JP5693855B2 - 歪みゲージによる面外検出を用いた表面技術の慣性又は共振センサー - Google Patents

歪みゲージによる面外検出を用いた表面技術の慣性又は共振センサー Download PDF

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Description

本発明は、例えば慣性センサー、特に加速度計である、特にシリコンで作られるマイクロセンサーの分野に関する。
その用途は、自動車、携帯電話通信又は航空電子工学などの多くの様々な分野にある。
よく知られるように、共振センサーは、作られ得る：
−湿式エッチングを用いてシリコン又は石英の厚さ全体にわたってセンサーの高感度部分が作られる場合に体積技術において；この技術は、ＦＲ２７６３６９４に記載される、又は、
−表面技術によって；この技術は、非特許文献１に記載される。
体積技術で作られる慣性センサーは、共振器の面外静電励起に基づく。それらは、大きな寸法である。
それらは、２つの基板の移動を必要とし、その一方は、励起／検出電極を形成するために使用され、第２のものは、真空キャビティを閉じるために使用される。移動された基板間の間隙を制御することも必要である。従って、使用される技術は複雑である。
このタイプの技術において、検出共振器は、基板に対して薄く、従って、可動性の塊と異なる厚さを有する。非常に不良に制御されるこの薄膜化は、特に、平面外で行われるビーム振動のタイプによって必要とされる。
このタイプの技術における他の問題は、レバーアームの効果を増加するために最適化することができない共振器の位置合わせにある。事実上、共振器とその励起電極との間の空隙を最小化するために、共振器は、基板の表面に配置される。最適な方式において、共振器は、できるだけヒンジ（塊の回転軸）に近づいて位置すべきである。
仏国特許発明第２７６３６９４号明細書
"Resonant accelerometer with self test"， by M．Aikele et Al．， Sensors and Actuators， A92， 2001， p．161-167
従って、課題は、以上に参照された問題を解消することを可能にする、さらに小型化された、構成要素の新規な設計を見出すことから生じる。
本発明は、例えばピエゾ抵抗タイプまたは共振器（ビームまたは音叉）である、１つ又は幾つかの吊るされたゲージによる検出を用いることによって、自由にされた機械的な塊に加えられる面外力を検出することを可能にする、プレーナー技術を用いて作られる新規なタイプのセンサーを提案する。本発明によるセンサーは、特に、加速器または質量センサーを実現することを可能にする。特に、それは、ピエゾ抵抗ゲージによる検出を可能にするが、他のタイプの検出も可能である。
このセンサーは、可動性の塊（慣性質量）及び制限の検出及び測定に使用されるゲージの形態、材料及び厚さを別個に最適化することを可能にする。
より正確には、本発明の対象は、基板に形成される表面タイプのＭＥＭＳセンサーであって、
（ａ）第１の厚さを示す、厚い領域と呼ばれる第１の領域であって、その第１及び第２の表面がそれぞれ第１及び第２の平面にあり、互いに平行に走る、少なくとも１つの可動性の塊を形成し、この塊が、これらの平面の外側に移動する第１の領域と、
（ｂ）前記可動性の塊及び前記基板に結合される、少なくとも前記可動性の塊に対するピボットリンクを形成する第２の領域であって、前記ピボットリンクの軸又はねじり軸が、前記センサー又は基板の平面にある第２の領域と、
（ｃ）少なくとも前記ピボットリンクの軸の周りにおける可動性の塊の運動の検出用の吊るされたタイプの歪みゲージを形成し、前記第２の領域の厚さと等しい又はそれより薄い厚さの、薄い領域と呼ばれる第３の領域であって、−前記ピボットリンクの軸を含まない、前記センサー又は基板の平面に平行な方向に又はそれに平行な平面において延長し、−前記ピボットのねじり軸に垂直な方向に又はそれに垂直な平面において延長し、−少なくとも１つの歪みの印加点によって一側部において前記第１の領域に結合され、例えば組み込みタイプの結合によって他側部において基板に結合される第３の領域と、
を含むセンサーである。
前記第３の領域のこのような位置合わせは、前記第３の領域の厚さと無関係である前記ピボット領域の厚さを有することを可能にし、また、好ましくは、Ｈピボット軸の直上において、すなわち、Ｈピボット軸を含むＮ１及び／又はＮ２に垂直な平面において、第３の領域上の第１の領域によって与えられる歪みの印加点を得ることを可能にする。これは、歪みゲージにおける震動性の塊（seismic mass）のレバーアームを増加することを可能にする。
前記第２の領域は、前記基板の平面に垂直な方向に従って、これらの２つの部分の一方が、従って前記第１及び第２の領域に対して共通の平面と呼ばれる前記第１の領域の第１の平面または第２の平面にある状態で、下部部分及び上部部分を有する。言い換えると、前記第２の領域の上部部分は、前記第１の領域の第１の平面（または上部平面）に位置し、前記第２の領域の下部部分は、前記第１の領域の第２の平面（または下部平面）に位置する。
前記第３の領域は、前記基板の平面に垂直な方向に従って、上部部分及び下部部分を有し、これらの領域の１つは、前記第１及び第２の領域に共通の平面にあり得る。
本発明による装置において、第２の領域（ピボットを形成する）の厚さは、第３の領域の厚さと無関係である。
前記第３の領域と前記第２の領域との間の厚さの差は、圧力、歪み又は圧縮制限を有することができる：もしこれらの２つの領域が同一の厚さである場合、無関係にこれらの制限に対するアクセスを有することが可能である。ピエゾ抵抗効果を用いた検出の場合、これは、相殺されるだろう。
好ましくは、前記第３の領域における前記第１の領域によって与えられる歪みの印加の点は、Ｈピボット軸の直上にあり、すなわち、前記第１の領域の第１の平面及び／又は第２の平面に垂直な平面で、Ｈピボット軸を含む平面にある。これは、歪みゲージにおける震動性の塊のレバーアームを増加することを可能にする。
前記第１及び第２の領域は、半導体材料又は絶縁材料で又はそれらから形成することができる。前記第１及び第２の領域は、同一の材料又は異なる材料であり得る。
ＭＥＭＳセンサーは、ミクロン及び／又はサブミクロンの素子を含むセンサーであると理解される。
好ましくは：
−前記第２の領域は、前記可動性の塊の厚さ未満の厚さを有し、
−及び／又は、前記ピボット軸の方向に従って、この同一方向に従う前記可動性の塊の幅未満の幅を有し；
−及び／又は、前記ピボット軸に対して平行な方向に従う延長部を有し；前記第２の領域は、各々が前記可動性の塊の側に位置し又は前記可動性の塊に形成された開口部に位置する、例えば２つの伸ばされた部分を含む。
本発明によるセンサーにおいて、前記可動性の塊のためのピボットリンクを形成する前記第２の領域は、前記ピボット軸の周りにおける後者の如何なる回転運動も許容せず、それによって前記可動性の塊のあらゆる他の運動を妨げる。特に、前記第２の領域は、前記ピボット軸に沿って位置合わせされた幾つかの部分を含み得る。
