JP2005214618A - マイクロメカニカル・ラッチング・スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】発火装置をさらに小型化し、かつ安全性を高める。
【解決手段】マイクロ・エレクトロメカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）装置は、半導体ウェハと、半導体ウェハ上に形成された第１誘電層と、第１の層上に形成された第２半導体層とを備えている。第１ラッチング可動シャトル１０３は第２層内に形成され、第１可動シャトルはＭＥＭＳ装置が所定の加速されることに応答して、ウェハに対する第１の方向に移動され、ＭＥＭＳ装置の動作条件を第１のスイッチ状態から中間のスイッチ状態へと変更する。第２可動シャトル１０５は第１シャトル内に形成され、第２可動シャトルは熱により作用する力に応答して第１シャトルに対する第２の方向に移動され、ＭＥＭＳ装置の動作条件を中間のスイッチ状態から第２スイッチ状態へと変更する。第２のスイッチ状態では、第２可動シャトル内の開口が該ウェハ内の開口と位置合わせされて、光信号がその開口を通過可能である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は全体として発射された弾薬の溶融に使用される発火装置に関し、より具体的には発火装置用に使用されるマイクロメカニカル・ラッチング・スイッチに関する。

砲弾には、弾道が膨大な初期加速（１０，０００〜８０，０００ｇ）を含む物理的発射条件の妥当な進展を遂げた後にだけ、搬送される爆薬の起爆を許容する安全および発火装置（Ｓ＆Ａ）が備えられている。発火装置はファイヤ・トレイン内のバリヤを除去し、および／またはラインからずれたファイヤ・トレイン部品を移動して整列させるために逐次インターロックと共に機能する。一旦発火されると、この装置は例えば放電またはレーザーパルスによって融解可能である。安全のため、Ｓ＆Ａはダメージまたは発火を生ずることなく４０フィートからの弾薬投下ミスに耐えることができる必要がある。

典型的な発火装置はセンチメートルのサイズであり、ねじ、ピン、ばね、および厳格な許容差で加工された部品を用いて組み立てられた部品である。保管寿命は異質の材料の使用および潤滑の必要性によって影響される。最近の発火装置の最新化の努力はコスト、重量および容積の低減によって駆り立てられてきた。Ｃ．Ｈ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎによって、「発射された弾薬用の超小型のモノリシック、メカニカル安全および発火装置」の名称の米国特許第６，１６７，８０９号に記載されているこのような装置の１つは、ＬＩＧＡマイクロ加工工程を利用して製造されたモノリシック金属（ニッケル）に向けられている。
米国特許第６，１６７，８０９号 特許出願５６−３−２、第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号

これらの発火装置でなされている最近の改良にもかかわらず、発火装置をさらに小型化し、かつ安全性を高める必要性が継続している。

本発明によって、マイクロ・エレクトロメカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）発火装置は、発射の加速によって部分的に発火され、オン・デマンドの熱作動によって全面的に発火される多重インターロックを有するマイクロ加工されたモノリシック半導体素子から形成される。

より具体的には、本発明のＭＥＭＳモノリシック半導体素子は、
半導体ウェハ、半導体ウェハ上に形成された第１誘電層、および第１の層上に形成された第２半導体層と、
第２層内に形成され、第１シャトルの下の第１層が除去された第１ラッチング可動シャトルであって、ＭＥＭＳ装置が第１の方向とは逆の方向に所定の加速がなされることに応答して、ウェハに対する第１の方向に移動されることで、ＭＥＭＳ装置の動作条件を第１のスイッチ状態から中間のスイッチ状態へと変更する構成の第１ラッチング可動シャトルと、
第１シャトル内に形成された第２ラッチング可動シャトルであって、熱により作用する力に応答して第１シャトルに対する第２の方向に移動され、ＭＥＭＳ装置の動作条件を中間のスイッチ状態から第２のスイッチ状態へと変更する構成の第２ラッチング可動シャトルとを備え、
第２のスイッチ状態では、第２シャトル内の開口がウェハ内の開口と位置合わせされて、光信号が位置合わせされた開口を通過可能である。

