JP2005534505A - Method for producing a microsystem structure with lateral gaps and corresponding microsystem structure - Google Patents

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Abstract

本発明は、側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関する。本発明の方法は、(a)基板(S)上に第1の犠牲層(CS1)を付着させることと、(b)2つの自由度(YY,XX)を有する可動アドオン構造を形成するようになっている構造要素(SE)すなわちアドオン構造を前記犠牲層上に形成することと、(c)側方ギャップの直線寸法に等しい厚さe=dgの第2の犠牲層で構造要素(SE)の自由表面を被覆することと、(d)別のアドオン構造を形成するようになっている材料(SM)の層で、第1の犠牲層(CS1)と第2の犠牲層(CS2)の自由表面とを被覆することと、(e)犠牲層(CS2)の厚さに基本的に等しい幅を有する側方ギャップを形成するために第1および第2の自由度の方向における構造要素(SE)と、他のあらゆるアドオン構造および基板(S)との間のあらゆる接触を少なくとも部分的に防止するように、第2の犠牲層(CS2)をエッチングし、その次に第1の犠牲層(CS1)をエッチングすることとにある。本発明は、マイクロシステム構造とこのマイクロシステム構造を含む素子との生産に適している。The present invention relates to a method for producing a microsystem structure with lateral gaps and a corresponding microsystem structure. The method of the present invention includes (a) depositing a first sacrificial layer (CS 1 ) on a substrate (S) and (b) forming a movable add-on structure having two degrees of freedom (YY, XX). Forming a structural element (SE) or add-on structure on the sacrificial layer, and (c) a second sacrificial layer with a thickness e = d g equal to the linear dimension of the lateral gap Coating the free surface of (SE) and (d) a layer of material (SM) adapted to form another add-on structure, a first sacrificial layer (CS 1 ) and a second sacrificial layer Covering the free surface of (CS 2 ), and (e) first and second degrees of freedom to form a lateral gap having a width essentially equal to the thickness of the sacrificial layer (CS 2 ). Between the structural element (SE) in the direction of and any other add-on structure and substrate (S) The Rayuru contact to at least partially prevented, the second sacrificial layer (CS 2) is etched in the subsequent first sacrificial layer (CS 1) to the etching. The present invention is suitable for production of a microsystem structure and a device including the microsystem structure.

Description

本発明は、側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関する。   The present invention relates to a method for producing a microsystem structure with lateral gaps and a corresponding microsystem structure.

側方ギャップを有するケイ素マイクロシステム構造を使用するための現在の技術の目標は、マイクロシステム構造を構成する基板上のアドオン構造の機械的特徴がこうした構造を組み込んでいる素子の電気機械的な機能特徴の定義において決定的に重要であるので、この機械的特徴が最も重要であるケイ素マイクロシステム構造の構築である。   The goal of current technology for using silicon micro-system structures with lateral gaps is that the mechanical features of the add-on structures on the substrate that make up the micro-system structures are the electromechanical functions of the devices incorporating such structures. Since it is critical in the definition of features, this mechanical feature is the most important construction of the silicon microsystem structure.

このことは、こうしたマイクロシステム構造を組み入れている電気機械的な共振器またはフィルタの生産に関して特に当てはまる。   This is especially true for the production of electromechanical resonators or filters that incorporate such microsystem structures.

高周波共振構造を生産することを目標にする現在において公知の上述の技術に関しては、2つの特定のプロセスを検討することができる。   Two specific processes can be considered for the above-described techniques currently known that aim to produce high frequency resonant structures.

W.T.Hsu他によって標題「A sub-micron capacitive gap process for multiple metal electrode lateral micromechanical resonators」(Technical Digest,14th International IEEE Electro Mechanical Systems Conference,Interlaken, Switzerland,Jan.22-25,2002,pp.340-352)の論文に説明されている第1のプロセスが、薄膜をマイクロ機械加工するためのプロセスに基づいている。ギャップの形成はポリシリコン素子を酸化させることによって行われる。しかし、電極の形成は金の電着の使用を必要とする。このプロセスによって得られる最小のギャップは現時点では100nmである。 W. T.A. Hsu other by the title "A sub-micron capacitive gap process for multiple metal electrode lateral micromechanical resonators " (Technical Digest, 14 th International IEEE Electro Mechanical Systems Conference, Interlaken, Switzerland, Jan.22-25,2002, pp.340-352 ) Is based on a process for micromachining thin films. The gap is formed by oxidizing the polysilicon element. However, the formation of the electrode requires the use of gold electrodeposition. The minimum gap obtained by this process is currently 100 nm.

そのプロセスは、一方では、多数のマスクの重ね合わせと複雑な技術的ステップとを必要とするという欠点を有し、他方では、最終的に得られる構造が、成型プロセスによって限定される最小の寸法を有し、このことが生産可能な構造の形状を制限する。   The process, on the one hand, has the disadvantage of requiring a large number of mask overlays and complex technical steps, and on the other hand, the final structure is the smallest dimension limited by the molding process. This limits the shape of the structure that can be produced.

D.Galayko他によって標題「High frequency hign-Q micromechanical resonator in thick epipolytechnology with post-process gap adjustment」(Technical Digest,15th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference,Las Vegas,U.S.A.,Jan.21-24,2002,pp.665-668)の論文に説明されている第2のプロセスが、可動構造要素の解放後の、共振ビームに突き当たらせられる可動電極の動作の使用に基づいている。 D. Galayko other by the title "High frequency hign-Q micromechanical resonator in thick epipolytechnology with post-process gap adjustment " (Technical Digest, 15 th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference, Las Vegas, USA, Jan.21-24,2002, pp The second process described in the .665-668) paper is based on the use of movement of the movable electrode impinged on the resonant beam after release of the movable structural element.

上述のプロセスは、0.2μm程度のギャップ値が実現されることを可能にする。   The process described above allows gap values on the order of 0.2 μm to be realized.

しかし、最小ギャップ値が、構造層のリソグラフィーおよびエッチングの横方向の精度に依存したままである。したがって、0.2μm未満のギャップ値を実現することは困難である。   However, the minimum gap value remains dependent on the lateral accuracy of the structural layer lithography and etching. Therefore, it is difficult to realize a gap value of less than 0.2 μm.

さらに、上述のプロセスは、電極の配置のための特定のアーキテクチャを必要とし、および、特に、追加の接続ピンと追加の電圧源とを必要とする。   Furthermore, the process described above requires a specific architecture for the placement of the electrodes, and in particular requires additional connection pins and an additional voltage source.

最後に、垂直ギャップを減少させるための第3のプロセスが、K.Wang他によって標題「VHF free−free beam high−Q micromechanical resonator」(Technical Digest,12th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference,Orlando,U.S.A.,Jan.17−21,1999,pp.453−458)の論文で説明されている。上述のプロセスでは、可とう性ビームから吊り下げられた共振器が、埋め込み電極によって基板の面に対して直角に基板に向かって垂直方向に引きつけられており、および、この電極は変換電極としても作用する。これに対応するギャップを1.5μmから0.3μmないし0.5μmに縮小することが可能である。このプロセスの使用は、垂直ギャップと励起とを伴う共振器に限定されており、および、埋め込み電極の使用のため、薄膜技術への適用に限定されており、そうでない場合には過剰に高い電圧レベルが必要である。   Finally, a third process for reducing the vertical gap is described in K.K. Wang et al., Titled “VHF free-free beam high-Q micromechanical resonator, Technical Digest, 12th International, 19th International Electron. 458). In the process described above, a resonator suspended from a flexible beam is attracted by a buried electrode in a direction perpendicular to the plane of the substrate and perpendicular to the substrate, and this electrode can also be used as a conversion electrode. Works. The corresponding gap can be reduced from 1.5 μm to 0.3 μm to 0.5 μm. The use of this process is limited to resonators with vertical gaps and excitation, and due to the use of buried electrodes, it is limited to thin film technology applications, otherwise excessively high voltages A level is required.