前記可動性の塊は、前記第２の領域（ピボットを形成する）の厚さより厳密に大きな厚さを有し得る。後者自体は、第３の領域の厚さより厳密に大きな厚さを有し、歪みゲージを含み、それは、有利には、前記第３の領域の厚さより２倍大きい。
歪みゲージ及び可動性の塊は、共通の平面を有し、それは、塊３の下部平面であり得る。ゲージ及び可動性の塊は、この場合、この平面に対する同一側に位置する。あるいは、それらは、共通平面としてこの塊３の上部平面を有し得る。ゲージは、この他の場合において、この平面の一側に位置し、可動性の塊は、他側に位置する。
好ましくは、ピボット軸の軸は、この平面において可動性の塊の重心Ｇを通る。この平面は、第１の平面及び第２の平面に平行である。
前記第３の領域は、互いに対して、及び、−前記可動性の塊の前記第１及び第２の平面に垂直で、前記ねじり軸を含む平面に、−及び、前記ねじり軸に垂直な平面に対して反対称的に位置する少なくとも２つの歪みゲージを含み得る。
前記歪みゲージは、単結晶若しくは多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗材料又はＳｉＧｅで作られ、又は、例えばシリコンから作られるナノワイヤー若しくは例えばカーボンのナノチューブで作られ得る。次いで、それは、電気抵抗変化がそれに加えられる歪みに従って測定される吊るされたゲージとして使用され得る。
それは、半導体基板にエッチングすることによって形成され得る。あるいは、それは、多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗材料、シリコンナノワイヤー又はカーボンナノチューブから形成され得る。あるいは、ゲージは、変形が形状効果を用いて抵抗を変える金属などの材料から作られ得る。
ナノワイヤー、特にシリコンから作られるナノワイヤーは、長さと呼ばれる方向に従う、延長した形状の構造である。この方向に垂直な断面にある横寸法は、この長さより大いに短い。これらの横寸法は、典型的には１００ｎｍ未満であり、好ましくは、５０ｎｍ又は４０ｎｍ未満であり、有利には２０ｎｍ未満である。Ｘ方向に方向付けられ、基板の平面に含まれるナノワイヤーは、Ｙ及びＺの横方向に従うシリコンビームをエッチングすることによって、又は、例えば触媒ＳＬＶ堆積を用いたナノワイヤーの成長によって得ることができる。
例えば可変抵抗ゲージであるゲージは、電流がゲージを通って入ることができ、ピボット領域の１つから出ることができ、又は逆もあり得る、単一ワイヤータイプのものであり得る。あるいは、ゲージは、電流がワイヤーの一方に入り、他方から出ることができる、二重ワイヤータイプのものであり得る。２つのワイヤーは、電気絶縁体が好ましくは一方におけるゲージと他方における第１の領域との間に配置された状態で、互いに平行であり得る。
あるいは、歪みゲージは、少なくとも１つの振動翼、励起手段及び振動検出手段を含む振動検出共振器を基板の平面に含み得る。
従って、歪みゲージは、周波数変化がそれに加えられる歪みに従って測定される、例えばビーム又は音叉タイプの検出共振器であり得る。
基板の平面におけるゲージの振動は、静電手段を用いて生成することができる。検出共振器は、共振に加わる。検出共振器の振動周波数の変化は、塊によって加えられる歪みに基づく。
次いで、振動翼の励起及び／又は共振検出は、振動の検出において振動翼に対して配置された少なくとも１つの電極を用いて静電手段によって行われ得る。
また、共振検出は、振動翼に配置されるピエゾ抵抗手段を用いて行われ得る。
従って、振動は、センサー平面に配置される電極によって測定され得る。あるいは、ゲージは、静電手段によって励起され、歪みは、共振器に配置される圧電手段によって測定される。
本発明によるセンサーは、加速度センサーでありえ、塊によって加えられる歪みは、センサー組立体の運動中に塊の慣性による。
この場合、センサーの面外加速度は、第２の領域のピボットリンクの軸の周りにおける角度αの第１の領域のピボットを形成し、それは、可動性の塊を形成する。この可動性の塊の回転は、歪みゲージに歪みを与えるだろう。ゲージが共振器である場合、この歪みは、その周波数及び／又は振動振幅の変化をもたらす。ゲージがピエゾ抵抗タイプ又は吊るされた金属ゲージタイプの場合、この歪みは、働いた歪みに比例するその電気抵抗に対する変化をもたらす。次いで、加速度を計算することが可能である。
本発明によるセンサーにおいて、ゲージのピボット軸及び中心軸は、これが実現されるセンサー及び／又は基板に平行な２つの異なる平面にある。ゲージにおける制限は、可動性の塊の重心Ｇ、力が加速度によって加えられる場合にはピボット領域と、ゲージにおける歪みの印加点との間に形成されるレバーアームによって増幅される。この印加点がピボット軸Ｈに近ければ近いほど、この軸に実際には正確ではないが、測定される歪みが大きくなる。
ゲージにおける歪みの印加点は、好ましくは、ピボット軸に垂直に位置する。また選択として、ピボット軸は、可動性の塊の重心として、センサーの平面に平行な同一平面に位置する。
また、本発明による装置は、特に化学センサーまたは質量センサーの実現において、可動性の塊の振動又は運動を引き起こす手段を含み得る。可動性の塊の振動又は運動を引き起こすこれらの手段は、以下を含み得る：
−前記可動性の塊の主たる側部の一方に面する前記基板上に存在する電極；この電極は、可動性の塊が電圧源に接続された状態で、可変電圧を周期的に生成することができる同一の電圧源に接続され得る、
−又は、例えばこの可動性の塊とバイメタルを形成する絶縁層によって可動性の塊と電気的に絶縁される、前記可動性の塊上に位置し、基板に結合される導電材料の層；この層は、周期的に変わる電圧を生成することができる電圧源に接続される、
−又は、可動性の塊上に配置され、基板に接続される層又はピエゾ抵抗材料；この層は、例えば圧電層の上又は下に存在する電極である、圧電材料内における周期的な可変電圧の生成の発生手段に電気的に接続され得る。
周期的な可変電圧の生成手段は、
−圧電材料が間に配置される電極、
−前記電極に結合される電圧源、
を含み得る。
振動を引き起こす手段に与えられる電圧又は電流の変化は、その塊の局所的な変形をもたらし、従って運動の引き起こしをもたらす。振動引き起こし領域によって与えられる衝撃が、例えば交流電流の衝撃である場合、この運動は、振動になる
従って、本発明は、可動性の塊の振動を引き起こす手段を備える本発明による装置を含む共振器タイプの化学質量センサーにも関連する。次いで、振動可動性の塊は、“振動ビーム”という用語を用いて記載されることができる。
有利には、振動ビームは、例えば単一のタイプの分子に敏感である分子ラジカル又は層又は材料を用いて、表面に吸着又は吸収されることができる、分子、又は、１つのタイプ若しくは幾つかのタイプの分子、又は、１つのタイプ又は幾つかのタイプの分子若しくは分子の群、を選択する手段をその表面に含むことができる。
