JP5214984B2 - 改良型のストッパ構造を備えるｚ軸マイクロエレクトロメカニカルデバイス - Google Patents

Description

本発明は、改良型のストッパ構造を有する、ｚ軸マイクロエレクトロメカニカルデバイスに関する。たとえば、慣性センサ、加速度計、ジャイロスコープなどのマイクロエレクトロメカニカルデバイス（ＭＥＭＳタイプの）は、当技術分野で既知である。これらは半導体材料で作製した懸架した構造を設けることを動作のベースにしており、懸架した構造は、弾性の懸架素子を介して１個または複数個の固定点で基板に固定し、かつ懸架素子の構成に応じて１個または複数個の軸線に沿って可動とする。懸架した構造は、外部刺激の存在の下に、基板に対して変位を受ける１個または複数個の可動質量体を形成する。

とくに、可動質量体を備え、この可動質量体が、対応する懸架素子によって画定される支点軸線の周りに可動質量体の延在する主平面ｘｙ外に回転することができ、平面ｘｙに直交する軸線ｚに沿う合成的運動を発生する軸ＭＥＭＳデバイスは既知である。可動質量体は、懸架素子に対してそれぞれ反対側に設置され、かつ支点軸線に関して異なるねじりモーメントを有する第１部分および第２部分を備える点で、不均衡状態となっている。可動質量体の平面に直交する方向に指向する応力（たとえば加速度）は、支点軸線の周りでの可動質量体の回転（または傾動）を生じ、回転量および方向は、応力の量に相関する。

既知のように、たとえば、衝突または衝撃などの外的事象のため、マイクロエレクトロメカニカルデバイスの可動質量体が、面ｘｙに直交するｚ軸に沿って、主平面ｘｙ外に、かなりの量の望ましくない変位を受けることがある。この変位は、最悪の場合、可動質量体に付随する懸架素子の破壊、またはマイクロエレクトロメカニカルデバイスの、その可動質量体および／または他の素子の損傷を生ずる可能性がある。

この理由で、二次元の製造プロセスで作製したストッパ構造（「ストッパ」として一般に既知である）が、ＭＥＭＳデバイス内に設けられる。ストッパは、可動質量体の、および対応する懸架素子の運動を制限し、したがって望ましくない損傷を防止するように設計されている。

ストッパ構造は、マイクロエレクトロメカニカルデバイスを包囲し、かつ覆う、パッケージまたはキャップの下向きの突起として通常作製される。とくに、可動質量体に指向する突起は、可動質量体の上面に対面するパッケージの内面から突出する。パッケージのこれらの突出部分は、可動質量体の軸線ｚに沿う運動の範囲を減少する。とくに、損傷を生ずる前に、可動質量体は、停止し、突起に衝合する。

しかし、その突出部分で、パッケージが、可動質量体に近接し、それによって、可動質量体およびパッケージが互いに異なる電位に保持されている場合、無視できない量の静電相互作用を生ずる。この相互作用は、可動質量体の望ましくない変位、および一般にマイクロエレクトロメカニカルデバイスの不具合を生じさせる可能性がある。詳細には、センサデバイスの場合、外部電場の存在中でのゼロレベル（たとえば、加速度計０ｇレベル）の変位、または出力信号の非レシオメトリック（非比例性）を生じる可能性がある。このことは、パッケージに関する限り、よくあることで、したがって、パッケージに結合した突起は、浮遊電位、したがって可動質量体と同一ではない電位、または固定電位のいずれかで一般に保持されるが、一方、可動質量体は、デバイスの動作状態に応じて異なる電位を供給される。

他のタイプのストッパ構造が、これらの欠点を克服するために提案されている。たとえば、本願人名義で、２００６年７月２６日に提出された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＴ０６／００５７６号では、可動質量体に固定結合し、かつ軸線ｚに沿う見かけの運動に応答して、平面ｘｙ内の可動質量体に対面する、ストッパ質量に衝合するように構成し、このようにして見かけの運動を停止させるストッパ素子を備えるストッパ構造を開示している。詳細には、ストッパ素子は、見かけの運動の方向に対してストッパ質量の反対側に配置され、かつ可動質量体によって占有される空間外へ、および軸線ｚに沿ってストッパ質量によって占有された空間内へ突出する。
国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＴ０６／００５７６号明細書