従来のマイクロエレクトロニクス技術に比較すると、上述の技術は、アセンブリに関して可動構造の十分な安定性を得るためには、著しくより厚い層を有する構造の使用を必要とする。   Compared to conventional microelectronic technology, the above-described technology requires the use of structures with significantly thicker layers in order to obtain sufficient stability of the movable structure with respect to the assembly.

比較的大きいこうした厚さは、マイクロシステム構造の製造のための上述の方法に関連して使用される、厚さ寸法に対して直角である最小の横寸法の増大を系統的に生じさせる。   Such a relatively large thickness systematically results in a minimum lateral dimension increase that is perpendicular to the thickness dimension used in connection with the method described above for the fabrication of microsystem structures.

特に、これらの技術に関連して使用されるプロセスのすべてが、実質的に一定不変のフォームファクタを有し、および、このフォームファクタは、最小の横寸法と、そのマイクロシステム構造を形成するために使用されるアドオン構造の厚さとの間の比率として定義される。   In particular, all of the processes used in connection with these technologies have a substantially constant form factor, and this form factor forms the smallest lateral dimension and its microsystem structure Defined as the ratio between the thickness of the add-on structure used.

こうしたマイクロシステム構造の現在の応用例の大半において、および、中期的に合理的に想定されることが可能な現在の応用例においては、可動アドオン構造は、フィルタ、共振器等を生じさせるために静電変換によって操作される。   In most current applications of such microsystem structures, and in current applications that can be reasonably assumed in the medium term, movable add-on structures are used to create filters, resonators, etc. Operated by electrostatic conversion.

変換効率の最適化と、したがって、使用されるマイクロシステム構造の性能の改善とが、1つまたは複数の固定アドオン構造または可動アドオン構造から基板に対して実質的に平行な方向に可動アドオン構造を隔離するための、可能な限り狭い側方ギャップを必要とする。   Optimizing conversion efficiency and thus improving the performance of the micro-system structure used results in a movable add-on structure from one or more fixed or movable add-on structures in a direction substantially parallel to the substrate. Requires the narrowest possible side gap to isolate.

したがって、厚いアドオン機械構造の必要性と静電変換の効率との間に明確な相反が生じる。   Thus, there is a clear conflict between the need for thick add-on mechanical structures and the efficiency of electrostatic conversion.

本発明の目的は、上述の相反の存在によって生じる問題点を解決することである。   The object of the present invention is to solve the problems caused by the existence of the above-mentioned conflicts.

したがって、本発明の主題は、アドオン構造を構成する層の厚さには実質的に無関係であるギャップ幅を有する側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法の使用と、アドオン構造の生産のために使用される、そのアドオン構造を構成する層をエッチングするためのプロセスの精度の使用である。   Accordingly, the subject matter of the present invention is the use of a method of producing a microsystem structure having a lateral gap with a gap width that is substantially independent of the thickness of the layers comprising the add-on structure, and the production of the add-on structure. Is the use of process accuracy to etch the layers that make up that add-on structure.

特に、本発明の別の主題は、上述の無関係性の故に極度に小さい幅の側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法の使用である。   In particular, another subject of the present invention is the use of a method for producing a microsystem structure with an extremely small lateral gap due to the irrelevance described above.

本発明の別の主題は、さらに、少なくとも1つの可動アドオン構造を含む、アドオン構造を基板上に備えるマイクロシステム構造の使用であり、その側方ギャップが、0.1μm未満の直線寸法を有する他のあらゆるアドオン構造からその可動アドオン構造を隔離する。   Another subject of the present invention is the use of a microsystem structure comprising an add-on structure on a substrate, further comprising at least one movable add-on structure, the lateral gap of which has a linear dimension of less than 0.1 μm Isolate the movable add-on structure from any add-on structure.

マイクロシステム構造の支持基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する、本発明が関係する方法は、基板に対する2つの自由度、すなわち、この基板に対して実質的に垂直な方向における第1の自由度と、基板に対して実質的に平行でありかつギャップの方向に対して実質的に平行である方向における第2の自由度とを有する少なくとも1つの可動アドオン構造を備えるアドオン構造の形成のために使用されることが可能である。   The method to which the present invention relates to forming a lateral gap between add-on structures on the surface of a support substrate of a microsystem structure has two degrees of freedom with respect to the substrate, i.e. substantially perpendicular to the substrate. At least one movable add-on structure having a first degree of freedom in a direction and a second degree of freedom in a direction substantially parallel to the substrate and substantially parallel to the direction of the gap It can be used for the formation of add-on structures.

この方法は、予め決められた厚さの第1の犠牲層を基板の表面上に付着させ、2つの自由度を有する可動アドオン構造を構成する構造要素を第1の犠牲層の上に形成し、この構造要素の面の1つが第1の犠牲層と接触しており、構造要素の自由表面を、側方ギャップの直線寸法に実質的に等しい厚さを有する第2の犠牲層で被覆し、第1の犠牲層の自由部分と、ギャップの方向に対して直角な第2の犠牲層の自由表面とを、少なくとも1つの他のアドオン構造を構成する特定の材料の層で被覆し、他のアドオン構造と基板とに対して、構造要素を第1および第2の自由度の方向それぞれとギャップの方向とにおいてあらゆる接触から少なくとも部分的に自由にするように、構造要素の下方の位置かつ特定の材料の層の下方の位置において、第2および第1の自由度の方向に延びる第2の犠牲層をエッチングによって腐食し、次に、第1および第2の自由度の方向に延びる第1の犠牲層をエッチングによって腐食することとにあるという点で注目に値する。このことが、第2の犠牲層の厚さに実質的に等しい有する側方ギャップの形成を可能にする。   This method deposits a first sacrificial layer of a predetermined thickness on the surface of the substrate and forms structural elements on the first sacrificial layer that constitute a movable add-on structure having two degrees of freedom. One of the faces of the structural element is in contact with the first sacrificial layer, and the free surface of the structural element is covered with a second sacrificial layer having a thickness substantially equal to the linear dimension of the lateral gap. Covering the free part of the first sacrificial layer and the free surface of the second sacrificial layer perpendicular to the direction of the gap with a layer of a specific material constituting at least one other add-on structure, A position below the structural element so that the structural element is at least partially free from any contact in each of the first and second degrees of freedom direction and in the direction of the gap with respect to In a position below a specific material layer, And etching the second sacrificial layer extending in the direction of the first degree of freedom, and then etching the first sacrificial layer extending in the direction of the first and second degrees of freedom by etching. It is worth noting in that respect. This allows the formation of a lateral gap having substantially the same thickness as the second sacrificial layer.

本発明が関係するマイクロシステム構造は、基板上のアドオン構造を含み、可動構造であるこのアドオン構造の1つは、基板に対する2つの自由度、すなわち、この基板に対して実質的に垂直な方向における第1の自由度と、基板に対して実質的に平行な方向における第2の自由度とを有する。その他のアドオン構造の少なくとも1つは固定されており、かつ、基板に機械的に取り付けられている。   The microsystem structure to which the present invention pertains includes an add-on structure on the substrate, one of which is a movable structure, which has two degrees of freedom with respect to the substrate, i.e. a direction substantially perpendicular to the substrate. And a second degree of freedom in a direction substantially parallel to the substrate. At least one of the other add-on structures is fixed and mechanically attached to the substrate.

このマイクロシステム構造は、基板とアドオン構造との間の機械的連結を実現する中間層を備えるという点で注目に値し、この中間層は、可動構造を構成するアドオン構造の1つと基板との間において少なくとも部分的にエッチングされて取り除かれており、および、少なくとも1つの側方ギャップが第2の自由度の方向においてその他のアドオン構造の1つから可動構造を隔離する。この側方ギャップは、第2の自由度の方向において、0.1μmよりも小さい直線寸法を有する。   This microsystem structure is notable in that it comprises an intermediate layer that provides a mechanical connection between the substrate and the add-on structure, which is one of the add-on structures that make up the movable structure and the substrate. At least partially etched away in between and at least one lateral gap isolates the movable structure from one of the other add-on structures in the direction of the second degree of freedom. This lateral gap has a linear dimension of less than 0.1 μm in the direction of the second degree of freedom.