第２の実施形態では、本発明のＭＥＭＳモノリシック半導体装置は、
半導体ウェハ、半導体ウェハ上に形成された第１電気絶縁層、および第１の層上に形成された第２半導体層と、
第２層内に形成され、シャトル・スイッチの下の第１層が除去されたラッチング可動シャトルであって、ＭＥＭＳ装置が第１の方向とは逆の方向に所定の加速がなされることに応答して、ウェハに対する第１の方向に移動され、それによってシャトル・スイッチの動作条件を変更する構成のラッチング可動シャトルとを備えている。

別の特徴によれば、本発明のＭＥＭＳ装置は第１シャトルのラッチング前の第２シャトルの移動を阻止する手段を含んでいる。別の特徴は、ＭＥＭＳ装置が中間状態にある場合に電気スイッチ接続を行う電気スイッチを含んでいる。さらに別の特徴は、第１シャトルの第１の方向への移動を制限するため第２層内に形成された吸収ストッパを含んでいる。ＭＥＭＳ装置のさらに別の特徴によれば、ＭＥＭＳ装置は（Ａ）先ず第２層内の第１シャトルをパターン形成およびエッチングし、かつ第１誘電層で停止し、（Ｂ）半導体ウェハ内の所定のパターンを底面からパターン形成およびエッチングし、第１誘電層で停止し、（Ｃ）第１誘電層の露出領域をエッチングして除去し、かつ、（Ｄ）シャトルが基板から解放されるのに充分なアンダーカットが可能であるようにエッチングを継続することによって形成される。

本発明は添付図面に照らし合わせて読まれるべきである下記の詳細な説明を検討することによってより明解に理解される。
以下の説明では、異なる図面の同一の素子の呼称は同一の素子を表す。さらに、素子の呼称では、最初の数字はその素子が最初にある図面を示す（例えば１０１は最初に図１に存在する。）

図１Ａ乃至１Ｃを参照すると、発火装置として使用される、本発明によるマイクロ・エレクトロメカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）装置（またはＭＥＭＳシャッター）１００の典型的な実施形態が示されている。本発明のＭＥＭＳ装置は発火装置として使用されるものとして記載されているが、例えば自動車の加速度計のような慣性ラッチング・スイッチを必要とする他の用途にも、より一般的に使用可能であることに留意されたい。ＭＥＭＳ発火装置１００は（本明細書では兵器とも言われる）弾薬のヒューズ機構の一部として実装されており、ヒューズ機構は弾薬が発射されるとそれを起爆するために使用される。図１Ａでは、ＭＥＭＳ発火装置１００は弾薬が発火される前の休止位置（第１のスイッチ状態）にあることが示されている。図１Ｂでは、ＭＥＭＳ発火装置１００は、弾薬が発射された後の部分的に発火された位置（中間スイッチ状態）にあることが示されている。図１Ｃでは、ＭＥＭＳ発火装置１００は、弾薬が発射された後、熱作動された後の全面的に発火された位置（第２スイッチ状態）にあることが示されている。

図１２にはレーザー１２０２、本発明のＭＥＭＳ発火装置１２０３、点火薬１２０４、および炸薬１２０５を含む弾薬（兵器）１２００の例示のためのヒューズ機構１２０１が示されている。図１２Ａには、本発明のＭＥＭＳ発火装置１２０３は休止位置（図１Ａの発火前）にあることが示されており、そこではヒューズ・ウインドウ１０９および１１０は位置合わせされておらず、したがってレーザー１００２信号は点火装置の点火薬１００４を点火する状態からブロックされている。後の段落でより詳細に記載するように、図１２Ｂでは弾薬１２００が発射され、ＭＥＭＳ発火装置１２０３が完全に発火された位置（図１Ｃ）に移動した後、ヒューズ・ウインドウ１０９および１１０は位置合わせされて、レーザー１２０２信号が点火薬１２０４を点火し、炸薬１２０６を起爆する１２０５ことを可能にする。例示のための１実施形態では、本発明のＭＥＭＳ発火装置１００は、参照によって本明細書に組み込まれているＤ．Ｂｉｓｈｏｐ等の現在提出されている特許出願５６−３−２、第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号「発射された兵器用ヒューズ」に記載のヒューズ機構の一部として実装されている。