例えば、振動ビームの表面は、特有の方法で化学的及び／又は生化学的な要素と反応し、及び／又は、分子若しくは分子の族に特有である鍵状の分子（hooked molecules）を伴う材料で覆われ得る。
そのようなものとして、ターゲット分子を含む環境における振動、振動ビームから、分子が吸着されるに従ってその量が増加することが分かる。従って、振動周波数は変化し、歪みゲージに加えられる歪みは、変えられる。
このような装置は、環境中の１つ又は幾つかの分子の存在及び／又は濃度を検出するために使用され得る。
振動ビームの運動軸がその平面にある化学質量センサーに関するこの装置の利点は、以下の通りである。重要な分子捕獲表面を提供する、基板平面に垂直な軸に沿ったビーム、特に大きな幅を有するビームの振動を引き起こすことは、この平面における振動の引き起こしより薄層技術において行うのがより容易である。
本発明による装置の使用中に、可動性の塊は、有利には、気体雰囲気又は真空中にある。質量センサー又は化学センサーの場合、可動性の塊又は振動ビームは、流体又は分散媒と接触をもたらす。
検出共振器タイプの歪みゲージは、有利には、真空に近い雰囲気にある。事実上、気体雰囲気による希釈は、共振器の品質係数を低下させ、従ってセンサーの解像度を低下させるだろう。
それ自体、これらの理由のために、本発明による装置は、好ましくは、例えばピエゾ抵抗タイプの可変抵抗歪みゲージを有する。
本発明による装置において、この装置が本発明によって形成される前後において、全ての電気接続は、基板の前側部における集積を用いて行われ得る。
また、本発明の対象は、表面タイプのＭＥＭＳセンサー用の製造方法であり、それは、
−それ自体、例えば半導体基板又はガラスタイプの絶縁体上に横たわる犠牲層上に存在する、例えば単結晶又は多結晶シリコンである半導体材料の層又はＳｉＧｅ層内に製造されるセンサーによって特徴付けられ、
−及び、この方法が、
（ａ）少なくとも１つの可動性の塊を形成する、第１の厚さを提供する第１の領域と、
（ｂ）前記可動性の塊に許容される単一の運動の軸が、それによってセンサーの平面においてピボットリンクを形成する第２の領域を有して、ねじり軸と呼ばれる、センサーの平面に含まれる軸の周りにおける回転であるような、前記可動性の塊に結合される第２の領域と、
（ｃ）−センサーの平面に平行に延びるが、ピボットのねじり軸を含まず、−ピボットのねじり軸に垂直な平面に延び、−可動性の塊に結合される前記第３の領域を有するピボットの軸の周りにおける可動性の塊の運動の検出用に少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成する、厚い領域より薄い厚さの、薄い領域と呼ばれる第３の領域と、の実現を含むことを特徴とする。
この３つの領域は、センサーの可動性の部分を自由にすることができる犠牲層のエッチングを有する、半導体材料の層におけるエッチングによって形成され得る。
それらは、固定部分に対する犠牲層及び電気絶縁体として作用するＳＯＩの酸化物層を有するＳＯＩ基板の半導体材料の表面層のエッチングによって特に形成され得る。
薄い領域は、半導体材料の基板、半導体材料の層をエッチングすることによって形成される２つの第１の領域上に配置される表面層に形成され、犠牲層のエッチングは、センサーの可動部分を自由にすることを可能にする。
この第２の領域は、第１の領域の厚さと第３の領域の厚さとの間の厚さを有し得る。この第２の領域は、第１の領域の厚さと等しい厚さであり得る。
この方法は、以上に説明されるように、本発明による装置を実現することを可能にする。従って、本発明による他の特徴は、本発明による手順に当てはまる。
面外の敏感な軸及びエッチングされた歪みゲージを有するプレーナータイプの、本発明による加速度センサーの側面図を示す。 面外の敏感な軸及びエッチングされた歪みゲージを有するプレーナータイプの、本発明による加速度センサーの正面図を示す。 面外の敏感な軸及び堆積された歪みゲージを有するプレーナータイプの、本発明による加速度センサーの側面図を示す。 面外の敏感な軸及び堆積された歪みゲージを有するプレーナータイプの、本発明による加速度センサーの正面図を示す。 面外の敏感な軸及び歪みゲージ並びに減少した厚さのピボット領域を有する、本発明による他のプレーナータイプの加速度センサーの側面図を示す。 面外の敏感な軸及び歪みゲージ並びに減少した厚さのピボット領域を有する、本発明による他のプレーナータイプの加速度センサーの側面図を示す。 歪みゲージが検出共振器タイプである、本発明によるセンサーを示す。 本発明による装置に適用されるホイートストーンブリッジを示す。 単一の歪みを有する、本発明による装置に適用されるホイートストーンブリッジを示す。 二重歪みを有する、本発明による装置に適用されるホイートストーンブリッジを示す。 面外の敏感な軸及び差動的に又は対向して載置された歪みゲージを有する、本発明による他のプレーナータイプの加速度センサーを側面図で示す。 面外の敏感な軸及び差動的に又は対向して載置された歪みゲージを有する、本発明による他のプレーナータイプの加速度センサーを正面図で示す。 本発明による差動ホイートストーンブリッジの図を示す。 ２つのゲージ、及び、この場合、広いピボット領域を有する、本発明による装置へのその適用を示す。 可動性の塊を振動させる第１の手段に従う、振動質量センサータイプの本発明による装置の図を示す。 可動性の塊を振動させる第１の手段に従う、振動質量センサータイプの本発明による装置の図を示す。 可動性の塊を振動させる第２の手段に従う、振動質量センサータイプの本発明による装置の図を示す。 可動性の塊を振動させる第２の手段に従う、振動質量センサータイプの本発明による装置の図を示す。 可動性の塊を振動させる第３の手段に従う、振動質量センサータイプの本発明による装置の図を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第１の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による方法の第２の実施形態を示す。 本発明による装置の代替案を示す。 本発明による装置の代替案を示す。 本発明による装置の代替案を示す。 本発明による装置の代替案を示す。
様々な実施形態が、同一の要素に対する符号が異なる図面において共用される図１から図４に示される。
本発明の様々な実施形態に共通の特性が初めに記載される。次いで、それらの実施形態の各々の特定の特徴が提供される。
本発明によるセンサーは、例えば単結晶若しくは多結晶シリコンである半導体材料である基板又はウエハー２、シリコン基板に堆積されるＳｉＧｅの層、又は、ガラスタイプの材料に含まれ又は実現される。このウエハーは、上側部２１（または第１の側部）及び下側部２２（または第２の側部）を有する。これらの参照符号は、例を用いて図１Ａに示されるが、他の図においても使用され得る。これらの２つの側部２１及び２２は、平行であり、平面Ｎ２１及びＮ２２に位置する（それらは、上部平面Ｎ２１及び下部平面Ｎ２２、又は、ウエハーの第１の平面Ｎ２１及びウエハーの第２の平面Ｎ２２と呼ばれ得る）。そのようなものとして、ウエハー２に含まれるセンサーまたはその可動性の塊３は、センサーの上側部１１がウエハーの上側部２１の平面Ｎ２１に全く一致し得る平面Ｎ１にある状態で、上側部１１（または第１の側部）及び下側部１２（または第２の側部）を有する。センサーの下部表面１２は、平面Ｎ２にあり、ウエハーＮ２２の下部平面と異なる。Ｎ２は、上部平面Ｎ１／Ｎ２１とウエハーＮ２２の下部平面との間に含まれる。以下では、ウエハーの言及なしに、“側部”又は“平面”という用語は、センサーの平面又は側部：Ｎ１及びＮ２に対応する。