本発明が関係する方法とマイクロシステム構造は、特に、電気機械フィルタ、共振器、または、より一般的には、これらを組み入れている電気機械素子の製造のための、マイクロシステム産業およびマイクロシステム技術に適用可能である。   The methods and microsystem structures to which the present invention pertains are in particular the microsystem industry and microsystem technology for the manufacture of electromechanical filters, resonators, or more generally electromechanical elements incorporating them. It is applicable to.

本発明の方法とマイクロシステム構造は、以下の説明を参照することと、添付図面を検討することとによってより適切に理解されるであろう。   The method and microsystem structure of the present invention will be better understood with reference to the following description and review of the accompanying drawings.

以下では、本発明の主題による、マイクロシステム構造の基板表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関するさらに詳細な説明を、図1aとそれに続く図とに関連付けて行う。   In the following, a more detailed description of a method for forming lateral gaps between add-on structures on a substrate surface of a microsystem structure and the corresponding microsystem structure according to the present inventive subject matter is shown in FIG. This is done in association with the following figure.

一般的に、本発明が関係する方法は支持基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成することを目的としているということを思い出すであろう。「アドオン構造」とは、上述のマイクロエレクトロニクス構造を構成するように基板上に形成されている、振動質量、電極、および/または、基板に対して固定されている壁のようなあらゆる機械的および/または電気機械的構造を意味する。   It will generally be recalled that the method to which the present invention pertains is aimed at forming lateral gaps between add-on structures on the surface of the support substrate. An “add-on structure” is any mechanical and formed on the substrate to constitute the microelectronic structure described above, such as a vibrating mass, electrodes, and / or walls fixed to the substrate. // means an electromechanical structure.

これらのアドオン構造は、例えば共振器またはフィルタの共振部分を形成する少なくとも1つの可動アドオン構造を備え、この可動アドオン構造は基板に対する2つの自由度を有する。図1aを参照すると、上述の可動構造が、基板に対して実施的に垂直な方向における、または、さらに特に、その構造が付加される基板の表面に対して直角な方向における第1の自由度と、基板に対してすなわちその基板の自由表面に対して実質的に平行な方向における、したがって、側方ギャップの方向に対して実質的に平行な方向における第2の自由度とを有すると考えられるということが理解できる。図1aは、ポイントa)において、第2の自由度の方向を構成する方向XXと、第1の自由度の方向を構成する、方向XXに対して垂直である方向YYとを示し、構造Sが前方から見られており、したがって、その自由表面が、図面を示す紙面に対して直角である。   These add-on structures comprise, for example, at least one movable add-on structure that forms a resonant part of a resonator or filter, which movable add-on structure has two degrees of freedom for the substrate. Referring to FIG. 1a, the movable structure described above has a first degree of freedom in a direction substantially perpendicular to the substrate, or more particularly in a direction perpendicular to the surface of the substrate to which the structure is added. And a second degree of freedom in a direction substantially parallel to the substrate, ie to the free surface of the substrate, and thus in a direction substantially parallel to the direction of the lateral gap. I can understand that FIG. 1a shows, at point a), the direction XX constituting the direction of the second degree of freedom and the direction YY constituting the direction of the first degree of freedom and perpendicular to the direction XX. Is seen from the front, so that its free surface is perpendicular to the plane of the drawing showing the drawing.

上述の図1aを参照すると、そのポイントa)において、本発明が関係する方法は、予め決められた厚さのCS1で示されている第1の犠牲層を基板Sの表面上に付着させる又は形成することにある。一般的に、この基板はケイ素基板であるが、本発明が関係する方法はケイ素基板上での使用に限定されないということが指摘されなければならない。 Referring to FIG. 1a above, at that point a), the method to which the present invention pertains deposits a first sacrificial layer, designated CS 1 of a predetermined thickness, on the surface of the substrate S. Or to form. In general, this substrate is a silicon substrate, but it should be pointed out that the method to which the present invention pertains is not limited to use on silicon substrates.

こうした条件の下では、第1の犠牲層は、酸化物の成長によって形成される酸化ケイ素の層によって構成することが可能であり、この成長のプロセスは、上述の第2の方向YYに方向付けられている垂直の矢印によって表されている。   Under these conditions, the first sacrificial layer can be constituted by a layer of silicon oxide formed by oxide growth, and this growth process is oriented in the second direction YY described above. Is represented by a vertical arrow.

その次に、ステップa)の後にステップb)が続くことが可能であり、このステップb)は、第1の犠牲層CS1上に、例えば2つの自由度を有する可動アドオン構造を構成するSEで示されている構造要素を形成することにある。この構造要素SEの面の1つが第1の犠牲層CS1と接触している。構造要素SEは、図1aのポイントb)に点線で示されているポリシリコン等のような予め決められた材料の特定の層を付着させることと、その次に、上述の構造要素SEを出現させるようにマスキングによってエッチングすることとによって、図1aに例示的に示されているように従来の仕方で形成されてもよい。 Then, step a) can be followed by step b), which comprises an SE on the first sacrificial layer CS 1 that constitutes, for example, a movable add-on structure with two degrees of freedom. Is to form the structural elements shown in FIG. One of the surfaces of this structural element SE is in contact with the first sacrificial layer CS 1 . The structural element SE is applied by depositing a specific layer of a predetermined material, such as polysilicon shown in dotted lines in FIG. May be formed in a conventional manner as illustrated in FIG. 1a by etching by masking.

一般的に、上述のステップa)とステップb)とが、薄膜技術または厚膜技術のプロセスの分野では常套的である諸ステップの実施に相当するということと、したがってこれらのステップについては詳細には説明しない。   In general, step a) and step b) described above correspond to the implementation of steps that are conventional in the field of thin film technology or thick film technology processes, and are therefore detailed in these steps. Will not be explained.

本発明が関係する方法は、上述のステップa)とステップb)との後に、ステップc)において、CS2で示されている予め決められた厚さの第2の犠牲層によって構造要素SEの自由表面を被覆することにあり、この厚さは、形成されるべき側方ギャップの直線寸法に実質的に等しいように選択される。 The method to which the present invention pertains is that after step a) and step b) described above, in step c) the structural element SE is formed by a second sacrificial layer of a predetermined thickness, indicated by CS 2 . In covering the free surface, this thickness is selected to be substantially equal to the linear dimension of the lateral gap to be formed.

非限定的な例として、例えばポリシリコンから構造要素SEが形成されている時に、ステップc)は、構造要素SEの自由な上面と、当然のことながら構造要素SEの自由な横面との両方の上に酸化ケイ素の層を成長させることによって行うことが可能であるということが指摘されなければならない。   As a non-limiting example, when the structural element SE is formed, for example from polysilicon, step c) comprises both a free top surface of the structural element SE and, of course, a free lateral surface of the structural element SE. It should be pointed out that it is possible to do this by growing a layer of silicon oxide on the substrate.

ギャップの値に適合するように犠牲層CS2の厚さを選択することが、式e=dgによって示されており、前式中では酸化物層の厚さを表し、および、dgは、基板Sに対して実質的に平行である第2の自由度の方向XXにおけるそのギャップの直線寸法の値を表す。 Choosing the thickness of the sacrificial layer CS 2 to match the gap value is shown by the equation e = d g , where e represents the thickness of the oxide layer and d g represents the value of the linear dimension of the gap in the direction XX of the second degree of freedom that is substantially parallel to the substrate S.

ステップc)の後にステップd)が続き、このステップd)は、第1の犠牲層CS1の自由部分とギャップの方向に対して直角な第2の犠牲層CS2の自由表面とを、後述される条件の下で少なくとも1つの他のアドオン構造を構成する特定の材料(SMで示されている)の層で被覆することにある。 Step c) is followed by step d), in which the free part of the first sacrificial layer CS 1 and the free surface of the second sacrificial layer CS 2 perpendicular to the direction of the gap are described below. Coating with a layer of a specific material (indicated by SM) that constitutes at least one other add-on structure under the conditions to be achieved.

