JP2007307697A - コーム構造の製造方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのための垂直コーム構造体に要求される狭い歯の間隔の許容精度を達成する製造方法を提供する。
【解決手段】歯の構造体１６，１８が第１のウェハ１２上に形成される。次いで、第２のウェハ１４が、第１のウェハ１２の歯の構造体１６，１８と接合される。歯の構造体１６，１８は、次いで、コーム構造体を形成するためにリリースされる。第１のウェハ１２上に歯の構造体１６，１８を形成することは、第１のウェハ１２上に歯の構造体１６，１８を生成するための酸化、フォトリソグラフィー、エッチング、エピタキシー、および、化学機械的研磨を使用することを含む。
【選択図】図２Ｇ

Description

微小電子機械システム（micro electro mechanical systems）（ＭＥＭＳ）デバイスの製造一般的に周知であり、異なる用途で使用される種々のデバイスがあり、それらのデバイスを作る種々の方法がある。

ＭＥＭＳデバイスを製造する方法の例として、Ｓｃａｌｆ等による「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｍｂｄｒｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ（微小電子機械コームドライブデバイスを製造する方法）」と名付けられた米国特許第６，９２５，７１０号に包含されたＭＥＭＳデバイスを製造する方法があり、リファレンスとしてここに組み入れる。Ｌｅｏｎａｒｄｓｏｎによる「Ｓｍａｌｌ Ｓｉｚｅ， Ｈｉｇｈ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ＲＥＡＤＯＵＴ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｂａｓｅｄ ＭＥＭＳ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ（小型、高キャパシタンスの読み出しシリコンベースＭＥＭＳ加速度計）」と名付けられた米国特許第６，７０５，１６６号に包含されたＭＥＭＳデバイスの例もリファレンスとしてここに組み入れる。

Ｌｅｏｎａｒｄｓｏｎの加速度計は、環状のサスペンション部材によって吊り下げられ、間隔が隔てられた歯形の電極（即ち、コーム構造）を備えたプルーフマスを有する容量ピックオフ力（pick-off force）センサを提供することにより大きな重力（Ｇ）ショック環境で作動することができる大きなＧ入力レンジにおいて高いピックオフ感度を備えた高価でない力測定デバイスを提供する。

Ｌｅｏｎａｒｄｓｏｎの加速度計のコーム構造を製造する現在の方法のある制限は、各々が歯形の電極を含むプルーフマスおよび分離されたカバープレートを製造する実装であり、次いで、プルーフマスおよびカバープレートを機械的に組み立てる。この方法は、プルーフマスの歯と、カバープレートの受け側と（逆もまた同様である。）の機械的なアライメントを要求する。この方法における機械的な組立は、カバープレートの電極と隣接するプルーフマスの電極との間の狭い許容度を達成することができるが、コームドライブデバイスに関して必要とされる許容度ではない。それ故、製造方法に関して機械的組立に用いる現在の製造プロセスによって許容されているよりも隣接した電極の間のより小さな許容度を可能にする必要がある。

本発明は、コーム構造の対向する歯の間の許容度が現在の製造方法よりも小さな許容度を達成することができるＭＥＭＳデバイスのコーム構造体を製造する方法を提供する。
本発明のある態様の方法では、歯の構造体は第１のウェハ上に形成される。歯の構造体は、次いで、コーム構造体を形成するためにリリースされる。

本発明の更に別の態様では、第１のウェハ上に歯の構造体を形成することは、第１のウェハ上に歯の構造体を形成するために、酸化、フォトリソグラフィー、エッチング、エピタキシー、および化学機械的研磨を使用することを含む。

本発明の更に別の態様では、コーム構造体を形成するために歯の構造体をリリースすることは、第１または第２のウェハのうちの１つを介して穴を形成することと、歯の構造体をリリースし、コーム構造体を形成するために穴を介してエッチャントを導入することとを含む。

図１は、本発明の方法により製造された完成したコーム構造体１０の断面図を示す。構造体１０は、第１の基板層１２と第２の基板層１４とを含む。例示のためおよび全体的な損失をなくすため、基板１２、１４は、シリコンウェハであってよい。第１の基板層１２は、第１の近位端１７で第１の基板層１２に取り付けられた分離して形成された第１の歯１６を有し、第２の基板層１４は、第２の近位端１９で第２の基板層１４に取り付けられた分離して形成された第２の歯１８を有する。第１および第２の歯１６および１８は、それぞれ対向する基板層１４，１２に対して、各歯１６，１８の遠位端２４，２６の間の第１および第２の凹部２０，２２と関連する。更に、該構造体は、分離距離２８と、隣接した歯１６，１８との間の空間２９と、隣接した歯１６，１８の間のオーバーラップ距離２０とを有する。