形容詞“下部の”及び“上部の”は、説明を容易にするために選択されるが、平面の一方に対する平面の他方の限定的な相対的位置を表さない。“第１の側部”及び“第２の側部”という表現もそれぞれ使用することができる。塊３の所謂下側部は、本発明による装置を形成する方法を実施する際のエッチングによって更新される基板の側部２２’に面し及び平行である。この側部２２’は、例えば、Ｎ２とＮ２２との間に位置する平面Ｎ２２’に含まれる。
直交マーカーは、平面Ｎに垂直な軸である第３の軸Ｚを有して、上記で定義される平面Ｎの１つに位置する、一方に対して他方が直交する２つの直交軸Ｘ、Ｙを含んで定義される。
本発明による加速度装置は、ウエハーの側部又は平面に垂直な方向Ｚに従って測定される、第１の厚さＴ（この明細書で後に言及される厚さと同様の）の塊３を含む。ウエハーの平面Ｎに平行なこの塊の平面は、センサーの第１の平面Ｎ１及び第２の平面Ｎ２を定義する。この塊３は、可動性の塊を形成する。それは、基板２に使用される材料と同一の材料であり得る。それは、例えば、単結晶又は多結晶シリコンで作られ、ＳｉＧｅで作られ又はガラスタイプの材料で作られる。塊３の厚さＴは、例えば、５００ｎｍから１０μｍであり、例えば１μｍである。
さらに、塊３は、ＸＹ平面のＹ軸に従って測定される、数μｍから数百μｍ、例えば１０μｍ又は５０μｍから１００μｍ、２００μｍ又は５００μｍであり得る長さＬと、ＸＹ平面のＸ軸に従って測定される、数μｍから数百μｍ、例えば１０μｍ又は５０μｍから１００μｍ、２００μｍ又は５００μｍであり得る幅ｌと、を有する。
この可動性の塊は、第２の厚さの第２の領域５に接続され、従ってそれは、上記で定義された平面Ｎに平行なＨ軸の、ヒンジとも呼ばれるピボットリンクを形成する（このＨ軸は、図１Ａの平面に垂直である）。Ｈ軸は、塊３の第１の平面（Ｎ１）と第２の平面（Ｎ２）との間に配置され、これらの各々に平行である。基板に関連付けて結合されるＸ軸は、Ｈ回転軸の方向であるように選択され得る。さらに、Ｚは、平面Ｎの各々に垂直である。従って、それは、完全に直交マーカーを定義するためにＸ及びＺ方向に垂直なＹ方向を選択するのに十分である。
ピボット形成領域は、Ｚ軸に従って異なる高さに配置される上部部分及び下部部分を含む。それは、塊３の上側部及び下側部をそれぞれが含む２つの平面Ｎ１とＮ２との間に含まれる。もしその底部部分が平面Ｎ２にある場合、平面Ｎ２は、第１及び第２の部分に共通であると考えられる。さらに又は代替案として、上部部分、もしピボット形成領域が平面Ｎ１にあり得る場合には平面Ｎ１は、第１及び第２の部分に対して共通の平面と呼ばれる。図１Ａの実施形態において、ピボット形成領域の上部部分及び下部部分は、それぞれ、平面Ｎ１及び平面Ｎ２にあり、従って、これらの２つの平面Ｎ１及びＮ２は、第１及び第２の部分に共通である。
有利には、ピボット領域の形状及び／又は寸法は、回転軸Ｈが、可動性の塊の重心Ｇを通る平面Ｎに平行な平面にあるようなものである。これは、横加速に対する感度を低減させることができる。回転軸のこの特定の位置は、第１及び第２の領域の厚さが等しい以下のＺ軸であるときに特に得られる。
可動性の塊３は、ピボット軸の周りにおける回転Ｊを生成することができ、基板に固定された正規直交の符号ＸＹＺにおける他の運動、特に他の軸の周りにおける運動を生成することができない。図１Ａから図１Ｇまたは図９Ａから図９Ｄの実施形態の代替案において、他の回転を妨げるこの効果は、ピボット領域又はヒンジがＨ軸に沿って位置する２つの部分５、５’を含むときに得られる。あるいは、ヒンジ領域は、他の軸に従って塊の回転を制限するために方向Ｘに従って十分な幅の単一のピースであり得る。従って、可動性の塊３に対して許容される運動は、センサーの平面の外における運動Ｊである。ヒンジ領域５は、可動性の塊３及び装置の固定領域５０に結合される。それは、例えば、この基板との組み込まれたタイプの結合、又は、この装置が形成される基板に固定されたタイプの結合を有する。
好ましくは：
−第２の領域は、塊３よりも小さい厚さを有する（図９Ａから図９Ｄの場合を含む）、
−及び／又は、ピボット軸Ｈの方向に従う可動性の塊３の幅より小さいピボット軸Ｈの方向に従う幅を有し；
−及び／又は、可動性の塊３の両側部に（図９Ａ及び図９Ｂ）又はこの可動性の塊に形成された切り目３０’に（図９Ｃ及び図９Ｄ）配置される２つの延長されたアームを含む。
結果的に、可動性の塊の運動は、第２の領域（ピボット領域）の変形をもたらすが、可動性の塊全体の変形に起因しない。
最後に、第３の領域４は、可動性の塊の厚さＴより弱い厚さｅの少なくとも１つの吊るされた歪みゲージを形成する。それは、可動性の塊３の運動を検出する手段を提供する。好ましくは、ゲージの厚さｅは、一側において、１０ｎｍ又は数十ｎｍ（例えば、ナノワイヤータイプの歪みゲージにおいては４０ｎｍ、又は、多結晶シリコンの吊るされた歪みゲージにおいては２００ｎｍ）から、他側において、数マイクロメートル、例えば１μｍ、５μｍ又は１０μｍの間にある。
所謂“吊るされた”ゲージは、端部部分と称される２つの部分間に保持される。これらの２つの端部部分の間に配置され、中心部分と呼ばれるゲージの部分は、ゼロではない長さであり、あらゆる他の材料と接触しない、特にセンサーを構成する材料の何れとも接触しない。
一般的に、このようなゲージは、ゲージ長さと称される長さの方向に沿って延長し、それは、前記方向に対する垂直な断面において測定される各々の寸法と比較されるこの方向において非常に大きい。それは、ゲージ又はその中心部分の長さと比較した不十分な又は非常に不十分な長さの各々である両方の端部部分で保持される。
この歪みゲージ４は、これが図１に示されるように、センサーの平面に平行であるが、ピボットリンクの回転軸Ｈを含まない平面において延びる。これは、図９Ａから図９Ｄの実施形態において真実である。その端部の１つは、可動性の塊に接触し、他方は、固定されたままの基板に接触する。これらの２つの点は、例えば、組み込まれたまたは固定されたタイプの接続であり得る。この歪みゲージ４は、２つの平面間に配置され、又は、基板の方向に垂直な方向に従う様々な高さに位置する下部部分及び上部部分を含む。これらの平面の１つ又はこれらの部分の１つは、平面Ｎ１、Ｎ２の１つであり、又は、これらの平面の１つに含まれ、及び、好ましくは、第１及び第２の領域に共通の平面である。この場合、ゲージは、第２の領域の下部部分及び可動性の塊３の上部に位置合わせされると考えられる（これが停止状態にある場合）。