図1aのポイントd)を参照して、上述の操作が実際にはそのアセンブリを平坦化することにあるということが指摘されなければならない。第2の犠牲層CS2だけが、その上部の位置において、上述の特定の材料SMで被覆されずに自由なまま残すことが可能であることが好ましい。 With reference to point d) in FIG. 1a, it should be pointed out that the above-described operation is actually in flattening the assembly. It is preferred that only the second sacrificial layer CS 2 can be left free in its upper position without being covered with the specific material SM described above.

ステップd)の後にステップe)が続き、このステップe)は、自由にされたギャップによって第1の犠牲層CS1に達するために、第2および第1の自由度の方向に、および、当然のことながら図面を示す紙面に対して直角の方向に延びる第2の犠牲層CS2をエッチングによって腐食することと、その次に、構造要素SEの下方の位置でおよび特定の材料SMの層の下方の位置において、第1および第2の自由度の方向に延びる第1の犠牲層CS1をエッチングによって腐食することとにある。この操作は、図1aのポイントe)に示されているように、第1および第2の自由度の方向XX、YYのそれぞれにおいて、したがって、一方では、特定の材料SMで構成されている他のあらゆる隣接したアドオン構造に関する、および、当然のことながら基板Sに関するギャップの方向において、構造要素SEをあらゆる接触から少なくとも部分的に解放することを可能にする。 Step e) is followed by step e), which is in the direction of the second and first degrees of freedom in order to reach the first sacrificial layer CS 1 by means of the freed gap, and of course It should be noted that the second sacrificial layer CS 2 extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing in which the drawing is shown is etched away, and then at a position below the structural element SE and of a layer of a specific material SM. In the lower position, the first sacrificial layer CS 1 extending in the direction of the first and second degrees of freedom is eroded by etching. This operation is performed in each of the directions XX, YY of the first and second degrees of freedom, as shown in FIG. Allows the structural element SE to be at least partially released from any contact in the direction of the gap with respect to any adjacent add-on structure, and of course with respect to the substrate S.

第1の犠牲層CS1上でのエッチングによる腐食が、一方では、構造要素SEの下方の、および、特に特定の材料SMの層の下方のその犠牲層の厚さに相当する空間を自由にするということが理解されるであろうし、この自由にされた空間は図1aのポイントe)においてφで示されている。 Etching erosion on the first sacrificial layer CS 1 on the one hand frees up space corresponding to the thickness of the sacrificial layer below the structural element SE and in particular below the layer of the particular material SM. It will be understood that this freed space is indicated by φ in FIG. 1a at point e).

こうして、本発明が関係する方法が、その幅dgが第2の犠牲層の厚さに実質的に等しい側方ギャップ(「gap」で示されている)の形成を可能にするということが理解されるだろう。 Thus, the method to which the present invention pertains allows the formation of a lateral gap (denoted “gap”) whose width d g is substantially equal to the thickness e of the second sacrificial layer. Will be understood.

本発明が関係する方法は、その注目に値する側面において、第2の犠牲層CS2の厚さが第2の犠牲層を形成するための方法のパラメータの選択によって、および、特に、その犠牲層を酸化ケイ素によって形成される時の酸化プロセスのパラメータの選択によって直接的に調整することが可能なので、特に有効であると思われる。上述のパラメータは、上述の構造要素SEを構成するポリシリコンの酸化の物理的パラメータに関係するだけでなく、第2の犠牲層CS2を形成する結果的に生じる酸化ケイ素を形成するのに要する時間にも関係する。 The method to which the present invention relates is, in its notable aspect, that the thickness e of the second sacrificial layer CS 2 depends on the selection of the parameters of the method for forming the second sacrificial layer and in particular its sacrificial It appears to be particularly effective because it can be adjusted directly by the choice of parameters of the oxidation process when the layer is formed by silicon oxide. The above parameters are not only related to the physical parameters of the oxidation of the polysilicon that constitutes the structural element SE described above, but are also required to form the resulting silicon oxide forming the second sacrificial layer CS 2. Also related to time.

こうした条件の下では、第2の犠牲層を、0.1μm未満の予め決められた厚さを有するように形成することが可能であるということが指摘されなければならない。   It should be pointed out that under these conditions, the second sacrificial layer can be formed to have a predetermined thickness of less than 0.1 μm.

当然のことながら、本発明が関係する方法は、最も一般的な場合の形で図1aに示されている。   Of course, the method to which the present invention pertains is shown in FIG. 1a in the most general case form.

しかし、この方法の工業上での使用の視点からは、図1aに示されているステップa)とステップb)とを省略することが可能であり、この場合にはステップc)、d)、e)がマイクロシステム構造の半加工状態(blank)に対して行われる。図1bに示されている通りの半加工状態は、第1の犠牲層CS1で被覆されている基板Sと、第1の犠牲層の上に形成されておりかつ2つの自由度を有する可動アドオン構造を構成する構造要素SEとを備える。この構造要素SEの面の1つは、第1の犠牲層CS1と接触している。 However, from the point of view of industrial use of this method, step a) and step b) shown in FIG. 1a can be omitted, in which case steps c), d), e) is performed on the blank of the microsystem structure. The semi-processed state as shown in FIG. 1b is a substrate S covered with a first sacrificial layer CS 1 and a movable formed on the first sacrificial layer and having two degrees of freedom. And a structural element SE constituting the add-on structure. One surface of this structural element SE is in contact with the first sacrificial layer CS 1 .

特に、上述の半加工状態が大規模に生産されることが可能であるということと、したがって、図1aのステップc),d)、e)に相当する図1bに示されているステップc)、d),e)を行うことによって、マイクロシステム構造を大量生産することが可能であるということが理解されるであろう。   In particular, the above-mentioned semi-processed state can be produced on a large scale, and thus step c) shown in FIG. 1b corresponding to steps c), d), e) of FIG. 1a. It will be understood that by performing steps d) and e), it is possible to mass produce microsystem structures.

一般的に、第1の犠牲層CS1と第2の犠牲層CS2とが実質的に同一の性質の材料で構成されているということが指摘されなければならない。特に、基板Sがケイ素基板であり、かつ、構造要素SEがポリシリコンで作られている時には、第1および第2の犠牲層が酸化ケイ素によって構成されていることが有利である。 In general, it should be pointed out that the first sacrificial layer CS 1 and the second sacrificial layer CS 2 are made of substantially the same material. In particular, when the substrate S is a silicon substrate and the structural element SE is made of polysilicon, it is advantageous that the first and second sacrificial layers are composed of silicon oxide.

こうした条件の下では、第2の犠牲層CS2をエッチングし、その次に第1の犠牲層CS1をエッチングすることによる腐食のステップが、例えば等方性エッチングによって、実質的に連続的に行われることが可能であり、この腐食の条件、すなわち、腐食の速度と、エッチングの条件だけを、例えば、この方法の特定の特異性に応じて調節することが可能である。 Under these conditions, the step of erosion by etching the second sacrificial layer CS 2 and then the first sacrificial layer CS 1 is performed substantially continuously, for example by isotropic etching. Only the conditions of this corrosion, i.e. the rate of corrosion and the conditions of the etching, can be adjusted, for example, depending on the specific specificity of the method.

同様に、基板Sがケイ素で構成されている時には、基板上に第1の犠牲層CS1を付着させるか又は形成する操作が、予め決められた厚さの酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることにあることが有利であり、この厚さは、図1aまたは図1bのポイントe)における自由にされた区域(φで示されている)を構成するように、数マイクロメートル程度であることが可能である。 Similarly, when the substrate S is composed of silicon, the operation of depositing or forming the first sacrificial layer CS 1 on the substrate causes a predetermined thickness of the silicon oxide layer to grow by oxidation. It is particularly advantageous that this thickness is of the order of a few micrometers so as to constitute a freed area (indicated by φ) in point e) of FIG. Is possible.