本発明の目的は、衝撃による破壊の危険性を特に低減させ、かつそれと同時にデバイスの適切な動作に顕著に影響を与えることなく、既知の技術における改良を構成し、かつ上述の問題点および欠点を克服することが可能であるストッパ構造を有するマイクロエレクトロメカニカルデバイスを提供することである。

したがって、本発明によると、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応する製造プロセスが、それぞれ、請求項１および２０に定義されるように提供される。

本発明のより良い理解のために、それらの好ましい実施形態を、単に限定されない例として、および添付の図面につき以下に説明する。

以下の説明から明らかになるように、本発明の態様は、可動質量体のためのストッパ構造を、対応するパッケージの１個または複数個の下向きの突起として形成すること、および結果として生じる相反的な静電相互作用の影響を最小化するように、可動質量体に対して突起を配置することを、想定する。

詳細には、および図１ａ〜１ｂを参照すると、本発明の第１の実施形態によって作製したマイクロエレクトロメカニカルデバイス１は、半導体材料、特にシリコンで形成した基板３の上方に懸架した可動質量体２を備える。可動質量体２は、導電性の材料、たとえばポリシリコンにより形成する。可動質量体２は、主に平面ｘｙ内に延びて存在（延在）し、かつ窓４を、可動質量体２内に設け、可動質量体の厚さ全体を貫通させる。たとえば、窓４は、ほぼ矩形の形状を有し、平面ｘｙの第１方向ｘでの主延在部（長さ）、および第１方向ｘに直交する、平面ｘｙの第２方向ｙにおけるより小さい延在部（幅）を有する。可動質量体２は、ねじり特性および弾性特性を有する懸架素子５を介して、基板３に固定しかつ基板に対して剛性を有する固定部６に連結する。固定部６は、基板とこの固定部との間に配置した接着領域７を介して、基板３に連結する。懸架素子５および固定部６の両方を、窓４内に配置し、かつ懸架素子５を、細長い形状を有し、可動質量体２に向かって固定部６の両側の側面から突出させ、第１方向ｘに整列させ、可動質量体に対する傾動（すなわち回転）軸線８を画定するようにする。可動質量体２、懸架素子５、および固定部６は、同一の導電性構造層、たとえばポリシリコンから開始する既知の技術を使用して得る。

可動質量体２は、その重心が傾動軸線上にない限り、傾動軸線８に対して不均衡かつ非対称となる形状を有する。さらに、可動質量体２は、窓４によって、大きい部分２ａ、小さい部分２ｂ、および第１方向ｘに沿う窓４の両側で小さい部分と大きい部分を連結する連結部分２ｃに、分割される。特に、大きい部分２ａは、より大きな幅を有し、かつ第２方向ｙに、小さい部分２ｂに対して懸架素子５の反対側に配置する。これら部分に対応する電極９ａ，９ｂ（図１ａ〜１ｂにのみ示されている）を、大きい部分および小さい部分２ａ，２ｂの下方に設ける。電極９ａ，９ｂは、基板３の上に配置し、たとえばポリシリコンで形成し、かつ、適切にバイアスをかけられたとき、可動質量体のオーバーラップ部分とともに対応する検出コンデンサを形成する。

使用にあたり、傾動軸線８に対して可動質量体２が不均衡である場合、軸線ｚに沿った応力（たとえば、加速度）が、固定部６および基板３に対して回転を生ずる。実際、大きい部分２ａと小さい部分２ｂによって発生する、異なるモーメント（力と回転軸線に対する力の作用アームとの間の積に対応すると知られているモーメント）により、応力が、傾動軸線８の周りに可動質量体２の、合成的ねじりモーメントを生ずる。この結果、大きい部分２ａおよび小さい部分２ｂのうち一方は、対応する電極９ａ、９ｂに接近するとともに、他方は対応する電極９ａ、９ｂから離れ、検出コンデンサの容量的な不均衡を生ずる。この不均衡に基づいて、既知のプロセスによって基板３内に都合よく集積させた適切な検出電子機器（ここでは図示せず）により、軸ｚに沿って作用する応力量を決定することができる。