図１Ａ乃至１Ｃに示されているＭＥＭＳ発火装置１００は、例示として高さ４ｍｍ、幅６ｍｍとして示されているＳＯＩウェハ上に形成されている。図３には、ＳＯＩウェハは、酸化物層３０２（例えば酸化シリコン）およびその上に形成されたシリコン層３０３を有するシリコン・ウェハ（すなわちハンドル）３０１上に実装されていることが例示されている。図３にはＳＯＩウェハが示されているが、その他の種類の半導体（例えばゲルマニウム、砒化ゲルマニウム）を使用してもよいことを理解されたい。

ＭＥＭＳ発火装置１００はシリコン・ウェハ３０１、酸化物層３０２、およびシリコン層３０３を選択的にエッチングすることによって形成される。図１Ａ乃至１Ｃでは、シリコン層３０３はグレーで示され、シリコン層のエッチングで除去された領域は白で示された酸化シリコン層３０２を露呈している。図１Ａを参照すると、ＭＥＭＳ発火装置１００は弾薬が発火される前（図１０Ａ）の休止位置（第１のスイッチ状態）にあることが示されている。シャトルＡ、１０３がシリコン層内に形成され、例えば１０２のような４個の支持ばねを使用してハウジング１０１に支持可能に装着されている。シャトルＡ、１０３はさらに、シャトルＡが方向１５０に所定距離だけ移動すると、シャトルＡの位置をラッチするための、例えば１０４のような２個のラッチばねを含んでいる。ラッチばね１０４はさらにハウジング１０１内でのシャトルＡの移動を方向１５０のみに制限する。

シャトルＢ、１０５はシャトルＡ、１０３内にエッチングされ、例えば１０６のような４個の支持ばねを使用してシャトルＡによって支持されている。シャトルＢも、シャトルＢが方向１５２に所定距離だけ移動すると、シャトルＢの位置をラッチするための、例えば１０７のような２個のラッチばねを含んでいる。好適には、方向１５２は方向１５１に対して垂直である。シャトルＢはシャトルＡの垂直のチャネル内にエッチングされた垂直の延長部１０８を有しており、それによってシャトルＢは基本的に上方の垂直方向１５２だけにしか移動できない。シャトルＢはその内部に円形溶解ウインドウ１０９がエッチングされている。シリコン・ウェハ３０１も内部に円形溶解ウインドウ１１０がエッチングされており、これはヒューズ・ウインドウ１０９に対して垂直方向１５３と水平方向１５１の双方に偏倚されている。

シャトルＡの方向１５０への移動を制限するため、ばね懸架された吸収ストッパ１１１もハウジング・フレーム１０１からエッチングされる。熱アクチュエータ１１２はハウジング１０１からエッチングされ、２つの水平アーム１１３と、２つのアームの中点に対して垂直に取り付けられた垂直のプッシュロッド１１４とを含んでいる。電流が熱アクチュエータ１１２および貫通アーム１１３に印加されると、アームは加熱される。それによってアームは膨張され、上方に撓んでプッシュロッド１１４を垂直方向１５２に押しやり、それによってシャトルＢの垂直の延長部１０８に加えられる上向きの力（熱により作用する力）が発生する。より一般的には、熱アクチュエータはプッシュロッド１１４に連結された１つ以上のアームを含むことに留意されたい。

アーム１１３は加熱されると確実に方向１５２へと上方に撓むようにするため、上向きの湾曲部を有するように形成されている。図示のように、安全機構として、ＭＥＭＳ発火装置１００が図１Ａに示す休止位置にある場合は、プッシュロッド１１４は延長部１０８と位置合わせされていない。それによって、休止位置にある場合に、熱アクチベータ１１２の動作がプッシュロッド１１４を方向１５２に移動することが防止される。この機構によって、ＭＥＭＳ発火装置１００は弾薬の発射前に完全に発火した状態に入ることが防止される。それによって二重インターロック安全機構が備えられ、熱アクチュエータ１１２が休止状態中に不慮に起動された場合でも、シャトルＡ １０３が弾薬の発射後に先ずラッチされた場合でない限りは、熱アクチュエータがＭＥＭＳ発火装置１００を完全に発火させることが防止される。