最後に、少なくとも1つの他のアドオン構造を構成する特定の材料SMを、ポリシリコン、電極を構成するための金属、ケイ素化合物、エポキシ樹脂等のような様々な材料で形成してもよい。特に、可動構造を構成する構造要素SEに隣接している1つまたは複数のアドオン構造は、上述の側方ギャップによって構造要素SEから隔離されているので、それ自体では固定されていてもよく、または、場合によっては移動可能であってもよい。   Finally, the specific material SM constituting at least one other add-on structure may be formed of various materials such as polysilicon, metal for constituting the electrode, silicon compound, epoxy resin and the like. In particular, the one or more add-on structures adjacent to the structural element SE constituting the movable structure may be fixed by themselves because they are separated from the structural element SE by the lateral gap described above, Or, in some cases, it may be movable.

次では、図1bに示されているような本発明が関係する方法の工業上の利用の詳細な説明を図2に関連付けて行う。   In the following, a detailed description of the industrial application of the method to which the present invention relates as shown in FIG. 1b will be given in connection with FIG.

図2では、同一のステップの参照符号が図1bまたは図1aに関連して上述したステップと同じステップを表し、および、これらのステップの参照符号に関連している個々の添え字が特定のサブステップを示す。   In FIG. 2, reference numerals for the same steps represent the same steps as those described above with reference to FIG. 1b or FIG. 1a, and the individual subscripts associated with the reference numerals for these steps are specific sub- Steps are shown.

したがって、図1bに示されている半加工状態と同様の半加工状態から開始して、本発明が関係する上述の方法は、3つのステップc)、d)、e)のシーケンスを実施する。   Thus, starting from a semi-machined state similar to that shown in FIG. 1b, the above-described method to which the present invention pertains performs a sequence of three steps c), d), e).

しかし、例えば、図1aまたは図1bのステップd)に示されている中間構造を実現するために、幾つかの方法が使用されてよい。特に、上述のステップが、例えば固定電極を構成する、構造要素SEに隣接している構造を付着させて平坦化するプロセスに相当するということを思い出すであろう。   However, several methods may be used, for example, to realize the intermediate structure shown in step d) of FIG. 1a or FIG. 1b. In particular, it will be recalled that the steps described above correspond to a process of depositing and planarizing the structure adjacent to the structural element SE, for example constituting a fixed electrode.

上述の方法の中では、機械化学的研磨、樹脂による単純な平坦化、または、樹脂による平坦化と選択的な腐食とを取り上げることができる。   Among the methods described above, mechanical chemical polishing, simple planarization with resin, or planarization with resin and selective corrosion can be taken up.

上述の最後の方法は、可動構造要素SEの厚さep1と、例えば電極のような固定構造であるその他の隣接するアドオン構造を形成する層(SM1で示されている)の厚さep2とに無関係に適用されることが可能なので、最も一般的である。 The last method described above consists in the thickness ep 1 of the movable structural element SE and the thickness ep of the layer (indicated by SM 1 ) forming other adjacent add-on structures which are fixed structures, for example electrodes. The most common because it can be applied independently of 2 .

本発明が関係する方法を実施するためのステップのシーケンスが図2に関連して次に説明することが、樹脂による平坦化と選択的な腐食という上述の方法に関連している。   The sequence of steps for carrying out the method to which the present invention relates will now be described in connection with FIG. 2 in connection with the above method of resin flattening and selective corrosion.

上述の図を参照して、この説明の中で上述されているような半加工状態が考察され、この半加工状態は、構造要素SEを形成しかつ第1の犠牲層CS1の上方に位置している厚さe1の構造材料の第1の層を備える。その次に、SEのような構造要素が、第1のフォトリソグラフィーとエッチング操作とによって画定される。この画定は、後で貯蔵されかつ図1bまたは図2に示されているような半加工状態が得られることを可能にする酸化ケイ素の厚いマスクから開始する形で行われるが、しかし、上述の半加工状態は、単一の構造要素SEの画定に限定されている。酸化ケイ素の厚いマスクがOMで示されており、構造要素SE上に重ねられている。 With reference to the above-mentioned figures, a semi-machined state as described above in this description is considered, which half-machined state forms the structural element SE and is located above the first sacrificial layer CS 1. A first layer of structural material having a thickness e 1 . Then, a structural element such as SE is defined by a first photolithography and etching operation. This definition takes place starting from a thick mask of silicon oxide that allows it to be stored later and to obtain a semi-processed state as shown in FIG. 1b or FIG. The semi-machined state is limited to the definition of a single structural element SE. A thick mask of silicon oxide is shown in OM and is superimposed on the structural element SE.

上述の半加工状態から開始して、ステップc)が、例えば、図1bに示されているステップによって実施される。   Starting from the semi-processed state described above, step c) is carried out, for example, by the steps shown in FIG. 1b.

このステップの途上で、構造要素SEの側面が、側方の第2の犠牲層CS2を形成するために酸化され、この第2の犠牲層CS2の厚さe=dgは、図2でポイントc)に示されているような所望のナノメートル単位のギャップの値を正確に画定する。 In the course of this step, the side surface of the structural element SE is oxidized to form a second sacrificial layer CS 2 lateral thickness e = d g of the second sacrificial layer CS 2 is 2 Accurately define the desired nanometer gap value as shown at point c).

その次に、図2に示されているように、アセンブリのための、特に、構造要素SEと第2の犠牲層CS2とのための適切な被覆を形成するように、サブステップd1)における厚さep2の第2の構造層の付着によって、ステップd)が行われる。この第2の構造層はSM1として示されている。この操作は、図2のステップd1)で表されている。その次に、アセンブリが、サブステップd1)で得られた段の高さを実質的に覆うように、保護層を形成する十分に厚い樹脂の付着によって保護され、この操作はサブステップd2)に表されており、第2のレベルの構造材料を平坦化する操作に相当する。この樹脂は図2のポイントd2)にSM2として表されている。特に、サブステップd2)が、その段の高さが初めて実質的に減少させられるという意味で第1の平坦化を可能にするということが理解されるだろう。 Then, as shown in FIG. 2, sub-step d 1 ) so as to form a suitable coating for the assembly, in particular for the structural element SE and the second sacrificial layer CS 2. Step d) is performed by depositing a second structural layer of thickness ep 2 at. This second structural layer is shown as SM 1 . This operation is represented by step d 1 ) in FIG. The assembly is then protected by depositing a sufficiently thick resin to form a protective layer so as to substantially cover the step height obtained in substep d 1 ), this operation being performed in substep d 2. ) And corresponds to the operation of planarizing the second level structural material. The resin is represented as SM 2 points d 2) of FIG. In particular, it will be appreciated that sub-step d 2 ) allows a first planarization in the sense that the step height is substantially reduced for the first time.

以下のステップが図1bまたは図1aのステップe)である、エッチングおよび腐食ステップに実質的に一致する。   The following steps substantially correspond to the etching and corrosion steps, step e) of FIG. 1b or FIG. 1a.

その目的のために、厚い樹脂の保護層が、構造要素すなわち構造要素SEが被覆されている場所においてだけ構造材料SM1に穴を形成するようにエッチングされる。材料SM1と保護層SM2との間の選択的な異方性エッチングプロセスから開始して、第2の構造レベルSM1が、酸化ケイ素、すなわち、構造要素SEの上方に位置している酸化ケイ素の厚いマスクOMと面一になるまで平坦化される。酸化ケイ素によって形成される上述の厚いマスクは、図2のポイントe2)に表されている腐食の終了を表示する手段としての役割を果たす。 For that purpose, a thick resin protective layer is etched to form holes in the structural material SM 1 only where the structural element, ie the structural element SE, is covered. Starting from a selective anisotropic etching process between the material SM 1 and the protective layer SM 2 , the second structural level SM 1 is oxidized above the silicon oxide, ie the structural element SE It is planarized until it is flush with the thick silicon mask OM. The above-mentioned thick mask formed by silicon oxide serves as a means for indicating the end of the corrosion represented by point e 2 ) in FIG.

