JP2002283298A - マイクロマシン構成エレメントと該マイクロマシン構成エレメントを製造するための方法 - Google Patents

マイクロマシン構成エレメントと該マイクロマシン構成エレメントを製造するための方法

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JP2002283298A
JP2002283298A JP2002037022A JP2002037022A JP2002283298A JP 2002283298 A JP2002283298 A JP 2002283298A JP 2002037022 A JP2002037022 A JP 2002037022A JP 2002037022 A JP2002037022 A JP 2002037022A JP 2002283298 A JP2002283298 A JP 2002283298A
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フィッシャー フランク
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 付着現象が有効に減じられたマイクロマシン
構成エレメントと、このようなマイクロマシン構成エレ
メントを簡単かつ安価に製造するための方法を提供す
る。 【解決手段】 互いに可動である複数の構成部分7,8
を有したマイクロマシン構成エレメントを1つの基板か
ら製造するための方法において、伝導性の層10を、互
いに可動な構成部分7,8の少なくとも互いに向き合う
表面9に設ける。マイクロマシン構成エレメントであっ
て、基板を有しており、該基板に、互いに可動な構成部
分7,8が形成されている形式のものにおいて、前記構
成部分7,8の、少なくとも互いに向かい合った表面9
が、伝導性の層10を支持している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン構
成エレメントと、該マイクロマシン構成エレメントを製
造するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロマシン構成エレメントの
機能は、不都合な条件下で、構成エレメントの可動な構
成部分の互いに向かい合った表面の間で作用する付着力
により損なわれる。文献では「静摩擦」としても知られ
ている付着傾向は一般に、ファン・デル・ヴァールス力
(van der Waalskraft)および毛管力による電気的な相
互作用、即ち互いに向き合う表面の固体の結合および水
素結合の形成に起因する。
【0003】このような付着現象は、特に加速度センサ
または回転角速度センサのようなセンサのマイクロマシ
ン構成エレメントの機能性の感度を損なう。このような
センサの本質的なエレメントは、主としてサイズモ質量
体である。このサイズモ質量体は、検出しようとする加
速度または回転の影響下で、周囲のフレームに向かって
運動可能である。この運動は、コンデンサの容量の変化
の検出により検知される。コンデンサのプレートは、サ
イズモ質量体およびフレームの互いに向かい合う表面に
よってそれぞれ形成されている。このような互いに向か
い合う表面の間で作用する各付着力と、サイズモ質量体
の移動により、敏感なセンサの測定結果の誤差が生じ
る。
【0004】固体付着を減じるために、表面をマスク層
によって、例えば自動整列する単一層によって化学的に
安定化させる方法が提案されている。この方法では、表
面が、例えばダイアモンド状の炭素層によって被覆され
ることにより硬化され、または表面地形、即ち接触面の
形状および特に表面の粗さが最適化される。このような
方法は極めて手間がかかる。何故なら、互いに向き合う
表面は後から処理するためには接近しにくいからであ
る。またいつも所望の結果が得られるわけではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、付着
現象が有効に減じられたマイクロマシン構成エレメント
と、このようなマイクロマシン構成エレメントを簡単か
つ安価に製造するための方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、伝導性の層を、互いに可動な構成
部分の少なくとも互いに向き合う表面に設けるようにし
た。
【0007】さらに上記課題を解決するために本発明の
構成では、構成部分の、少なくとも互いに向かい合った
表面が、伝導性の層を支持しているようにした。
【0008】
【発明の効果】本発明により、付着現象が有効に減じら
れたマイクロマシン構成エレメントと、このようなマイ
クロマシン構成エレメントを簡単かつ安価に製造するた
めの方法が提供される。
【0009】本発明は、マイクロマシンセンサにおける
測定値誤差はしばしば、センサの運転中に徐々に変化す
るという認識に基づいている。このことは発明者によれ
ば、センサの伝導性でない表面に静電気的な電荷が徐々
に形成されることに起因する。この静電気的な電荷を克
服するために、互いに向かい合って位置する、マイクロ
マシン構成エレメントの少なくとも表面に伝導性の層を
設けることが提案されている。この層により、静電気的
な電荷をなくすことができる。
【0010】このような層の伝導性は、例えばコンデン
サ電極の導体のような、マイクロマシン構成エレメント
の典型的な導電体よりも数十乗分だけ小さい。このよう
な僅かな導電性は、静電気的な帯電に結びつく最小限の
電流強さを導出するには十分であり、構成エレメントの
機能性をそれほど損なうことはない。
【0011】永続的なしかしながら極めて僅かな導電性
