JP2010179452A - 垂直オフセット構造体における高応力領域の緩和 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直オフセット構造体を構成する代替方法を提供すること。
【解決手段】実施形態は、第１および第２の端部分（１３、１４）、第１および第２の端部分を連結する中間部分（７０）、ならびに上側および下側の表面（４８、１５）を有する柔軟な層（１２）を形成することを含む。中間部分における上側と下側の表面間の距離は、第１および第２の端部分における上側と下側の表面間の距離よりも小さい。第１の端部分は、基部部材（４４）に接合される。柔軟な層の第２の端部分は、第２の端部分が基部部材と接するまでたわまされる。第２の端部分は、基部部材に接合される。
【選択図】図２

Description

政府の権益の記述（声明）
本発明は、契約番号Ｗ３１Ｐ４Ｑ−０７−Ｄ−００２５に基づく政府支援が米国陸軍によって与えられて行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはマイクロシステム技術（ＭＳＴ）またはナノテクノロジーでの使用のための垂直オフセットシリコン構造体は、電圧Ｖを用いること、シリコン構造体５をエッチングされたガラス基板１０にアノード接合すること（図１−１）、ハンドル材料をシリコンから取り除くこと、および次いで電圧Ｖを使用して第２のアノード接合を行う間シリコンの一部分を押してガラスと接触させること（図１−２）によって作製することができる。この第２の接合の形成中に、シリコン５は、ガラス１０まで引き下げられ、高応力が、第１のアノード接合が生じた押し下げ構造体の固定部の近くで成長する可能性がある。これらの応力は、シリコン押し下げ構造体５内に破砕を引き起こすまたはさもなければ機構の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明の好ましいおよび代替実施形態は、次の図面を参照して以下で詳細に述べられる。

図１−１は、従来技術による垂直オフセットシリコン構造体の構成を例示する図である。図１−２は、従来技術による垂直オフセットシリコン構造体の構成を例示する図である。 図２−１は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。図２−２は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。 図３−１は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。図３−２は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。 図４−１は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。図４−２は、本発明の代替実施形態による垂直オフセット構造体の構成を例示する図である。

図２−１および２−２は、本発明の一実施形態により形成される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の垂直オフセット構造体２００の構成の側面図を例示する。構造体２００は、シリコン層１２および基部４４から形成される。基部は別法として、シリコンオン酸化物（ＳＯＩ）、シリコン−酸化物−シリコン−酸化物−シリコン（二重ＳＯＩ）、またはシリコンオン金属（ＳＯＭ）でできていてもよいが、一実施形態では、基部４４はガラスでできている。加えて、代替実施形態および組合せでは、層１２（本明細書の以下で論じられる層４６もまた）および基部４４は、導電性材料（例えば、シリコン、ポリシリコン、金、アルミニウムまたは他の金属）、非導電性材料（例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、その他）または半導電性材料（例えば、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、その他）でできていてもよい。シリコン層１２は、第１および第２の端部分１３、１４、第１および第２の端部分を連結する中間部分７０、ならびに層１２の長さにわたって広がる上側および下側の表面４８、１５を含む。中間部分７０は、中間部分における上側と下側の表面４８、１５間の距離が、第１および第２の端部分１３、１４における上側と下側の表面間の距離よりも小さくなるように、シリコン層１２をエッチングすることによって形成される。

中間部分７０が形成された後、第１の端部分１３は、固定部４０を形成するためにガラス基部４４に接合される。シリコン層１２およびガラス基部４４の場合には、アノード接合が、層１２を基部４４に接合するために使用されてもよい。基部４４およびシリコン層１２が異なる材料でできているときは、当業者に既知のフリット、溶融、共融、エポキシ接着技術を含むが限定はされない、適切な接合が使用されてもよい。

続いて、および図２−２で最もよく例示されるように、シリコン層１２の第２の端部分１４は、参照数字７４によって示されるように、第２の端部分が基部４４と接するまで、垂直距離６４をたわまされる。たわみは、導電性または半導電性材料６２、好ましくは高ドープシリコンによってもたらされてもよい。導電性材料６２が第２の端部分１４と接触している間に、電圧５２が、第２の端部分１４の基部へのアノード接合をもたらすために基部４４と第２の端部分１４の間に印加される。代替実施形態では、層１２（本明細書の以下で論じられる層４６もまた）と基部４４の間の第１および／または第２の接合は、フリット、溶融、共融、エポキシ接着または他の適切な種類の接合技術の使用を通じてもたらされてもよい。

従って、シリコン１２をガラス４４に接合する前に、固定部位置４０の近くに中間部分７０を作製するために、部分エッチングが、その位置における材料を薄くするために実施される。そうすることは、構造体を垂直方向により柔軟にする。加えて、ガラスと部分的にエッチングされたシリコンの表面の間のすき間は、アノード接合が固定部の近くで生じて、過度に高い応力を引き起こすことを防止するであろう。

図３−１および３−２は、本発明の別の実施形態により形成される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の垂直オフセットシリコン構造体３００の構成の側面図を例示する。構造体３００は、シリコン層４６および基部４４から形成される。一実施形態では、基部４４は、ガラスでできている。シリコン層４６は、第１および第２の端部分１３、１４を含む。導電性（例えば、金属の）層８０は、ガラス基部４４上に堆積される。シリコン層４６は、導電層８０および電圧源５２に電気的に結合される。

第１の端部分１３は、固定部４０を形成するためにガラス基部４４に接合される。シリコン層４６およびガラス基部４４の場合には、アノード接合が、層４６を基部４４に接合するために使用されてもよい。基部４４およびシリコン層４６が異なる材料でできているときは、当業者に既知の適切な接合技術が使用されてもよい。