その次に、サブステップe2)の後にサブステップe3)が続き、このサブステップe3)では、ステップe3)において保護層すなわち材料SM2が取り除かれ、その次に、材料SM1が、マスキングとエッチングとによるフォトリソグラフィーの第2のステップによって、その他のアドオン要素を形成するアドオン要素として画定される。その他のアドオン要素は図2にステップe3)において示されている。 The next sub-step e 3) is followed by substep e 2), in the sub-step e 3), step e 3) protective layer or material SM 2 is removed in, the next, the material SM 1 is The second step of photolithography by masking and etching is defined as add-on elements that form other add-on elements. The other add-on elements are shown in step e 3 ) in FIG.

その次に、可動要素を形成する構造要素SEは、図1bと図1aとに関連して上述したように、厚い酸化ケイ素マスクOMと、犠牲層CS2と、その次の犠牲層CS1とを選択的にエッチングすることによって、および、例えば図2のサブステップe4)に示されているように、電極として作用する隣接の構造に対して幅dgのナノメートル単位の側方ギャップによって隔離されている可動構造すなわち構造SEを自由にすることによって、その他のアドオン要素から隔離される。 Subsequently, the structural element SE forming the movable element is a thick silicon oxide mask OM, a sacrificial layer CS 2 and a subsequent sacrificial layer CS 1 , as described above in connection with FIGS. 1b and 1a. And by a lateral gap in nanometers of width d g relative to the adjacent structure acting as an electrode, for example as shown in sub-step e 4 ) of FIG. It is isolated from other add-on elements by freeing the isolated movable structure or structure SE.

したがって、本発明が関係する方法は、上述の2つのマスキングレベルと、適度な分解能を有する、すなわち、1μmより高い分解能を有するリソグラフィー手段とを使用するだけである。さらに、自動位置合せ電極を有するナノメートル単位の側方ギャップを有する可動構造を形成するためには、非常に厳密な位置合せを使用する必要はなく、必要とされる位置合せは2μmよりも大きい。このことは、特に、側方電極によって起動される共振ビームの形成の場合に当てはまる。   The method to which the present invention relates therefore only uses the two masking levels mentioned above and lithographic means with a moderate resolution, ie with a resolution higher than 1 μm. Furthermore, in order to form a movable structure with a lateral gap in nanometers with self-aligning electrodes, it is not necessary to use very exact alignment and the alignment required is greater than 2 μm. . This is especially true in the case of the formation of a resonant beam activated by a side electrode.

本発明が関係する方法は、当然のことながら、他の応用例に関しては任意の数の構造レベルに適用可能である。したがって、この方法は、選択されたギャップ値には無関係に、100nmから15μmまで変化する材料の厚さに関して、ギャップ距離が10nmから1μmの範囲内である側方ギャップの形成を可能にする。   The method with which the present invention is concerned is of course applicable to any number of structural levels for other applications. Thus, this method allows the formation of lateral gaps with gap distances in the range of 10 nm to 1 μm for material thicknesses varying from 100 nm to 15 μm, regardless of the selected gap value.

本発明が関係する方法は、図3に示されているようなマイクロシステム構造を構成する基板S上のアドオン構造の工業的規模での使用と生産を可能にする。   The method to which the present invention pertains enables industrial scale use and production of add-on structures on a substrate S that constitutes a microsystem structure as shown in FIG.

このマイクロシステム構造は、この説明において後述されるように、全てのタイプのマイクロシステム素子を生産するために使用することが可能である。   This microsystem structure can be used to produce all types of microsystem elements, as will be described later in this description.

図3を参照すると、本発明の主題による任意のマイクロシステム構造のどれもが、基板S上のアドオン構造の中で、少なくとも1つの、可動構造を構成するアドオン構造、すなわち、構造要素SEを含むということを思い出すであろう。   Referring to FIG. 3, any of the microsystem structures according to the present inventive subject matter includes at least one add-on structure on the substrate S that constitutes a movable structure, ie, a structural element SE. You will remember that.

この構造要素は、基板Sに対して、この説明の中で上述した方向XXと方向YYにおける2つの自由度を有する。   This structural element has two degrees of freedom with respect to the substrate S in the directions XX and YY described above in this description.

その他のアドオン構造SMの少なくとも1つが基板Sに対して固定され機械的に取り付けられている。本発明が関係するマイクロシステム構造の第1の注目に値する側面では、この構造は、基板Sとアドオン構造SE、SMとの間の機械的連結を実現する中間層CS1を含み、この中間層CS1は、そのアドオン構造の少なくとも1つ(特に、可動構造を構成する構造要素SE)と基板Sとの間において少なくも部分的に、および、場合によっては、可動構造SMの一方または他方と基板Sとの間において少なくとも部分的に、エッチングされて取り除かれる。 At least one of the other add-on structures SM is fixed to the substrate S and mechanically attached. In a first noteworthy aspect of the microsystem structure to which the present invention pertains, this structure comprises an intermediate layer CS 1 which realizes the mechanical connection between the substrate S and the add-on structures SE, SM, and this intermediate layer CS 1 is at least partly between at least one of its add-on structures (particularly the structural element SE constituting the movable structure) and the substrate S, and possibly with one or the other of the movable structure SM. Etching is removed at least partially between the substrate S and the substrate S.

最後に、特に注目に値する形で、本発明が関係するマイクロシステム構造は、可動構造すなわち構造要素SEをその他のアドオン構造から第2の自由度の方向すなわち上述の方向XXに隔離する少なくとも1つの側方ギャップを有する。   Finally, in a particularly noteworthy manner, the microsystem structure to which the present invention pertains is at least one that isolates the movable structure, ie the structural element SE, from the other add-on structures in the second degree of freedom direction, ie the above-mentioned direction XX. Has a lateral gap.

図3は、非限定的な仕方で、2つの側方ギャップe1=dgとe2=dgを示し、この側方ギャップの各々は、第2の自由度の方向XXに、0.1μmよりも小さい直線寸法を有する。 FIG. 3 shows, in a non-limiting manner, two lateral gaps e 1 = d g and e 2 = d g , each of the lateral gaps in the second degree of freedom direction XX, 0. It has a linear dimension smaller than 1 μm.

中間層CS1は、例えば、1μmから10μmの予め決められた厚さを有する犠牲層である。犠牲層が例えば化学的腐食によって腐食されエッチングされることが可能な層であることが思い出されるであろう。 The intermediate layer CS 1 is a sacrificial layer having a predetermined thickness of 1 μm to 10 μm, for example. It will be recalled that the sacrificial layer is a layer that can be etched and etched, for example by chemical erosion.

次に、図3に示されているような、本発明の主題によるマイクロシステム構造から開始するマイクロシステムの具体的な2つの使用例を、図4と図5とに関連して説明する。   Two specific use cases of a microsystem starting from a microsystem structure according to the present inventive subject matter as shown in FIG. 3 will now be described in connection with FIGS.

図4は、図3に示されているようなマイクロシステム構造の使用によって得られる振動ビームマイクロ共振器を示す。   FIG. 4 shows an oscillating beam microresonator obtained by using a microsystem structure as shown in FIG.

図4は、その振動ビームが基準VBを持つということと、その縦方向の対称の平面が図4にpp′で示されているその線によって表されているということとを示す。   FIG. 4 shows that the oscillating beam has a reference VB and that its longitudinally symmetric plane is represented by the line indicated by pp ′ in FIG.

従来通りの仕方で、振動ビームVBは、ANC1とANC2で示されている第1および第2の固定具によって基板に締め付け固定されている。第1および第2の側方ギャップの各々が、振動ビームVBの側方端縁と、それぞれにE1、E2で示されている第1および第2の電極の側方端縁との間に形成されている。図3を参照すると、したがって、その側方ギャップがe1とe2で示されているということが思い出されるであろう。 In a conventional manner, the vibration beam VB is clamped and fixed to the substrate by first and second fixtures indicated by ANC 1 and ANC 2 . Each of the first and second lateral gaps is between the lateral edge of the oscillating beam VB and the lateral edges of the first and second electrodes, indicated respectively by E 1 and E 2. Is formed. Referring to FIG. 3, it will therefore be recalled that the lateral gap is indicated by e 1 and e 2 .

