JP4791534B2 - 超小型電気機械デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２００５年５月１８日に出願した米国仮出願第６０／６８２，６１９号、２００５年６月１７日に出願した米国仮出願第６０／６９２，０３８号、２００５年８月３日に出願した米国仮出願第６０／７０５，６０６号及び２００６年４月４日に出願した米国仮出願第６０／７４４２４２号の優先権を主張するものである。これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
本出願には、さらに、参照により以下の国際出願（ＰＣＴ）全体が本明細書に組み込まれている。
本出願人が本出願と同じ日付で出願した「THROUGH-WAFER INTER-CONNECTION」という名称の国際出願（ＰＣＴ）（整理番号０３００４．０１）。
本出願人が本出願と同じ日付で出願した「MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS」という名称の国際出願（ＰＣＴ）（整理番号０３００４．０３）。
本出願人が本出願と同じ日付で出願した「MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS」という名称の国際出願（ＰＣＴ）（整理番号０３００４．０４）。
本発明は超小型電子技術製造に関し、より詳細には、エネルギー変換のための可動機械部品を有する、例えば、超小型機械加工超音波変換器（ＭＵＴ）などの超小型電気機械デバイスの製造方法に関する。
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ；Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）は、機械エレメント、センサ、アクチュエータ及びエレクトロニクスを、超小型製造技術を使用して共通の基板（通常はシリコン基板）上に統合したものである。ＭＥＭＳによれば、シリコンをベースとする超小型電子技術と超小型機械加工技術が間違いなく合体し、完全なチップ上システムを実現することができる。よく発達した極めて有効な半導体製造技術を使用して超小型センサ及び超小型アクチュエータを製造する期待は、ＭＥＭＳの有力なテーマである。
ＭＥＭＳデバイスは、通常、一体に統合された２つの主要なコンポーネントを有している。第１のコンポーネントは、通常の集積回路（ＩＣ）プロセス（例えば、ＣＭＯＳ、バイポーラ又はＢＩＣＭＯＳプロセス）を使用して製造されるエレクトロニクスであり、一方、第２のコンポーネントは、匹敵する超小型機械加工プロセスを使用して製造される超小型機械部品である。超小型機械加工は、選択的追加ツール（付着、結合、注入など）及び選択的除去ツール（化学エッチング、プラズマエッチング、レーザアブレーション、イオンミリング）を使用して微視的構造を構築するための製造プロセスを意味している。利用可能な追加ツール及び除去ツールをパターニングツールと組み合わせることにより、超小型機械加工は、新しいエキサイティングな超小型デバイスを生成するための強力な方法になる。
超小型機械加工超音波変換器（ＭＵＴ；ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、ＭＥＭＳデバイスの一例である。超音波変換器は、一連のエネルギー変換を実行して変換器としての機能を実現している。レシービングモードでは、変換器が置かれている媒体中を伝搬する超音波の音響エネルギーが変換器内の可動部品（従来は振動膜（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ）である）の機械エネルギーに変換される。次に、この可動部品の運動が検出可能な電磁信号（通常は電気信号）に変換される。トランスミッタモードでは、上記とは逆の一連のエネルギー変換が生じる。
超音波を発信し、かつ、受信するための様々なタイプの超音波変換器が開発されている。超音波変換器は、液体、固体及び気体を始めとする様々な媒体中で動作させることができる。これらの変換器は、診察及び治療のための医用描写法、生化学用描写法、物質の非破壊評価、ソナー、通信、近接センサ、ガスフロー測定、インサイチュープロセス監視、超音波顕微鏡法、水中知覚及び画像化その他多くの目的に広く使用されている。また、離散超音波変換器だけでなく、複数の変換器を備えた超音波変換器アレイも開発されている。例えば、超音波変換器の二次元アレイが画像化アプリケーション用に開発されている。
ＭＵＴは、広く使用されている圧電（ＰＺＴ）超音波変換器と比較すると、デバイスを製造する方法、帯域幅及び動作温度の点で利点を有している。例えば、従来のＰＺＴ変換器のアレイを製造するためには、個々の圧電素子をダイシングし、かつ、接続するステップが必要である。このプロセスは極めて困難で、かつ、非常に高価であり、このような素子が発信／受信エレクトロニクスに大きな入力インピーダンス不整合の問題をもたらしていることは言うまでもない。それに対して、ＭＵＴの製造に使用される超小型機械加工技法は、このようなアレイを製造する能力がはるかに優れている。性能に関しては、ＭＵＴは、ＰＺＴ変換器のそれに匹敵する動的性能を立証している。これらの理由により、ＭＵＴは、圧電（ＰＺＴ）超音波変換器に取って代わる魅力的な代替になりつつある。
いくつかのタイプのＭＵＴの中でも、静電変換器を使用している容量性超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）がとりわけ広く使用されている。圧電（ｐＭＵＴ）変換器及び磁気（ｍＭＵＴ）変換器を使用した他のＭＵＴも採用されている。
図１は、従来技術による、複数のセルを有するｃＭＵＴの基本構造の横断面図である。４つのセルが示されている。ｃＭＵＴは、基板１０上に構築されており、剛直な底部電極１２と、隣接する媒体中に音波を発信し、かつ、隣接する媒体中の音波を受信するために使用される可撓性膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）１６上又は中に位置している頂部電極１４とからなる平行板コンデンサを有している。個々のセル内の可撓性膜１６は、絶縁壁又はポスト１８によって支えられている。実際には、ｃＭＵＴは、すべて並列に接続された多数のセルでできている。通常は、感度及び帯域幅の最大化を目的として可撓性膜１６をｃＭＵＴの最適動作位置へ偏向させるために、底部電極１２と頂部電極１４の間に直流バイアス電圧が印加されている。発信中、交流信号が変換器に印加される。頂部電極１４と底部電極１２の間の交番静電力によって可撓性膜１６が作動し、それによりｃＭＵＴを取り囲んでいる媒体（図示せず）に音響エネルギーが引き渡される。受信中、衝突する音波によって可撓性膜１６が振動し、それによりこれらの２つの電極間のキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化が電子回路によって検出される。他の方法として、可撓性膜１６を作動させ、圧電（ｐＭＵＴ）変換器及び磁気（ｍＭＵＴ）変換器を使用して膜の変位を検出することも可能である。
図１に示すｃＭＵＴを構築するための製造方法が開発されている。特許文献１及び特許文献２に、例示的方法が開示されている。
従来技術による構造及び方法のｃＭＵＴには欠点がある。これらの欠点の多くは、ｃＭＵＴが多数の個別セルでできていること、及びｃＭＵＴ膜の縁がクランプ又は固定されていることに関係している。これらの欠点の一例を以下に挙げておく。
（１）縁がクランプされているため、膜の平均変位が小さい。そのため、デバイスの発信及び受信の両方の性能が劣っている。
（２）クランプ領域（例えば、縁）及び壁又はポストが占める表面積は非活動であり、したがってデバイスのフィルファクタ及び総合効率が小さい。
（３）アンカ領域（ａｎｃｈｏｒ ａｒｅａ）によって寄生キャパシタンスが導入され、そのためにデバイスの感度が鈍い。
（４）ｃＭＵＴエレメントの表面のアンカパターンが超音波を妨害することがあり、デバイスの帯域幅を制限している。
（５）膜の非一様な変位によって超音波パターンが乱される可能性がある。例えば、非一様な変位は、変換器の表面から放出される超音波ビームパターンに影響を及ぼすことがあり、同じく変換器の表面を介した音響交差結合の原因になっている。
（６）プロセス変動のため、同じｃＭＵＴエレメント内の個々のセルの共振周波数が、個々のセル間で互いに異なることがある。そのため、動作中、同じｃＭＵＴエレメント内の異なるセル間の膜運動に位相差が生じる原因になっている。その結果、ｃＭＵＴエレメントの平均変位の合計が劇的に小さくなることがある。とりわけｃＭＵＴが高いクオリティファクタ（Ｑ値）状態（例えば、空中）で動作する場合、この問題によってデバイスの性能が低下することになる。
（７）音響エネルギーが支持壁を介して変換器基板に結合し、ｃＭＵＴエレメント間の音響交差結合などの望ましくない影響をもたらすことがある。基板を介した交差結合を所望の音響特性を有する材料を導入することによって小さくする試みには、場合によってはエレメント間に余分の空間を占有する必要がある。
従来技術によるｐＭＵＴ及びｍＭＵＴは、図１に示すｃＭＵＴと同様の構造を有しているため、上述した問題は、ｐＭＵＴ及びｍＭＵＴにも存在している。
特許文献３に、基板上に構築された、膜を支持するための迎合支持構造を有するｃＭＵＴデバイスを製造するための他の製造方法が開示されている。図１に示す従来のｃＭＵＴ構造と比較すると、特許文献３に開示されている構造には、可撓性膜１６の周囲端を締め付けるための従来の絶縁壁１８の代わりに、迎合支持構造が使用されている。図１に示す単純で、かつ、薄い絶縁壁１８の代わりに、比較的複雑な迎合支持構造を使用して周辺支持構造が構築されているため、その設計の場合、非活動領域をこれらの周辺支持構造に占有させることが極めて大きな課題である。また、この特許は、迎合支持構造が占有する非活動領域を小さくするために、迎合支持構造の上に補助電極を構築することを提案している。しかしながら、このような設計が上述した問題を解決する徴候はなく、さらには動作するかどうかさえ疑わしい。
米国特許第６，６３２，１７８号明細書 米国特許第６，９５８，２５５号明細書 米国特許第７，０３０，５３６号明細書
通常、上述したＭＵＴは、エネルギーを変換するための可動機械部品を有するタイプのＭＥＭＳデバイスに属している。このような可動部品の製造及びＭＥＭＳ製造の他の面とのその統合は、ある課題を提起している。ＭＵＴなどのこれらのＭＥＭＳデバイスの重要性に鑑みて、性能、機能及び製造可能性の点でこの技術が改善されることが望ましい。
本発明によれば、エネルギーを変換し、様々なアプリケーションに使用するための可動機械部品を有する超小型電気機械デバイスの製造方法が開示される。この製造方法によれば、基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層とを有する多層構造が構築される。基板ウェーハの頂部又は中間ばね層の底部のいずれかに空胴が形成される。中間ばね層の頂部又は頂部プレート層の底部のいずれかにコネクタが形成される。基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層は、この順番で一体に結合される。これらの層が結合されると、中間ばね層からコネクタが突出し、頂部プレート層と中間ばね層の間に変換空間が構成される。また、コネクタは、空胴の側壁から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てており、側壁に固定された片持ち梁を構成している。片持ち梁及び空胴は、コネクタの垂直方向の変位を可能にしており、それにより頂部プレート層がピストン様の運動で移動し、延いては変換空間が変化する。
本発明の一実施形態では、中間ばね層は、空胴の互いに反対側の２つの側壁に固定され、該空胴を覆っている。中間ばね層上のコネクタは、空胴の上方に位置しており、ヘッドツーヘッド（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｈｅａｄ）二重片持ち梁と見なすことができるブリッジを形成するべく、互いに反対側の側壁の両方から間隔を隔てている。より有効な構成では、ビーム様一次元片持ち梁の代わりに、面積すなわち平面ばね（二次元「片持ち梁」）が中間ばね層から形成されている。
これらの方法には、ウェーハボンディング技術、汎用性を達成するための表面超小型機械加工犠牲層技法、及び半導体製造プロセスとの高水準の統合が利用されている。これらの方法を使用して、エネルギーを変換するための可動機械部品を有する広範囲にわたる超小型電気機械デバイスを製造することができる。このようなデバイスには、それらに限定されないが、キャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）、圧電超小型機械加工超音波変換器（ｐＭＵＴ）及び磁気超小型機械加工超音波変換器（ｍＭＵＴ）などの超小型機械加工超音波変換器（ＭＵＴ）がある。これらの製造方法は、とりわけ、本明細書に示されている、本出願人が同じ日付で出願したいくつかの特許出願の開示の主題である独自の「埋設ばね」設計の超小型電気機械デバイスの製造に適合されている。
本発明の製造方法の第１の実施形態によれば、超小型電気機械デバイスは、（１）基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を提供するステップと、（２）基板ウェーハの前面又は中間ばね層の底面のいずれかに少なくとも１つの空胴を形成するステップであって、個々の空胴が、頂部表面を有する少なくとも１つの側壁を有するステップと、（３）中間ばね層の頂面又は頂部プレート層の底面のいずれかに所望の高さの少なくとも１つのコネクタを形成するステップと、（４）頂部プレート層上に変換部材を形成又は実現するステップと、（５）頂部プレートの底面と中間ばね層の頂面が対向し、かつ、中間ばね層の底面と基板の前面が対向するよう、基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を結合するステップとを使用して製造される。
これらの層が結合されると、中間ばね層からコネクタが突出し、頂部プレート層と側壁の頂部表面との間に変換空間が構成される。コネクタは、空胴の側壁から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てており、側壁に固定された片持ち梁を構成する。片持ち梁の作用端はコネクタに固定されている。片持ち梁及び空胴は、コネクタの垂直方向の変位を可能にしており、それにより頂部プレート層が実質的に垂直方向にピストン様の運動で移動し、延いては変換空間が変化して変換部材が作動する。
空胴及びコネクタを形成するステップは、様々な方法を使用して、例えば、所望のパターンに従って材料を直接除去し、あるいは材料を直接加えることによって達成することができ、もしくは犠牲層を導入し、かつ、後で該犠牲層を除去することによって達成することができ、あるいはこれらの２つの方法を組み合わせて達成することができる。
基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を結合するステップは、最終構造が、底部に基板ウェーハを有し、中央に中間ばね層を有し、かつ、頂部に頂部プレート層を有している限り、様々な組合せ及びシーケンスを使用して達成することができる。例えば、中間ばね層を最初に基板ウェーハの頂部に置いて第１の空胴を覆い、次に、中間ばね層を基板ウェーハに結合した後、中間ばね層の頂面にコネクタを形成し、次に、コネクタがその上に形成された中間ばね層を基板ウェーハに結合した後、頂部プレート層をコネクタの上に置くことができる。他の方法としては、最初に頂部プレート層の底面にコネクタを形成し、次に、コネクタ上に中間ばね層を置き、最後に頂部プレート及び中間ばね層を基板ウェーハの頂部に置いて第１の空胴を覆うことも可能である。
変換部材を超小型電気機械デバイス中に形成して、頂部プレート層の垂直方向の移動、すなわち、変換空間の変化を介してエネルギー変換を達成することができる。超小型機械加工超音波変換器の場合、頂部プレート層と中間ばね層と基板ウェーハのうちの少なくとも１つの上に超音波変換部材を形成することができる。キャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）の場合、例えば、頂部プレート層中又は上に頂部電極を構築し、中間ばね層又は基板ウェーハ中又は上に底部電極を構築することができる。特定の実施形態では、基板ウェーハは導電性であり、内蔵底部電極として機能している。
通常、中間ばね層は薄い弾性膜であることが望ましく、また、頂部プレート層は、中間ばね層より著しく剛直であることが望ましい。
層を結合する特定のステップ、空胴を形成する特定のステップ及びコネクタを形成する特定のステップは、様々な方法及びそれらの多くの組合せを使用して達成することができる。例えば、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハを使用したウェーハボンディング法を使用してこれらの層を一体に結合することができ、また、エッチング法又は超小型機械加工技法と共に使用する場合、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハを使用したウェーハボンディング法を使用して、薄い層をあるウェーハから他のウェーハに変えることも可能である。また、これらの方法には、犠牲層技術も他の方法と組み合わせて使用されている。
本発明による製造方法は、一般に、同じウェーハ上に複数のデバイスエレメントを構築するために使用することができる。デバイスエレメントの各々は、それ自体、複数のコネクタ及び片持ち梁を有することができる。これらの製造方法の一実施態様によれば、同じウェーハを使用して複数の空胴及び複数のコネクタが形成される。コネクタは、ウェーハ全体にわたって異なる位置に配置される。様々な分布パターンを使用して特殊な効果又は最適効果を達成することができる。
これらの製造方法の一実施態様によれば、複数の超小型電気機械エレメントを互いに分離するために、少なくとも頂部プレート層を貫通する分離トレンチが形成される。エレメントの各々は、少なくとも１つの片持ち梁を有しており、より好ましくは少なくとも１つのブリッジ型二重片持ち梁又は平面ばねを有している。