図１ｂに示すように、マイクロエレクトロメカニカルデバイス１は、さらに、基板３および可動質量体２をカバーかつオーバーラップするキャップ（またはパッケージ）１０（図を簡単にするために図１ａでは示されていない）を有し、このキャップ１０は、第１離間距離ｄ_１ だけ可動質量体２の対向面から全体的に離れる内面１０ａを有する。第１離間距離ｄ_１ は、可動質量体２およびキャップ１０が異なる電位を有する場合、可動質量体による静電相互作用をほぼ無視できるようにする等のため、たとえば、１６０μｍに等しい高い値を有する。半導体材料または他の材料（たとえば、ガラス）で形成したキャップ１０を、既知の方法で、たとえばボンディング技術により基板３に結合し、デバイスを封入する。

マイクロエレクトロメカニカルデバイス１は、さらに、可動質量体２の、および付随する懸架素子５の、軸線ｚに沿う望ましくない運動を制限し、したがって、たとえば、衝撃を受けた際に破壊の危険性を減少させるように設計した、少なくとも第１ストッパ素子１２を設けたストッパ構造を備える。第１ストッパ素子１２は、キャップ１０の下向き突出部分として形成し、かつ内面１０ａから可動質量体２に向かって突出する。たとえば、第１のストッパ素子１２およびキャップ１０は、単一ウェハの材料から作製し、第１ストッパ素子１２を、化学エッチング、たとえばウェットＴＭＡＨエッチによって画定する。第１ストッパ素子１２は、たとえば１５０μｍに等しいかなりの厚さを有し、たとえば１０μｍに等しい小さい値を有する第２離間距離ｄ_２だけ可動質量体２から離れるようにする。第１ストッパ素子１２は、可動質量体の電位と異なる電位に保持される場合、可動質量体２に対してかなりの静電相互作用を結果として生ずる。

しかし、本発明の態様によれば、ストッパ構造は、静電相互作用による傾動軸線８の周りに生ずる同一可動質量体のねじりモーメントを最小にするように、可動質量体２に対して相対配置する。

詳細には、上述した第１の実施形態では、第１ストッパ素子１２を、傾動軸線８の近傍に設置する。とくに、これは、傾動軸線８の位置で、それに対して中央に配置される。第１ストッパ素子１２は、細長い形状を有し、窓４を完全にカバーし（第２方向ｙにより大きい延在部を有する）、かつ、可動質量体２全体およびこの可動質量体を越えて傾動軸線８に対して平行に第１方向ｘに延在し、したがって、連結部分２ｃと交差する。可動質量体とストッパ素子の間に生じ得る静電相互作用力は、傾動軸線８に関して小さい作用アームを有し、かついかなる場合でも、傾動軸線８の両側に設置された可動質量体の部分に互いにほぼ等しくかつ対向するねじりモーメントを生じ、これにより、可動質量体２に作用する合成的ねじりモーメントは（可動質量体からの距離を考えて、パッケージ１０の影響は無視されるという仮定で）ほぼゼロとなる。

図２ａ〜２ｂに示すように、本発明の第２実施形態では、ストッパ構造は、ほぼ等しい形状および寸法の第１ストッパ素子１２および第２ストッパ素子１４を有し、これらストッパ素子は、窓４の両側で可動質量体２の幅全体にわたって第２方向ｙに延在し、第１方向ｘに関する可動質量体２の両側部分に対してオーバーラップする。とくに、やはりキャップ１０の下向き突出部分として形成した第１および第２のストッパ素子１２，１４は（上述したのとすべて同様にして）各対向する側面に、下方に存在する可動質量体２とオーバーラップする小さい領域を有し、幅が主に可動質量体の外側に突出する。この実施形態では、可動質量体２とキャップ１０との間（および第１と第２のストッパ素子１２，１４間）における、これらの電位差に起因する静電相互作用は、小さいオーバーラップ面積を考えると、わずかである。しかし、可動質量体２に対してわずかな合成的ねじりモーメントが生じる。実際、可動質量体２の大きい部分２ａは、小さい部分２ｂと比較して、第２方向ｙでのストッパ素子とのより大きなオーバーラップ量のため、小さい部分２ｂと比較して傾動軸線８の周りにより大きいねじりモーメントを生ずる（その代わり第１方向ｘでの各オーバーラップ量は同一である）。