図１Ｂに示すように、弾薬が発射された後、ＭＥＭＳ発火装置１００は部分的に発火された位置にある。弾薬が発火されると、シャトルＡ、１０３の慣性によってそれはＭＥＭＳ発火装置１００の移動に対して水平方向１５０に移動される。ＭＥＭＳ発火装置１００はこれが落下またはその他の衝撃力によって起動されることを防止する高い加速閾値を有するように設計されている。シャトルＡをラッチするために必要な加速閾値は本質的に、例えば１０２のような４個の支持ばねの寸法によって決定される。この機構によって、弾薬が発射された場合に発生される１０，０００乃至８０，０００ｇの相当の加速力によってのみ、ＭＥＭＳ発火装置１００が起動されることが確実に保証される。シャトルＡの水平移動を制限するために吸収ストッパ１０９が使用される。その結果、シャトルＡは（ＭＥＭＳハウジング１０１に対して）方向１５０に水平に移動し、２つのラッチ１０４によって発射位置内にラッチされる。シャトルＡがラッチされた状態で、シャトルＢ内のヒューズ・ウインドウ１１０も方向１５０に水平に移動しており、この時点ではシリコン・ウェハ３０１内のヒューズ・ウインドウ１０９の下に垂直に位置している。このような部分的に発火した位置で（中間スイッチ状態）、熱アクチュエータ１１２はこの時点で下に位置合わせされ、熱によって作用されると、垂直の延長部１０８を係合することができ、シャトルＢを垂直方向１５２へと完全な発火位置まで移動させる。

図１Ｃには、弾薬が発射され、パルス起動信号に応答してオン・デマンドの熱アクチュエータ１１２が脈動された後、ＭＥＭＳ発火装置１００が完全な発火一（第２のスイッチ状態）にあることが示されている。脈動の後、図示のようにシャトルＢをそのラッチ位置に留めたまま、熱アクチュエータ１１２は元の位置に戻る。熱アクチュエータ１１２は熱インターロック安全機構を備えており、それによって、加速インターロックおよび熱インターロック安全機構の双方が起動しなければ、ＭＥＭＳ発火装置１００が完全な発火位置（第２のスイッチ状態）に入ることがないことが確実に保証される。熱アクチュエータ１１２はパッド１１２Ａの両端間に印加される電気信号の印加によって起動される。熱による作用でアーム１１３が加熱されると、アームは膨張し、上方に撓んでプッシュロッド１１４を垂直方向１５２に押しやって、垂直の延長部１０８と係合しシャトルＢを垂直に完全な発火位置まで移動させる。２個のラッチばね１０７はラッチされて、シャトルＢを完全な発火位置に留める。完全な発火位置では、シャトルＢ内のヒューズ・ウインドウ１１０は上向き垂直に方向１５２に移動しているので、この時点でこのヒューズ・ウインドウはシリコン・ウェハ３０１内のヒューズ・ウインドウ１０９の真上に位置している。

図１０Ｂを参照すると、レーザー１００２信号は、この完全な発火状態で位置合わせされたヒューズ・ウインドウ１１０と１０９とを通過し、点火装置１００４に衝突し、炸薬１００６の起爆１００５を誘発することができる。

図２は本発明のＭＥＭＳ発火装置１００がさらに、電気安全インターロック２００を含んでいることを示している。電気安全インターロック２００はシャトルＡの一部としてエッチングされたスイッチ２０１を含んでおり、その結果、スイッチ２０１は弾薬が発射されるまでは閉じられない。発射後、リード２０３からのアース信号がばね１０２、シャトルＡ、スイッチ２０１を経て接点パッド２０２に結合される。このアース信号によって、制御回路（図示せず）が熱アクチベータ１１２を起動する電気信号を供給することを可能にする制御信号を供給可能になろう。例えば、熱アクチュエータ１１２が起動された後、レーザー（または電気デバイス）を起動するためにこの制御信号を利用してもよい。

