JP5090929B2 - 高性能mems実装アーキテクチャ - Google Patents
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Description
図は、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウェーハのバルク機械加工および融着接合に基づいてセンサ・アーキテクチャを製作する本発明の方法を示し、この方法は、開ループモードか閉ループモードかのどちらかで動作する静電加速度計またはコリオリ・レートジャイロ・デバイスなどの対称でほぼ完全シリコンの密封封止超小型電子機械システム(MEMS)慣性デバイス1を製造する。
Claims (11)
- 超小型電気機械システム(MEMS)慣性デバイスであって、
シリコン・オン・オキサイドウェーハ(16a)の活性層(22a)に形成された機構(10)であって、少なくとも1つの機構アンカー(28)によって構造的に支持された1つまたは複数のセンサ機械特徴(24)で構造化された機構(10)と、
シリコン・オン・オキサイドウェーハ(16b)で形成され、誘電体層(18b)によって半導体ハンドル層(20b)から隔離された半導体活性層(22b)を有する第1のカバープレート(12)と、前記第1のカバープレート活性層(22b)は、前記センサ機械特徴(24)と協働するように構造化された1つまたは複数の内部カバープレート特徴(31)および前記機構アンカー(28)と協働するように構造化されたカバープレート・アンカー(30)で構造化されており、前記第1のカバープレート・ハンドル層(20b)は、このハンドル層(20b)を通って前記カバープレート・アンカー(28)と一直線に並んで延びる穴特徴(34)で構造化されており、さらに、前記第1のカバープレート誘電体層(18b)は、前記カバープレート・アンカー(30)と前記穴特徴(34)の間に封止を形成する、誘電体材料でできた途切れのないリム(40)で構造化され、さらに前記カバープレート穴特徴(34)に近く、かつこの穴特徴(34)と一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー(30)の表面(38)を露出させており、さらに、
前記機構アンカー(28)と前記カバープレート・アンカー(30)の間に形成された結合、を特徴とする超小型電気機械システム(MEMS)慣性デバイス。 - 前記カバープレート穴特徴(34)が、逆ピラミッド形を有して構造化されていることをさらに特徴とする、請求項1に記載の慣性デバイス。
- フレーム(26)が、前記1つまたは複数のセンサ機械特徴(24)および前記機構アンカー(28)を囲繞して前記機構活性層(22a)に形成され、さらに、前記第1のカバープレート活性層(22b)に形成された相補的なフレーム(32)に結合されていることをさらに特徴とする、請求項2に記載の慣性デバイス。
- 導電コネクタ(114)が、前記カバープレート・アンカー(30)と前記内部カバープレート特徴(31)の1つとの間で前記第1のカバープレート活性層に形成され、第2のカバープレート・アンカー(30)が前記第1のカバープレート活性層(22b)に形成されていることをさらに特徴とする、請求項3に記載の慣性デバイス。
- 第2のカバープレート(14)が、誘電体層(18c)で半導体ハンドル層(20c)から隔離された半導体活性層(22c)を有するシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16c)で形成され、前記第2のカバープレート活性層(22c)は、前記センサ機械特徴(24)と協働するように構造化された1つまたは複数の内部カバープレート特徴(41)と、前記機構活性層(22a)に形成された前記フレーム(26)に対して相補的な、前記第1のカバープレート・フレーム(32)の反対側でこのフレーム(26)に結合されるフレーム(44)と、で構造化されていることをさらに特徴とする、請求項3に記載の慣性デバイス。
- 前記第2のカバープレート(14)が、前記センサ機械特徴(24)と協働するように構造化された1つまたは複数の内部カバープレート特徴(41)および前記機構アンカー(28)と協働するように構造化されたカバープレート・アンカー(42)で構造化される前記第2のカバープレート活性層(22c)を含んで前記第1のカバープレート(12)と実質的に同じに構造化され、前記第2のカバープレート・ハンドル層(20c)は、このハンドル層(20c)を通って前記カバープレート・アンカー(42)と一直線に並んで延びる穴特徴(46)で構造化されており、さらに、前記第2のカバープレート誘電体層(18)は、前記カバープレート・アンカー(42)と前記穴特徴(46)の間に封止を形成する、誘電体材料でできた途切れのないリム(52)で構造化され、さらに前記カバープレート穴特徴(46)に近くかつこの穴特徴(46)と一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー(42)の表面(50)を露出させており、さらに、
結合が、前記機構アンカー(28)と前記第2のカバープレート活性層(22c)に形成された前記アンカー(42)との間に形成されること、をさらに特徴とする、請求項5に記載の慣性デバイス。 - 前記機構(10)の面内の放射方向膨張に対して順応性のあるフランジ(29)が、前記センサ機械特徴(24)および前記機構アンカー(28)を囲繞して前記フレーム(26)に結合されていることをさらに特徴とする、請求項6に記載の慣性デバイス。
- 前記機構(10)の前記1つまたは複数のセンサ機械特徴(24)、および前記第1および第2のカバープレート活性層(22b、22c)の各々に形成された前記1つまたは複数の内部カバープレート特徴(31、41)が、静電加速度計(100)を形成するように構造化されていることをさらに特徴とする、請求項6に記載の慣性デバイス。
- 前記機構(10)の前記1つまたは複数のセンサ機械特徴(24)、および前記第1および第2のカバープレート活性層(22b、22c)の各々に形成された前記1つまたは複数の内部カバープレート特徴(31、41)が、コリオリ・レートジャイロスコープ(400)を形成するように構造化されていることをさらに特徴とする、請求項6に記載の慣性デバイス。
- 前記穴特徴(34、36)が前記機構(10)の両面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の慣性デバイス。
- 超小型電気機械システム(MEMS)慣性デバイスを形成する方法であって、
半導体材料ハンドル層(20a)と半導体材料活性層(22a)の間に誘電体材料層(18a)を有する第1のシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16a)の前記半導体材料活性層(22a)に、1つまたは複数の機構アンカー(28)で構造的に支持された1つまたは複数のセンサ機械特徴(24)を形成するステップと、
半導体材料ハンドル層(20b)と半導体材料活性層(22b)の間に誘電体材料層(18b)を有する第2のシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16b)の前記半導体材料活性層(22b)に、慣性デバイス(1)を形成するために前記センサ機械特徴(24)と協働するように構造化された1つまたは複数の内部カバープレート特徴(31)および前記機構アンカー(28)と協働するように構造化された1つまたは複数のカバープレート・アンカー(30)を形成するステップと、
前記第2のシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16b)の前記カバープレート半導体材料ハンドル層(20b)に、このハンドル層(20b)を通って前記カバープレート・アンカー(28)の1つと一直線に並んで延びる穴特徴(34)を形成するステップと、
前記第2のシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16b)の前記カバープレート誘電体材料層(18b)に、前記カバープレート・アンカー(30)と前記穴特徴(34)の間でそのアンカー(30)と一直線に並んだ誘電体材料の途切れのないリム(40)を形成し、前記穴特徴(34)に近接し、一直線に並んだ前記カバープレート・アンカー(30)の表面(38)をさらに露出させるステップと、
前記内部カバープレート特徴(31)が前記センサ機械特徴(24)と協働するように前記センサ機械特徴(24)に対して位置付けされた状態で、前記カバープレート誘電体およびハンドル層(18b、20b)の反対側の前記協働カバープレート・アンカー(30)の表面(22b’)に前記機構アンカー(28)の第1の表面(22a’)を結合するステップと、
前記第1のシリコン・オン・オキサイドウェーハ(16a)の前記半導体材料ハンドル層(20a)および誘電体材料層(18a)を除去するステップと、を特徴とする方法。
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