これらの方法の他の実施態様は、複数の超小型電気機械エレメントの相互接続、これらのエレメント間のトレンチシーリング、及びこれらのエレメントの電気界面パッドの寄生キャパシタンスの低減に関している。例示的実施形態の１つでは、エレメントの各々は、エレメント間接続アンカに電気接続されている。アンカは、分離されていることが望ましく、また、片持ち梁及び頂部プレート層の動きによって影響されないことが望ましい。一実施形態では、最小の分離間隔で複数のエレメントがアレイの形態に配置されており、エレメントの各々は、少なくとも２つの隣り合うエレメントによって共有される隅又は縁に配置されているエレメント間接続アンカに電気接続されている。様々な相互接続スキームを使用して異なるエレメントを処理することができる。エレメント間のシーリングは、基板ウェーハ、中間ばね層及び頂部プレート層を結合する前又は結合した後のいずれかに、シール材を使用して実施することができる。
本発明の一実施態様によれば、基板ウェーハは導電性ウェーハであり、本発明による製造方法には、さらに、基板ウェーハを頂部プレート層に結合する前に実行される、相互接続パッドの下方の絶縁体の厚さを分厚くすることによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするための以下のステップが含まれている。（１）基板ウェーハ上に絶縁空胴を形成するステップであって、パターン化された空胴が所望の総合厚さを有し、かつ、製造中の超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップ。（２）パターン化された空胴の総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、絶縁空胴に誘電材料を充填するステップ。（３）埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップ。
本発明の他の実施態様によれば、基板ウェーハを頂部プレート層に結合する前に、相互接続パッドの下方の絶縁体の厚さを分厚くすることによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするための以下のステップを実行することができる。（１）パターン化された空胴を基板ウェーハ上に形成するステップであって、パターン化された空胴が、基板の非除去母材の固体線が書き込まれた狭い通路を有し、また、パターン化された空胴が所望の総合厚さを有し、かつ、製造中の超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップ。（２）パターン化された空胴の総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、パターン化された空胴内の非除去母材の固体線を酸化させるステップ。（３）埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップ。
上述した製造方法も、同様に、基板ウェーハの代わりに頂部プレートに適用することができる。相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするためのこの代替方法によれば、分厚い埋設絶縁体を基板ウェーハ中に形成する方法と同様の方法で分厚い埋設絶縁体を頂部プレート層中に形成するために、パターン化された空胴が頂部プレート層上に形成される。
本発明の製造方法の第２の実施形態によれば、超小型電気機械デバイスは、（１）前面及び裏面を有する基板ウェーハを提供するステップと、（２）基板ウェーハの前面に第１の犠牲層を付着させるステップと、（３）第１の暫定空胴を形成するために第１の犠牲層をパターン化するステップと、（４）第１の暫定空胴を充填し、かつ、第１の犠牲層の頂部表面を覆う膜層（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｌａｙｅｒ）をさらに形成するために、第１の犠牲層上に第１の薄膜材料を付着させるステップであって、膜層が下方の第１の犠牲層にアクセスするための少なくとも１つの孔を有するステップと、（５）膜層の頂部に第２の犠牲層を付着させるステップと、（６）第２の暫定空胴を形成するために第２の犠牲層をパターン化するステップと、（７）第２の暫定空胴を少なくとも充填するために第２の薄膜材料を付着させるステップと、（８）基板ウェーハの頂部に第１の空胴を形成し、かつ、膜層の頂部に第２の空胴を形成するために、第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去するステップと、（９）膜層上に頂部プレート層を置くステップとを使用して製造される。
上述した手順によれば、本発明による第１の実施形態によって形成される構造と同様の構造が得られる。この構造は、側壁に固定された片持ち梁を有しており、膜層上でのコネクタの垂直方向の変位を可能にしている。この膜層は、本発明による第１の実施形態の中間ばね層と等価である。また、この構造は、頂部プレート層と側壁の頂部表面との間に変換空間を有しており、コネクタの垂直方向の変位によって頂部プレート層が実質的に垂直方向にピストン様の運動で移動し、延いては変換空間が変化する。また、複数の空胴の形成、複数のコネクタの形成、複数の片持ち梁の形成、複数のエレメントの形成、トレンチ分離、トレンチシーリング及び寄生キャパシタンスの低減などの本発明による製造方法の他の実施態様を、本発明による製造方法の第２の実施形態と組み合わせて適用することも可能である。
以上及び他の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照して行う、いくつかの実施形態についての以下の詳細な説明からより明確になるであろう。
以下、図を参照して、キャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの超小型電気機械デバイスの製造方法について詳細に説明する。同様の部品は、図では同様の参照数表示又は文字を使用して示されている。本発明による方法は、本明細書に示されている、本出願人が同じ日付で出願したいくつかの他の特許出願に開示されている新規なＭＵＴ設計の製造にとりわけ有用である。
以下、本発明について、特定の実施形態を参照して説明する。ほとんどの場合、本発明による製造方法を実例で説明するために、本明細書に示されているいくつかの他の特許出願に開示されている新規なＭＵＴ構造が使用されている。しかしながら、本発明による製造方法は、これらの特許出願に開示されているタイプのＭＵＴの製造に限定されないことを理解されたい。本発明による製造方法を使用して、エネルギーを変換するための可動機械部品を有する様々な超小型電気機械デバイスを製造することができる。本発明のより広義の範囲を逸脱することなく様々な改変を加えることができ、また、他の実施形態を使用することができる。したがって、特定の実施形態に対するこれら及び他の変形形態は、本発明の寺術的範疇であることが意図されている。これらの実施形態に関連して開示されている様々な特徴は、個々に使用することも、あるいは共同して使用することも可能である。
本発明による製造方法を説明するために、最初に、本明細書に示されているいくつかの特許出願に開示されている新規なｃＭＵＴ構造の基本設計について説明する。
「変換器」及び「変換部材」という用語は、本明細書においては、駆動機能及び知覚機能の両方を実行するデバイスだけでなく、駆動機能又は知覚機能のいずれかを実行するデバイスを包含するべく広義の意味で使用されていることに留意されたい。また、「片持ち梁」という用語は、以下の説明では、固定端及び弾性部分を有する構造を示すべく広義の意味で使用されていることに留意されたい。弾性部分は、該弾性部分が駆動すなわち移動するよう、固定部分から作用端へ展開している。したがって片持ち梁は、必ずしも文字通りの一次元ビーム様片持ち梁である必要はなく、ブリッジ又はクロスバーなどの、異なる方向に展開している多重ビームを有する同様の構造を備えており、また、最も限定的には、固定端が延長線（その領域又はその一部の閉じた周囲であってもよい）であり、弾性部分が延長領域であり、かつ、作用端が単一点、微小面積又は延長線（閉端線、開端線又はセグメント化された線）であってもよい、面積、すなわち平面ばね（二次元「片持ち梁」）を備えている。また、「円形の」及び「環状の」という語は、形状が、ループ形、ほぼループ形の湾曲形状、又は概ねリング様に形状化された構造を有する最も広義の意味でのみ使用されており、特定の丸い形状又は他の何らかの特定の形状を意味しているものでも、あるいはそのループ又はリングが完全なもの、つまり連続したものであることを意味しているものでもない。
図２Ａは、完全なｃＭＵＴエレメント及びその両側に隣接しているｃＭＵＴエレメントの一部を示すｃＭＵＴ構造の横断面図である。ｃＭＵＴ構造は、基板ウェーハ２０１上に構築されており、同じく中間ばね層２２０及び頂部プレート層２４０を有している。基板ウェーハ２０１と中間ばね層２２０と頂部プレート層２４０は、頂部プレート層２４０の底面と中間ばね層２２０の頂面が対向し、かつ、中間ばね層２２０の底面と基板ウェーハ２０１の前面が対向するよう、底部から頂部へこの順番に配置されている。ｃＭＵＴエレメント２００、２００Ａ及び２００Ｂは、頂部プレート層２４０及び中間ばね層２２０を貫通して形成された分離トレンチ２１５によって分離されている。
頂部プレート層２４０は、複数のプレート−ばねコネクタ２３０、２３０ａ及び２３０ｂを介して中間ばね層２２０に接続されている。いくつかの実施形態では、デバイスエレメント領域全体に複数のコネクタ２３０が分布している。この分布は、アプリケーションの必要性に応じて設計することができる。本発明によれば、極めて多くの分布構成が可能である。
図２Ｂは、完全なｃＭＵＴエレメントの一部である選択されたｃＭＵＴ部分の拡大図である。選択されたｃＭＵＴ部分２１０は、完全なｃＭＵＴエレメント２００（及び他のｃＭＵＴエレメント２００Ａ及び２００Ｂ）の基本ユニットである。選択されたｃＭＵＴ部分２１０の構造は、完全なｃＭＵＴエレメント２００を理解するための基本を提供している。
図２Ｂに示すように、選択されたｃＭＵＴ部分２１０は、頂部から底部へ構造を貫通している仮想垂直線（図示せず）を中心とする２つの半割部分を備えている。ｃＭＵＴエレメントの基本構造は、直立したフィーチャ（以下、「側壁アンカ」という）２０３を有する基板ウェーハ２０１上に構築されている。この側壁アンカ２０３は、空胴２０２及び２０２ａとそれぞれ境界をなしている２つの互いに反対側の面に側壁を有している。直立したフィーチャ（側壁アンカ）２０３は、空胴２０２及び２０２ａを形成することによって形成される基板ウェーハ２０１と一体の部分であってもよいが、個別の基板に加えられた追加構造であってもよい。基板ウェーハ２０１は、非導電性材料で構築することも、あるいはシリコン又はポリシリコンなどの導電性材料で構築することもできる。側壁アンカ２０３が個別の構造である構成の場合、側壁アンカ２０３の導電率は、基板ウェーハ２０１の導電率と同じであっても、あるいは異なっていてもよい。例えば、基板ウェーハ２０１を非導電性材料で構築し、一方、側壁アンカ２０３を金属、シリコン又はポリシリコンなどの導電性材料で構築することができる。
ｃＭＵＴ構造部分２１０は、さらに、弾性膜であることが好ましい中間ばね層２２０と、中間ばね層２２０上に置かれた底部電極２２５と、中間ばね層２２０の頂部に直立しているコネクタ２３０及び２３０ａ、コネクタ２３０上に位置している絶縁層２３５と、介在している絶縁層２３５を介してコネクタ２３０及び２３０ａに接続された頂部プレート層２４０及び頂部電極２５０などのコンポーネントを有している。
ｃＭＵＴ部分２１０をｃＭＵＴエレメント２００のどこから、どのように取るかに応じて、第２の空胴２０２ａは、異なる個別の空胴に属すことにも、あるいはただ単に第１の空胴２０２と同じ円形空胴又は延長空胴の他の部分に属することにもなる。同様に、ｃＭＵＴ部分２１０をｃＭＵＴエレメント２００のどこから、どのように取るかに応じて、第２のコネクタ２３０ａは、異なる個別のコネクタの一部にも、あるいはただ単にコネクタ２３０と同じ円形コネクタ又は延長コネクタの他の部分にもなる。
頂部プレート層２４０の底面は中間ばね層２２０の頂面と対向し、また、中間ばね層２２０の底面は基板ウェーハ２０１の前面と対向しており、それによりコネクタ２３０が中間ばね層２２０から突出して、頂部プレート層２４０の下方に変換空間２６０が構成される。変換空間２６０は、通常、頂部プレート層２４０と側壁アンカ２０３の頂部表面との間に構成されるが、図２Ｂに示す構成の場合、利用可能な変換空間２６０の実際の高さは、絶縁層２３５の厚さ、底部電極２２５の厚さ及び中間ばね層２２０によって低くなる。いくつかの実施形態では、頂部プレート層２４０と側壁アンカ２０３の頂部表面との間の高さ全体を変換空間２６０に利用することができる。
コネクタ２３０及び２３０ａは、中間ばね層２２０上に直立しており、それぞれ実質的に同じコネクタ高さを有している。コネクタ２３０及び２３０ａは、それぞれ、側壁アンカ２０３の対応する側壁から十分な長さだけ水平方向に間隔を隔てている。この間隔の隔たりが、それぞれ側壁アンカ２０３の対応する面にバックツーバック二重片持ち梁フォーメーションで固定された２つの片持ち梁を構成している。片持ち梁は、対応するコネクタ（２３０又は２３０ａ）を介して、コネクタ（２３０又は２３０ａ）が配置されている作用端（例えば、左側片持ち梁の２２２）部分で駆動される。片持ち梁及び対応する空胴２０２、２０２ａは、コネクタ２３０及び２３０ａの垂直方向の変位を可能にしており、それにより頂部プレート層２４０が実質的に垂直方向にピストンの運動で移動し、延いては変換空間２６０が変化する。ｃＭＵＴ構造２１０の半割部分の両方が同じ位相で移動すると、垂直方向のピストン運動がさらに保障される。
図に示すこの特定の実施例では、側壁アンカ２０３の頂部表面は、中間ばね層２２０で覆われており、また、中間ばね層２２０は、底部電極２２５で覆われている。また、頂部プレート層２４０及びコネクタ２３０は、互いに直接的には接続されていないが、それらの間に絶縁層２３５が介在している。したがって、頂部プレート層２４０と側壁アンカ２０３の頂部表面との間の変換空間２６０は、その一部を中間ばね層２２０、底部電極２２５及び絶縁層２３５が占有している。中間ばね層２２０の、側壁アンカ２０３の頂部表面、底部電極２２５及び絶縁層２３５を覆っている部分は任意選択であることに留意されたい。いずれの場合においても、これらの層が構造に含まれている場合、意図するエネルギー変換を達成するためには、これらの余計な層によって変換空間２６０全体が占有されてはならない。
図２Ｃは、完全なｃＭＵＴエレメントの他の部分である選択された異なるｃＭＵＴ部分の拡大図である。図２Ｂに示す選択されたｃＭＵＴ部分２１０と比較すると、選択されたｃＭＵＴ部分２１１は、シフトされた位置から取られている。選択されたｃＭＵＴ部分２１１は、２つの互いに反対側の面の２つの直立フィーチャ（以下、「側壁アンカ」という）２０３及び２０３ｍと境界をなしている空胴２０２を有する基板ウェーハ２０１上に構築されている。ｃＭＵＴ構造部分２１１は、さらに、中間ばね層２２０、中間ばね層２２０上に置かれた底部電極２２５、中間ばね層２２０の頂部に直立しているコネクタ２３０、コネクタ２３０の上に位置している絶縁層２３５、介在している絶縁層２３５を介してコネクタ２３０に接続された頂部プレート層２４０及び頂部電極２５０などのコンポーネントを有している。
コネクタ２３０（同じく図２Ｂに示されている）は、中間ばね層２２０上に直立しており、側壁アンカ２０３及び側壁アンカ２０３ｍの両方の側壁から水平方向に間隔を隔てている。側壁アンカ２０３と側壁アンカ２０３ｍの間の中間ばね層２２０が、側壁アンカ２０３及び側壁アンカ２０３ｍに固定された二重片持ち梁を構成している。二重片持ち梁は、ブリッジを形成するべく、コネクタ２３０が配置されている位置２２２で、ヘッドツーヘッドで接続されている。
頂部プレート層２４０は、頂部プレート層２４０を中間ばね層２２０から分離し、頂部プレート層２４０の下方に変換空間を構成しているコネクタ２３０上に置かれている。二重片持ち梁及び空胴２０２は、コネクタ２３０の垂直方向の変位を可能にしており、それにより頂部プレート層２４０が実質的に垂直方向に移動し、延いては変換器内の変換空間が変化して変換部材が作動し、エネルギーが変換される。
新規なｃＭＵＴ構造は、本質的に、ｃＭＵＴエレメントを複数のセルに分割し、個々のｃＭＵＴセルの周囲で膜を支持し、かつ、クランプしなければならないセル絶縁壁の従来の概念とは根本的に異なっている。特許文献３に開示されている迎合絶縁壁を有するｃＭＵＴ設計を含む、図１に示す従来のｃＭＵＴ設計にはすべて、ｃＭＵＴエレメントを構成し、かつ、膜の周囲を支持するための絶縁壁（例えば、図１の絶縁壁１８又は特許文献３に開示されている迎合絶縁壁）が個々のｃＭＵＴセルの周囲に必要である。絶縁壁によって構成される周囲の内側には、底部電極が基板上に直接付着され（図１）、あるいは絶縁壁から分離された単一ペデスタル（特許文献３）の頂部に付着される（つまり迎合支持構造）。
図２Ａ乃至２Ｃに示すｃＭＵＴ設計の場合、ｃＭＵＴエレメントを複数のセルに分割する必要はなく、したがって、セルの周囲を構成するための絶縁壁も不要である。頂部プレート層２４０及び頂部電極２５０は、必要に応じて自由に配置し、かつ、分散させることができる複数のコネクタを介して、弾性構造（図に示す実施形態では複数の片持ち梁）によって支持され、したがって、頂部プレート層２４０の全荷重が複数のばね（片持ち梁）に効果的に分散される。したがって、従来技術による設計に固有のセル制限の問題が解決される。中間ばね層２２０及び底部電極２２５は、同じく必要に応じて基板ウェーハ２０１全体に分散させることができる（周辺領域に限定されない）複数の側壁アンカ２０３によって支持される。
この設計によれば、極めて広い能動領域を備えたｃＭＵＴエレメントを形成することができる。ｃＭＵＴエレメントの動作周波数は、頂部プレート層２４０の材料を選択することによってだけではなく、個々の片持ち梁のばね強度及びｃＭＵＴエレメントの面積全体の片持ち梁分布密度プロファイルを始めとする複数の片持ち梁構成によっても調整することができる。能動領域は、従来のｃＭＵＴ構造を使用して達成することができる領域よりはるかに広くすることができる。基板ウェーハ２０１の上に形成される頂部プレート層２４０全体を、クランプ領域又は締付け領域を一切必要とすることなく移動させることができる。必要に応じて、頂部プレート層２４０を貫通して分離トレンチ２１５を形成することによって複数のｃＭＵＴエレメントを形成することも可能である。いくつかの実施形態では、中間ばね層２２０を貫通して抑制トレンチを切断することも可能である。しかしながら、原理的には、極めて広い能動領域を備えたｃＭＵＴ構造全体を単一ｃＭＵＴエレメントとして使用することができる。
また、図２Ａ及び図２Ｂに示すｃＭＵＴ構造設計の場合、頂部プレート層２４０をサイズ及び形状が全く同じかあるいは異なる複数のより小さい頂部プレート層に分割することができる。個々のより小さい頂部プレート層を単一のｃＭＵＴエレメントとして処理することができ、あるいは複数のより小さい頂部プレート層を１つに結合して単一のｃＭＵＴエレメントとして処理することができる。