上記の状態を克服するために、また可動質量体２のほぼゼロとなる合成的ねじりモーメントを得るために、本発明の第３実施形態（図３ａ〜３ｂ）は、上述したのと同様に構成した第１および第２のストッパ素子１２，１４を、可動質量体２の大きい部分および小さい部分２ａ，２ｂ上に生ずるねじりモーメントを平衡化させる構造部を設ける。とくに、ストッパ素子１２，１４はこの場合、大きい部分２ａに対するオーバーラップ領域と比較して、小さい部分２ｂに対してより大きいオーバーラップ領域を有する形状にする（このようにして、大きい部分２ａとの静電相互作用力のより大きな作用アームの影響を平衡化させる）。詳細には、第１および第２のストッパ素子１２，１４は、前述の小さい部分２ｂとのオーバーラップ領域内に（第１方向ｘの）第１幅Ｌ_１ を、および前述の大きい部分２ａとのオーバーラップ領域内に第１幅Ｌ_１ よりも小さい第２幅Ｌ_２ を有する。第１および第２の幅Ｌ_１ ，Ｌ_２ は、可動質量体にの合成的ねじりモーメントがゼロとなるように、可動質量体２の大きい部分および小さい部分２ａ，２ｂの傾動軸線８に関するねじりモーメントを平衡化するような寸法にする（この場合も、やはりパッケージ１０の静電相互作用の関与を無視する）。

図４ａ〜４ｂに示す本発明の第４実施形態では、第１および第２のストッパ素子１２，１４を、やはり第１方向ｘに関して窓４の両側、とくに傾動軸線８に対応するそれに対して中心の位置に置する。したがって、ストッパ素子１２，１４は、可動質量体２の連結部分２ｃにちょうどオーバーラップし、長さが主に可動質量体の外側に突出する。第１実施形態に対して説明したように、傾動軸線８におけるストッパ素子の配置は、可動質量体２に加わる合成的ねじりモーメントが最小化することを可能にする。

さらに、図４ａおよび４ｂに記載したストッパ素子の構成は、図１ａおよび１ｂに記載のもの（傾動軸線８における可動質量体の長さ全体に設置された単一の連続したストッパ素子を想定している）に対して優位性をもたらし、基板３とキャップ１０との間における製造段階（たとえば、接合工程中）に生じ得る誤整列に対して影響を受けにくい。とくに第２方向ｙでの誤整列は可動質量体の望ましくないねじりモーメントを生じさせる可能性があるが、それらの負の影響は、可動質量体とストッパ素子との間のオーバーラップ領域（したがって静電相互作用）を減少させることによって減少する（図４ａ，４ｂに示すように）。

図５ａ〜５ｂにつき、本発明の第５実施形態を説明すると、この場合、第１および第２のストッパ素子１２，１４を、傾動軸線から等距離で、窓４および傾動軸線８の両側に設置し、かつほぼ等しい形状および寸法を有する（この場合、可動質量体２の寸法よりもずっと小さい）。さらに、図示の例では、ストッパ素子を、可動質量体２に関する中央位置に第２方向ｙに配列し（とくに、固定部６に対して整列させ）、窓４の近傍に配置する。また、この実施形態では、大きい部分および小さい部分２ａ，２ｂのモーメントのほぼ厳密な平衡があるため、可動質量体２生じる合成的ねじりモーメントは、ほぼゼロである（ストッパ素子は、可動質量体と同一オーバーラップ領域を実際に有し、かつ傾動軸線から同一距離に配置する）。

本発明の第６実施形態では（図６ａ〜６ｂ）、第１および第２のストッパ素子１２，１４は、やはり窓４の両側に設置され、かつ可動質量体２の長さ全体にわたって第１方向ｘに延在し、傾動軸線８の両側で可動質量体２の側面とオーバーラップする。可動質量体２の大きい部分および小さい部分２ａ，２ｂのねじりモーメント、およびとくに相互作用の対応する力の異なる作用アームを平衡化させるために、小さい部分２ｂの上方に配置した第１相互作用素子１２を、第２ストッパ素子１４と下方にある大きい部分２ａとのオーバーラップ領域よりも大きい、下方の小さい部分とのオーバーラップ領域を有する。とくに、第１ストッパ素子１２は、第２ストッパ素子１４の対応するオーバーラップ量よりも大きい（第２方向ｙでの）オーバーラップ量を有する（その代わり、第１方向ｘでのオーバーラップ量は、それぞれ同一である）。