図１Ａ及び図１Ｂから理解されるように、第２及び第３の領域は各々、Ｘ軸に沿った塊３の長さ未満の、Ｘ軸に沿った長さを有する。第３及び第２の領域のこれらの長さの合計は、この塊の長さ未満である。これは、特に、ゲージが第１及び第２の領域の共有の平面内の平面を有するときの場合である。しかしながら、これは、ゲージ及び第２の領域の位置にかかわらず、本発明の如何なる実施形態に対する場合であり得る。
有利には、この第３の領域は、例えば単結晶または多結晶シリコンであるピエゾ抵抗材料を形成し、又は、それは、カーボンのナノチューブ又はシリコンのナノワイヤーを含み、又は、それが金属などである。
あるいは、歪みゲージは、以下に提供されるように、検出共振器であり得る。
ピボットリンクＺの周りにおける可動性の塊の回転Ｊは、歪みゲージ５に与えられる力Ｆの印加をもたらす。ゲージ４における歪みの印加の点Ｐは、有利には、ピボットリンクのＨ軸を含む、基板に又はより高いＮ２平面及びより低いＮ１平面の各々に垂直な平面にある。従って、この印加の点は、ピボットリンク５の回転Ｈ軸に“垂直である”と呼ばれ、それだけが、第１の順序で、ゲージにおける唯一の軸歪みを有することを可能にする。
好ましくは、歪みゲージ４の方向は、それ自体が装置の平面に直交する、Ｈ軸を含む平面に直交する。
本発明の第１の実施形態は、加速度計タイプの装置に関する（図１Ａから図１Ｇ）。図１Ａ及び図１Ｂに関連した第１の、図１Ｃ及び図１Ｄに関連した第２の、図１Ｅ及び図１Ｆに関連した第３及び第４の代替案が記載され、第５の歪みゲージの代替案は、図１Ｇに示される。他の代替案は、後に図９Ａから図９Ｄに記載されるだろう。
図１Ａ及び図１Ｂの代替案において、さらに、歪みの印加の点Ｐは、Ｈ軸に対する垂直な平面にあり、可動性の塊３の重心Ｇを含む。
さらに、ゲージは、ねじり軸Ｈの下に配置される。言い換えると、可動性の塊、第２の領域（５、５’）及び歪みゲージ４間に共通の平面があり、この共通の平面は、塊３の下側部１２を含む可動性の塊の下部平面Ｎ２であり；それは、ゲージが可動性の塊３の下部平面に配置され、示される配置されると考えることができる。この場合、ゲージは、有利には、エッチングによって形成される。ゲージ及び可動性の塊は、共通の平面Ｎ２の同一の側部に位置する。
この実施形態の他の代替案は、図１Ｃ及び図１Ｄに示される：ゲージ６は、ねじり軸Ｈ上に部分的に配置される。この場合、好ましくは、ゲージ６は、堆積によって形成される。従って、歪みゲージ６、ピボット領域５及び可動性の塊３間に共通の平面があり、実際、センサーの上部平面Ｎ１は、装置の側部１１を含む。ゲージ６及び可動性の塊３は、この代替案において、それらに共通である、この平面の何れかの側部に位置する（後者は、ゲージの下部部分及び塊の上部部分１１を含む）。
図１Ａから図１Ｄの代替案において、領域５は、塊３の厚さに近い厚さを有するピボットを形成する。有利には、領域５は、可動性の塊３と同一の厚さを有する。それで、Ｈピボット軸は、可動性の塊３の重心Ｇとして、基板２の平面に平行な同一平面にある。さらに、領域５は、可動性の塊３と共通の、基板２の平面に平行な２つの平面を有する。こられは、平面Ｎ１及びＮ２である。これは、図９Ａから図９Ｄの実施形態に当てはまる。
あるいは、ピボット領域の高さを減らすことが可能である。これは、ピボット領域５の高さｈが、可動性の塊Ｔの高さより厳密に小さく、歪みゲージ４、６の高さより厳密に大きい、図１Ｅ及び図１Ｆの代替案における場合である。ピボット領域５の幅の減少は、その剛性の減少をもたらす。これは、図９Ａから図９Ｄの実施形態に適用することもできる。
従って、ピボット領域５は、塊の後側部１２を含む、センサーの下部平面Ｎ２にその底部部分を有する（それらの共通の平面は、Ｎ２平面であり、Ｎ１平面ではない）。従って、可動性の塊より微細な厚さのピボット領域は、可動性の塊３の下部部分に近接して位置する。従って、Ｈ軸は、塊３のこの下部部分にも近い。この状況は、歪みゲージ４に与えられる力を変化させ、従って測定の値及び精度を変化させる。
実際上、この特定の場合において、回転軸Ｈの低位置の効果は、下部平面Ｎ２において、ピボット軸Ｈに近づいて位置するゲージ４における歪みを増加することである（図１Ｆに示される場合）。次いで、このゲージは、塊３の下部平面Ｎ２において下部部分を有する。ここで、この平面Ｎ２は、３つの領域に共通である。
逆に、塊３の下部部分に位置するピボット領域の場合において、可動性の塊３の上に位置する歪みゲージ６に加えられた歪みは（図１Ｅに示される場合、基板２の上部部分２１に近い可動性の塊の側部に位置するゲージ）、減少する。次いで、このゲージは、塊３の上部平面Ｎ１において下部部分を有する。次いで、平面Ｎ２は、第１及び第２の領域のみに共通する。
図１Ｅに示される場合は、好ましくは、堆積されたゲージの場合であり、図１Ｆに示される場合は、エッチングされたゲージの場合である。
両方のこれらの図に示された場合において、ピボット領域５は、可動性の塊３より薄い厚さである。
例えばピエゾ抵抗タイプである、堆積されたタイプの可変抵抗歪みゲージの他の代替案は、２つの平行なゲージから構成される歪みゲージを含み得る。この代替案の実施形態は、図２Ｃに関連して以下に提供されるだろう。
あるいは、この実施形態において考えられる代替案にかかわらず、歪みゲージは、基板平面における振動検出共振器タイプのものであり得る（図１Ｇ）。
この共振器は、振動翼４０、励起手段４１及び測定手段４２を有する。
振動翼４０の励起を生成する手段は、振動翼４０と共にコンデンサを形成する電極でありえ、図として示されない交流発電機に接続される（図１Ｇ）。次いで、この共振器は、基板２の平面によって形成されるＸＹ平面において振動する。対象となる電極は、基板２の平面に平行な平面内に相互に関連して位置する。従って、この状況は、米国特許出願第６，２５１，６９８号の状況と異なり、ゲージの異なる電極が、互いの上部にあり、電極間の間隙が、数マイクロメートルであり、それが、第１の基板に第２の基板を密閉することによって得られるので、制御することが困難である。本発明による装置において、振動は、平面内であり、各々の電極と振動翼との間の間隙はまた、基板の平面内であり、サブミクロンであり得る制御された間隙幅を用いたフォトリソグラフィー（標準的な光学装置またはステッパー）を使用して形成され得る。
翼４０の振動方向に垂直な歪みゲージ４の長さに従った歪みの印加中に、翼の振動周波数が変化する。この変化は、測定手段４２によって測定される。
振動翼の振動４０を測定する手段は、２００８年６月２３日付けで出願されたＦＲ０８０３４９５に記載されたようなピエゾ抵抗タイプのものでありえ、又は、電極４２を含む静電性のものでありえ、それによって、振動翼の振動の方向において、振動翼に対して電極４２が位置合わせされた状態で、振動翼と測定電極との間に形成される容量の変化を測定することによって翼の周波数変化を測定する。
図１Ｇに記載された本発明の第１の実施形態の代替案において、励起手段４１及び測定手段４２は、共に容量性である。