図７には１つのシャトル７０３だけを有する本発明のＭＥＭＳ装置７００の第２実施形態が示されている。シャトルＡだけを含んでいること以外には、ＭＥＭＳ発火装置７００は図１および２に示されたＭＥＭＳ装置１００の他の全ての要素および機構を含むように実装されてよい。ＭＥＭＳ装置７００は休止位置にあることが示され、シャトルＡ ７０１の円形ウインドウ７１０はシリコン・ウェハ内の点線の形式で示した円形ウインドウ７０９から水平に偏倚されていることが示されている。ＭＥＭＳ装置はさらに、電気スイッチ７２０を含むことが示されている。ＭＥＭＳ装置７００が方向７５１で所定の加速を受けると、シャトル７０１はＭＥＭＳ装置７００に対して方向７５０に移動する。加速後、円形ウインドウ７１０が円形ウインドウ７０９と位置合わせされるようにシャトル７０３が移動し、電気スイッチ７２０は閉じられていて、制御信号をパッド７２１に印加する。本発明に基づいて、ＭＥＭＳ装置７００の設計を自動車の衝突中に発生する慣性力（減速）を検知する自動車の加速度計として使用するように適応させることができる。このような用途では、ＭＥＭＳ装置７００は所定の加速（すなわち車の減速）を検知し、それによってシャトル７０３は電気スイッチ７２０を閉じることにより、エアバッグの展開を開始する制御信号を発生する。
ＭＥＭＳ発火装置のエッチング

以下の記述は図１と図３を合わせて参照する。前述したように、図１Ａ乃至１Ｃおよび図２では、シリコン層３０３はグレーで示され、シリコン層のエッチングで除去された領域は酸化シリコン層３０２を露呈しており、白で示されている。シャトルＡ、１０３、シャトルＢ、１０７、吸収ストッパ１０９、アーム１１３、プッシュロッド１１４、およびスイッチ２０１（図２）を含むＭＥＭＳ発火装置１００の可動素子はハウジング１０１およびシリコン・ウェハ３０１に対して全て自由に移動できなければならないので、酸化層３０２はこれらの全ての可動素子の下でエッチングによって除去される必要がある。簡略に述べると、ＭＥＭＳ発火装置１００は先ず、（Ａ）先ずシリコン層３０３（すなわち第２層）内の可動素子をパターン形成およびエッチングし、かつ酸化シリコン層３０２（すなわち第１誘電もしくは電気絶縁層）上で停止し、（Ｂ）シリコン・ウェハ３０１（すなわち半導体ウェハ）内の所定のパターンを底面からパターン形成およびエッチングし、酸化シリコン層３０２上で停止し、（Ｃ）酸化シリコン層３０２の露出領域をエッチングして除去し、かつ、（Ｄ）可動素子がシリコン・ウェハ３０１から解放されるに充分なアンダーカットが可能であるように前記エッチングを継続することによって形成される。可動素子をエッチングするこの手順については以下の段落でより詳しく説明する。

図３を参照すると、図２のシャトルＡ素子のＢ−Ｂの断面図が例示されている。先ず、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を利用してシリコン層３０３（図２ではグレーで示されている）がエッチングで除去される。次に、深堀反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）を利用してシリコン・ウェハ３０１の部分３０７が除去される。次に、酸化エッチング溶液が塗布され、それが酸化物層３０２のシリコン層３０３または３０１によって保護されない領域３０８をエッチングし、次にシリコン層３０３および３０１の下に位置する酸化物層３０２の領域３０５をエッチングする。これは図６に例示されており、この図では可動素子シャトルＡ、１０３（スイッチ２０１を含む）の下の酸化物層３０２の領域６０１と、吸収ストッパ１０９とがエッチングで除去され、これらの素子はハウジング１０１から懸架され、自由に移動可能にされている。シャトルＡ、１０３は４個の支持ばね１０２によってハウジング１０１から懸架され、吸収ストッパ１０９もハウジング１０１から懸架されている。

図４は底部、またはシリコン・ウェハ３０１の側からエッチングされる予定の、シリコン・ウェハ３０１の点線の様々なエリアを示すＭＥＭＳ発火装置１００の上面図である。酸化物層３０２全体が確実に可動素子の下で除去されるようにするため、シリコン・ウェハ３０１の側が領域４０１−４０４でエッチングされて、酸化物層３０２の底面が露呈される。その結果、シリコン・ウェハ３０１のハウジング１０１の「Ｘ」形の領域４０５および他の領域、ならびに周辺領域は、エッチングされる酸化物層３０２の底面領域を規定するマスクの役割を果たす。ヒューズ・ウインドウ１０７の開口もシリコン・ウェハ３０１内でエッチングされる。その結果として生じた図４の点線で示した形状のマスクが図５に示されている。次に、図５のシリコン・ウェハ・マスクによって露呈された酸化物層３０２の底面、すなわち領域４０１−４０４をエッチングで除去することができる。これは図６の断面図に例示されており、可動素子シャトルＡ、１０３（スイッチ２０１を含む）および吸収ストッパ１０９の下の酸化領域６０１はエッチングで除去されている。このように、上面と底面の双方から酸化物層３０２をエッチングすることによって、ＭＥＭＳ発火装置１００の可動素子の下から酸化物層３０２の全体を除去することが可能である。
素子の詳細