また、縁（又はポスト）がクランプされる従来のｃＭＵＴの可撓性膜とは異なり、図２Ａ及び図２Ｂに示す頂部プレート層２４０は、撓み可能に設計することもあるいは剛直に設計することも可能である。剛直な頂部プレート層の場合、個別のより小さい頂部プレート層２４０を任意の数だけ含むことができるｃＭＵＴの表面全体を移動可能にすることができる。
本明細書に示されている他のいくつかの特許出願に詳細に開示されているように、側壁２０３及び対応するコネクタ２３０は、基板ウェーハ２０１の全体に自由に分散させることができる。それに対応して形成される片持ち梁は、全く同じサイズ及び全く同じばね強度の片持ち梁にすることも、あるいは異なる様々な所望サイズ及び所望ばね強度の片持ち梁にすることができる。また、これらの片持ち梁も、基板ウェーハ２０１の全体に一様に、あるいは特定の特殊な効果を達成するための所望のパターンに従って分散させることができる。図２Ａ及び図２Ｂに示すｃＭＵＴ構造の独自の設計は、従来技術によるｃＭＵＴ設計が抱えている多くの問題を解決する潜在力を有している。
以下で説明するように、上述した新規なｃＭＵＴ構造は、本発明による製造方法を使用して製造することができる。
製造プロセスは、層毎の材料選択によって様々である。例えば、シリコン、ガラス、水晶又はサファイヤを基板として使用することができる。中間ばね層及び頂部プレート層の材料には、シリコン、ポリシリコン、窒化シリコン、酸化物、ＬＴＯ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、パリレン、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、重合体、金属又は他のプロセス互換性材料を選択することができる。酸化物及び窒化シリコン、ＳｉＣ、ＰＤＭＳ又はパリレンは、誘電材料として使用することができる。様々な材料を選択することができるため、異なる薄膜付着及びウェーハボンディング技術（例えば、シリコン融解ボンディング、陽極接合、共晶ボンディング、熱圧着及びフレットガラスボンディング）を選択して、本発明におけるｃＭＵＴを製造することができる。
以下、上述したｃＭＵＴを構築するための製造プロセスの実施例について説明する。ステップのシーケンスには、本発明の精神を逸脱することなく、変形形態、結合及び変更が可能である。所与の実施例の場合であっても、異なる材料及び処理方法を自由に選択して個々のステップを遂行することができる。
Ｉ．超小型電気機械デバイスの基本エレメントを構築するための製造方法
本発明の一実施態様によれば、本発明による超小型電気機械デバイスの製造方法は、
（１）基板ウェーハの前面に少なくとも１つの空胴を形成するステップであって、個々の空胴が頂部表面を有する少なくとも１つの側壁を有するステップと、
（２）中間ばね層の頂面又は頂部プレート層の底面のいずれかに、所望の高さの少なくとも１つのコネクタを形成するステップと、
（３）頂部プレートの底面と中間ばね層の頂面が対向し、かつ、中間ばね層の底面と基板の前面が対向するよう、基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を結合するステップと
を含むことができる。
これらの層が結合されると、図２Ａ及び図２Ｂに示すキャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの超小型電気機械構造が得られる。このようにして構築された構造は、可動機械部品、すなわち、片持ち梁によって垂直方向に移動する、エネルギーを変換するための頂部プレート層を有している。
上述したステップは、それらが互いに物理的に互換性があり、同じ最終構造を得ることに加え、任意の順序で実施することができる。また、基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を結合するステップは、これらの３つの層を単一のステップで同時に結合しなければならないことを必ずしも意味しているわけではない。また、このステップは、これらの３つの層が、それらの間に介在する材料が全く存在せず、互いに直接接触した状態で一体に結合されることを意味しているわけでも、あるいはこれらの３つの層をその特定の時間順序で結合しなければならないことを意味しているわけでもない。本明細書における説明の意味には、最終構造において、頂部プレート層の底面と中間ばね層の頂面が対向し、かつ、中間ばね層の底面と基板ウェーハの前面が対向している限り、上述したような所望の構造が得られる任意の組合せ及び任意の結合シーケンスが包含されている。
以下で説明するように、空胴及びコネクタを形成するステップは、様々な方法を使用して、例えば、所望のパターンに従って材料を直接除去し、あるいは材料を直接加えることによって達成することができ、もしくは犠牲層を導入し、かつ、後で該犠牲層を除去することによって達成することができ、あるいはこれらの２つの方法を組み合わせて達成することができる。
また、以下で説明する、それらに限定されないが、任意選択であることが説明の中で明確に示されているステップを始めとする多くのステップは任意選択である。
（１）ウェーハボンディング技術を使用した製造
図３．１乃至図３．９は、ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示した図である。以下、この製造方法のステップについて説明する。この実施例の場合、中間ばね層は、膜層と呼ぶことができる。
プロセスは、基板ウェーハ３０１として機能する導電性シリコンウェーハを提供するステップから開始される。導電性基板ウェーハ３０１を採用して変換器の底部電極として機能させることができる。
ステップ１（図３．１）で、シリコン基板パターニング及びエッチング法を使用して基板ウェーハ３０１上に空胴３０２が形成される。空胴３０２の各々は、少なくとも１つの側壁３０３によって構成されている。空胴３０２及び側壁３０３は、膜層（通常、この説明の中では中間ばね層と呼ぶことができる）のパターンを構成している。
ステップ２（図３．２）で、基板ウェーハ３０１にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハ３８０が結合される。ＳＯＩウェーハ３８０は、分厚い支持層３８２及び酸化膜層３８４を備えており、酸化膜層３８４は、膜層になる薄い層３２０を担っている。分厚い支持層３８２は、プロセスを実行している間、薄い層３２０を取り扱うためのサポートを提供している。この結合を真空チャンバ内で実施する場合、このステップで空胴を真空封じすることができる。
ステップ３（図３．３）で、結合されたウェーハ構造が高温で焼きなましされ、引き続いて支持層３８２及び酸化膜層３８４がエッチングによって除去され、側壁３０３及び空胴３０２の頂面上に膜層３２０が残される。このステップで、必要に応じて、選択された膜領域にシリコンドーピングを実施することができる。
ステップ４（図３．４）で、熱酸化膜成長及びパターニングを使用して膜層３２０の頂部にコネクタ３３０が形成される。離散コネクタ３３０を個々に形成するのではなく、パターン化された熱酸化膜層を形成することによってすべてのコネクタ３３０が単一のステップで形成されることが好ましい。酸化膜層は、コネクタ３３０の高さを構成しており、コネクタ３３０のこの高さが、膜層３２０の上方の変換空間のサイズを部分的に構成している。図３．４及びこのグループの他の図は横断面図であることに留意されたい。コネクタ３３０は、表面の上面図で任意の形状にすることができる。コネクタ３３０は離散ボタンであってもよいが、長い線分又は連続したリング様の形状にすることも可能である。
ステップ５（図３．５）で、もう１つのＳＯＩウェーハ３８５が真空下でコネクタ３３０上に結合され、かつ、高温で焼きなましされる。ＳＯＩウェーハ３８５は、支持層３８６及び酸化膜層３８７を有しており、酸化膜層３８７は、頂部プレート層３４０になる層を担っている。また、ＳＯＩウェーハ３８５も、任意選択の薄い絶縁層３３５を担うことができる。この任意選択の薄い絶縁層３３５は、ＳＯＩウェーハ３８５が膜層３２０に結合される前の頂部プレート層３４０の先行層である層の頂部のＳＯＩウェーハ３８５上に成長させることができる。別法としては、プライムウェーハ（図示せず）の上にこの任意選択の薄い絶縁層３３５を成長させ、引き続いて膜層３２０に結合することも可能である。
ステップ６（図３．６）で、エッチングによって支持層３８６及び酸化膜層３８７が除去され、頂部プレート層３４０が形成される。他の方法としては、ステップ５で、薄い絶縁層３３５を担うべくプライムウェーハが使用された場合、プライム層が所望の厚さに研削され、かつ、研磨され、それにより頂部プレート層３４０が形成される。
任意選択ステップ（図３．６Ａ）で、頂部プレート層３４０が所望の形状又は図に示す構成にエッチングされる。また、このステップで、必要に応じて頂部プレート層３４０に所望の材料を所望の密度でドーピングすることができる。シリコン及び酸化膜にエッチングを施し、頂部プレート層３４０及び絶縁層３３５を貫通する、頂部から底部電極にアクセスするためのビア（図示せず）をエッチングすることができる。他の方法としては、本明細書に示されている、本出願人が同じ日付で出願した他のいくつかの特許出願に開示されている貫通ウェーハ相互接続技法を使用して、底部電極にアクセスするための相互接続を形成することも可能である。
ステップ７（図３．７）で、頂部電極３５５を形成するべく金属層が付着され、かつ、パターン化される。
任意選択ステップ（図３．７Ａ）で、頂部プレート層３４０がパターン化され、頂部プレート層３４０を中空構造にするための孔３４２が形成される。必要に応じて、中空構造（頂部プレート層３４０）中の孔３４２に所望の特性を備えた材料を再充填するか、あるいは所望の特性を備えた材料で密閉することができる。
ステップ８（図３．８）で、頂部プレート層３４０を貫通する分離トレンチ３４５が形成され、ｃＭＵＴエレメントが分離される。
ステップ９（図３．９）で、必要に応じて受動層３４６が形成される。
図４．１乃至図４．８は、ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の他の実施例を示した図である。プロセスは、基板ウェーハ４０１として機能する導電性シリコンウェーハを提供するステップから開始される。導電性基板ウェーハ４０１を採用して変換器の底部電極として機能させることができる。
予備ステップ（図４．１Ａ）で、基板ウェーハ４０１上に凹所４０４が形成され、膜層と形成すべき運動ストッパとの間に隙間が構成される。運動ストッパは、ｃＭＵＴ表面プレートの変位の上限を設定することになる。
ステップ１（図４．１Ｂ）で、シリコンエッチングを使用して基板ウェーハ４０１がパターン化され、側壁４０３によって構成される空胴４０２が形成される。また、側壁４０３より短いポスト４０５が空胴４０２内に形成される。
ステップ２からステップ８（図４．２乃至図４．８）で、図３．２乃至図３．８で説明したプロセスフローとほぼ同じプロセスフローに従って、運動ストッパ４０５を備えたｃＭＵＴ構造が製造される。
また、図４．２乃至図４．８に示すプロセスフローは、図３．２乃至図３．８に示すプロセスフローに対していくつかの変形形態を示している。ステップ５及びステップ６（図４．５及び図４．６）では、ＳＯＩウェーハ４８５は、頂部プレート層４４０上に酸化層を有していないため、図３．５及び図３．６に示す３３５のような酸化層が介在することなく、コネクタ４３０上に頂部プレート層４４０が置かれていることが分かる。
側壁４０３より短いポスト４０５は、上述したプロセスのもう１つの追加機能である。ポスト４０５は、空胴４０２の中に形成されており、運動ストッパとして機能している。ポスト４０５は、本明細書の中で説明されている他の製造プロセスを使用して形成することも可能である。また、ポスト４０５は、個別のプロセスを使用して形成することも可能であるが、空胴４０２と同時に形成されることが好ましく、また、側壁４０３は、適切に設計されたパターニングによって形成される。このような形成には、様々な化学的方法又は機械的方法を使用することができる。
また、図４．８に示す完成したｃＭＵＴ構造から分かるように、コネクタ４３０の各々は、対応するポスト４０５の真上の位置に形成されている。この特定の構成は、コネクタ４３０が配置される位置が、垂直方向の変位を最大にする最も高い確率を有しているため、ポスト４０５を運動ストッパとして機能させるための最適効果を有することができる。
シリコン融合ボンディング技術（ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｕｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ）に加えて、他のウェーハボンディング技術（例えば、陽極接合、共晶ボンディング、熱圧着及びフレットガラスボンディング）を使用して、本発明におけるｃＭＵＴなどの超小型電気機械構造を同様の方法で構築することができる。異なる材料を使用し、かつ、適切なボンディング技術を使用して個々の層を構築することができる。例えば、共晶ボンディング又は陽極接合を使用するプロセスの場合、基板材料として、シリコン以外に、ガラス又はサファイヤを使用することができる。ＳＯＩウェーハ中のシリコン層を使用して膜層及びプレート層を形成する代わりに、所望の特性を備えた１つの薄膜層又は複数の薄膜層（例えば、窒化シリコン、ＬＴＯ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ポリイミド、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ及び重合体）を担体ウェーハ（例えば、シリコンウェーハ、ガラスウェーハ及びサファイヤウェーハ）上に成長させ、あるいは付着させることができる。所望の薄膜層（又は複数の薄膜層）を備えた担体ウェーハを所望の構造を備えた他のウェーハに結合し、超小型電気機械構造の膜層及び頂部プレート層を形成することができる。上述したプロセスに必要なプロセス温度は、通常、はるかに低いため、高い温度が望ましくないもっと後のプロセスステップ（例えば、変換器と集積回路の統合）にはこれらのプロセスが有利である。
図５．１乃至図５．５Ｅは、ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の他の実施例を示した図である。この製造方法は、図３．１乃至図３．９及び図４．１乃至図４．８に示す製造方法とは若干異なっている。例えば、本発明のこの実施形態では、頂部プレートの底面にコネクタが形成され、コネクタ上に膜層が置かれ、次に、基板ウェーハ上に形成された空胴を覆うために、基板ウェーハの頂部に頂部プレート層及び膜層が置かれている。以下、この方法のステップについて、図５．１乃至図５．５Ｅを参照して説明する。
ステップ１（図５．１）で、ＳＯＩウェーハ５８０でプロセスが開始される。ＳＯＩウェーハ５８０は、後のプロセスステップでｃＭＵＴの頂部プレート層５４０になる所望のシリコン層を有している。シリコン頂部プレート層５４０上に酸化膜層５３１が成長している。他の方法としては、もっと後のステップで、ｃＭＵＴの頂部プレート層として所望の厚さに研削され、かつ、研磨されるプライムウェーハ（図示せず）でプロセスを開始することも可能である。
ステップ２（図５．２）で、酸化膜層５３１がパターン化され、プレート−膜コネクタ５３０が形成される。任意選択で、絶縁層としてもう１つの薄い酸化膜層５３５を成長させることも可能であり、また、必要に応じてパターン化することもできる。
ステップ３（図５．３）で、ＳＯＩウェーハ５８０に、支持層５９２及び薄い酸化膜層５９４を有し、かつ、所望の膜層５２０を担っているもう１つのＳＯＩウェーハが結合される。
ステップ４（図５．４）で、ＳＯＩウェーハ５９０の分厚い支持層５９２及び薄い酸化膜層５９４が除去され、コネクタ５３０を介して頂部プレート層５４０に結合された膜層５２０が残される。
ステップ５（図５．５Ａ乃至図５．５Ｅ）では、いくつかの代替プロセスを使用することができる。図５．５Ａは、第１のオプションを示したもので、側壁５０３Ａによって構成された空胴５０２Ａを備えたプライムウェーハ５０１Ａが、膜層５２０及びコネクタ５３０を介してＳＯＩウェーハ５８０に結合されている。これで、本明細書の中で説明されている他の方法を使用して製造することができる構造と同様の基本ｃＭＵＴ構造が完成する。
図５．５Ｂは、ステップ５の第２のオプションを示したものである。シリコン融合ボンディングを使用して、貫通ウェーハ相互接続５０６及びその中に形成された、パターン化された空胴５０２Ｂを有する基板ウェーハ５０１Ｂが結合されている。このオプションによって得られるｃＭＵＴ構造は、図５．５Ａに示すｃＭＵＴ構造に類似しているが、本明細書に示されている、本出願人が同じ日付で出願したいくつかの他の特許出願に詳細に記載されている追加利点を提供することができる内蔵貫通ウェーハ相互接続５０６を有している。
図５．５Ｃ（Ｃ＿１及びＣ＿２）は、ステップ５の第３のオプションを示したものである。図５．５Ｃ＿１に示すように、適当な金属層５１１（又は他の任意の接着層）が膜層５２０上に付着され、かつ、パターン化されている。図５．５Ｃ＿２では、貫通ウェーハ相互接続５０６及びパターン化された側壁５０３Ｃによって構成された、パターン化された空胴５０２Ｃを有する基板ウェーハ５０１Ｃが、金属層５１１を介してｃＭＵＴ構造の上部部分に結合されている。金属層５１１のパターンは、側壁５０３Ｃのパターンと整合していることが好ましい。
図５．５Ｄは、ステップ５の第４のオプションを示したもので、ｃＭＵＴ構造の上部部分が、金属材料でできたパターン化された側壁５０３Ｄを有するウェーハ５０１Ｄに結合されている。この金属材料は、さらに、領域を覆ってｃＭＵＴ構造の電極５１２の一部として機能するよう、パターン化することができる。例えば、電極５１２は、本明細書に示されている、本出願人が出願したいくつかの他の特許出願に開示されている２つの積み重ねられたコンデンサを有するｃＭＵＴ構造の第３の電極として使用することができる。側壁５０３Ｄなどのパターン化されたフィーチャ及び底部電極５１２を有する金属材料層は、所望の回路を備えたＰＣＢ基板上に形成することができる。この設計の場合、基板ウェーハ５０１Ｄ自体は非導電性であってもよく、ガラス、サファイヤ又はシリコンなどの材料を絶縁層と共に使用して構築することができる。
図５．５Ｅは、ステップ５の第５のオプションを示したもので、ｃＭＵＴ構造の上部部分が、ｃＭＵＴ変換器間の統合を達成するための集積回路（ＩＣ）５１３を有する基板ウェーハ５０１Ｅに結合されている。