図4に示されているような限定された振動ビームを有するマイクロ共振器を、次の寸法で使用した。
長さ=30μm
幅=2μm
厚さ=2μm
A microresonator with a limited oscillating beam as shown in FIG. 4 was used with the following dimensions:
Length = 30μm
Width = 2μm
Thickness = 2μm

次に、ラメ(Lame)モードマイクロ共振器と呼ばれるマイクロ共振器の使用の別の例を、図5に関連付けて説明する。   Next, another example of the use of a microresonator called a lame mode microresonator will be described with reference to FIG.

上述の図を参照すると、このラメモードマイクロ共振器が、本発明の主題による図3に示されているようなマイクロシステム構造を有することが理解できる。   Referring to the above figures, it can be seen that this lame mode microresonator has a microsystem structure as shown in FIG. 3 according to the inventive subject matter.

このマイクロシステム構造は、基板Sの表面に対して直角の軸YY′の交差によって具体化されている、Cで示されている対称中心に関して対称である。このマイクロシステム構造は実質的に正方形の振動プレートVPを備え、対称中心Cはこのプレートの中心に位置しており、および、このプレートは、その各頂点において中間層によって基板Sに固定されており、この固定箇所がANC1、ANC2、ANC3,ANC4で示されている。 This microsystem structure is symmetric with respect to the center of symmetry indicated by C, which is embodied by the intersection of axes YY ′ perpendicular to the surface of the substrate S. The microsystem structure comprises a substantially square vibrating plate VP, the symmetry center C is located at the center of the plate, and the plate is fixed to the substrate S by an intermediate layer at each apex thereof. These fixing points are indicated by ANC 1 , ANC 2 , ANC 3 , ANC 4 .

図5に示されているように、ラメモードマイクロ共振器は、振動プレートVPの側方端縁の1つと、E1、E2、E3、E4で示されている側方電極の隣接端縁との間に各々が形成されており、かつ、振動プレートVPの側方端縁の1つに各々が関連付けられている、4つの側方ギャップを備える。これらの側方ギャップはe1、e2、e3、e4で示されている。 As shown in FIG. 5, the lame mode microresonator is adjacent to one of the lateral edges of the vibrating plate VP and the lateral electrodes indicated by E 1 , E 2 , E 3 , E 4. There are four lateral gaps, each formed between the edge and each associated with one of the side edges of the vibration plate VP. These lateral gaps are indicated by e 1 , e 2 , e 3 , e 4 .

図5に関して使用される実施形態では、振動プレートVPが、約35μmの長さを有する側方端縁すなわち辺を有することが理解できる。   In the embodiment used with respect to FIG. 5, it can be seen that the vibrating plate VP has side edges or sides having a length of about 35 μm.

全ての場合において、図4と図5に示されているような限定された振動ビームを有するマイクロ共振器またはラメモードマイクロ共振器が使用されるかどうかに関わりなく、上述の側方ギャップの値は実質的に80nmに等しかった。   In all cases, the value of the lateral gap described above is used regardless of whether a microresonator or lame mode microresonator with a limited oscillating beam as shown in FIGS. 4 and 5 is used. Was substantially equal to 80 nm.

本発明が関係する方法は、側方ギャップが1μmよりも著しく小さい、および、特に0.1μmよりも著しく小さい、特に高い性能を有するマイクロシステム構造の使用を可能にする。   The method to which the present invention pertains allows the use of microsystem structures with a particularly high performance with lateral gaps significantly smaller than 1 μm and in particular significantly smaller than 0.1 μm.

一般的に、任意のタイプの素子が、上述のマイクロシステム構造から開始して使用できる。   In general, any type of device can be used starting from the microsystem structure described above.

本発明が関係する方法は、SOIタイプの基板から開始するマイクロシステム構造の生産に特によく適合していると考えられ、このSOIはシリコンオンインシュレータ(Silicon On Insulator)の略語であり、このSOIでは、基板は単結晶質ケイ素で構成されており、SOIの絶縁酸化物が第1の犠牲層CS1を構成する。 The method to which the present invention relates is considered to be particularly well suited for the production of microsystem structures starting from SOI type substrates, which is an abbreviation for Silicon On Insulator, The substrate is made of monocrystalline silicon, and the insulating oxide of SOI constitutes the first sacrificial layer CS 1 .

この出願は、数ナノメートルの範囲内の精度を有するポジショニングシステムと、ナノメートル範囲内の物体の把持と、ゼロバイアス共振器と、ナノ共振器と呼ばれる超高周波共振器とを目的とした。   This application aimed at a positioning system with an accuracy in the range of a few nanometers, gripping an object in the nanometer range, a zero-bias resonator and an ultra-high frequency resonator called a nanoresonator.

本発明が関係する方法の連続した各ステップを実施するための略図を示したものである。Fig. 2 shows a schematic diagram for carrying out each successive step of the method to which the present invention pertains. 基本的なステップが例えば工業的規模で使用するためにマイクロエレクトロニクス構造の半加工状態に適用される、本発明が関係する方法の変形例の連続したステップを実施するための略図を示したものである。Fig. 4 shows a schematic for implementing successive steps of a variant of the method to which the present invention is applied, wherein the basic steps are applied to a semi-processed state of a microelectronic structure, for example for use on an industrial scale. is there. 図1bに示されている変形例において本発明の主題を形成する方法の各ステップの実施の詳細な例を示したものである。Fig. 1b shows a detailed example of the implementation of the steps of the method forming the subject of the present invention in the variant shown in Fig. Ib. 本発明の主題によるマイクロシステム構造の斜視図を示したものである。1 shows a perspective view of a microsystem structure according to the present subject matter. 側方の振動ビームを有しかつ図3に示されている通りの本発明の主題によるマイクロシステム構造を組み入れているマイクロ共振器の概要を示したものである。Fig. 4 shows an overview of a microresonator having a lateral oscillating beam and incorporating a microsystem structure according to the present inventive subject matter as shown in Fig. 3; 図3に示されている本発明の主題によるマイクロシステム構造を組み入れているラメモードマイクロ共振器の概要を示したものである。Fig. 4 shows an overview of a lame mode microresonator incorporating a microsystem structure according to the inventive subject matter shown in Fig. 3;

Claims (12)