本発明の他の態様によると（図７参照）、マイクロエレクトロメカニカルデバイス１は、互いに同一であり、かつ第２方向ｙに配列した第１および第２の可動質量体２、２′を備え、第２の可動質量体２′は、第１可動質量体２に対して上下逆転したものとし（したがって対応する小さい部分２ｂ，２ｂ′を、第２方向ｙに互いに接近した距離に設置し、互いに対向する）、また、マイクロエレクトロメカニカルデバイス１は、互いに同一であり、かつそれぞれ、第１および第２の可動質量体に関連する第１および第２のストッパ構造１２，１２′を備える。可動質量体および対応するストッパ構造は、第１実施形態（図１ａ〜１ｂ）に関して説明したものとまったく同様に作製し、とくに、可動質量体は、同一の基板３の上方に懸架し、かつ固定する。したがって、各ストッパ構造は、相反する静電相互作用による同一可動質量体のねじりモーメントを最小化するようにして、各可動質量体を相対配置する。

さらに、第１および第２の可動質量体２，２′の各大きい部分２ａ，２ａ′に対面する電極９ａ，９ａ′を、接続部１６ａを介して互いに電気的に接続し、同様にして、同じ可動質量体の各小さい部分２ｂ，２ｂ′に対面する電極９ｂ，９ｂ′を、それぞれ接続部１６ｂを介して互いに電気的に接続する（図７に概略的に示す）。さらに、第１および第２の可動質量体２，２′を、互いに電気的に接続する。このようにして、対応の電極を備える可動質量体の大きい部分および小さい部分によって形成された検出コンデンサを、並列に接続し、また対応する容量的な不均衡が合計される。

上述の構成は、軸ｚに沿って作用する応力の方向で二重の感度を有する限り（２つの可動質量体によって形成された検出コンデンサの容量的な関与が合計される場合）、特に有利であり、かつ、とくに、第２方向ｙでの、キャップ１０と基板３との間の誤整列に対して実際に影響を受けにくい。実際、このような誤整列は、たとえば第１可動質量体２に関連する第１ストッパ素子１２の、同一可動質量体の小さい部分２ｂとのより大きなオーバーラップを生じ、かつ傾動軸線８に関する対応するねじりモーメントが、対応する検出コンデンサの不均衡を生じさせる。しかし、それと同時に、この誤整列が、このとき第２可動質量体２′に関連する第１ストッパ素子１２′の、同一可動質量体の大きい部分２ａ′とのより大きなオーバーラップを生じ、かつ傾動軸線８に関する対応するねじりモーメントが、対応する検出コンデンサの逆の不均衡を生じさせる。誤整列による可動質量体の回転は、対応するインタフェース電子機器に供給される結果として生じる電気量（容量的な不均衡の合計として与えられる）が、感知されるほどの変化を受けないように、検出コンデンサの等しくかつ逆相の容量的不均衡を生じさせる。このことによって、デバイスの動作が、これらの誤整列によって脅かされないようになる。

それ自体既知の方式で、この構成はまた、そうでなければ軸ｚに沿った応力の、誤った検出を生じさせる可能性がある、傾斜軸線８の周りにマイクロエレクトロメカニカルデバイス１に作用する角加速度の影響を排除することを可能にする。

本発明によるマイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の利点は、上記の説明から明らかである。

いずれにしても、本発明が提案した解決法によれば、平面ｘｙ外での可動質量体２および関連する懸架素子５の運動を効果的に停止させることが可能であり、したがって、起こり得る破壊からデバイスを保護し、それと同時に、デバイスの電気的な挙動に影響を与えることなく、この目的のために設けたストッパ素子によって静電相互作用の効果を減少させ、または打ち消しさえもする。

したがって、完全にレシオメトリックであり、パッケージの静電問題の影響を受けにくいｚ軸マイクロエレクトロメカニカルデバイスを得ることができる。本発明が提案したストッパ構造は、機械的に堅牢であることが判明し、可動質量体との衝突中にストッパ構造が破壊する危険性を防止する。

図７につき説明した実施形態は、製造段階で起こるキャップと基板との間の誤整列によって生じる影響を排除するために特に有利であり、とくに、ストッパ素子１２，１４が、この誤整列によって、可動質量体２とのオーバーラップ領域の変化を有し、このため、可動質量体に対する合成的ねじりモーメントが生じるすべての場合有利である。とくに、この構成は、本発明の第４、第５、第６の実施形態に対して同様の変更を加えることにより有利に適用することができる。