上述したステップ５が終了すると、図３．６乃至図３．９に示すステップ６から９と同じステップに従って製造を完了することができる。
他の方法としては、このプロセスで、デバイスエレメントを分離する深いトレンチを、頂部層を基板ウェーハ５０１に結合した後に頂部から底部まで形成する代わりに、頂部層を基板ウェーハ５０１に結合する前に底部から頂部まで膜層５２０及び頂部プレート層５４０を貫通して形成することも可能である。これについては、もっと後のセクションで、トレンチを密閉する技術に関連してさらに説明する。
（２）犠牲技術（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使用した製造
ウェーハから材料を直接除去することによって空胴を形成する代わりに、犠牲技術を使用して、基板ウェーハ上のいずれか一方又は両方の空胴及び中間ばね層の上方の空胴（変換空間を構成している空胴）を形成することができる。また、犠牲技術を使用して、後で除去される犠牲層上に形成される暫定空胴を充填することによってコネクタを形成することも可能である。
犠牲技術を使用して超小型電気機械デバイスを製造するための例示的方法には、
（１）前面及び裏面を有する基板ウェーハを提供するステップと、
（２）基板ウェーハの前面に第１の犠牲層を付着させるステップと、
（３）第１の暫定空胴を形成するために第１の犠牲層をパターン化するステップと、
（４）第１の暫定空胴を充填し、かつ、第１の犠牲層の頂部表面を覆う膜層をさらに形成するために、第１の犠牲層上に第１の薄膜材料を付着させるステップであって、任意選択で膜層が下方の第１の犠牲層にアクセスするための少なくとも１つの孔を有するステップと、
（５）膜層の頂部に第２の犠牲層を付着させるステップと、
（６）第２の暫定空胴を形成するために第２の犠牲層をパターン化するステップと、
（７）少なくとも第２の暫定空胴を充填するために第２の薄膜材料を付着させるステップと、
（８）基板ウェーハの頂部に第１の空胴を形成し、かつ、膜層の頂部に第２の空胴を形成するために、第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去するステップと、
（９）頂部プレート層と側壁の頂部表面との間の第２の空胴から変換空間を構成するために、膜層上に頂部プレートを置くステップと
が含まれている。
結果として得られる構造の第１の空胴は、頂部表面を有する少なくとも１つの側壁によって構成される。側壁は、第１の暫定空胴に付着した第１の薄膜材料で構築される。第２の空胴は、膜層の頂部の少なくともコネクタによって構成される。コネクタは、第２の暫定空胴に付着した第２の薄膜材料で構築される。本明細書中で説明されている他の方法を使用して製造される超小型電気機械構造と同様、この方法で製造された構造のコネクタは、膜層から突出し、かつ、第１の空胴の側壁から、水平方向に、コネクタの垂直方向の変位を許容するべく側壁に固定された片持ち梁を構成するだけの十分な長さだけ間隔を隔てており、コネクタの垂直方向の変位によって頂部プレート層が実質的に垂直方向にピストン様の運動で移動し、延いては変換空間が変化する。
図６．１乃至図６．１２は、犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示した図である。プロセスは表面超小型機械加工に基づいている。以下、この製造方法のステップについて説明する。
ステップ１（図６．１）で、導電性シリコンウェーハ６０１でプロセスが開始される。第１の犠牲層６６１（例えば、酸化物、ＳＯＧ、金属、ポリイミド、重合体又はフォトレジスト層）が付着され、かつ、パターン化される。第１の犠牲層６６１のパターンは、形成すべき膜層の形状を部分的に構成することになる。選択された領域６６２では、もっと後のステップで犠牲エッチング及びシーリングチャネルとして機能するよう、犠牲層６６１が所望の厚さまで薄くなっている。
ステップ２（図６．２）で、第１の薄膜材料（例えば、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化物、シリコン、ポリイミド又は重合体）が付着され、膜層６２０が形成される。また、この薄膜材料は、将来のステップで片持ち梁を構成する側壁６０３になるボイド６２１を充填する。
ステップ３（図６．３）で、任意選択で、エッチングによって、膜層６２０の下方の第１の犠牲層６６１と膜層６２０の上方に形成される第２の犠牲層を接続するための複数のエッチ孔６２２が膜層６２０上に形成される。
ステップ４（図６．４）で、膜層６２０の頂部に第２の犠牲層６１１が付着される。
ステップ５（図６．５）で、次のステップで形成される膜プレートコネクタを構成するための開口６１３を有するべく、第２の犠牲層６１１がパターン化される。また、膜層６２０の上方のパターン化された第２の犠牲層６１１は、該犠牲層６１１が除去されると変換空間を構成する。ステップ４及びステップ５は、とりわけ第１の犠牲層６６１及び第２の犠牲層６１１が同じ材料であるか、あるいは異なる材料ではあっても矛盾のない除去特性を備えている場合、単一ステップとして同時に実行することも可能である。
ステップ６（図６．６）で、開口６１３を充填するべく第２の薄膜材料（例えば、窒化シリコン又は酸化物）が付着され、それによりコネクタ６３０が形成される。また、この薄膜付着によって任意選択で絶縁層６３５が形成される。
ステップ７（図６．７）で、ステップ１（図６．１）の第１の犠牲パターニングで形成された犠牲エッチチャネル６６２にアクセスするためのビア６４１が、絶縁層６３５及びステップ２で付着された薄膜材料を貫通してエッチングされる。他の方法としては、犠牲層６６１に直接アクセスするべく選択された位置で、絶縁層６３５を貫通してビアをエッチングすることも可能である。
ステップ８（図６．８）で、エッチングによって第１の犠牲層６６１及び第２の犠牲層６１１が除去される。
犠牲層６６１及び６１１が除去された後、ステップ９（図６．９）で、もう１つの薄膜付着が実行され、ビア６４１が密閉される。このステップで追加エッチングを実行し、頂部電極（次のステップで付着される）を有利に配置することができる適当な厚さに絶縁層６３５を薄くすることができる。
ステップ１０（図６．１０）で、所望の位置に金属層が付着され、頂部電極６２５が形成される。必要に応じて、このステップで、底部電極にアクセスするための追加ビアをエッチングすることができる（図にはビアは示されていない）。
ステップ１１（図６．１１）で、頂部電極６２５の頂部にもう１つの薄膜材料（例えば、窒化シリコン、ＬＴＯ、ダイヤモンド、ポリイミド、重合体、ＰＤＭＳ又はＰＭＭＡ）が所望の厚さで付着され、頂部プレート層６４０が形成される。
ステップ１２（図６．１２）で、ｃＭＵＴエレメントを分離するための深いトレンチ６４５がｃＭＵＴエレメント間に形成される。また、このトレンチによって、変換器のワイヤボンドパッド（図示せず）にアクセスするためのチャネルが開通する。
上述したプロセスの場合、追加として、あるいはコネクタ６３０の頂部に絶縁層６３５を形成する代わりに、膜層６２０の頂部に絶縁層を形成することも可能である。これらの絶縁層はいずれも任意選択である。
また、上述したプロセスの場合、エッチングチャネル６４１を形成する代わりに、多孔性膜を使用して、犠牲層をエッチングするためのエッチングチャネルを提供することも可能である。例えば、ステップ６（図６．６）で、絶縁層６３５を付着させる代わりに多孔性膜を付着させて開口６１３を充填し、それによりコネクタ６３０を形成することも可能である。犠牲層６６１は、多孔性膜のマイクロポアを介したエッチングによって除去される。犠牲層がエッチ除去されると、薄膜付着を実行してマイクロポアを密閉することができる。
（３）ウェーハボンディング技術及び犠牲技術の組合せを使用した製造
上述した本発明による製造方法の２つのタイプの実施形態を組み合わせることも可能である。例えば、基板上に空胴を形成するステップは、犠牲技術を使用して達成することができ、一方、コネクタを形成するステップ及び他のステップは、熱酸化膜成長技術及びウェーハボンディング技術を使用して達成することができる。それとは逆に、犠牲技術を使用して後者のステップを達成し、一方、直接材料除去技術及びウェーハボンディング技術を使用して前者のステップを達成することも可能である。
図７．１乃至図７．１１は、ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示した図である。プロセスは、変換器の底部電極として実現することができる導電性シリコンウェーハで開始される。
ステップ１（図７．１）で、シリコンエッチングを使用して基板ウェーハ７０１がパターン化され、空胴７０２及び側壁７０３が形成される。空胴７０２及び側壁７０３は、相俟って膜パターン及び形成すべき片持ち梁のためのアンカを構成している。
ステップ２（図７．２）で、パターン化された基板ウェーハ７０１に、分厚い支持層７８２、絶縁層７８４及び所望の膜層７２０を有するＳＯＩウェーハ７８０が結合される。この結合は、真空化で実施することができる。ＳＯＩウェーハ７８０の膜層７２０は、ウェーハボンディングプロセスの間、パターン化されたシリコン基板ウェーハ７０１と対向している。この結合を真空チャンバ内で実施する場合、空胴は真空封じされる。結合されたウェーハは、高温で焼きなましされる。
ステップ３（図７．３）で、分厚い支持層７８２及び絶縁層７８４の両方が除去され、膜層７２０が残される。膜層７２０は、必要に応じて、その選択された領域を高度にドーピングすることができる。
ステップ４（図７．４）で、形成すべきコネクタを構成することになる開口７１３を構成するべく、膜層７２０の上に犠牲層７１１が付着され、かつ、パターン化される。また、パターン化された犠牲層７１１は、膜層７２０及びコネクタの上方に形成される変換空間を構成している。
ステップ５（図７．５）で、薄膜材料（例えば、窒化シリコン又は酸化物）が付着され、開口７１３が充填される。開口７１３に充填された材料がコネクタ７３０になる。付着した薄膜材料は、絶縁層７３５を形成することも可能である。
ステップ６（図７．６）で、犠牲層７１１にアクセスするためのビア７４１がエッチングされる。
次に、ステップ７（図７．７）で犠牲層７１１が除去される。
犠牲層７１１がエッチ除去されると、ステップ８（図７．８）で、薄膜付着が実行され、ビア７４１が密閉される。エッチバックを実行して、頂部電極を適切に配置することができる所望の厚さに絶縁層７３５を薄くすることも可能である。
ステップ９（図７．９）で、所望の位置に金属層が付着され、頂部電極７２５が形成される。必要に応じて、このステップで、底部電極にアクセスするためのビアをエッチングすることができる（図にはビアは示されていない）。
ステップ１０（図７．１０）で、頂部電極７２５の頂部にもう１つの薄膜材料（例えば、窒化シリコン、ＬＴＯ、ダイヤモンド、ポリイミド、重合体、ＰＤＭＳ又はＰＭＭＡ）が所望の厚さで付着され、頂部プレート層７４０が形成される。
ステップ１１（図７．１１）で、ｃＭＵＴエレメントを分離するためのトレンチ７４５がｃＭＵＴエレメント間に形成される。また、このトレンチによって、変換器のワイヤボンドパッド（図示せず）にアクセスするためのチャネルが開通する。
他の基板材料及び膜材料が選択される場合、このプロセスには、他のウェーハボンディング方法（例えば、共晶ボンディング、陽極接合）を使用することができる。
複数のエレメントを備えたｃＭＵＴの場合、必要に応じて、追加プロセスステップを使用して、異なるエレメントのための個別の底部電極を構築することができる。
図８．１乃至図８．３は、ウェーハボンディング技術を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示した図である。これらのステップは、上述した基板ウェーハを準備するための他のステップに先だって実施される。図８．１に示すように、プライムウェーハ８０１ｂ上に絶縁層８０１ａが成長している。図８．２に示すように、酸化したプライムウェーハ８０１ｂにもう１つのプライムウェーハ８０１ｃが結合される。結合されたウェーハは、次に、所望の厚さに研削され、かつ、研磨される。図８．３に示すように、ｃＭＵＴエレメントの底部電極として機能することになるパターン化された領域にシリコンを電気的に分割するために、導電性シリコン層８０１ｃ上にトレンチ８０９がエッチングされる。結合され、かつ、処理されたウェーハが、基板ウェーハ８０１として提供される。次に、ｃＭＵＴ構造を製造するために、本明細書の中で説明されている、複合基板ウェーハ８０１で開始されるデバイス製造ステップが実行される。
図９．１及び図９．２は、底部電極として薄い導電層を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示した図である。これらのステップは、上述した基板ウェーハを準備するための他のステップに先だって実施される。図９．１で、最初に、シリコンウェーハ９０１ｂ上に絶縁層９０１ａが付着される。図９．２で、絶縁層９０１ａ上に所望の厚さを備えた薄い導電膜９０１ｃが付着される。次に、導電層９０１ｃがパターン化され、基板ウェーハ９０１を形成するためにエレメントに必要な底部電極が形成される。次に、ｃＭＵＴ構造を製造するために、本明細書の中で説明されている、基板ウェーハ９０１で開始されるデバイス製造ステップが実行される。
上述したプロセスは、本明細書に示されている、本出願人が同じ日付で出願したいくつかの他の特許出願に開示されている貫通ウェーハ相互接続技法と組み合わせることも可能である。
上述した製造方法は、ｃＭＵＴ構造を使用して説明されているが、これらの製造方法を使用して、エネルギーを変換するための可動機械部品である様々な超小型電気機械デバイスを製造することができる。本発明による製造方法のどの実施形態を使用しても、結果として得られるデバイス構造は、コネクタの位置における垂直方向の変位によって移動する頂部プレート層を特徴としている。変換部材は、超小型電気機械デバイスの中に形成することも、あるいは超小型電気機械デバイスの中で実現することもできる。例えば、導電層を頂部プレートに導入して、ｃＭＵＴ構造の頂部電極として機能させることができ、あるいはその固有の導電率によって導電性の頂部プレート層を頂部電極として実現することができる。異なるエネルギー変換スキームに基づく様々な変換部材を使用することができるが、本発明による変換部材は、一般に、頂部プレートの垂直方向の移動、つまり、頂部プレートと中間ばね層（ｃＭＵＴ構造のコンテキストの中で示されているように膜層）の間に構成される変換空間の変化を介してエネルギー変換を実現している。
ｃＭＵＴ構造の場合、頂部電極と底部電極の両方を有していなければならない。頂部電極は、頂部プレート中又は上に形成することができ、あるいは頂部プレート中又は上で実現することができる。また、底部電極は、中間ばね層又は基板ウェーハ中又は上に形成することができ、あるいは中間ばね層又は基板ウェーハ中又は上で実現することができる。ｐＭＵＴ又はｍＭＵＴなどの、コンデンサを形成している電極対を必要としない他のタイプの超小型電気機械デバイスの場合、可動頂部プレート又は可動中間ばね層のいずれかの中又は上に適切な変換部材を配置することができる。
ＩＩ．接続及び相互接続の設計及び製造
変換器などの超小型電気機械デバイスがそれらの機能を実行するためには、電気接続が必要である。例えば、変換器の可動表面（本明細書の中で示されている頂部プレートなど）は、外部とインタフェースするために、場合によっては固定パッド（例えば、ワイヤボンディングパッド）に電気接続しなければならない。ｃＭＵＴ内のエレメント間の頂部電極は、とりわけ二次元アレイのいくつかの変換器設計では、場合によっては電気的に一体に相互接続しなければならない。接続構造には多くの設計が可能であるが、可動部品に接続される接続は、通常、柔軟（すなわち迎合的）で、かつ、デバイスの性能に対するそれらの影響が最小になるよう、十分な導電性を有していなければならない。
以下、本発明による変換器接続設計のいくつかの実施例について説明する。
第１のタイプの構成では、デバイス（例えば、ｃＭＵＴ）を適当なマスク設計を使用して製造するために使用される同じステップで接続又は相互接続される。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、変換器エレメントと接続アンカの間の接続部の一実施例を示した図である。図１０Ａは、変換器エレメント１０１０と固定接続パッド１０１５の間の接続部１０００の上面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す同じ構造の横断面図である。図に示すように、変換器エレメント１０１０の近傍の領域は、インタフェースのための固定接続パッド１０１５を構築するために利用することができる。固定接続パッド１０１５は、その真下の支持アンカ１０２１によって支持され、かつ、支持アンカ１０２１に接続されている（図１０Ｂ）。固定接続パッド１０１５及び支持アンカは、分離されていることが好ましく、また、変換器エレメントの片持ち梁及び可動頂部プレート層１０４０の動きによって影響されないことが好ましい。
変換器エレメント１０１０及び固定接続パッド１０１５は、いずれも同じ基板ウェーハ１００１上に構築されており、これらの２つの部品は、異なる内部メイクアップを持たせるために別様にパターン化されているが、同じ多層製造プロセスと互換性を有している。図に示す実施例では、変換器エレメント１０１０と固定接続パッド１０１５の間の接続部１０００は、導電層をパターン化することによって頂部プレート１０４０上に形成されている。接続部１０００を柔軟にし、かつ、可撓性にするために、接続部１０００の導電経路は、細くなっているか、あるいは千鳥形に曲がりくねっている。接続部１０００の導電経路は、ウェーハの表面次元においてだけでなく（図１０Ａの上面図に示すように）、ウェーハの深さ次元においても細くすることができる（図１０Ｂの横断面図に示すように）。例えば、接続部１０００に含まれているのは、頂部層（導電層及び頂部プレート層１０４０）の一部のみであり、基板１００１の一部は含まれていない。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、複数の変換器エレメント間の相互接続の一実施例を示したものである。図１１Ａは、固定接続パッド１１１２、１１１４、１１１６及び１１１８を介して相互接続された４つの変換器エレメント１１０２、１１０４、１１０６及び１１０８の上面図である。図１１Ｂは、同じ構造の横断面図である。とりわけ図１０Ａに示す基本エレメント−アンカ接続を使用して相互接続することも可能であるが、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す設計は、よりコンパクトなサイズ及びより良好な相互接続効率を達成するために、異なる構造を有している。図に示すように、固定接続パッド１１１２、１１１４、１１１６及び１１１８は、対応する４つの変換器エレメント１１０２、１１０４、１１０６及び１１０８が共有する共通の隅に位置している。変換器エレメントの各々は、表面次元（水平方向）及びウェーハの深さ（垂直方向）次元の両方で細いことが好ましい対応する細い接続線１２２２、１２２４、１２２６又は１２２８を介して対応する固定接続パッドに接続されている。固定接続パッド１１１２、１１１４、１１１６及び１１１８を互いに電気接続する方法に応じて、４つの変換器エレメント１１０２、１１０４、１１０６及び１１０８を個々に処理することも、あるいは集合体として処理することもできる。また、選択された隅に、追加固定接続パッド１１１３、１１１５、１１１７及び１１１９を備えており、図に示されている個々の変換器エレメントを図に示されていない他の変換器エレメントにさらに接続するために使用することができる。