図８乃至１１はラッチ素子、吸収ストッパ、支持ばね、およびシャトルＢの詳細をそれぞれ示している。図８にはＭＥＭＳ発火装置１００のハウジング部１０１内に形成されたラッチ素子１０４が例示されており、これは片持ちビーム７０１を含み、その自由端はシャトルＡ、１０３内に形成されたノッチ７０２内に延びている。図示したようにシャトルＡは休止位置にある。砲弾の発射に応答してシャトルＡが方向１５０の方に移動すると、片持ちビーム７０１の自由端はノッチ７０２からノッチ７０３にラチェット駆動され、ノッチ７０３内にラッチされる。シャトルＢの他のラッチ素子１０７の構造はラッチ素子１０４よりもやや小さいものの、シャトルＢが方向１５２へと移動されると、これらのラッチ素子も同様に動作する。ラッチばね１０４および１０７の構成を反転させて、例えばラッチばね１０４のノッチ７０２，７０３がハウジング１０１内に位置し、ビーム７０１の一部がシャトルＡ内に位置するようにもできることに留意されたい。

図８は吸収ストッパ１０９の構造を例示している。図９は支持ばね１０２の構造を示しており、支持ばね１０６のサイズはこれに匹敵する。図１０はシャトルＢ、１０５の拡大図であり、その構造を示している。

当業者には本発明の様々な修正が生じるであろう。それにもかかわらず、当分野が進歩した原理およびその等価物に基本的に依拠する本明細書の特定の教示内容からの逸れは全て、記載され、特許請求された本発明の範囲内にあると適正にみなされるものである。

それぞれ安全位置、部分的な発火位置、および完全な発火位置にある、発火装置としての本発明のＭＥＭＳ装置の第１実施形態の上面図である。 それぞれ安全位置、部分的な発火位置、および完全な発火位置にある、発火装置としての本発明のＭＥＭＳ装置の第１実施形態の上面図である。 それぞれ安全位置、部分的な発火位置、および完全な発火位置にある、発火装置としての本発明のＭＥＭＳ装置の第１実施形態の上面図である。 電気インターロックをさらに含む本発明のＭＥＭＳ発火装置の上面図である。 上面と底面からのエッチング工程を示したＭＥＭＳ発火装置Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。 底面またはウェハ側からシャトルＡをエッチングするために使用されるシリコン・ウェハ・マスクを点線内で示したＭＥＭＳ発火装置の上面図である。 ウェハ側からシャトルＡをエッチングするために使用される、図４に点線の形式で示されているシリコン・ウェハ・マスクをより明解に示した上面図である。 上部シリコン層の可動部品の下で酸化物層がエッチングで除去されることを示したＭＥＭＳ発火装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 １つだけのシャトルを有する本発明のＭＥＭＳ発火装置の第２の実施形態を示す図である。 ラッチ素子、吸収ストッパ、支持ばね、およびシャトルＢの詳細をそれぞれ示す図である。 ラッチ素子、吸収ストッパ、支持ばね、およびシャトルＢの詳細をそれぞれ示す図である。 ラッチ素子、吸収ストッパ、支持ばね、およびシャトルＢの詳細をそれぞれ示す図である。 ラッチ素子、吸収ストッパ、支持ばね、およびシャトルＢの詳細をそれぞれ示す図である。 本発明のＭＥＭＳ発火装置を含む弾薬を例示した図である。 本発明のＭＥＭＳ発火装置を含む弾薬を例示した図である。

Claims (11)