上述のデバイスは、たとえば、携帯電話、ＰＤＡ、パームトップコンピュータまたはポータブルコンピュータ、デジタルオーディオプレーヤー、遠隔制御装置、ビデオカメラまたはフォトカメラなどのポータブルタイプの電子装置２０（図８）での使用のために特に有利であり、（上述のタイプの）マイクロエレクトロメカニカルデバイス１、（それ自体既知であり、したがって本明細書で詳細には説明しない方式で）マイクロエレクトロメカニカルデバイス１に電気的なバイアス量を供給するように設計したバイアス回路２２、それに関する１個または複数個の電気的な量を読み取るためにマイクロエレクトロメカニカルデバイス１とインタフェースするように（それ自体既知であり、したがって本明細書で詳細には説明しない方式で）設計したインタフェース回路２４、および、インタフェース回路２４と接続し、かつ電子装置２０の一般的な動作を支配するように設計されたマイクロプロセッサ制御ユニット２５を備える。

最後に、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明し、例示したものに修正および変更を加えることができることは、明らかである。

特に、相反する静電相互作用による、可動質量体２の合成的ねじりモーメントを減少させる場合、さまざまな形状および構成のストッパ素子を、適応させることができる。可動質量体２は、異なる構成を有してもよい。たとえば、懸架素子５は、可動質量体２の外部に対応する固定部に向かって突出することができる。この場合、可動質量体を横切る窓４は、中央に設けず、可動質量体２は、大きい部分と小さい部分２ａ、２ｂとの間の中央に設置した、単に１個の連結部分２ｃを備える。マイクロエレクトロメカニカルデバイスは、また、対応するストッパ構造をそれぞれ備えるより多くの個数の可動質量体を備えてもよい。

ストッパ素子１２，１４は、それらがドライエッチで形成する場合、傾斜した壁（図面で示したような）の代わりにほぼ真直ぐな壁を有してもよい。さらに、ストッパ素子は、キャップ１０とは異なる素子として形成してもよく、任意の既知の方法でキャップに連結することができる。

最後に、本発明は、すべてのｚ軸マイクロエレクトロメカニカルデバイス（「傾動する」および不均衡な運動を伴う可動質量体を有する）、およびとくに加速度計、マイクロホン、およびジャイロスコープなどのセンサデバイスに有利に適用することができる。

本発明の実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図１ａにおけるＩ−Ｉ線上の、図１ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の異なる実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図２ａにおけるII−II線上の、図２ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の異なる実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図３ａにおけるIII−III線上の、図３ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の異なる実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図４ａにおけるIV−IV線上の、図４ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の異なる実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図５ａにおけるＶ−Ｖ線上の、図５ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の異なる実施形態による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスおよび対応するストッパ構造の線図的平面図である。 図６ａにおけるVI−VI線上の、図６ａに示すデバイスの線図的断面図である。 本発明の他の態様による、マイクロエレクトロメカニカルデバイスの線図的断面図である。 本発明によるマイクロエレクトロメカニカルデバイスを組み込む電子装置の簡略化したブロック図である。

符号の説明

１ マイクロエレクトロメカニカルデバイス
２ 可動質量体
２ａ 大きい部分
２ｂ 小さい部分
２ｃ 連結部分
３ 基板
４ 窓
５ 懸架素子
６ 固定部
７ 接着領域
８ 傾動軸線
９ａ，９ｂ 電極
１０ キャップ
１０ａ 内面
１２ 第１ストッパ素子
１４ 第２ストッパ素子
１６ａ，１６ｂ 接続部
２０ 電子装置
２２ バイアス回路
２４ インタフェース回路
２５ マイクロプロセッサ制御ユニット

Claims (22)