上述した接続スキーム及び相互接続スキームの利点の１つは、接続構造又は相互接続構造を構築するための余分のプロセスステップを導入する必要がないことである。接続構造又は相互接続構造は、すべて、変換器エレメント自体を構築するための製造プロセスの一環として製造することができる。しかしながら、必要に応じて余分のプロセスステップを導入し、頂部プレート層１１４０の、接続パターン又は相互接続パターンが位置している領域を薄くすることも可能であり、それにより接続構造をさらに迎合的にすることができる。
第２のタイプの構成では、ｃＭＵＴプロセスが終了した後に接続又は相互接続される。図１２．１乃至図１２．４は、本明細書中で説明されているｃＭＵＴ構造などの超小型電気機械デバイスを製造するための主要製造プロセス後における接続又は相互接続の一製造方法の実施例を示した図である。
プロセスは、ほぼ完成した例示的ｃＭＵＴ構造１２００で開始される。ステップ１（図１２．１）で、ｃＭＵＴ構造１２００の頂部に犠牲材料１２９０（例えば、フォトレジスト、ポリイミド、重合体、ＰＤＭＳ又はパリレン）が付着され、ｃＭＵＴエレメント間のトレンチ又はｃＭＵＴエレメントと固定接続パッドの間のトレンチが充填される。ステップ２（図１２．２）で、犠牲材料１２９０がエッチバックされ、ｃＭＵＴの頂部電極１２５５が露出する。ステップ３（図１２．３）で、所望の接続又は相互接続を形成するべく、金属層１２５６が付着され、かつ、パターン化される。ステップ４（図１２．４）で、犠牲材料１２９０が任意選択で除去される。
他の方法としては、所望の特性（音響特性、機械特性又は電気特性など）を備えた材料を使用してトレンチを充填し、かつ、トレンチ内に残留させることも可能である。充填された材料は、除去されることなく、最終変換器構造の補助部分になり、その特性に基づく所望の効果を提供する。
ＩＩＩ．デバイスエレメント間のトレンチを密閉するための方法
ｃＭＵＴエレメント間のトレンチは、アプリケーションによって密閉しなければならない。例えば、密閉構造により、トレンチ内への媒体又は湿気のリーク防止を促進することができる。設計を密閉構造にすることにより、エレメント間の結合を最小化することができる。また、密閉構造は、エレメント間の電気接続を提供することも可能である。トレンチは、デバイスを製造している間、又はデバイスの製造が完了した後に密閉することができる。
図１３．１乃至図１３．１０は、通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示した図である。このプロセスについて、以下のステップで説明する。
ステップ１から４（図１３．１乃至図１３．４）は、図５．１乃至図５．４に示すステップ１から４で説明したステップと同じである。簡単に説明すると、ステップ１（図１３．１）で、ＳＯＩウェーハ１３８０でプロセスが開始される。ＳＯＩウェーハ１３８０は、後のプロセスステップでｃＭＵＴの頂部プレートになる所望のシリコン層１３４０を有している。シリコン層１３４０上に酸化膜層１３３１が成長している。ステップ２（図１３．２）で、酸化膜層１３３１がパターン化され、プレート−膜コネクタ１３３０が形成される。任意選択でもう１つの薄い酸化膜層１３３５を絶縁層として成長させることができ、また、必要に応じてパターン化することができる。ステップ３（図１３．３）で、ＳＯＩウェーハ１３８０に、支持層１３９２及び薄い酸化膜層１３９４を有するもう１つのＳＯＩウェーハ１３９０が結合される。薄い酸化膜層１３９４は、所望の膜層１３２０を担っている。ステップ４（図１３．４）で、ＳＯＩウェーハ１３９０の分厚い支持層１３９２及び薄い酸化膜層１３９４が除去され、コネクタ１３３０で頂部プレート層１３４０に結合された膜層１３２０が残される。必要に応じて、膜層１３２０の選択された領域にシリコンドーピングを実施することができる。
ステップ５（図１３．５）で、膜層１３２０、絶縁層１３３５及び頂部プレート層１３４０を貫通してトレンチ１３４５が形成され、ｃＭＵＴエレメントが分離される。トレンチ１３４５を形成するためのエッチングは、ＳＯＩウェーハ１３８０の酸化膜層１３８１で停止している。
ステップ６（図１３．６）で、膜層１３２０が任意選択でパターン化され、膜層１３２０と基板ウェーハ１３０１を接触させるための接触位置１３２１が形成される。
ステップ７（図１３．７）で、空胴１３０２及び側壁１３０３がパターン化されたシリコン基板ウェーハ１３０１が接触位置１３２１で膜層１３２０に結合される。このステップで、様々なボンディング法を使用して他のタイプの基板ウェーハを結合することができる。
ステップ８（図１３．８）で、ＳＯＩウェーハ１３８０が酸化膜層１３８１までエッチバックされ、頂部プレート層１３４０及び酸化膜層１３８１を備えた頂部プレートウェーハが形成される。必要に応じて頂部プレートウェーハをパターン化することができる。この段階で、トレンチ１３４５が酸化膜層１３８１によって密閉される。
ステップ９（図１３．９）で、次のステップで頂部プレート層１３４０と頂部電極を接触させるための準備として酸化膜層１３８１がパターン化される。必要に応じて、適当なエッチングプロセスによって残りの酸化膜層１３８１を薄くすることができる。
ステップ１０（図１３．１０）で、頂部プレート層１３４０及びパターン化された酸化膜層１３８１上に金属層が付着され、頂部電極１３５５が形成される。
図１４．１乃至図１４．６は、通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示した図である。このプロセスには、犠牲エッチ法が使用されている。このプロセスについて、以下のステップで説明する。
ステップ１（図１４．１）で、完成したｃＭＵＴウェーハ１４００が提供される。トレンチ１４４５は、２つのｃＭＵＴエレメントを分離している。
ステップ２（図１４．２）で、完成したｃＭＵＴウェーハ１４００の頂部に犠牲層１４９０（例えば、フォトレジスタ、ポリイミド、重合体、ＰＤＭＳ、ＬＴＯ、ＴＥＯＳ又はＳＯＧ）が塗布される。犠牲層１４９０は、トレンチ１４４５を充填し、あるいはトレンチ１４４５を部分的に充填することができる。
ステップ３（図１４．３）で、リソグラフを使用して、頂部電極１４５５の少なくとも一部が露出するまで犠牲層１４９０が一様に、あるいは選択的に薄くされる。犠牲材料１４９１は、トレンチ１４４５内に残留する。非一様に薄くする必要がある場合はマスクを使用することができる。
ステップ４（図１４．４）で、頂部電極１４５５及びトレンチ１４４５内に残留している犠牲材料１４９１上に、所望の特性を備えたもう１つの金属層１４９２が付着される。個々のｃＭＵＴエレメントの頂部電極１４５５を個別に処理する必要がある場合、金属層１４９２の代わりに誘電材料（例えば、ポリイミド、重合体、ＰＤＭＳ、ＬＴＯ、窒化シリコン、テフロン（登録商標）又はピレレン（Ｐｙｒｅｌｅｎｅ）を使用することができる。金属層１４９２は、所望の形状にパターン化することができる。また、犠牲層をエッチングするためのビア（図１４．１乃至図１４．６には示されていないが、図１５．１乃至図１５．４に示されている）を金属層１４９２の上に形成することも可能である。
ステップ５（図１４．５）で、犠牲層エッチングを使用して残りの犠牲材料１４９１が除去される。
ステップ６（図１４．６）で、もう１つの誘電層１４９３（例えば、ポリイミド、重合体、ＬＴＯ、窒化シリコン、テフロン（登録商標）、ピレレン、ＳＯＧ、ＰＤＭＳ、フォトレジスト、エポキシ又はワックス）が塗布又は付着され、金属層１４９２の上のビアが密閉される。誘電層１４９３は、必要に応じて所望の形状にパターン化し、あるいはｃＭＵＴの頂部表面から除去することができる。
図１５．１乃至図１５．４は、上述したプロセスと同じプロセスを示した図であるが、図にビア１５９５が含まれているデバイス構造のより大きい部分が示されている。ビア１５９５は、後のプロセスステップにおける密閉を容易にするために、変換器エレメントの能動領域の外部に配置することができる。
図１５．１は、図１４．１乃至図１４．６に示すｃＭＵＴ変換器１４００と同じであるｃＭＵＴ構造１５００を示したもので、デバイス構造全体のより大きい部分が示されている。
図１５．２は、プロセスのステップ４（図１４．４）におけるｃＭＵＴ変換器１５００の状態を示したものである。トレンチ１５４５には、残りの犠牲材料１５９１が充填されている。所望の特性を備えた層１５９２（金属又は他の誘電膜）が付着され、トレンチ１５４５を覆っている。図１５．２には、さらに、パターニングによって形成された、犠牲材料１５９１にアクセスするためのビア１５９５が示されている。
図１５．３は、犠牲材料１５９１が犠牲層エッチングによって除去された後の状態を示したものである。
図１５．４は、ビア１５９５が適当な材料１５９３で密閉されたことを示している。
トレンチ密閉方法のさらに他の変形形態を使用することができる。図１６．１乃至１６．４は、所望の特性を備えた材料を使用してトレンチを密閉するための他の方法を示した図である。
ステップ１（図１６．１）で、頂部電極１６５５の上に、所望の特性を備えた材料（例えば、ポリイミド、重合体、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、ＳＯＧ又はエポキシ）の層１６９０がスピン塗布又は塗装され、トレンチ１６４５が覆われる。例えば、シリコン表面まで乾燥する、粘性の高い材料であることが望ましい。このステップは、ｃＭＵＴの頂部表面に粘着してトレンチ１６４５を覆う、薄いポリイミドテープ（例えば、様々なカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）テープ）、テフロン（登録商標）テープ又はパラフィルム（Ｐａｒａｆｉｌｍ）（ワックス）を使用して実施することも可能である。
ステップ２（図１６．２）で、層１６９０が適当なエッチング方法（例えば、Ｏ２プラズマエッチング）を使用して所望の厚さに薄くされる。層１６９０は、例えば、露出した頂部電極が残るよう、所望の形状にパターン化することも可能である。パターン化された残りの層１６９１は、トレンチ１６４５を覆ったままである。
ステップ３（図１６．３）で、パターン化された残りの層１６９１及び露出した頂部電極１６５５の上に金属層１６９２が付着される。金属層１６９２は、さらにパターン化することができる。
ステップ４（図１６．４）で、必要に応じてもう１つの誘電層１６９３（例えば、ポリイミド、重合体、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、ＳＯＧ、エポキシ、ＬＴＯ、窒化シリコン、テフロン（登録商標）又はピレレン）が塗布され、かつ、パターン化される
上記プロセスで使用される付着、塗布又は塗装方法の他に、ウェーハボンディング法を使用して所望の材料の膜に変えることも可能である。
図１７．１乃至図１７．４は、所望の膜を、ウェーハボンディング法を使用してハンドルウェーハからｃＭＵＴに変える方法を示した図である。ステップ１（図１７．１）で、適切なハンドルウェーハ１７０９（例えば、シリコン又はガラス）上に所望の膜１７９１（例えば、金属膜、ポリイミド、重合体、ＬＴＯ、窒化シリコン、テフロン（登録商標）、ピレレン、ＳＯＧ、フォトレジスト又はエポキシ）が塗布される。ステップ２（図１７．２）で、適当なボンディング法（例えば、共晶ボンディング、熱圧着ボンディング、陽極接合又はエポキシなどのスティクション層）を使用して、所望の膜１７９１を担っているハンドルウェーハ１７０９がｃＭＵＴ１７００に結合又はにかわづけ（ｇｌｕｅｄ）される。ステップ３（図１７．３）で、ハンドルウェーハ１７０９が除去され、ｃＭＵＴ１７００上に膜１７９１が残される。膜１７９１は、必要に応じて所望の厚さにさらにパターン化することができる。ステップ４（図１７．４）で、必要に応じてもう１つの膜が付着され、かつ、パターン化される。
追加機能をトレンチ領域に導入することにより、性能をさらに改善することができ、あるいは特定の特殊効果を達成することができる。図１８．１乃至図１８．２は、ｃＭＵＴエレメント間のトレンチ内にポストが構築されたｃＭＵＴ構造を示した図である。また、図には、このようなトレンチを密閉するプロセスが示されている。
図１８．１は、隣接する２つのｃＭＵＴエレメントを分離しているトレンチ１８４５内にポスト１８４６が構築されたｃＭＵＴ構造１８００の断面を示したものである。ポスト１８４６は、ｃＭＵＴエレメント間の交差結合を小さくするために追加されている。ポスト１８４６は、基板ウェーハ１８０１上に固定されている。トレンチ１８４５内におけるポスト１８４６の特性は、ｃＭＵＴエレメント間の交差結合が最も小さくなるように設計することができる。ポスト１８４６は、余分の製造ステップを一切必要とすることなく、ｃＭＵＴプロセス内で製造することができる。
図１８．２は、トレンチ１８４５を密閉している層１８９２を示した図である。層１８９２は、頂部電極１８５５及びポスト１８４６を覆うこともできる。上述したｃＭＵＴエレメント間のトレンチを密閉する方法と同じ方法を使用して、トレンチ１８４５を密閉することができる。
ポスト１８４６は、適切に設計されたパターニングによって、特定の層を含んだ個々の製造ステップで、ｃＭＵＴデバイスの製造と同時に製造することができることを理解されたい。例えば、ポストアンカ１８４７は、側壁１８０３を形成する際に、それと同じステップで製造することができる。様々な化学的方法又は機械的方法を使用してこのようなポストを形成することができる。
ＩＶ．電気インタフェースパッド上の寄生キャパシタンスの低減
上述したｃＭＵＴなどの超小型電気機械デバイスには、場合によっては、ボンディングワイヤ又はプローブを介して外部に相互接続する必要がある。そのためには、場合によっては電気インタフェースパッド（例えば、ワイヤボンディングパッド又はプロービングパッド）が必要である。インタフェースパッドは、通常、何らかの望ましくない寄生パラメータ（例えば、寄生キャパシタンス又は寄生インダクタンス）をもたらす。変換器の性能を改善するためには、これらの寄生パラメータを最小化しなければならない。
寄生キャパシタンスを小さくする方法の１つは、絶縁層（例えば、酸化物又は窒化シリコンなどの誘電層）の厚さを分厚くすることである。通常、絶縁層の厚さは、適当なプロセスによって成長させることができ、あるいは付着させることができる誘電層の厚さによって制限されている。
本発明の一実施態様によれば、相互接続パッドの真下の絶縁体の厚さを分厚くすることによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法が開示される。この方法によれば、付着する膜の厚さによってではなく、エッチング深さによって基板上の絶縁層の厚さを構成することができ、したがって、膜付着技術によって可能である厚さより著しく分厚い絶縁体を製造することができる。
本発明による製造方法の一実施形態には、基板ウェーハを頂部プレート層に結合する前に実行される以下のステップが含まれている。
（１）基板ウェーハ上に絶縁空胴を形成するステップであって、パターン化された空胴が所望の総合厚さを有し、かつ、製造中の超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップ。
（２）パターン化された空胴の総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、絶縁空胴に誘電材料を充填するステップ。
（３）埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップ。
本発明による製造方法の一実施形態には、同様の結果を得るために異なるプロセスが使用されている。詳細には、上述した平らな（フィーチャのない）絶縁空胴を形成する代わりに、パターン化された空胴が基板ウェーハ上に形成される。一実施形態では、パターン化された空胴は、基板の非除去母材の固体線が書き込まれた狭い通路を有している。パターン化された空胴は、所望の総合厚さを有しており、かつ、製造中の超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されている。パターン化された空胴が形成されると、パターン化された空胴内の非除去母材の固体線が酸化され、パターン化された空胴の総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体が形成される。次に、埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドが形成される。
本発明の他の実施態様では、基板ウェーハの代わりに、上述した製造方法を使用して、デバイス構造の頂部プレート層中に埋設絶縁体を形成することができる。
図１９．１乃至図１９．６は、パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示した図である。所望の位置に位置しているこの分厚い絶縁層は、ｃＭＵＴの製造に先だって完成させることができる。この方法は、以下で説明するステップを有している。
ステップ１（図１９．１）で、パターン化された空胴１９７１が基板ウェーハ１９０１の所望の位置にエッチングされる。図に示す実施例では、パターン化された空胴１９７１は、非除去基板ウェーハ材料１９７３の細い線が書き込まれた空の通路１９７２を有している。
ｃＭＵＴ構造は、分厚い絶縁体が形成された後、同じ基板ウェーハ１９０１上に形成しなければならない。パターン化された空胴１９７１は、所望の総合厚さを有しており、かつ、製造中の超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されている。
ステップ２（図１９．２）で、パターン化された空胴が酸化されるか、あるいは所望の材料（例えば、ガラスフリット又はＳＯＧ）が充填され、分厚い絶縁体１９７４が形成される。
ステップ３（図１９．３）で、必要に応じて表面が平坦化される。