歪みの測定が可変抵抗ゲージ（図１Ａから図１Ｆ）、例えばピエゾ抵抗ゲージによって得られるそれらの場合において、歪みゲージ４または６における可動性の塊３の運動によって与えられる力の測定は、ゲージによって形成された抵抗のあらゆる変化を評価するためにこのような方法で位置合わせされるホイートストーンブリッジを用いて実現され得る（その原理が、図２Ａにおいて図式的に提示されている）。結果的に、もしＲｘが使用していない（可動性の塊が動いていない）状態におけるゲージの抵抗である場合、Ｈ軸の周りにおける塊３の回転は、Ｒｘ（１＋α）となる、この抵抗の変化をもたらす。このブリッジは、αの値を測定することを可能にする。
このホイートストーンブリッジは、第１の実施形態に記載された発明に従う装置に対する２つの代替案に従って適用されることができ、これらは、歪みゲージの構造体に依存する代替案である。
第１の代替案において、図２Ｂに示されるように、ピエゾ抵抗の歪みゲージは、単一の接続部４を含み、従って、電流入力は、ピボット領域を通して（例えばピボット５を通して）提供され、出力は接続部４を通して提供される（または逆もあり得る）。次いで、このホイートストーンブリッジは、歪みゲージ４の単一の接続部の抵抗の変化Ｒｘ’と、ピボット領域５と可動性の塊３の一部とを横切る電流入力部によって形成される抵抗の変化と、を測定する。
第２の代替案において（図２Ｃ）、吊るされた歪みゲージ４は、２つの平行なアーム４０及び４０’から形成される。それは、震動性の塊３の平面に平行な同一の平面上に位置する。堆積されたタイプの歪みゲージの場合において、電気絶縁層は、ゲージ４と可動性の塊３との間に配置される。電流は、アーム４０によってもたらされ、第２のアーム４０’（図２Ｃ）によって出る、又はその逆もあり得る。この代替案の利点は、抵抗変化Ｒｘ”のノイズがほとんどない測定である。実際、以前に記載された方法と異なり、電流を導くために使用される、ピボット領域のねじれは、抵抗を変化させることができ、ホイートストーンブリッジによって測定された抵抗変化は、それ自体歪みゲージに与えられる力のみによる。電流は、追加の寄生抵抗を通らない。
ゲージ及び第３の領域に関して上記に説明されたことは、図９Ａ及び図９Ｄの実施形態に直接適用可能である。
また、図３Ａ及び図３Ｂに示され、図９Ａから図９Ｄの実施形態に適用可能である本発明の第２の実施形態（第２の領域またはピボット領域の位置に関連するものを除いて）は、第１の実施形態で使用される加速度計タイプの装置の一般的な原理を使用するが、他の代替案を有しない。
第１の実施形態のように、それは、可動性の塊が基板２１の上部表面と同一の平面Ｎ１における上側部１１及び下側部１２を有しながら、上側部２１及び下側部２２を有する基板に関連する可動性の塊３を含む。
この実施形態において、可動性の塊３がセンサー平面（図３Ａの平面ｘＯｙ）に移動することを防止する手段は、回転軸Ｈの方向のピボット領域５”における実質的な幅Ｌによって実現される。この幅は、それ自体、可動性の塊３の長さより有利には短い、Ｈ軸に平行に測定される塊３の幅に近いものであり得る。
ピボット領域５”の高さｈは、図１Ｅ又は図１Ｆのように、上記に既に記載された同一の結果を有して、可動性の塊Ｔの高さ未満であり、歪みゲージの厚さｅより大きいものであるとしてここで示される。あるいは、ピボット領域は、図１Ａに示される場合のように、可動性の塊と同一の厚さをでもあり得る。一代替案として、ピボット領域は、それが、塊３を有して、共通の平面、すなわちその上部平面である平面Ｎ１を有するように、装置の上部に配置され得る。
本発明のこの実施形態において、２つの歪みゲージ６及び６’が存在する。それらは、図３Ｂに示されるように、反対称的に位置する：
−Ｈ軸に垂直な平面であって重心Ｇを通る平面に対して；
−及び、Ｈ軸を含む平面であってセンサーの平面に垂直な平面に対して。
従って、それらが差動的に載置される（differentially mounted）ことが考えられ得る。差動的な組立体は、検出に敏感な軸による可動性の塊の運動、本発明の場合においてＺ軸に従う運動を可能にし、対向する方向の歪みのこれらの２つのゲージの各々から得ることを可能にする。特に、Ｚ軸の従うあらゆる運動において、ゲージの少なくとも１つは、歪んだ状態にあり、少なくとも他の１つは、圧縮された状態にある。
これらの２つのゲージ６、６’は、可動性の塊３の上部平面Ｎ１の上に位置し、又は、基板２の前面の側に位置するこの平面の付近に位置する。従って、これらのゲージの底部部分は、可動性の塊３の上部平面Ｎ１に位置する。それらは、有利には堆積によって形成される。
あるいは、それらは、エッチングによって形成され、可動性の塊３の下部表面１２の下部平面Ｎ２のレベルに位置し得る（この場合、ゲージの下部部分は、この平面Ｎ２にある）。それらは、互いに平行であり、全てＨ軸に垂直に横たわる（図３Ａ参照）。また、それらは、装置の固定部分５０に接続される。
Ｊに従う可動性の塊３の運動は、２つのゲージ６、６’の１つにおける牽引力Ｆ及び他のゲージ６、６’における圧縮を生成する。従って、この力は、差動方式で測定され得る。この組立体の利点は、歪みの測定が、ゲージ上に測定される歪みの値間の差によって行われるということである。それ自体、差動測定中に相殺される、２つのゲージ６、６’において等しい寄生歪み（例えば、温度による）を避けることが可能である。これは、より高い測定精度を得ることを可能にする。２つのゲージが差動的に載置されるということも考えられる。
ゲージが可動性の塊３の運動Ｊによって与えられる力の変化を適切に測定するように、本発明のこの実施形態は、塊３の平面にあり、Ｈ軸に若干平行であり、ゲージにおける力の印加点がＨピボット軸に垂直であることを可能にする、可動性の塊３の延長部３２及び３３を含み得る。従って、これらの印加の点は、Ｈ軸を含む平面に位置し、センサー及び基板の平面に垂直である。これは、レバーアームを増加することを可能にし、従って、センサーの感度を改善することを可能にする。
同様に、本発明の他の実施形態において、様々な領域は、有利には、ねじり軸Ｈに対して垂直に、可動部の塊３の運動からもたらされる歪みの印加点をゲージに位置合わせすることが容易に可能であるようなものである。この部分は、可動性の塊を形成する第１の厚さの領域において延長部（３１、３２、３３）を形成することによって得られる。これらの延長部は、ピボット軸Ｈの位置合わせを修正しないように、ピボット領域５に接触しない。そのようなものとして、これらの延長部と接触するゲージは、好ましくは、ピボット領域５の上に位置しない、言い換えると、ピボット領域の一部に加えてゲージを横切るねじり軸Ｈに垂直な平面がない。
以下に提案されているように、歪みゲージは、検出共振器でもあり得る。検出共振器の場合、歪みの差動測定は、歪みが印加されたときの振動周波数の変化に従う歪みゲージの各々に加えられる歪みを計算することができる電子装置を用いて行われる。この電子装置は、さらに、第２のゲージで測定される他の歪み対する第１のゲージにおいて測定される歪みの１つの減算を計算することができる。