続いて、および図３−２で最もよく例示されるように、シリコン層４６の第２の端部分１４は、参照数字９２によって示されるように、第２の端部分が基部４４と接するまで、垂直距離９４をたわまされる。たわみは、導電性または半導電性材料、好ましくは高ドープシリコンによってもたらされてもよい。導電性材料が第２の端部分１４と接触している間に、電圧５２が、第２の端部分１４の基部へのアノード接合をもたらすために、基部４４と第２の端部分１４の間に印加される。

従って、ガラス４４およびシリコン４６を一緒に接合する前に、金属層８０が、押し下げ湾曲部の下のガラス上に堆積される。この金属は、第１のアノード接合部４０においてシリコン層４６に電気的に接続される。第２のアノード接合中、金属およびシリコンは、同じ電位であろうし、固定部の近くでシリコンを下へ引っ張る力はないであろう。このことは、高応力が固定部４０の近くで生じることを防止するであろう。

図４−１および４−２は、本発明の別の実施形態により形成される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の垂直オフセットシリコン構造体４００の構成の側面図を例示する。構造体４００は、シリコン層４６および基部４４から形成される。一実施形態では、基部４４は、ガラスでできている。シリコン層４６は、第１および第２の端部分１３、１４を含む。

第１の端部分１３は、固定部４０を形成するために端部分４９においてガラス基部４４に接合される。シリコン層４６およびガラス基部４４の場合には、アノード接合が、層４６を基部４４に接合するために使用されてもよい。基部４４およびシリコン層４６が異なる材料でできているときは、当業者に既知の適切な接合技術が使用されてもよい。

シリコン層４６の第２の端部分１４は、参照数字９２によって示されるように、第２の端部分が基部４４と接するまで、垂直距離１１４をたわまされる。たわみは、導電性または半導電性材料、好ましくは高ドープシリコンによってもたらされてもよい。導電性材料が第２の端部分１４と接触している間に、電圧が、第２の端部分１４の基部へのアノード接合をもたらすために、基部４４と第２の端部分１４の間に印加され、それによってシリコン層の湾曲部分１１０を形成する。

続いて、および図４−２で最もよく例示されるように、第１の端部分１３およびガラス基部の端部分４９は、完成した構造体を作製するために、湾曲部分１１０に位置する切断平面１１２において取り除かれる。このようにして、ダイが個別化されるとき、固定部４０は、層４６のたわみに起因する関連した応力と一緒に取り除かれる。

本発明の好ましい実施形態が、上で述べられたように、例示され、説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことが可能である。加えて、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によっては限定されない。その代わりに、本発明は、次に来る特許請求の範囲を参照することにより全面的に決定されるべきである。

排他的な財産または権利が請求される本発明の実施形態は、次の通りに定義される。

５ シリコン構造体
１０ エッチングされたガラス基板
１２ シリコン層
１３ 第１の端部分
１４ 第２の端部分
１５ 下側の表面
４０ 固定部
４４ 基部
４６ シリコン層
４８ 上側の表面
４９ ガラス基部の端部分
５２ 電圧
６２ 導電性材料
６４ 垂直距離
７０ 中間部分
７４ 第２の端部分と基部との接触
８０ 導電層
９２ 第２の端部分と基部との接触
９４ 垂直距離
１１０ シリコン層の湾曲部
１１２ 切断平面
１１４ 垂直距離
２００ ＭＥＭＳ装置の垂直オフセット構造体
３００ ＭＥＭＳ装置の垂直オフセット構造体
４００ ＭＥＭＳ装置の垂直オフセット構造体

Claims (3)

1. 垂直オフセット構造体（２００）を構成する方法であって、
   第１および第２の端部分（１３、１４）と、
   前記第１および第２の端部分を連結する中間部分（７０）と上側および下側の表面（４８、１５）とを含み、
   前記中間部分における前記上側と下側の表面間の距離は、前記第１および第２の端部分における前記上側と下側の表面間の距離よりも小さい、柔軟な層（１２）を形成するステップと、
   前記第１の端部分を基部部材（４４）に接合するステップと、
   前記第２の端部分が前記基部部材と接するまで、前記柔軟な層の前記第２の端部分をたわませるステップと、
   前記第２の端部分を前記基部部材に接合するステップとを含む方法。
2. 垂直オフセット構造体（３００）を構成する方法であって、
   第１および第２の端部分（１３、１４）を有する柔軟な層（４６）を形成するステップと、
   基部部材（４４）上に導電層（８０）を堆積させるステップと、
   前記柔軟な層を前記導電層に電気的に結合するステップと、
   前記第１の端部分を前記基部部材に接合するステップと、
   前記第２の端部分が前記基部部材と接するまで、前記柔軟な層の前記第２の端部分をたわませるステップと、
   前記第２の端部分を前記基部部材に接合するステップとを含む方法。
3. 垂直オフセット構造体（４００）を構成する方法であって、
   第１および第２の端部分（１３、１４）を有する柔軟な層（４６）を形成するステップと、
   前記第１の端部分を基部部材（４４）の端部分に接合するステップと、
   前記第２の端部分が前記基部部材と接するまで、前記柔軟な層の前記第２の端部分をたわませ、それによって前記柔軟な層の湾曲部分（１１０）を形成するステップと、
   前記第２の端部分を前記基部部材に接合するステップと、
   前記湾曲部分において前記第１の端部分および基部部材の端部分を取り除くステップとを含む方法。

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