ステップ４（図１９．４）で、側壁１９０３によって構成される空胴１９０２が形成される。これらの空胴は、ｃＭＵＴ構造などの超小型電気機械デバイスを形成するためのである。デバイスは、本明細書の中で説明されている方法を含む任意の方法を使用して製造することができる。
ステップ５（図１９．５）で、空胴１９０２及び側壁１９０３上に膜層１９２０が形成又は導入される。
ステップ６（図１９．６）で、デバイス（図に示されているｃＭＵＴ）の製造プロセスが完了し、デバイスが構築される。図１９．６には、分厚い絶縁体１９７４に隣接する基板ウェーハ１９０１上に製造されたｃＭＵＴエレメント１９０５が示されている。分厚い絶縁体１９７４自体も、同じくデバイス製造プロセスの間に促進され、接続１９０７を介してｃＭＵＴエレメント１９０５に接続するために使用することができる完全な接続アンカ１９０６になる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、その実施例の１つを示したものである。
図２０．１乃至図２０．４は、パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の他の実施例を示した図である。図１９．１乃至図１９．６に示す実施例とは異なり、この実施例では、所望の位置に位置しているこの分厚い絶縁層は、ｃＭＵＴを製造した後に完成させることができる。この方法は、以下で説明するステップを有している。
ステップ１（図２０．１）で、ほぼ完成したｃＭＵＴ構造２０００が提供される。図２０．１に示すように、ｃＭＵＴ製造プロセスは、頂部プレート層２０４０の上に表面層を形成するステップまで実行されている。
ステップ２（図２０．２）で、パターン化された空胴２０７１が頂部プレート層２０４０上に形成される。パターン化された空胴２０７１は、頂部プレート層２０４０の非除去母材２０７３の固体線が書き込まれた狭い通路２０７２を有しており、また、パターン化された空胴２０７１は、所望の総合厚さを有しており、かつ、近傍の超小型電気機械エレメント（例えば、ｃＭＵＴ２００５）を接続するための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されている。パターン化された空胴２０７１は、必要に応じて基板ウェーハ２００１中へエッチングすることができる。
ステップ３（図２０．３）で、パターン化された空胴２０７１が酸化されるか、あるいは所望の材料（例えば、ガラスフリット又はＳＯＧ）が充填され、分厚い絶縁体２０７４が形成される。
ステップ４（図２０．４）で、ｃＭＵＴエレメント２００５の頂部に金属層が付着され、頂部電極２０５５が形成される。同じ金属層が付着され、かつ、パターン化され、分厚い絶縁体２０７４の頂部にコンタクト層２０５６が形成される。
図１９．１乃至図１９．６及び図２０．１乃至図２０．４に示す分厚い例示的絶縁体構成は、埋設片持ち梁を備えたｃＭＵＴに使用される。しかしながら、分厚い絶縁層又は分厚い絶縁体を形成するためのこれらの方法は、固定接続を必要とする他の任意の超小型電気機械デバイスの製造プロセスに適用することができる。
上述した実施例に示すように、寄生キャパシタンスを小さくするための本発明による製造方法の独自の側面の１つは、付着する膜の厚さによってではなく、エッチング深さによって基板ウェーハ上又は頂部プレート層上の絶縁層の厚さが構成されることであり、したがって膜の厚さによって強いられている固有の限界が克服されることである。
Ｖ．追加機能を備えた超小型電気機械デバイスを構築するための製造方法
超小型電気機械デバイスの基本エレメントに対する追加機能が想定されており、以下で説明する方法を使用して製造することができる。
図２１は、自己整列片持ち梁を特徴とするｃＭＵＴ構造の横断面図である。より簡潔にするために、図２１には、個別の層及び絶縁層の中で具体化される頂部電極及び底部電極などのいくつかの任意選択部品は省略されている（本明細書の中で説明されているように、ｃＭＵＴ構造にはコンデンサを形成するための一対の電極が必要であるが、これらの電極を個別の層の中で具体化する必要はない）。
図２１に示すｃＭＵＴ構造２１１１は、図２Ｃに示すｃＭＵＴ部分２１１に類似している。ｃＭＵＴ構造２１１１は、基板２１０１上に構築されており、中間ばね層２１２０及び頂部プレート層２１４０を有している。空胴２１０２は、基板２１０２と中間ばね層２１２０の間に構成されている。空胴２１０２は、２つの互いに反対側の面に位置している２つの側壁アンカ２１０３及び２１０３ｍと境界をなしている。コネクタ２１３０は、中間ばね層２１２０の頂部に直立しており、頂部プレート層２１４０に接続している。コネクタ２１３０は、側壁アンカ２１０３及び側壁アンカ２１０３ｍの両方の側壁から水平方向に間隔を隔てている。側壁アンカ２１０３と側壁アンカ２１０３ｍの間の中間ばね層２１２０は、側壁アンカ２１０３及び側壁アンカ２１０３ｍに固定された二重片持ち梁を構成している。二重片持ち梁は、ブリッジを形成するべく、コネクタ２１３０が配置されている位置で、ヘッドツーヘッドで接続されている。頂部プレート層２１４０は、頂部プレート２１４０と中間ばね層２１２０を分離し、頂部プレート層２１４０の下方に変換空間を構成しているコネクタ２１３０の上に置かれている。二重片持ち梁及び空胴２１０２は、コネクタ２１３０の垂直方向の変位を可能にしており、それにより頂部プレート層２１４０が実質的に垂直方向に移動し、延いては変換器内の変換空間が変化して変換部材が作動し、エネルギーが変換される。
図２Ａ乃至図２Ｃに示すｃＭＵＴ構造では、実質的に一様な厚さを有する中間ばね層２２０が使用されており、したがって、形成される片持ち梁のビーム長は、対応する側壁アンカ２０３又は２０３ｍの縁の位置に対する、対応するプレート−ばねコネクタ２３０の位置２２０によって決まる。ビーム長及び対応する片持ち梁のばね強度の正確な制御は、対応する側壁アンカの位置に対する中間ばね層上のプレート−ばねコネクタの位置を正確に制御することによって達成される。製造方法のいくつかの実施形態では、プレート−ばねコネクタ、側壁アンカ及び空胴が異なるリソグラフィステップで構成されるため、場合によってはこのような正確な制御を達成することが困難である。これらの異なるステップ間におけるいかなる整列誤差も、片持ち梁の長さが意図する長さから変化する原因になる。
図２Ａ乃至図２Ｃに示すｃＭＵＴ構造とは対照的に、ｃＭＵＴ構造２１１１は、自己整列片持ち梁を特徴としている。この自己整列片持ち梁を達成するために、分厚い中間ばね層２１２０が使用されている。片持ち梁の長さＬａ及びＬｂは、ばね膜層２１２０に対応するより薄い部分２１２４ａ又は２１２４ｂによって構成される。図に示す実施例では、２つのより薄い部分２１２４ａ及び２１２４ｂは、ばね膜層２１２０によって形成されるブリッジの中央部分のより分厚い部分２１２２によって分離されている。図に示すブリッジ構成の場合、より分厚い部分２１２２は、片持ち梁ディバイダとして機能している。他の構成では、より分厚い部分２１２２は、一方の側にのみ片持ち梁の末端を形成する片持ち梁ターミネータであってもよい。より分厚い２つの固定部分２１２２ａ及び２１２２ｂは、それぞれ、２つの側壁アンカ２１０３及び２１０３ｍの頂部に位置している。いくつかの実施形態では、より分厚い２つの固定部分２１２２ａ及び２１２２ｂが、２つの側壁アンカ２１０３及び２１０３ｍの少なくとも一部、さらには側壁アンカ２１０３及び２１０３ｍ全体を形成している。
プレート−ばねコネクタ２１３０は、より分厚い部分２１２２上に位置している。この構成の場合、片持ち梁の長さＬａは、より分厚い部分２１２２の縁２１０６とより分厚い部分２１２２ａの縁２１０４の間の距離によって構成される。片持ち梁の長さＬｂも同様に構成される。したがって、片持ち梁の長さＬａ及びＬｂは、１つのリソグラフマスクによって予め決定することができる。中間ばね層２１２０（正確にはより分厚い部分２１２２）に対するコネクタ２１３０の誤整列、あるいは側壁アンカ２１０３又は２１０３ｍに対する中間ばね層２１２０（正確には中間ばね層２１２０のより分厚い部分２１２２ａ及び２１２２ｂ）の誤整列は、それがどのようなものであっても、片持ち梁の長さ及び対応する片持ち梁のばね強度に対する影響は最小である。したがって、ｃＭＵＴ構造２１１１における片持ち梁の長さＬａ、Ｌｂ及び対応する片持ち梁のばね強度は、個々の製造ステップ間のいかなる不一致に対してもほとんど無関係であるか、あるいは全く無関係である。
以上の説明は、図２１に示す横断面図のコンテキストの中でなされている。三次元的には、片持ち梁はビーム様フォーメーションである必要はなく、本明細書において定義されている面積すなわち平面片持ち梁であってもよい。例えば、より薄い部分２１２４ａ及び２１２４ｂは、それぞれ細長い条片又はリング様（環状）の形状であってもよい。
図２２．１乃至図２２．１６は、自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示した図である。このプロセスは、トレンチシーリングなどの他の機能を組み込むことも可能である。以下、このプロセスのステップについて説明する。
ステップ１（図２２．１）で、結果として得られるｃＭＵＴ構造の頂部プレート層２２４０になるシリコン層２２４０を担ったＳＯＩウェーハ２２８０でプロセスが開始される。頂部プレート２２４０の底部に酸化膜層２２８１及び窒化膜層２２８２が成長している。他の方法としては、もっと後のステップで頂部プレート層として所望の厚さに研削し、かつ、研磨することができるプライムウェーハでこのステップを開始することも可能である。
ステップ２（図２２．２）で、ｃＭＵＴ設計に従って酸化膜層２２８１及び窒化膜層２２８２がパターン化され、頂部プレート層２２４０の特定の領域が露出する。
ステップ３（図２２．３）で、頂部プレート層２２４０の露出領域が所望の厚さまで酸化される。
ステップ４（図２２．４）で、窒化膜層及び酸化膜層が除去され、頂部プレート層２２４０の底部表面に凹所２２４１が形成される。
ステップ５（図２２．５）で、パターン化されたフィーチャ２２３１が頂部プレート層２２４０の凹所２２４１上に形成される。パターン化されたこれらのフィーチャ２２３１は、最終ｃＭＵＴ構造のプレート−ばねコネクタ２２３０の一部になる。パターン化されたこのようなフィーチャ２２３１を形成するための方法の１つは、酸化膜層を成長させることである。このステップで、いくつかの追加ステップを任意選択で実行することができる。これらの追加ステップについては、主要ステップについて説明した後に、図２２．５Ａ及び図２２．５Ｂを参照して説明する。
ステップ６（図２２．６）で、頂部プレート層２２４０の凹所２２４１上にもう１つの酸化膜層２２３２を成長させることができる。この任意選択の酸化膜層２２３２は、パターン化されたフィーチャ２２３１の根元を支持し、最終ｃＭＵＴ構造のプレート−ばねコネクタ２２３０の一部としてのそれらの固体化を促進することができる。
ステップ７（図２２．７）で、シリコン層２２２１を担ったもう１つのＳＯＩウェーハ２２８５がプレート−ばねコネクタ２２３０に結合される。シリコン層２２２１は、最終ｃＭＵＴ構造の中間ばね層２２２０になり、埋設ばね（片持ち梁）を形成する。この目的を達成するためには、シリコン層２２２１は、適当な厚さを有していなければならない。
ステップ８（図２２．８）で、担体層及び酸化膜層を除去するべくＳＯＩウェーハ２２８５がエッチバックされ、中間ばね層２２２０になるシリコン層２２２１が残される。このステップで、必要に応じて、シリコン層２２２１の選択された領域にシリコンドーピングを実施することができる。
ステップ９（図２２．９）で、シリコン層２２２１上に酸化膜層２２８６及び窒化膜層２２８７が形成され、かつ、パターン化され、シリコン層２２２１のアクセス可能な選択領域２２８８が残される。
ステップ１０（図２２．１０）で、シリコン層２２２１のアクセス可能領域２２８８が所望の厚さまで酸化される。
ステップ１１（図２２．１１）で、酸化膜層及び窒化膜層の選択された部分が除去され、シリコン層２２２１の領域２２１３の頂部に酸化膜及び窒化膜が残される。領域２２１３は、最終ｃＭＵＴ構造の側壁アンカ２２０３になる。この時点で、シリコン層２２２１の覆われていない他の領域が次のステップのために露出する。
ステップ１２（図２２．１２）で、シリコン層２２２１の露出領域が所望の厚さまで酸化される。
ステップ１３（図２２．１３）で、領域２２１３上の酸化膜層及び窒化膜層の両方、及びステップ１２で形成された新しい酸化層が除去され、側壁アンカ２２０３及び片持ち梁ディバイダ２２２２になる、より分厚い部分フィーチャを有する中間ばね層２２２０が形成される。このステップ（ステップ１３）の後、いくつかのオプションを利用することができる。図２２．１４Ａを参照して第１のオプションについて次に説明し、また、後で図２２．１４Ｂ、図２２．１４Ｃ及び２２．１４Ｄを参照して他のいくつかのオプションについて説明する。
ステップ１４オプション１（図２２．１４Ａ）で、所望の厚さを備えたプライムウェーハ２２０１が結合される。この層は、最終ｃＭＵＴ構造の基板２２０１になる。このステップの後のプロセスは、製造が終了するまで、上述した他の例示的製造方法のいくつかの最終ステップと同様である。以下、一実施例について、簡単に説明しておく。
ステップ１５（図２２．１５）で、担体層及び酸化膜層を除去するべく頂部ＳＯＩウェーハ２２８０がエッチバックされ、頂部プレート層２２４０が形成される。
ステップ１６（図２２．１６）で、必要に応じて金属層２２５０が付着され、かつ、パターン化され、それにより相互接続が形成される。ｃＭＵＴエレメント間に、個々のｃＭＵＴエレメントを分離するためのトレンチ２２１５が形成される。
上述したステップ１４には、他のいくつかのオプションを利用することができる。ステップ１４の第２のオプション（図２２．１４Ｂ）では、プライムウェーハを結合する代わりに、貫通ウェーハ相互接続２２６０が中に形成された処理済みウェーハ２２９１が中間ばね層２２２０に融解結合される。処理済みウェーハ２２９１及び中間ばね層２２２０は、片持ち梁形成領域の形状に対応する空胴パターンを構成している。このステップは、他のウェーハボンディング技術（例えば、共晶ボンディング、熱圧着ボンディング及び陽極接合）を使用して実施することも可能である。
ステップ１４の第３のオプション（図２２．１４Ｃ）では、所望の金属パターンを備えた、あるいは所望の回路を備えたＰＣＢ基板を備えたウェーハ２２９２が中間ばね層２２２０に結合される。ウェーハ２２９２は、ガラス、サファイヤ又はシリコンなどの材料を使用して構築することができる。
ステップ１４の第４のオプション（図２２．１４Ｄ）では、集積回路２２９４（ＩＣ）が中に構築されたシリコンウェーハ２２９３が中間ばね層２２２０に結合される。
上述したステップ５で、いくつかの追加ステップを任意選択で実行することができる。これらの追加ステップについて、図２２．５Ａ及び図２２．５Ｂを参照して説明する。図２２．５Ａで、頂部プレート２２４０上のｃＭＵＴエレメント領域を分離するためのトレンチ２２１６が頂部プレート層２２４０を貫通して形成される。このステップは、上述したステップ１６の代わりに実施することができる。図２２．５Ｂで、必要に応じてトレンチ２２１６内に薄膜材料２２１７が形成され、かつ、処理される。これらの追加ステップの後のプロセスは、上述したステップ６から継続される。
図２３．１乃至図２３．７は、自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示した図である。このプロセスは、トレンチシーリングなどの他の機能を組み込むことも可能である。以下、このプロセスのステップについて説明する。
ステップ１（図２３．１）で、基板ウェーハ２３０１でプロセスが開始される。基板ウェーハ２３０１上に犠牲層２３７１が付着され、かつ、パターン化される。
ステップ２（図２３．２）で、犠牲層２３７１上に適当な材料の層２３２９が形成される。また、層２３２９の材料は、犠牲層２３７１のパターンを充填している。層２３２９は、最終ｃＭＵＴ構造の中間ばね層２３２０になる。
ステップ３（図２３．３）で、表面超小型機械加工法を使用して層２３２９がパターン化され、複数のフィーチャを有する中間ばね層２３２０が形成される。フィーチャの一部は、片持ち梁ディバイダ２３２２になる。
ステップ４（図２３．４）で、中間ばね層２３２０の上にもう１つの犠牲層２３７２が付着される。
ステップ５（図２３．５）で、犠牲層２３７２上に頂部プレート層２３４０が置かれる。
ステップ６（図２３．６）で、犠牲層２３７１及び２３７２が除去され、空胴２３０２及び２３６０が形成される。空胴２３０２は、基板２３０１の頂部に位置しており、ｃＭＵＴ構造の片持ち梁に変位空間を提供している。空胴２３６０は、中間ばね層の頂部に位置しており、ｃＭＵＴ構造の変換空間として機能している。必要に応じてこのステップで空胴を密閉することができる。
ステップ７（図２３．７）で、必要に応じて、頂部プレート層２３４０上に金属層２３５０が付着され、かつ、パターン化される。このステップで、ｃＭＵＴエレメントを分離するためのトレンチを形成することができる。
図２２．１乃至図２２．１６及び図２３．１乃至図２３．７に示す製造方法の個々のステップにおける材料の選択及び処理方法の選択は、本明細書において他の超小型電気機械構造を使用して説明した製造方法における選択と同様である。この場合も、上述したプロセスを実例で示すためにｃＭＵＴが使用されているが、これらの方法は、ｃＭＵＴに限定されない。超小型電気機械構造は、図２２．１乃至図２２．１６及び図２３．１乃至図２３．７に示すプロセスの個々のプロセスの一部のみを使用して、あるいはこれらのプロセスの異なるステップシーケンスを使用して製造することも可能である。また、ＳＯＩウェーハを使用する代わりに、高度にドープされた層を備えたシリコンウェーハ又はＰＮ接合層を備えたシリコンウェーハを使用して、埋設ばねを有する超小型電気機械構造の中間ばね層を構築することも可能である。次に、選択的シリコンエッチングを使用して、中間ばね層の上に片持ち梁領域を形成することができる。
以上、超小型電気機械デバイスの製造方法について、図面及び例示的実施形態に沿って詳細に説明した。本発明の製造方法によれば、エネルギーを変換するための可動機械部品を有する様々な超小型電気機械デバイスを製造するための潜在的に有利な製造方法が提供される。本発明による製造方法は、とりわけキャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）の製造に適しているが、エネルギーを変換するための可動機械部品を有する他の超小型電気機械デバイスの製造に使用することも可能である。