基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する方法であって、前記アドオン構造は、前記基板に対する2つの自由度、すなわち、前記基板に対して実質的に垂直な方向における第1の自由度と、前記基板に対して実質的に平行でありかつ前記ギャップの方向に対して実質的に平行である方向における第2の自由度とを有する少なくとも1つの可動アドオン構造を備えた側方ギャップを形成する方法であって、
a)予め決められた厚さの第1の犠牲層を前記基板の表面上に付着させ、
b)2つの自由度を有する少なくとも1つの可動アドオン構造を構成する構造要素であって、その面の1つが前記第1の犠牲層と接触している構成要素を前記第1の犠牲層の上に形成し、
c)前記構造要素の自由表面を、前記側方ギャップの直線寸法に実質的に等しい予め決められた厚さを有する第2の犠牲層で被覆し、
d)前記第1の犠牲層の前記自由部分と、前記ギャップの方向に対して直角の前記第2の犠牲層の自由表面とを、少なくとも1つの他のアドオン構造を構成する特定の材料の層で被覆し、
e)前記少なくとも1つの他のアドオン構造と前記基板とに対して、前記構造要素を前記第1および第2の自由度の方向それぞれと前記ギャップの方向とにおいてあらゆる接触から少なくとも部分的に自由にするように、前記構造要素の下方の位置かつ前記特定の材料の層の下方の位置において、前記第2および第1の自由度の方向に延びる前記第2の犠牲層をエッチングによって腐食し、次に、前記第1および第2の自由度の方向に延びる前記第1の犠牲層をエッチングによって腐食し、このことが、前記第2の犠牲層の厚さに実質的に等しい幅を有する側方ギャップが形成されることを可能にする、
ことを特徴とする方法。
A method of forming a lateral gap between add-on structures on a surface of a substrate, wherein the add-on structure has two degrees of freedom relative to the substrate, i.e., in a direction substantially perpendicular to the substrate. At least one movable add-on structure having one degree of freedom and a second degree of freedom in a direction that is substantially parallel to the substrate and substantially parallel to the direction of the gap. A method for forming a lateral gap, comprising:
a) depositing a first sacrificial layer of a predetermined thickness on the surface of the substrate;
b) A structural element constituting at least one movable add-on structure having two degrees of freedom, wherein one of its faces is in contact with the first sacrificial layer above the first sacrificial layer. Formed into
c) coating the free surface of the structural element with a second sacrificial layer having a predetermined thickness substantially equal to the linear dimension of the lateral gap;
d) a layer of a specific material that constitutes at least one other add-on structure with the free portion of the first sacrificial layer and the free surface of the second sacrificial layer perpendicular to the direction of the gap. Coated with
e) With respect to the at least one other add-on structure and the substrate, the structural element is at least partially free from any contact in each of the first and second degrees of freedom direction and in the direction of the gap. The second sacrificial layer extending in the direction of the second and first degrees of freedom is etched away at a position below the structural element and below the layer of the specific material by etching. The first sacrificial layer extending in the direction of the first and second degrees of freedom is eroded by etching, which has a width substantially equal to the thickness of the second sacrificial layer. Allowing gaps to be formed,
A method characterized by that.
請求項1に記載の方法であって、該方法はマイクロシステム構造の半加工状態に対して前記ステップc)、d)、e)を連続して行い、前記半加工状態は、前記第1の犠牲層で被覆されている基板を含み、および、その第1の犠牲層上に形成されておりかつ前記少なくとも1つの可動アドオン構造を構成するようになっている前記構造要素は2つの自由度を有し、前記構造要素の面の1つは、前記犠牲層と接触していることを特徴とする方法。   The method according to claim 1, wherein the steps c), d), and e) are continuously performed on a half-processed state of a microsystem structure, and the half-processed state is the first processed state. The structural element comprising a substrate coated with a sacrificial layer and formed on the first sacrificial layer and adapted to constitute the at least one movable add-on structure has two degrees of freedom. And wherein one of the surfaces of the structural element is in contact with the sacrificial layer. 前記第2の犠牲層は0.1μm未満の厚さを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, characterized in that the second sacrificial layer has a thickness of less than 0.1 m. 前記第1および第2の犠牲層は同一の材料で構成されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second sacrificial layers are made of the same material. ケイ素で構成されている基板の場合に、前記基板上に前記第1の犠牲層を付着させる操作が、予め決められた厚さの酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。   In the case of a substrate composed of silicon, the step of depositing the first sacrificial layer on the substrate is characterized in that a layer of silicon oxide of a predetermined thickness is grown by oxidation. Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4. ケイ素、ポリシリコン、または、ケイ素化合物によって形成されているグループに属する材料で構成されている前記可動アドオン構造を構成する構造要素の場合に、予め決められた厚さの第2の犠牲層で前記構造要素の自由表面を被覆する操作が、前記側方ギャップの幅に実質的に等しい厚さを有する酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。   In the case of a structural element constituting the movable add-on structure made of a material belonging to the group formed by silicon, polysilicon, or silicon compound, the second sacrificial layer having a predetermined thickness 6. The operation of coating a free surface of a structural element, characterized in that a layer of silicon oxide having a thickness substantially equal to the width of the lateral gap is grown by oxidation. The method according to item. 前記酸化ケイ素の層の厚さは、前記酸化ケイ素の層の成長時間によって調節されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the thickness of the silicon oxide layer is adjusted according to a growth time of the silicon oxide layer. 少なくとも1つの他のアドオン構造を構成する前記特定の材料は、ポリシリコン、金属、ケイ素化合物、エポキシ樹脂によって形成されているグループに属する材料によって構成されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。   The specific material constituting at least one other add-on structure is constituted by a material belonging to a group formed by polysilicon, metal, silicon compound, epoxy resin, or the like. The method according to any one of 7 above. 基板上のアドオン構造を備えるマイクロシステム構造であって、前記アドオン構造の1つ、すなわち、可動構造が、前記基板に対する2つの自由度、すなわち、前記基板に対して実質的に垂直な方向における第1の自由度と、前記基板に対して実質的に平行な方向における第2の自由度とを有し、その他のアドオン構造の少なくとも1つが、前記基板に固定されかつ機械的に取り付けられているマイクロシステム構造であって、
前記基板と前記アドオン構造との間の機械的連結を行う中間層であって、前記可動構造を構成する前記アドオン構造の少なくとも1つと前記基板との間において少なくとも部分的にエッチングされて取り除かれている中間層と、
前記第2の自由度の方向において前記他のアドオン構造から前記可動構造を隔離する少なくとも1つの側方ギャップであって、0.1μmよりも小さい直線寸法を、前記第2の自由度の方向において有する側方ギャップと、
を備えることを特徴とするマイクロシステム構造。
A micro-system structure comprising an add-on structure on a substrate, wherein one of the add-on structures, i.e. the movable structure, has two degrees of freedom relative to the substrate, i.e. in a direction substantially perpendicular to the substrate. One degree of freedom and a second degree of freedom in a direction substantially parallel to the substrate, at least one of the other add-on structures being fixed and mechanically attached to the substrate. A microsystem structure,
An intermediate layer providing a mechanical connection between the substrate and the add-on structure, and is at least partially etched and removed between at least one of the add-on structures constituting the movable structure and the substrate; A middle layer,
At least one lateral gap that isolates the movable structure from the other add-on structure in the direction of the second degree of freedom, wherein the linear dimension is less than 0.1 μm in the direction of the second degree of freedom. Having lateral gaps,
A microsystem structure characterized by comprising:
前記中間層は、1μmから10μmまでの予め決められた厚さを有する犠牲層であることを特徴とする、請求項9に記載の構造。   The structure of claim 9, wherein the intermediate layer is a sacrificial layer having a predetermined thickness of 1 μm to 10 μm. 振動ビームを有するマイクロ共振器であって、請求項9または10に記載のマイクロシステム構造を有し、前記マイクロシステム構造は、前記振動ビームの縦方向の対称平面に関する対称性と、前記振動ビームの側方端縁と第1および第2の電極の側方端縁のそれぞれとの間に各々が形成されている第1および第2の側方ギャップとを有することを特徴とするマイクロ共振器。   A microresonator having an oscillating beam, comprising the microsystem structure according to claim 9 or 10, wherein the microsystem structure has a symmetry with respect to a longitudinal symmetry plane of the oscillating beam, and A microresonator having first and second side gaps each formed between a side edge and each of side edges of first and second electrodes. ラメモードマイクロ共振器であって、請求項9または10に記載のマイクロシステム構造を有し、前記マイクロシステム構造は対称中心に関して対称であり、
前記対称中心を中心として位置しておりかつ前記中間層によってその頂点において前記基板に固定されている実質的に四角形の振動プレートと、
前記振動プレートの前記側方端縁の1つと、前記振動プレートの前記側方端縁の1つに関連している側方電極の隣接する端縁との間に各々が形成されている4つの側方ギャップ
とを備えることを特徴とするラメモードマイクロ共振器。
A lame-mode microresonator, comprising the microsystem structure according to claim 9 or 10, wherein the microsystem structure is symmetric about a center of symmetry;
A substantially square vibrating plate located about the center of symmetry and secured to the substrate at the apex by the intermediate layer;
Four each formed between one of the side edges of the vibration plate and an adjacent edge of a side electrode associated with one of the side edges of the vibration plate A lame-mode microresonator comprising a side gap.
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