を備えた層を制御して被着するために、この層を、永続
的な導電性を有し、高絶縁性ではない酸化物をその表面
に形成する材料から形成すると有利である。このような
材料はゲルマニウムである。ゲルマニウムは純粋な形
で、または必要とあらば導電性を制御するためにドーピ
ングして被着することができる。
【0012】マイクロマシン構成エレメントの基板がシ
リコンから成っていると、ゲルマニウム製の層を使用す
ることはさらに有利であり、容易に構造化することがで
きる。何故ならば、ゲルマニウムはシリコン表面に核形
成するが、酸化シリコン(酸化ケイ素)から成る表面に
は核形成しないからである。
【0013】本発明は、互いに相対的に可動な構成部分
を有したマイクロマシン構成エレメントを1つの基板か
ら製造するための方法も対象としていて、この方法で
は、伝導性の層を、互いに相対的に可動な構成部分の少
なくとも互いに向かい合う表面に被着する。このような
基板は有利には、構造化したい機能層と、該層の下方に
位置する犠牲層とを有している。互いに相対的に可動な
構成部分は、機能層を貫通し犠牲層まで到るトレンチを
エッチングし、少なくとも一方の構成部分の下方の犠牲
層を取り除くことにより形成される。
【0014】層の材料は有利には、機能層には堆積する
が犠牲層には堆積しないものが選択される。トレンチを
エッチングした後でかつ犠牲層を取り除く前に前記層を
被着するならば、マイクロマシン構成エレメントが完成
した状態で、互いに相対的に運動可能な構成部分の互い
に向き合う表面を成す、トレンチの側壁に選択的に層を
設けることができ、この場合、このために固有のマスキ
ングステップは不要である。
【0015】このような要求は、機能層がシリコンか
ら、犠牲層が酸化シリコンから成っているならば特にゲ
ルマニウムによって満たされる。
【0016】トレンチの形成により機能層が構造化され
る前に、従来のものでは、マスク層が機能層の一部に形
成され、トレンチはマスク層によって被覆されていない
機能層の部分をエッチングすることにより形成される。
マスク層が、導電性の層を被着した後に初めて取り除か
れるならば、マスク層の形式に応じて、層材料がマスク
層上に堆積するのが回避されるか、または堆積した層材
料がマスク層と一緒に取り除かれる。このようにしても
ともとマスク層によって被覆されていた基板の外面が構
成エレメントの製造時に、導電性の層から離れるように
保持される。
【0017】しかしながら、外面に導電性の層が所望さ
れるまたは存在することが可能ならば、マスク層を導電
性の層の被着前に取り除くこともできる。
【0018】層を析出するために有利には、LPCVD
法(低圧蒸気析出法)が行われる。この方法は低温で行
うことができるので、既に予め製造された構成エレメン
トの構造が損なわれることはない。
【0019】
【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を詳しく説明する。
【0020】図1には、基板の横断面が示されている。
この基板からマイクロマシンの構成エレメントが製造さ
れる。基板は、SiO犠牲層2によって覆われた、シ
リコンから成る基層3上の、多結晶シリコンから成る機
能層1を切り取ることにより製造されている。機能層1
には、フォトレジスト層4が塗布されており、フォトレ
ジスト層4を露光し、現像することにより形成された窓
5には、機能層1を貫通して犠牲層2に到るトレンチ6
がエッチングされている。基板の層構造を形成する方法
および機能層1を構造化する方法は従来のものであるの
でここでは詳しく説明しない。
【0021】トレンチ6はここでは、機能層1の2つの
細いウエブ7を互いに、かつ1つの内実の区分8から分
離させている。これらのウエブ7は例えば、完成したマ
イクロマシンの構成エレメントで、縦長の平行な電極フ
ィンガを形成するために設けられている。これらのウエ
ブ7の例えば一方は、狭幅面でサイズモ質量体(図示せ
ず)に結合されていて、他方は、完成された構成エレメ
ントの状態でも基層3に堅固に結合されたままである内
実の区分8に結合されている。
【0022】図2では、基板の外面におけるフォトレジ
スト層4が取り除かれている。これにより、基板はLP
CVD処理によりGeH4を設ける準備ができている。
この処理後は、図3に示したように、機能層1の全ての
露出表面、即ち、ウエブ7もしくは内実の区分8の外面
および互いに向き合った表面9が、ゲルマニウムから成
る薄い層10で覆われる。トレンチ6の底部で露出して
いる犠牲層2は覆われていないままである。何故ならば
ゲルマニウムはSiO上には堆積しないからである。
次いで、ウエブ7の下面が自由になり、図4に示したよ
うに分離されるまで、トレンチ6から犠牲層2がエッチ
ングされる。
【0023】この実施例のように、フォトレジスト層4
が機能層1のエッチングすべきではない領域をマスクす
るために使用されるならば、この層は有利にはLPCV
D処理前に取り除かれる。何故ならば、実際に使用され
ているフォトレジストは、LPCVD堆積処理の通常の
温度350°C〜500°Cでは安定していないからで
ある。
【0024】しかしながらこの方法の第2の実施例によ
れば、基板の外面には、マスク層として、酸素層、即ち
この場合、SiO層11を塗布することもできる。ト
レンチ6のエッチングは、このSiO層の窓で行われ
る。このような構造の横断面は図1と同様に示されてい
る。
【0025】SiO層11は高温のもとで安定的であ
るので、この場合、ゲルマニウム層10をLPCVDプ
ロセスで被着することができ、この場合、基板の外面に
おける不動態化されたSiO層11を予め取り除いて