詳細には、本発明による製造方法は、国際特許出願（ＰＣＴ）「MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS」（整理番号０３００４．０３）及び「MICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCERS」（整理番号０３００４．０４）に開示されている新規なＭＵＴ（とりわけｃＭＵＴ）の製造及びパッケージングに使用することができる。上記国際特許出願は、本出願人が本特許出願と同じ日付で出願したものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
上述した明細書においては、本発明の開示は、本開示の特定の実施形態を参照して記述されているが、本開示はそれらに限定されないことは当業者には認識されよう。上述した開示の様々な特徴及び態様は、個々に使用することもあるいは共同して使用することも可能である。また、本開示は、本明細書の精神及び技術的範囲を逸脱することなく、任意の数の環境に利用することができ、また、本明細書の中で説明されている環境以外のアプリケーションに利用することができる。本出願人らは、特許請求の範囲の範囲及び精神の範疇であるこのような修正及び変形形態のすべてを特許請求する。したがって、本明細書及び図面は、本発明を制限するものではなく、本発明を実例で説明するためのものとして解釈されたい。本明細書に使用されている「備えている」、「含んでいる」及び「有している」という用語は、当分野における無制限の用語として解釈すべきことが特に意図されていることは認識されよう。
従来技術による複数のセルを有するｃＭＵＴの基本構造の横断面図である。 完全なｃＭＵＴエレメント及び隣接するｃＭＵＴエレメントの一部を示すｃＭＵＴ構造の横断面図である。 完全なｃＭＵＴエレメントの選択されたｃＭＵＴ部分の拡大図である。 完全なｃＭＵＴエレメントの他の部分である選択された異なるｃＭＵＴ部分の拡大図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第２の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用した製造方法の第３の実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 犠牲技術を使用した製造方法の一実施例を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術と犠牲技術を組み合わせた一例示的製造方法を示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示す図である。 ウェーハボンディング技術を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示す他の図である。 ウェーハボンディング技術を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示す他の図である。 底部電極として薄い導電層を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示す図である。 底部電極として薄い導電層を使用したｃＭＵＴエレメントの底部電極を分離するためのプロセスステップを示す他の図である。 変換器エレメントと接続エッチバックの間の電気接続の一実施例を示す図である。 変換器エレメントと接続エッチバックの間の電気接続の一実施例を示す他の図である。 複数の変換器エレメント間の相互接続の一実施例を示す図である。 複数の変換器エレメント間の相互接続の一実施例を示す他の図である。 超小型電気機械デバイスを製造するための主要製造プロセス後における接続又は相互接続を製造するためのプロセスの一実施例を示す図である。 超小型電気機械デバイスを製造するための主要製造プロセス後における接続又は相互接続を製造するためのプロセスの一実施例を示す他の図である。 超小型電気機械デバイスを製造するための主要製造プロセス後における接続又は相互接続を製造するためのプロセスの一実施例を示す他の図である。 超小型電気機械デバイスを製造するための主要製造プロセス後における接続又は相互接続を製造するためのプロセスの一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの間にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 通常のデバイス製造プロセスの後にトレンチシーリングプロセスを組み込んだ製造方法の一実施例を示す他の図である。 図にビアが含まれている同じプロセスを示す図である。 図にビアが含まれている同じプロセスを示す他の図である。 図にビアが含まれている同じプロセスを示す他の図である。 図にビアが含まれている同じプロセスを示す他の図である。 所望の特性を備えた材料を使用してトレンチを密閉するための他の方法を示す図である。 所望の特性を備えた材料を使用してトレンチを密閉するための他の方法を示す他の図である。 所望の特性を備えた材料を使用してトレンチを密閉するための他の方法を示す他の図である。 所望の特性を備えた材料を使用してトレンチを密閉するための他の方法を示す他の図である。 所望の膜を、ウェーハボンディング技法を使用してハンドルウェーハからｃＭＵＴに変えるための方法を示す図である。 所望の膜を、ウェーハボンディング技法を使用してハンドルウェーハからｃＭＵＴに変えるための方法を示す他の図である。 所望の膜を、ウェーハボンディング技法を使用してハンドルウェーハからｃＭＵＴに変えるための方法を示す他の図である。 所望の膜を、ウェーハボンディング技法を使用してハンドルウェーハからｃＭＵＴに変えるための方法を示す他の図である。 ｃＭＵＴエレメント間のトレンチ内にポストを有するｃＭＵＴ構造及びこのようなトレンチを密閉するプロセスを示す図である。 ｃＭＵＴエレメント間のトレンチ内にポストを有するｃＭＵＴ構造及びこのようなトレンチを密閉するプロセスを示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の一実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の他の実施例を示す図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の他の実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の他の実施例を示す他の図である。 パターン化された空胴に分厚い絶縁体を形成することによって相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくする方法の他の実施例を示す他の図である。 自己整列片持ち梁を特徴とするｃＭＵＴ構造の横断面図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するためのウェーハボンディングプロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。 自己整列機能を有するｃＭＵＴ構造を製造するための表面超小型機械加工プロセスを示す他の図である。

Claims (62)

  1. エネルギーを変換するための可動機械部品を有する超小型電気機械デバイスの製造方法であって、
    基板ウェーハと中間ばね層と頂部プレート層を提供するステップと、
    前記基板ウェーハの前面又は前記中間ばね層の底面のいずれかに少なくとも１つの空胴を形成するステップであって、個々の空胴が少なくとも１つの側壁を有するステップと、
    前記中間ばね層の頂面又は前記頂部プレート層の底面のいずれかに所望の高さの少なくとも１つのコネクタを形成するステップと、
    前記頂部プレート層上に変換部材を形成又は実現するステップと、
    前記頂部プレート層の底面と前記中間ばね層の頂面が対向し、かつ、前記中間ばね層の底面と前記基板ウェーハの前面が対向するよう、前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップとを有し、
    前記コネクタが前記中間ばね層から突出して、前記頂部プレート層と前記中間ばね層の間に変換空間を構成し、前記コネクタが、前記側壁から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てて、前記側壁に固定された片持ち梁を構成し、前記片持ち梁の作用端が前記コネクタに固定され、前記片持ち梁及び前記空胴が前記コネクタの垂直方向の変位を可能にし、それにより前記頂部プレート層が実質的に垂直方向にピストン様の運動で移動し、延いては前記変換空間が変化して前記変換部材が作動することを特徴とする超小型電気機械デバイスの製造方法。
  2. 前記空胴が少なくとも２つの側壁によって構成され、前記コネクタが前記２つの側壁の間に位置し、かつ前記２つの側壁の各々から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てて、ヘッドツーヘッドで接続された２つの片持ち梁を有するブリッジを構成することを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  3. 前記少なくとも１つの空胴を形成するステップが、
    前記基板ウェーハの前面に第１の空胴及び第２の空胴を形成するステップであって、前記第１の空胴及び前記第２の空胴が前記側壁の互いに反対側の２つの面に位置して前記側壁を共有するステップを含み、
    前記少なくとも１つのコネクタを形成するステップが、
    同じ所望の高さの第１のコネクタ及び第２のコネクタを形成するステップであって、前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタが前記側壁の互いに反対側の面に位置し、それぞれ前記側壁から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てて、バックツーバックで前記側壁に接続された２つの片持ち梁を構成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  4. 前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、前記第１の空胴を覆うために前記基板ウェーハの頂部に前記中間ばね層を配置するステップを含み、
    前記コネクタを形成するステップが、前記中間ばね層が前記基板ウェーハに結合された後に、前記中間ばね層の頂面に前記コネクタを形成するステップを含み、
    前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、前記コネクタがその上に形成された前記中間ばね層が前記基板ウェーハに結合された後に、前記コネクタ上に前記頂部プレート層を配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  5. 前記コネクタを形成するステップが、前記頂部プレート層の底面に前記コネクタを形成するステップを含み、前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    前記コネクタ上に前記中間ばね層を配置するステップと、
    前記第１の空胴を覆うために前記基板ウェーハの頂部に前記頂部プレート層及び前記中間ばね層を配置するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  6. 前記変換部材を形成又は実現するステップが、前記頂部プレート層上に金属層を付着させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  7. 前記超小型電気機械デバイスがキャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）であり、前記頂部プレート層上に前記変換部材を形成又は実現するステップが、前記頂部プレート層上に頂部電極を形成又は実現するステップを含み、前記中間ばね層又は前記基板ウェーハ中又は上に底部電極を形成又は実現するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  8. 前記頂部電極を形成又は実現するステップが、前記頂部プレート層に導電性材料を使用することによって達成されることを特徴とする請求項７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  9. 前記底部電極を形成又は実現するステップが、前記基板ウェーハに導電性材料を使用することによって達成されることを特徴とする請求項７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  10. 前記中間ばね層が薄い弾性膜であり、前記頂部プレート層が前記中間ばね層より著しく剛直であることを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  11. 前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    薄い層を担った支持層を有するＳＯＩウェーハを前記基板ウェーハの前面に結合するステップと、
    前記基板ウェーハの頂部の前記薄い層を前記中間ばね層として残して、化学的方法又は機械的方法によって前記支持層を除去するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  12. 前記コネクタが前記頂部プレート層の底面に形成され、前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    薄い層を担った支持層を有するＳＯＩウェーハを、前記コネクタがその上に形成された前記頂部プレート層の底面に結合するステップと、
    前記頂部プレート層の底面の前記薄い層を前記中間ばね層として残して、化学的方法又は機械的方法によって前記支持層を除去するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  13. 前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    支持層及び前記頂部プレート層を有するＳＯＩウェーハを前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合するステップと、
    前記頂部プレート層を前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合された状態で残して、化学的方法又は機械的方法によって前記支持層を除去するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  14. 前記ＳＯＩウェーハを前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合するステップの前に、前記頂部プレート層の底面に絶縁層を形成するステップであって、前記支持層を除去する際に、前記頂部プレート層と前記絶縁層の両方が前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合された状態を維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  15. 前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    プライムウェーハを前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合するステップと、
    所望の厚さを備えた前記プライムウェーハを前記頂部プレート層として残して、化学的方法又は機械的方法を使用して前記プライムウェーハを薄くするステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  16. 前記頂部プレート層を前記中間ばね層と前記基板ウェーハに結合した後に、前記頂部プレート層を所望の形状又は構成にパターン化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  17. 前記頂部プレート層をパターン化するステップが、前記頂部プレート層に所望のレベルの中空度を生成するために、前記頂部プレート層に複数の孔を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  18. 前記基板ウェーハ上に少なくとも１つの空胴を形成するステップが、前記基板ウェーハ上に複数の空胴を形成するステップを含み、前記少なくとも１つのコネクタを形成するステップが、複数のコネクタを形成するステップを含み、前記複数のコネクタが前記中間ばね層全体にわたって異なる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  19. 前記基板ウェーハを前記中間ばね層と前記頂部プレート層に結合する前に、
    前記基板ウェーハの頂部に絶縁層を導入するステップと、
    前記絶縁層上に導電層を導入するステップと、
    互いに電気的に絶縁された複数のセクションを形成するために前記導電層をパターン化するステップであって、個々のセクションが別々の超小型電気機械エレメントに反応し、個々のエレメントが少なくとも１つの片持ち梁を有するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  20. 複数の超小型電気機械エレメントを互いに分離するために、少なくとも前記頂部プレート層を貫通する分離トレンチを形成するステップであって、個々のエレメントが少なくとも１つの片持ち梁を有するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  21. 個々のエレメントが接続アンカに電気接続されることを特徴とする請求項２０に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  22. 前記接続アンカが分離され、前記片持ち梁及び前記頂部プレート層の動きによって影響されないことを特徴とする請求項２１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  23. 前記複数のエレメントが互いに最小の分離間隔でアレイに配置され、個々のエレメントが、隣接する少なくとも２つのエレメントによって共有される隅又は縁に配置されたエレメント間接続アンカに電気接続されることを特徴とする請求項２０に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  24. 前記分離トレンチを形成するステップの前に、前記頂部プレート層の頂部に導電層を導入するステップであって、次に形成される分離トレンチが前記導電層を貫通して前記空胴に到達するステップと、