例えばピエゾ抵抗材料である可変抵抗タイプの歪みゲージの場合において、可動性の塊３の運動によって与えられる抵抗変化の差動モードの測定は、有利には、図３Ｃ及び図３Ｄに示される、ホイートストーンブリッジを用いて具体化される。
差動ホイートスーンブリッジにおいて、４つのブランチは各々、Ｒの値の抵抗を有する。ブリッジに対向する２つの点Ａ及び点Ｂ間の電圧ＶＡＢの測定は、互いに対して反対に変化する、値Ｒ（１＋α）及び値Ｒ（１−α）の、これらの２つの点の一方の両側における抵抗間の差２αＲを測定することを可能にする（図３Ｃ）。
図３Ｄにおける２つのゲージ６、６’はそれぞれ、差動ホイートストーンブリッジのアームを形成する。周知の抵抗値Ｒは、停止状態において、これらのゲージの各々に関連する。
差動ホイートストーンブリッジを形成するために、電圧測定点Ｂは、ここではピボット領域５”上において２つのゲージ６、６’間で選択される。２つのゲージの位置から（回転の軸Ｈを通る基板の垂直な平面の何れかの側部における）、可動性の塊３の回転は、両方のゲージにおける対向する歪みの印加を生じさせ、従って、ゲージの１つにおける歪み変化αＲ及び他のゲージの歪み変化−αＲを生じさせる。
ホイートストーンブリッジは、図３Ｄに示されるように、２つの他の抵抗１４０、１４０’を用いて形成される。他の測定点Ａは、これらの２つの抵抗間に位置する。
このように形成された差動ホイートストーンブリッジは、抵抗ゲージ間の抵抗変化２αＲを計算することを可能にし、この抵抗変化は、可動性の塊３の回転によってゲージ６、６’において与えられる。この方法は、例えば熱膨張のために、歪みゲージの寄生抵抗の変化によるノイズを避けることを可能にする。電流入力は、例えばゲージ６の１つによって行われ、電流出力は、第２の歪みゲージ６’を通って生じる。
同一のタイプの測定は、可動性の塊３の下部平面Ｎ２のレベルに位置する２つのゲージ４、４’を用いて得ることができる。
塊のセンサータイプの本発明の第３の実施形態は、図４Ａから図４Ｄに示される。このセンサーは、化学センサーの実現に適用することができる。
この装置は、本発明の第１の実施形態の１つ又は他の基本的な構造に基づくものであり得る。
実際、このような装置は、第１の領域以下の厚さを有することができるピボット領域によってセンサーを形成する基板２に結合され、可動性の塊３に一致させられ得る、第１の領域を含む。このピボット領域は、可動性の塊３、少なくとも可動性の塊３の下部表面１２と共通の平面を有することができる。第２領域（ピボット領域）は、可動性の塊３の運動が、第２の領域を通る、基板の平面に含まれるＨ軸の周りにおける１つの回転に限定されるようなものである。従って、この運動は、再び基板の“面外”タイプのものである。これらに加えて、２つの第１の領域は、少なくとも１つの歪みゲージを含む第３領域である。
以前の実施形態のように、歪みゲージ４は、検出共振器タイプ、又は好ましくは可変抵抗の吊るされたゲージのタイプ、好ましくは単一又は二重のゲージを有するピエゾ抵抗タイプであり得る。
以前の実施形態のように、好ましくは差動的に位置する幾つかの歪みゲージ４、４’があり得る。
この実施形態を示す例において、示された構造体は、図１Ａ及び図１Ｂに示されるタイプであるが、図９Ａから図９Ｄの構造体の１つが例えば採られ得る。
本発明のこの実施形態と以前の２つの実施形態との差は、可動性の塊３の振動を引き起こす手段の存在である。
振動を引き起こすこの手段は、可動性の塊の全部又は一部の下に位置する電極７の形態であり得る；電極７に周期的な電圧を印加することは、励起と同一の期間または周波数を有する振動による可動性の塊３の運動を引き起こすことをもたらす（図４Ａ及び図４Ｂ）。次いで、この塊３は、導電材料または半導体材料でありえ、例えば１０１５ａｔ／ｃｍ３を超える金属またはドーピングされたシリコンであり得る。
あるいは、震度を引き起こすこの手段は、ピボット軸Ｈ上及び部分的に可動性の塊上に堆積され、絶縁層７１によって可動性の塊３から電気的に絶縁された、例えば金属である、導電層７０を含むバイメタルによって形成されえ、この堆積された層は、可動性の塊の材料の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する（図４Ｃ及び図４Ｄ）。従って、可動性の塊を引き起こす運動は、基板に電流を流すことによって、例えば得られた温度の局所的な増加中に２つの材料間の膨張差によって行われ、それは、ピボット領域５によって形成されるヒンジのレベルにおいてバイメタル効果をもたらす。
他の代替案によれば、可動性の塊３の振動を引き起こす手段は、それが絶縁材料の層７１によって分離され、両方の端部において周期的に変化可能な電圧を印加するためのシステムに接続される可動性の塊の少なくとも一部の上に配置される圧電材料８０の層を含むことができる（図４Ｅ）。圧電層に周期的な電圧を印加することは、圧電層の周期的な変形をもたらし、従って可動性の塊３の振動をもたらす。電圧は、例えば、一方で圧電層８０上に、他方で圧電層と絶縁層７１との間に配置される電極９０、９０’に印加され、前記電極は、電圧源に接続される。
可動性の塊の振動中に、歪みは、歪みゲージ４に印加される。
化学的又は生化学的な塊のセンサーの場合において、もし可動性の塊３がその表面において又はその堆積内において分子を吸着又は吸収する場合（例えば、この表面又はこの体積を機能的にした後に）、総質量が増加する。これは、振動周波数の変化をもたらす。
この塊の共振周波数の変化の測定において、吸着又は吸収された塊を計算することが可能である。
この実施形態による装置において、分子又は分子タイプの選択的な吸着を可能にする、例えば被覆を加えることによって、可動性の塊の表面を機能的にすることも可能である。この被覆は、一例として、例えば高分子の機能化層である特定の材料の層であり得る。次いで、それは、吸着された分子の量を計算することを可能にする。
本発明による装置を製造する第１の方法は、図５Ａから図５Ｇ及び図６Ａから図６Ｆに関連して記載される。それは、エッチングされたゲージの場合に対応する（図１Ａに示される）。ここに示されたゲージは、共振器タイプである。
この第１の方法は、半導体材料（ここではシリコンであるが、この方法は、ＳｉＧｅの場合に適用されることもできる）のエピタキシャル成長を使用する。
初めに、ＳＯＩ基板２００が選択される（図５Ａ）。例えば、それは、０．５μｍの厚さのＳｉの層２２０と、１μｍの厚さのＳｉＯ２の層２４０とを含む。
ピエゾ抵抗ゲージ（図５Ａ及び図６Ａ）又は共振器の部分３００並びに検出及び励起電極は、リソグラフィー及び層２２０のエッチングによって画定される。従って、この部分は、減少した厚さを有する半導体表面層内に画定される。
エッチングは、ＳｉＯ２の層２４０で停止される。次いで、例えば０．５μｍの層であるＳｉＯ２の層（示されない）が堆積され、次いで、Ｓｉ層２２０で停止する平坦化が行われ、ついで、例えば約０，４μｍの厚さであるＳｉＯ２の堆積３２０が行われる（図５Ｂ）。
次いで（図５Ｃ及び図６Ｂ）、歪みゲージ上における突出部３４０が、リソグラフィー及びＳｉＯ２の層３２０のエッチングによって形成される。