1. 弾性の懸架素子（５）を介して基板（３）の上方に懸架し、かつ前記弾性の懸架素子（５）の周りに回転可能な可動質量体（２）と、
   前記可動質量体（２）の上方に配置し、かつ前記可動質量体に対面する内面（１０ａ）を有するカバー構造（１０）と、
   前記カバー構造（１０）の前記内面（１０ａ）に配置し、前記可動質量体（２）に向かって突出し、かつ前記基板に交差する軸（ｚ）に沿って前記基板（３）から遠ざかる前記可動質量体（１０）の運動を停止させるように設計したストッパ構造（１２，１４）とを備えるマイクロエレクトロメカニカルデバイス（１）において、
   前記ストッパ構造（１２，１４）は、相反する相互作用の影響を減少させるように、前記可動質量体（２）に対して配置したことを特徴とするマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
2. 前記ストッパ構造（１２，１４）を、前記相互作用による前記弾性の懸架素子（５）の周りの前記可動質量体（２）の合成的ねじりモーメントを減少させるように配置し、前記相互作用は、静電タイプであり、かつ前記可動質量体および前記ストッパ構造の異なる電位により生ずるものとした、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記ストッパ構造（１２，１４）は、前記合成的ねじりモーメントを最小化するように配置した、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記ストッパ構造（１２，１４）は、前記合成的ねじりモーメントをゼロにするように配置した、請求項２に記載のデバイス。
5. 前記弾性の懸架素子（５）は、互いに整列させて前記可動質量体（２）の回転軸線（８）を画定するものとし、また前記ストッパ構造（１２，１４）を前記回転軸線（８）の近傍に設置した、請求項２〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記ストッパ構造（１２，１４）を、前記回転軸線（８）に配置し、かつ前記回転軸線（８）が中心となるよう配置した、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記ストッパ構造は、前記回転軸線（８）に平行に、前記可動質量体（２）の長さ全体にわたって延在する第１ストッパ素子（１２）を有するものとした、請求項５または６に記載のデバイス。
8. 前記可動質量体（２）は、内側に窓（４）を有し、この窓（４）内に前記弾性の懸架素子（５）を設置し、また前記ストッパ構造は、前記窓（４）の両側に設置し、かつ前記回転軸線（８）に沿って前記可動質量体の両側側面にオーバーラップする、第１ストッパ素子（１２）および第２ストッパ素子（１４）を有するものとした、請求項５または６に記載のデバイス。
9. 前記可動質量体（２）は、前記弾性の懸架素子（５）によって画定される回転軸線（８）に対して不均衡状態であり、かつ前記回転軸線（８）の両側にそれぞれ設置した大きい部分（２ａ）、および前記大きい部分（２ａ）の寸法よりも小さい寸法を有する小さい部分（２ｂ）を備え、前記ストッパ構造（１２，１４）との相互作用は、前記回転軸線（８）に関して互いに逆向きである前記大きい部分（２ａ）の第１ねじりモーメントおよび前記小さい部分（２ｂ）の第２ねじりモーメントを発生するように設計し、かつ前記ストッパ構造（１２，１４）が、前記第１および第２のねじりモーメントを均衡させるように構
   成した、請求項２〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記ストッパ構造（１２，１４）は、前記回転軸線（８）の両側に設置した、前記可動質量体（２）の前記大きい部分（２ａ）にオーバーラップする第１部分、および前記小さい部分（２ｂ）にオーバーラップする第２部分を備え、前記ストッパ構造（１２、１４）の前記第１および第２の部分は、前記回転軸線（８）から同じ距離に設置し、かつ前記可動質量体（２）のオーバーラップ領域と等しい領域を有するものとし、またはそれとは異なり、前記回転軸線（８）から異なる距離に設置し、かつ前記可動質量体（２）との異なるオーバーラップ領域を有し、前記オーバーラップ領域を、前記回転軸線（８）からの各
    距離の関数とした、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記ストッパ構造は、互いに等しく、かつ前記回転軸線（８）の反対側に、また等しい距離に設置した、第１ストッパ素子（１２）および第２ストッパ素子（１４）を有するものとした請求項９または１０に記載のデバイス。
12. 前記ストッパ構造は、前記可動質量体（２）における一対の側面の全範囲にわたり、前記回転軸線（８）に関して前記可動質量体（２）の両側にオーバーラップする第１ストッパ素子（１２）および第２ストッパ素子（１４）を有し、前記第１ストッパ素子（１２）は、前記可動質量体（２）の前記小さい部分（２ｂ）とオーバーラップし、かつ、前記回転軸線（８）に交差する方向に見て、前記第２ストッパ素子（１４）の前記大きい部分（２ａ）との対応するオーバーラップ量よりも大きいオーバーラップ量を有するものとした、請求項９または１０に記載のデバイス。