    充填材を使用して前記空胴を充填するステップと、
    前記トレンチの両側の２つのエレメントを電気接続するために、前記トレンチの上に金属層を付着させるステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  25. 前記充填材が、後で除去することができる犠牲材料であることを特徴とする請求項２４に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  26. 前記充填材が所望の特性を有する材料であり、前記空胴に残留することを特徴とする請求項２４に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  27. 前記分離トレンチを密閉するために、前記分離トレンチ上にカバー層を導入するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  28. 相互接続された隣接するエレメントを一体処理することができるよう、隣接するエレメントを相互接続するために、前記カバー層上に金属層を付着させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  29. 前記分離トレンチを充填するために、前記頂部プレート層の頂部から犠牲材料を形成する追加ステップと、
    前記分離トレンチを密閉するために、前記頂部プレート層の頂部に第１の密閉層を付着させる追加ステップであって、前記密閉層が前記犠牲材料にアクセスするためのビアを有する追加ステップと、
    前記犠牲材料を除去する追加ステップと、
    前記ビアを密閉するために第２の密閉層を付着させる追加ステップと
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  30. 前記第１の密閉層が、相互接続された隣接するエレメントを一体処理することができるよう、隣接するエレメントを相互接続するための金属層であることを特徴とする請求項２９に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  31. 前記追加ステップが、前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合した後に実行されることを特徴とする請求項２９に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  32. 前記基板ウェーハ上に少なくとも１つの空胴を形成する前記ステップが、前記基板ウェーハ上に複数の空胴を形成するステップを含み、
    前記少なくとも１つのコネクタを形成するステップが、前記頂部プレート層の底面に複数のコネクタを形成するステップであって、前記複数のコネクタが、前記頂部プレート層が結合されて中間ばね層になる際に、前記中間ばね層の全体にわたって異なる位置に配置されるステップを含み、
    前記基板ウェーハと前記中間ばね層と前記頂部プレート層を結合するステップが、
    第１のＳＯＩウェーハを前記頂部プレート層の底面に結合するステップであって、前記第１のＳＯＩウェーハが、前記中間ばね層を支持する第１の支持層を有するステップと、
    前記頂部プレート層に結合された前記中間ばね層を残して、前記第１のＳＯＩウェーハ中の前記支持層を除去するステップと、
    前記空胴が形成された前記基板ウェーハを、前記頂部プレート層とは反対側の前記中間ばね層に結合するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  33. 前記基板ウェーハを結合するステップの前に、複数の超小型電気機械エレメントを互いに分離するために、前記中間ばね層を貫通し、かつ前記頂部プレートの少なくとも一部を貫通する分離トレンチを形成するステップであって、個々のエレメントが、１つの片持ち梁を形成するための少なくとも１つのコネクタを有するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  34. 前記頂部プレート層が、第２の支持層と絶縁体層と前記頂部プレート層を有する第２のＳＯＩウェーハの一部として提供され、
    前記第１のＳＯＩウェーハを前記第２のＳＯＩウェーハに担われた前記頂部プレート層の底面に結合するステップの後に、前記第２のＳＯＩウェーハ中の前記第２の支持層を除去するステップと、
    前記分離トレンチを形成するステップの後に、前記絶縁体層を部分的に除去し、かつ前記分離トレンチの末端部分上に前記絶縁体層の一部を残すステップであって、それにより前記末端部分から前記トレンチが密閉されるステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  35. 前記基板ウェーハが導電性ウェーハであり、前記基板ウェーハを前記頂部プレート層に結合する前に実行される、相互接続パッドの下方の絶縁体の厚さを分厚くすることによって前記相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするための、
    前記基板ウェーハ上に絶縁空胴を形成するステップであって、前記絶縁空胴が所望の総合厚さを有し、かつ製造中の前記超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップと、
    前記パターン化された空胴の前記総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、前記絶縁空胴に誘電材料を充填するステップと、
    前記埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  36. 前記基板ウェーハが導電性ウェーハであり、前記基板ウェーハを前記頂部プレート層に結合する前に実行される、相互接続パッドの下方の絶縁体の厚さを分厚くすることによって前記相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするための、
    パターン化された空胴を前記基板ウェーハ上に形成するステップであって、前記パターン化された空胴が、基板の非除去母材の固体線が書き込まれた狭い通路を備え、また、前記パターン化された空胴が所望の総合厚さを有し、かつ製造中の前記超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップと、
    前記パターン化された空胴の前記総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、前記パターン化された空胴内の非除去母材の前記固体線を酸化させるステップと、
    前記埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  37. 前記基板ウェーハが導電性ウェーハであり、前記基板ウェーハを前記頂部プレート層に結合した後に実行される、相互接続パッドの下方の絶縁体の厚さを分厚くすることによって前記相互接続パッドの寄生キャパシタンスを小さくするための、
    パターン化された空胴を前記頂部プレート層上に形成するステップであって、前記パターン化された空胴が、前記頂部プレート層の非除去母材の固体線が書き込まれた狭い通路を備え、また、前記パターン化された空胴が所望の総合厚さを有し、かつ製造中の前記超小型電気機械デバイスの近傍の超小型電気機械エレメントのための相互接続パッドの形成に適した位置に配置されるステップと、
    前記パターン化された空胴の前記総合厚さと同じ厚さを有する埋設絶縁体を形成するために、前記パターン化された空胴内の非除去母材の前記固体線を酸化させるステップと、
    前記埋設絶縁体の頂部に電気相互接続パッドを形成するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  38. 前記空胴内にポストを形成するステップであって、前記ポストが前記側壁より短く、かつ前記中間ばね層が前記空胴上に置かれた後、所望の距離だけ前記中間ばね層から間隔を隔てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  39. 前記空胴、前記側壁及び前記ポストが化学的方法又は機械的方法を使用して同時に形成されることを特徴とする請求項３８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  40. 前記コネクタが、前記ポストの真上の位置に形成されることを特徴とする請求項３８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  41. 前記基板ウェーハの前面に前記第１の空胴を形成するステップが、前記基板ウェーハから母材を除去することによって第１の空胴を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  42. 前記基板ウェーハの前面に前記少なくとも１つの空胴を形成するステップが、
    前記基板ウェーハの前面に犠牲層を付着させるステップと、
    第１の暫定空胴を形成するために前記第１の犠牲層をパターン化するステップと、
    前記第１の暫定空胴を充填するために前記第１の犠牲層上に薄膜材料を付着させるステップと、
    前記第１の空胴を形成するために前記第１の犠牲層を除去するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  43. 前記少なくとも１つの空胴を形成するステップが、前記中間ばね層の底面に少なくとも１つの空胴を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  44. 前記中間ばね層がシリコンウェーハであり、前記少なくとも１つの空胴及び前記少なくとも１つの側壁の両方が前記中間ばね層から形成されることを特徴とする請求項４３に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  45. 前記中間ばね層が、第１の厚さの第１の領域、第２の厚さの第２の領域及び第３の厚さの第３の領域を備えるよう、前記中間ばね層上にパターンを形成するステップであって、前記第２の領域が前記第１の領域と前記第３の領域の間に位置し、前記第２の厚さが前記第１の厚さ又は前記第３の厚さより実質的に薄く、前記基板及び前記頂部プレート層に結合されると、前記第１の領域が前記側壁の少なくとも一部を形成し、前記第２の領域及び前記第３の領域が前記空胴を覆い、前記コネクタが前記第３の領域に存在するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  46. 前記中間ばね層上にパターンを形成するステップが、
    パターン化された酸化膜層又は窒化膜層を前記中間ばね層上に形成するステップであって、前記酸化膜層又は窒化膜層が前記第２の領域を除く前記中間ばね層の前記第１の領域及び前記第３の領域を覆うステップと、
    第１の酸化層を形成するために前記中間ばね層の前記第２の領域を酸化させるステップと、
    前記第３の領域上の前記酸化膜層又は窒化膜層及び前記第２の領域の前記第１の酸化層を除去するステップと、
    第２の酸化層を形成するために前記中間ばね層の前記第２の領域及び前記第３の領域を酸化させるステップと、
    前記第１の領域上の前記酸化膜層又は窒化膜層及び前記第２の領域及び前記第３の領域の前記第２の酸化層を除去するステップと
    を含むことを特徴とする請求項４５に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  47. エネルギーを変換するための可動機械部品を有する、キャパシタンス超小型機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）などの超小型電気機械デバイスの製造方法であって、
    前面及び裏面を有する基板ウェーハを提供するステップと、
    前記基板ウェーハの前面に第１の犠牲層を付着させるステップと、
    第１の暫定空胴を形成するために前記第１の犠牲層をパターン化するステップと、
    前記第１の暫定空胴を充填し、かつ、前記第１の犠牲層の頂部表面を覆う膜層をさらに形成するために、前記第１の犠牲層上に第１の薄膜材料を付着させるステップと、
    前記基板ウェーハの頂部に第１の空胴を形成するために前記第１の犠牲層を除去するステップであって、前記第１の空胴が頂部表面を有する少なくとも１つの側壁によって構成され、前記側壁が前記第１の暫定空胴内に付着した前記第１の薄膜材料によって構築されるステップと、
    前記膜層の頂面又は頂部プレート層の底面のいずれかに、所望の高さの少なくとも１つのコネクタを形成するステップと、
    前記頂部プレート層と前記膜層の間に変換空間を構成するために、前記コネクタ上に前記頂部プレート層を配置するステップであって、前記コネクタが前記膜層から突出し、前記第１の空胴の前記側壁から水平方向に十分な長さだけ間隔を隔てて、前記側壁に固定された、前記コネクタの垂直方向の変位を可能にする片持ち梁を構成し、前記コネクタの垂直方向の変位によって前記頂部プレート層が実質的に垂直方向にピストン様の運動で移動し、延いては前記変換空間が変化するステップと
    を含むことを特徴とする超小型電気機械デバイスの製造方法。
  48. 前記少なくとも１つのコネクタを形成するステップが、
    前記膜層の頂部に第２の犠牲層を付着させるステップと、
    第２の暫定空胴を形成するために前記第２の犠牲層をパターン化するステップと、
    少なくとも前記第２の暫定空胴を充填するために第２の薄膜材料を付着させるステップと、
    前記膜層の頂部に第２の空胴を形成するために前記第２の犠牲層を除去するステップであって、前記第２の空胴が前記膜層の頂部の少なくともコネクタによって構成され、前記コネクタが前記第２の暫定空胴内に付着した前記第２の薄膜材料によって構築されるステップと
    を含むことを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  49. 前記第１の犠牲層を除去する前記ステップ及び前記第２の犠牲層を除去する前記ステップが同時に実行されることを特徴とする請求項４８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  50. 前記第２の犠牲層上に第２の薄膜材料を付着させる前記ステップが、前記第２の犠牲層の頂部に絶縁層を付着させるステップを含むことを特徴とする請求項４８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  51. 第２の薄膜材料を付着させる前記ステップが、前記第２の犠牲層上に第２の薄膜層を付着させるステップであって、前記第２の薄膜層が、下方の前記第２の犠牲層にアクセスするための少なくとも１つの孔を有するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  52. 前記第２の薄膜を付着させる前記ステップが、多孔性薄膜を付着させるステップを含むことを特徴とする請求項５１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  53. 前記少なくとも１つの孔が、前記第２の薄膜が付着された後、前記第２の薄膜をエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項５１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  54. 前記第２の薄膜層が絶縁層であることを特徴とする請求項５１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  55. 前記第２の薄膜層の頂部に薄膜金属層を付着させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  56. 前記超小型電気機械デバイスが超小型機械加工超音波変換器（ＭＵＴ）であり、
    前記頂部プレート層と前記膜層と前記基板ウェーハのうちの少なくとも１つの上に超音波変換部材を形成するステップであって、前記変換部材が、前記頂部プレート層の垂直方向の移動すなわち前記変換空間の変化を介してエネルギー変換を実現するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  57. 前記超音波変換部材を形成するステップが、
    前記頂部プレート層中又は上に頂部電極を形成又は実現するステップと、
    前記基板ウェーハ中又は上に底部電極を形成又は実現するステップと
    を含むことを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  58. 前記膜層が、下方の前記第１の犠牲層にアクセスするための少なくとも１つの孔を有することを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  59. 前記膜層の前記少なくとも１つの孔が、前記膜層が付着された後、前記膜層をエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項５８に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  60. 前記膜層の頂部に絶縁層を付着させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  61. 前記基板ウェーハが導電性ウェーハ中に存在していることを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
  62. 付着した第１の薄膜材料上に、第１の厚さの第１の領域、第２の厚さの第２の領域及び第３の厚さの第３の領域を形成するステップであって、前記第２の領域が前記第１の領域と前記第３の領域の間に位置し、前記第２の厚さが前記第１の厚さ又は前記第３の厚さより実質的に薄く、前記第１の領域が前記第１の暫定空胴上に位置し、前記第２の領域及び前記第３の領域が前記第１の犠牲層上に位置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４７に記載の超小型電気機械デバイスの製造方法。
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