1. マイクロ・エレクトロメカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）モノリシック半導体装置であって、
   半導体ウェハ、該半導体ウェハ上に形成された第１誘電層、および該第１の層上に形成された第２半導体層と、
   該第２層内に形成され、第１シャトルの下で該第１層が除去された第１ラッチング可動シャトルとを含み、該ウェハに対する第１の方向とは逆の方向に向かって該ＭＥＮＳ装置に加えられる所定の加速に応答して、該ウェハに対する第１の方向に該第１シャトルを移動させて、該ＭＥＭＳ装置の動作条件を第１のスイッチ状態から中間のスイッチ状態へと変更し、該ＭＥＮＳ装置は、さらに
   該第１シャトル内に形成された第２ラッチング可動シャトルを含み、熱により作用する力に応答して該第１シャトルに対する第２の方向に該第２シャトルを移動させて、該ＭＥＭＳ装置の動作条件を中間のスイッチ状態から第２のスイッチ状態へと変更し、
   該第２のスイッチ状態では、該第２シャトル内の開口が該ウェハ内の開口と位置合わせされて、光信号が該位置合わせされた開口を通過可能である装置。
2. 前記第１シャトルの移動前の前記第２シャトルの移動を阻止する手段をさらに備える請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
3. 前記ＭＥＭＳ装置が前記中間状態にある場合に電気スイッチ接続を行う電気スイッチをさらに備える請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
4. 前記第１シャトルの前記第１の方向への移動を制限するため前記第２層内に形成された吸収ストップをさらに備える請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
5. 電気信号に応答して前記熱により作用する力を発生するための熱アクティベータをさらに備える請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
6. Ａ．先ず前記第２層内の前記可動素子をパターン形成およびエッチングし、かつ前記第１誘電層で停止し、
   Ｂ．前記半導体ウェハ内の所定のパターンを底面からパターン形成およびエッチングし、該第１誘電層で停止し、
   Ｃ．該第１誘電層の露出領域をエッチングして除去し、かつ、
   Ｄ．前記可動素子が前記半導体ウェハから解放されるのに充分なアンダーカットが可能であるように該エッチングを継続することによって、
   形成される請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
7. マイクロ・エレクトロメカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）モノリシック半導体装置であって、
   半導体ウェハ、該半導体ウェハ上に形成された第１電気絶縁層、および該第１の層上に形成された第２半導体層と、
   該第２層内に形成され、シャトル・スイッチの下の該第１層が除去されたラッチング可動シャトルであって、該ＭＥＭＳ装置が第１の方向とは逆の方向に所定の加速がなされることに応答して、該ウェハに対する第１の方向に移動され、それによって該シャトル・スイッチの動作条件を変更する構成のラッチング可動シャトルとを備える装置。
8. 前記シャトル・スイッチは前記ＭＥＭＳ装置が所定の加速を受けると、電気スイッチ接続を行う電気スイッチをさらに備える請求項７に記載のＭＥＭＳ装置。
9. 前記シャトル・スイッチは、前記ウェハ内に形成された第２円形ウインドウと垂直方法で位置合わせされているが水平方向では偏倚されている第１円形ウインドウを含むとともに、前記ＭＥＭＳ装置が所定の加速を受けることに応答して、該シャトル・スイッチは該第１円形ウインドウが該第２円形ウインドウの上に位置合わせされるように第１方向に水平方向に移動され、それによって光信号が該第１および第２円形ウインドウを通過可能であるようにする請求項７に記載のＭＥＭＳ装置。
10. 前記シャトル・スイッチの前記第１の方向への移動を制限するため前記第２層内に形成された吸収ストッパをさらに備える請求項７に記載のＭＥＭＳ装置。
11. 半導体ウェハ、該半導体ウェハ上に形成された第１誘電層、および該第１の層上に形成された第２半導体層を備えるＭＥＭＳモノリシック半導体装置の動作方法であって、
    該第２層内に形成され、第１可動シャトルの下の該第１層が除去された第１可動シャトルをラッチし、該ウェハに対する第１の方向とは逆の方向に向かって該ＭＥＮＳ装置に加えられた所定の加速応答して、該ウェハに対する第１の方向に該第１可動シャトルを移動させるステップを含み、該ラッチされた第１可動シャトルは該ＭＥＭＳ装置の動作条件を第１のスイッチ状態から中間のスイッチ状態へと変更し、該方向は、さらに、
    該第１シャトル内に形成された第２可動シャトルをラッチし、熱により作用する力に応答して該第１シャトルに対する第２の方向に該第２シャトルを移動して、該ＭＥＭＳ装置の動作条件を中間のスイッチ状態から第２のスイッチ状態へと変更するステップを含む方法。
    

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