覆ウエハ２０内で完全に実現される別
の製造プロセスによる受け台部材構造の別の例を表して
いる。
【００７４】図８ａは、図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図
であり、分離間隙５０が一部は上方のケース部材２０内
に実現され、また一部は基板ウエハ３０内で実現され、
分離間隙５０は分離ケース部材２０内で実現されるリム
凹部５１と、参照番号５２で示される基板ウエハ内か、
参照番号５３で示されるケース部材２０内のどちらかで
実現される少なくとも１つの任意の凹部からなることを
特徴とする別の製造プロセスによる受け台部材構造の別
の例を表している。
【００７５】図８ｂは、図８ａの受け台部材構造内の圧
接点６０と埋め込み交差部の例を示している。
【００７６】図８ｃと８ｄは、図８ａの受け台構造にお
ける受け台リム４３に沿った、および／または受け台部
材４０を横切る電気導体の例を示している。直線交差部
４２に隣接した受け台部材４０の側壁は、点線で示され
ており、セクショニング線が交差しないことを表してい
る。
【００７７】図９は、図２の線Ａ−Ａに沿った断面図で
あり、基板ウエハ３０はＳＯＩ型、すなわち、埋め込ま
れ、非常に薄い絶縁酸化物７５の層によってバルクシリ
コンから分離した単結晶シリコンの最上層からなること
を特徴とする別の製造プロセスによる受け台部材構造の
別の例を表している。分離間隙５０がシリコン最上層７
４内で完全に実現される図４に示される例と比較して、
分離間隙５０は、ケース部材２０内で完全に実現される
ことが示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、感知素子が受け台部材によってフレー
ムに接合された本発明によるセンサ装置の断面図であ
る。
【図２】図２は、受け台部材構造によってフレームに取
り付けられる感知素子の上面図である。
【図３】図３ａから３ｂは、それぞれ図２を線Ａ−Ａと
線Ｂ−Ｂに沿った横断面図である。
【図４】図４は、本発明によるセンサ装置のウエハ処理
中の、図２をＡ−Ａに沿った横断面図である。
【図５】図５は、本発明の一例における、受け台部材構
造と、パッケージの変更および／または温度変化により
生成される機械的負荷の縦断面図である。
【図６】図６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは、構造化のため
のさまざまな付加機能を示す受け台部材の横断面図であ
る。
【図７】図７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄは変形例におけ
る、図２を線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図８】図８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄは、変形例におけ
る、構造化のためのさまざまな付加機能を示す受け台部
材構造の横断面図である。
【図９】図９は、ＳＯＩウエハに関する処理の変形例に
おける、図２の線Ａ−Ａに沿った受け台部材の縦断面図
である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月８日（２０００．１２．
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｂ (71)出願人 599143793 ＰＯ Ｂｏｘ 196，Ｎ−3192 Ｈｏｒｔ ｅｎ，Ｎｏｒｗａｙ (72)発明者 テルイエ クビステロイ ノールウェー国，エヌ−3192 ホルテン, ピーオウ ボックス 196 センソノール エイエスエイ内 (72)発明者 ヘンリク ヤコブセン ノールウェー国，エヌ−3192 ホルテン, ピーオウ ボックス 196 センソノール エイエスエイ内

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロメカニカル装置であって、 半導体ウエハから形成され、このウエハから構造化され
    る支持壁に接続される受け台部材と、受け台部材が接合
    するケース部材とを備え；受け台部材は外周面の少なく
    とも一部分の周囲にリムを有し、リムは、ケース部材か
    ら離間するように延出し、装置の少なくとも１つの感知
    素子を支持し；受け台部材は長形で、長手寸法が受け台
    部材が接続する支持壁の長手寸法と実質的に垂直な方向
    に延出することを特徴とするマイクロメカニカル装置。
  2. 【請求項２】 支持壁は、装置の受け台部材と感知素子
    の両方を取り囲むように配置されていることを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 受け台部材は不連続にケース部材に取り
    付けられていることを特徴とする請求項１または２に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 感知素子は１つ以上の平面可撓性ヒンジ
    によって受け台リムに接続されることを特徴とする請求
    項１乃至３のいずれかに記載の装置。
  5. 【請求項５】 加速度センサ、角速度センサ、傾斜セン
    サ、及び角加速度センサなど慣性センサとして構成され
    る請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項６】 ケース部材を感知素子と、平面ヒンジ
    と、受け台リムから分離する間隙があることを特徴とす
    る請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
  7. 【請求項７】 間隙は前記基板かケース部材のいずれか
    の内部、あるいは前記基板とケース部材の両方の内部の
    エッチングされた凹部により形成されることを特徴とす
    る請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 直線電気接点が、受け台部材のリム上と
    ケース部材の接触面上に位置するパターン状の金属膜の
    間に設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいず
    れかに記載の装置。
  9. 【請求項９】 導電体は、受け台構造内に不純物を局所
    注入し、打ち込むことにより設けられ、導電体は内在す
    るｐ−ｎ接合部によって、互いに絶縁され、かつ受け台
    構造の大部分から絶縁されることを特徴とする請求項１