13. 前記ストッパ構造は、前記可動質量体（２）における一対の側面の全範囲にわたり、前記回転軸線（８）に交差する方向に延び、かつ前記可動質量体（２）の両側にオーバーラップする、第１ストッパ素子（１２）および第２ストッパ素子（１４）を有するものとした、請求項９または１０に記載のデバイス。
14. 前記第１および第２のストッパ素子（１２，１４）は、それぞれ前記可動質量体（２）の前記小さい部分（２ｂ）での第１幅（Ｌ_１ ）、および前記大きい部分（２ａ）での第２幅（Ｌ_２）を有し、前記第１の幅（Ｌ_１ ）は、前記第２の幅（Ｌ_２ ）よりも大きいものとした、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記可動質量体（２）は、平面（ｘｙ）内に主に延在し、かつ前記弾性の懸架素子（５）の周りに前記平面外に回転する構成とし、前記ストッパ構造（１２、１４）は、前記平面（ｘｙ）に交差する方向の前記可動質量体の運動を制限するように設計した、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記ストッパ構造（１２，１４）および前記カバー構造（１０）を、同一材料のウェハで形成し、また前記ストッパ構造は、前記カバー構造の前記可動質量体に向かって下向きに突出する部分とした、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
17. 前記基板（３）の上方に懸架した他の可動質量体（２´）、および対応する他のストッパ構造（１２’）をさらに備え、前記ストッパ構造（１２，１２´）は、各可動質量体（２，２´）に対して、相反する相互作用の影響を減少するように相対配置し、かつ前記他の可動質量体（２´）は、前記弾性の懸架素子（５，５´）の延在方向に交差する方向（ｙ）に前記可動質量体（２）に対して上下逆転したものとし、前記可動質量体（２）および他の可動質量体（２´）の対応する部分に対面する第１電極（９ａ，９ａ´）をそれぞれ、互いに電気的に接続した、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記可動質量体（２，２´）は、各弾性の懸架素子（５，５´）に対して不均衡状態とし、かつ各大きい部分（２ａ，２ａ´）、および前記各大きい部分の寸法よりも小さい寸法を有する各小さい部分（２ｂ，２ｂ´）を備え、前記部分が、各弾性の懸架素子（５，５´）の両側に設置し、前記第１電極（９ａ，９ａ´）を、前記可動質量体の各大きい部分（２ａ，２ａ’）に対面させ、第２電極（９ｂ，９ｂ´）を、前記可動質量体の各小さい部分（２ｂ，２ｂ´）に対面させて設け、かつ互いに電気的に接続した、請求項１７に記載のデバイス。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス（１）を備え、前記マイクロエレクトロメカニカルデバイス（１）は、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロホンのうちの１つとしたことを特徴とする電子装置（２０）。
20. 弾性の懸架素子（５）を介して基板（３）の上方に懸架し、かつ前記弾性の懸架素子（５）の周りに回転可能な可動質量体（２）を形成するステップと、
    前記可動質量体（２）の上方に、この可動質量体（２）に対面する内面（１０ａ）を有するカバー構造（１０）を結合するステップと、
    前記基板に交差する軸線（ｚ）に沿う、前記基板（３）から遠ざかる前記可動質量体（１０）の運動を停止するために、前記カバー構造（１０）の前記内面（１０ａ）に配置し、かつ前記可動質量体（２）に向かって突出する、ストッパ構造（１２，１４）を形成するステップと、を有するマイクロエレクトロメカニカルデバイス（１）を製造するためのプロセスにおいて、
    ストッパ構造（１２，１４）を形成するステップは、相反する相互作用の影響を減少させるように前記可動質量体（２）に対して前記ストッパ構造を相対配置するステップを有するものとしたことを特徴とするプロセス。
21. 前記ストッパ構造を前記可動質量体（２）に対して相対配置するステップは、前記相互作用による、前記弾性の懸架素子（５）の周りの前記可動質量体（２）の合成的ねじりモーメントを減少させるステップを有するものとし、前記相互作用は、静電タイプであり、かつ前記可動質量体（２）と前記ストッパ構造（１２，１４）の異なる電位に起因するものとした、請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記可動質量体（２）に対して前記ストッパ構造を相対配置するステップは、前記合成的ねじりモーメントを最小化し、ゼロにするステップを有するものとした、請求項２１に記載のプロセス。

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