いない。結果は図5に示されている。ゲルマニウム層1
0はここでは、トレンチ6の側壁を形成する内実の区分
8もしくはウエブ7の互いに向き合う表面9にしか設け
られていない。
【0026】次いでウエブ7の下方の犠牲層2がエッチ
ングにより取り除かれると、同時に、基板外面のSiO
層11が取り除かれる。この結果は図6に示されてい
る。基板の外面に伝導性の層10が存在していないの
で、ウエブ7を取り囲むトレンチ6が互いに結合してい
なければ、同じウエブ7の互いに反対側の表面における
10a,10bのような層区分は互いに電気的に絶縁す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロマシン構成エレメントを製造するため
の方法の第1実施例の第1のステップを示した図であ
る。
【図2】第1実施例の第2のステップを示した図であ
る。
【図3】第1実施例の第3のステップを示した図であ
る。
【図4】第1実施例の第4のステップを示した図であ
る。
【図5】マイクロマシン構成エレメントを製造するため
の方法の第2実施例の第1のステップを示した図であ
る。
【図6】第2実施例の第1のステップを示した図であ
る。
【符号の説明】
1 機能層、 2 犠牲層、 3 基層、 4 フォト
レジスト層、 5 窓、 6 トレンチ、 7 ウェ
ブ、 8 内実の区分、 9 表面、 10 層、 1
1 SiO
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルヘルム フライ アメリカ合衆国 パロ アルト ミランダ 4009

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに可動である複数の構成部分(7,
    8)を有したマイクロマシン構成エレメントを1つの基
    板から製造するための方法において、 伝導性の層(10)を、互いに可動な構成部分(7,
    8)の少なくとも互いに向き合う表面(9)に設けるス
    テップを特徴とする、マイクロマシン構成エレメントを
    製造するための方法。
  2. 【請求項2】 基板が、構造化すべき機能層(1)と、
    該機能層(1)の下方に位置する犠牲層(2)とを有し
    ており、機能層(1)を貫通し犠牲層(2)に到るトレ
    ンチ(6)をエッチングし、前記の互いに可動な構成部
    分のうち少なくとも一方の構成部分(7)の下方に位置
    する犠牲層(2)を取り除くことにより、互いに可動な
    構成部分(7,8)を形成する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 基板を、シリコンと、ゲルマニウムから
    成る伝導性の層(10)とから形成する、請求項1また
    は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 層(10)を、トレンチ(6)のエッチ
    ング後かつ犠牲層(2)の取り除き前に被着する、請求
    項2または3記載の方法。
  5. 【請求項5】 犠牲層(2)をSiOから形成する、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 機能層(1)を構造化するためにマスク
    層(11)を、機能層(1)の一部の上に形成し、マス
    ク層(11)によって被覆されていない機能層(1)の
    部分をエッチングすることによってトレンチ(6)を形
    成し、伝導性の層(10)を被着した後でマスク層(1
    1)を取り除く、請求項1から5までのいずれか1項記
    載の方法。
  7. 【請求項7】 機能層(1)を構造化するためにマスク
    層(4)を、機能層(1)の一部の上に形成し、マスク
    層(4)によって被覆されていない機能層(1)の部分
    をエッチングすることによってトレンチ(6)を形成
    し、伝導性の層(10)を被着する前にマスク層(4)
    を取り除く、請求項1から5までのいずれか1項記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 マスク層(4,11)が、酸化物層(1
    1)またはレジスト層(4)である、請求項6または7
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記層(10)を、LPCVDプロセス
    で析出する、請求項1から8までのいずれか1項記載の
    方法。
  10. 【請求項10】 マイクロマシン構成エレメントであっ
    て、基板を有しており、該基板に、互いに可動な構成部
    分(7,8)が形成されている形式のものにおいて、前
    記構成部分(7,8)の、少なくとも互いに向かい合っ
    た表面(9)が、伝導性の層(10)を支持しているこ
    とを特徴とするマイクロマシン構成エレメント。
  11. 【請求項11】 基板がシリコンから成っていて、前記
    層(10)がゲルマニウムから成っている、請求項10
    記載の構成エレメント。
  12. 【請求項12】 基板が、伝導性の層(10)からほぼ
    自由である外面を有している、請求項10または11記
    載の構成エレメント。
JP2002037022A 2001-02-14 2002-02-14 マイクロマシン構成エレメントと該マイクロマシン構成エレメントを製造するための方法 Pending JP2002283298A (ja)

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