    乃至８のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 導電体は、金属膜を受け台リム上に堆
    積し、パターン状にすることにより設けられ、導電体は
    内在する熱成長酸化物によって互いに絶縁され、かつ受
    け台構造の大部分から絶縁されることを特徴とする請求
    項１乃至９のいずれかに記載の装置。
  11. 【請求項１１】 導電体は、不純物を受け台構造内に局
    所注入し、打ち込んだ後、エピタキシャル成長させるこ
    とにより設けられ、導電体は受け台構造内に埋め込ま
    れ、内在するｐ−ｎ接合部によって、互いに絶縁され、
    かつ受け台構造の大部分から絶縁されることを特徴とす
    る請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 導電体は、金属膜をケース部材上に堆
    積し、パターン状にすることにより設けられ、導電体は
    分離間隙により受け台構造から絶縁されることを特徴と
    する請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
  13. 【請求項１３】 基板ウエハからエッチストップ層の上
    の最上層内の受け台、支持壁、感知素子及び平面ヒンジ
    を構造化する工程を備え、 基板の過度な材料を前記エッチストップ層までウェット
    エッチングする工程と；前記最上層全体をドライエッチ
    ングする工程と；支持壁と受け台部材をケース部材に接
    合する工程と、を備えることを特徴とする請求項１乃至
    １２のいずれかの請求項に記載のマイクロメカニカル装
    置の製造方法。
  14. 【請求項１４】 基板ウエハはｐ型単結晶半導体であっ
    て、 前記最上層は、少なくとも１回ドナー不純物をパターン
    状に注入し、少なくとも１回の打ち込み工程を行った
    後、ｎ型エピタキシャル層を成長させることにより実現
    され、受け台部材は注入領域内であり、受け台リムは注
    入領域外であり；エッチストップ層は、ｐ型の元の基板
    材料と前記ｎ型最上層との間に形成されるｐ−ｎ接合部
    の空乏領域であり；基板の過度な材料に対してなされる
    ウェットエッチングは異方性エッチングであり、電気化
    学エッチストップ技術と組み合わせて行われるものであ
    ることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記エピタキシャル層は、基板ウエハ
    の全面についてドナー不純物注入を行った後、打ち込み
    工程を行うことにより実現される層に取り換えられるこ
    とを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 基板ウエハはｎ型単結晶半導体であっ
    て、 前記最上層は、アクセプタ不純物の少なくとも１回のパ
    ターン状注入と、少なくとも１回の打ち込み工程を行っ
    た後、ｐ型エピタキシャル層を成長させることにより実
    現され、受け台部材は注入領域内であり、受け台リムは
    注入領域外であり；前記エッチストップ層は、元のｎ型
    基板材料と前記ｐ型最上層との間に形成されるｐ−ｎ接
    合部の空乏領域であり；基板の過度な材料に対してなさ
    れるウェットエッチングは、異方性ウェットエッチング
    であり、高濃度ホウ素量または光起電性エッチストップ
    技術と組み合わせて行われることを特徴とする請求項１
    ３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記エピタキシャル層は、基板ウエハ
    の全面に対してアクセプタ不純物の注入を行った後、打
    ち込み工程を行うことにより実現される層に取り換えら
    れることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 基板の過度な材料に対してなされる前
    記ウェットエッチングは等方性であり、電気化学エッチ
    ストップ技術と組み合わせて行われることを特徴とする
    請求項１４乃至１７のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項１９】 基板ウエハはＳＯＩ型ウエハであり、 前記最上層はＳＯＩウエハの最上半導体層であり：前記
    エッチストップ層はＳＯＩウエハの薄く、埋め込まれた
    絶縁層であることを特徴とする請求項１３に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 ケース部材はガラスからなり、マイク
    ロ加工された基板ウエハとケース部材との接合は陽極接
    合によってなされることを特徴とする請求項１３乃至１
    ９のいずれかに記載の方法。
  21. 【請求項２１】 ケース部材はシリコンからなり、マイ
    クロ加工された基板ウエハとケース部材との接合はシリ
    コン−シリコンの直接接合によってなされることを特徴
    とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の方法。
  22. 【請求項２２】 ケース部材はシリコンからなり、マイ
    クロ加工された基板ウエハとケース部材との接合は、基
    板ウエハかケース部材のいずれか、あるいは基板ウエハ
    とケース部材の両方に与えられる、構造化された、ある
    いは構造化されていない中間ガラス膜を用いてなされる
    ことを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載
    の方法。
  23. 【請求項２３】 分離間隙は、ケース部材と接合する前
    に基板ウエハにおいてエッチングされることを特徴とす
    る請求項１３乃至２２のいずれかに記載の方法。
  24. 【請求項２４】 分離間隙は、支持壁と受け台部材との
    接合の前にケース部材内でエッチングされることを特徴
    とする請求項１３乃至２２に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 分離間隙は基板ウエハとケース部材が
    互いに接合する前に、一部は基板ウエハ内で、一部はケ
    ース部材内でエッチングされることを特徴とする請求項
    １３乃至２２のいずれかに記載の方法。
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