図２Ａ乃至２Ｈは、コーム構造体１０の製造で実行されるステップを図示する。図２Ａは、第１の絶縁層３２を含む第１の基板層１２を示す。シリコンの第１の基板層１２の例では、第１の絶縁層３２は、第１の基板層１２の表面に露出された一部を参加することにより生成された酸化シリコンのような酸化物であってよく、第１の絶縁層３２は、窒化物又は犠牲材料であってもよい。第１の絶縁層３２の一部は、図２Ｂの構造体を製造するための選択的に除去される。選択除去は、マスキング、フォトリソグラフィー、および、エッチングによって実行されうる。

図２Ｃに示したように、第１のデバイス層３４は、第１の絶縁層３２の残された部分と、第１の基板層１２の露出された部分に堆積される。エピタキシャル成長は、効果的に堆積させるのに用いられ得る。第１のデバイス層３４は、第１の基板層１２と同じ材料であって良く、または、電気伝導材料を含む異なる材料であっても良い。第１の基板層１２の露出された部分に堆積された第１のデバイス層３４の一部は、完成されたコーム構造体１０の第１の歯１６であり、第１の絶縁層３２に堆積された第１のデバイス層３４の一部は、完成されたデバイス１０の第２の歯１８を形成する。

図２Ｄに示したように、堆積後、第２の絶縁層３６は、例えば、第１のデバイス層３４の上部表面の酸化を介して生成され、第２の絶縁層３６の一部は、例えば化学機械的研磨を使用して除去され、図２Ｅに示した構造体が残る。除去後の第１のデバイス層３４に残った第２の絶縁層３６のそれらの部分は、結局、第１の歯１６の第１の凹部２０を残すために除去される。

第２の絶縁層３６の一部を除去した後、第１のデバイス層３４の一部は除去され、その結果、第２の歯１８と、隣接する歯１６，１８の間のスペース２９と、図２Ｆに示したような間隔距離２８を含む構造体ができる。除去は、マスキング、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって達成されうる。

第１のデバイス層３４の一部を除去した後、第２の歯１８および、第２の絶縁層３６の残った部分は、第２の基板層１４に接合され、第２の基板層１４は、第３の絶縁層３８とハンドル基板層４０とを含む。接合は、金属共晶ボンディング、または、シリコン溶融ボンディングのような適当な方法で行われうる。このステップにより、図２Ｇに示した構造体を形成する。接合の後、ハンドル基板層４０および第３の絶縁層３８は、図２Ｈに示したような構造体を形成するために、例えばグラインディングまたは化学機械的研磨のような方法を使用して薄くすることにより除去される。

薄くした後、第２の基板層１４に貫通穴が形成され（図３）、該貫通穴４２は、第２の絶縁層３６の一部、または、隣接する歯１６，１８の間のいずれかで終わる。貫通穴４２は、第２の歯１８の第２の遠位端１９で終わるべきではない。貫通穴４２は、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって形成されうる。

第２の基板層１４に貫通穴４２が形成された後、エッチャント（図示せず）が穴４２内に導入され、エッチャントは、図１に示したようなコーム構造体をリリースするために、絶縁層３２，３６の残りの部分を除去しうる。穴４２は、コーム構造体１０をリリースした後に密封され得るが、その必要はない。

本発明の好ましい実施形態を例示して図示してきたが、本発明の範囲および精神を逸脱することなく多くの変形をすることができ得る。従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の記載に限定されるべきではない。その代わり、本発明は、添付の特許請求の範囲を参照して全体的に決定されるべきである。

本発明の方法により製造され完成したコーム構造体の断面図を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 本方法の種々のステップの後のコーム構造体を示す。 第２の基板層に貫通穴が形成された後の図２Ｈの構造体の平面図を示す。

Claims (4)

1. 第１のウェハ上に歯構造体を生成するステップと、
   コーム構造体を生成するために前記歯構造体に第２のウェハを接合させるステップと、
   前記コーム構造体をリリースするステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記生成するステップが、
   前記第１のウェハの表面に取り付けられた第１の歯のセットを形成するステップと、
   前記第１の歯のセットと散在して第２の歯のセットを形成するステップとを有し、
   前記第２の歯のセットが、第２の歯のセットと第１のウェハの表面との間で絶縁層に接合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記生成するステップが更に、
   第１の絶縁層を生成するために前記第１のウェハの表面を酸化するステップと、
   マスキング、フォトリソグラフィーおよびエッチングを使用して前記第１の絶縁層の一部を選択的に除去するステップと、
   エピタキシーを使用して前記第１のウェハと前記第１の絶縁層の上に第１のデバイス層を堆積するステップと、
   第２の絶縁層を生成するために、前記第１のデバイス層の表面を酸化するステップと、
   化学機械的研磨を使用して前記第２の絶縁層の一部を選択的に除去するステップと、
   マスキング、フォトリソグラフィーおよびエッチングを使用して前記第１のデバイス層の一部を選択的に除去するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 第１のウェハ上に形成された第１の歯のセットを備えた第１のウェハと、
   第２のウェハ上に接合された第２の歯のセットを備えた第２のウェハと、
   を有し、
   前記第１の歯のセットが、前記第２の歯のセットの間に散在するように、前記第１のウェハが、前記第２のウェハに接合されることを特徴とするコーム構造体デバイス。

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