次いで、シリコンエピタキシャル層３５０が、初期の半導体の表面層２２０に形成される（図５Ｄ及び図６Ｃ）。エピタキシャル層の厚さは、層３２０の厚さより大きく、例えば約４μｍである。
次いで、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ金属堆積、次いでリソグラフィー及びエッチングの段階が、コンタクト３６０を形成するために行われる（図５Ｅ及び図６Ｄ）。
機械的な構造体のリソグラフィー及び異方性のエッチングが行われ（例えば：ＤＲＥＥ）(図５Ｆ及び図６Ｅ)、ＳｉＯ２である二酸化物の層２４０上で停止する。この段階は、同一の操作中に、同一の厚さの材料を用いて可動性の塊３及びヒンジ５を実現することを可能にする。
この装置は、この層２４０のＨＦエッチング（湿式または蒸気）によって最後に自由にされ（図５Ｇ及び図６Ｆ）、同時に停止する。これらの図５Ｇ及び図６Ｆにおいて、ゲージ４はまた、明確に見ることができる。
この方法は、歪みを避けることによって又は検出及び励起電極を形成することによってピエゾ抵抗ゲージの場合に適合され得る。
第２の方法は、図７Ａから図７Ｊ及び図８Ａから図８Ｈと連係して記載される。それは、堆積されたゲージの場合（図１Ｃに示されるような）に対応する。ここで、このゲージは、多結晶シリコンタイプのものである（それは、あるいは、単結晶シリコンタイプ又は単結晶若しくは多結晶のＳｉＧｅであり得る）。
ＳＯＩ基板２００が選択される（図７Ａ）。例えば、それは、４μｍの厚さのＳｉの層２２０と、１μｍの厚さのＳｉＯ２酸化物の層２４０とを含む。
約０．５μｍのＳｉＮの層２６０が、基板ゲージを電気的に絶縁するために堆積され、それは、平坦化用の停止層として使用されることもできる（図７Ｂ）。
次いで、ＳｉＮ層のリソグラフィー及びエッチング並びに機械的な構造体（図７Ｃ及び図８Ａ）の異方性エッチング（例えばＤＲＩＥ）が行われ、ＳｉＯ２酸化物層２４０で停止される。この段階は、可動性の塊３を実現し、またピボット領域を画定することを可能にする。
次いで、ＳｉＯ２２７０（図７Ｄ及び図８Ｂ）が堆積され、少なくとも層２２０のエッチングされた領域を埋める。
次いで、ＳｉＮ層２６０で停止する平坦化段階が行われる。
次いで、層２８０（図７Ｅ及び図８Ｃ）は、ゲージを形成するために以前に得られた構造体上に堆積される。それは、例えば、ＷＮ（例えば２０ｎｍの厚さ）及びＡｕ（例えば１００ｎｍの厚さ）の堆積である。あるいは、多結晶ＳｉＧｅの多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗タイプの材料を堆積することが可能である。次いで、このゲージは、リソグラフィー及びエッチングによって画定される。
次いで、例えば０．４μｍの厚さを有するＳｉＯ２２９０の堆積は、構造体全体の上に行われる（図７Ｆ及び図８Ｄ）。
この層２９０のコンタクト領域２９１は、リソグラフィー及びエッチングによって開放される。
次いで、堆積物２９２（図７Ｈ及び図８Ｆ）は、領域２９１に形成される。それは、例えば、ＷＮ及びＡｕの堆積である。それは、リソグラフィー及びエッチングによって正確に画定され得る。
この装置は、ＳｉＯ２の堆積物２７０のＨＦエッチング（湿式または蒸気）によって最後に自由にされ（図５Ｇ及び図６Ｆ）、同時に停止する。
ＳｉＮの層２６０は、最後に表面上にエッチングされる（図７Ｊ及び図８Ｈ）。
この方法は、図７Ｅ及び図８Ｃに記載される、ゲージ２８０の金属層又はピエゾ抵抗層上に圧電性材料又は熱電性材料の励起層を付けることによって共振器タイプのゲージの場合に適合することができる。この堆積は、リソグラフィーによってゲージの形状の画定の前又は後に行うことができる。第２の場合は、ゲージ２８０の一部上における励起層の堆積を制限するために追加のリソグラフィーの段階を必要とする。
上記に提供されている実施形態において、第２の領域又はピボット領域は、Ｙ軸（特に図１Ａ及び図１Ｂで見られる）に沿った部分に若干向けられ（図３Ｂ、図３Ｄ）、又は、Ｙ軸に沿った部分を含み、それは、Ｈ軸に対して若干垂直である。
あるいは、本発明による装置上からの視点である図９Ａから図９Ｄに示されるように、Ｘ軸に沿った向けられたピボット領域を有することが可能である。次いで、以前の実施形態においてピボットリンクが屈曲状態で圧力を加えられるのに対して、このピボットリンクは、ねじりモードで圧力が加えられる。
以前と同様に、歪みゲージは、Ｈ軸を含まないセンサーの平面に平行な平面において塊に結合される。
図９から図９Ｄにおいて、以前の図面における参照符号と等しい参照符号は、同一の又は類似の要素を示す。特に、参照符号５０は、第２の領域及び第３の領域を構成する要素５５、５５’が結合されるこの装置の固定領域である。
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、特に塊３の何れかの側部に配置される２つのアームである第２の領域を構成する部分は、Ｈ軸に平行なＸ軸に沿って向けられる。
図９Ｂにおいて、塊３との第３の領域４の結合は、この塊３の空洞化された間隙又は領域３０において行われる。
図９Ｃ及び図９Ｄにおいて、第２の領域を構成する部分は、塊３の内側に配置される。再び、これは、第２の領域を構成する部分５５、５５’が配置される領域の内側に空洞化された領域３０’を含む。この実施形態は、これらの部分５５、５５’の端部が、この装置の固定部分５０に再び結合されることを妨げる。
図９Ｄにおいて、差動測定は、例えば図３Ｂ及び図３Ｄとの連係で以上に既に記載された原理に基づいて行われる。
上記の説明に従って理解することができるように、ピボットリンクは、塊３の何れかの内側、又は、この塊の外側に実現され得る（図９Ｃ及び図９Ｄの実施形態を特に参照されたい）。
図５Ａから図８Ｈと連係して以上に記載されている実現の方法は、エッチング領域３０、３０’の追加の段階を有して、図９Ａから図９Ｄの装置の実現に適合することができる。
図９Ａから図９Ｄの構造体は、図４Ａから図４Ｄと連係して以上に記載されるような塊のセンサーの実現に適合する。
２ 基板
３ 塊
４ ゲージ
５、５’ ヒンジ領域
６ ゲージ
１１ 上側部
１２ 下側部
２２ 下側部
３１ 延長部
５０ 固定部分

Claims (16)

  1. 基板に形成されるＭＥＭＳ表面タイプのセンサーであって、その表面が基板平面として知られる平面を定義するセンサーにおいて、
    （ａ）第１の厚さ（Ｔ）を有する、厚い領域と呼ばれる第１の領域であって、その２つの表面が、互いに対して及び前記基板の平面に対して平行な第１の平面（Ｎ１）及び第２の平面（Ｎ２）を形成し、この領域が、前記基板の平面の外側における運動を有する少なくとも１つの可動性の塊を形成する第１の領域と、
    （ｂ）前記基板の固定領域に結合される第２の領域であって、この第２の領域が、前記基板に対する少なくとも１つの前記可動性の塊のピボットリンクを形成し、前記可動性の塊の厚さ以下の厚さを有し、それに結合し、前記ピボットリンクの軸（Ｈ）が、前記第１の平面（Ｎ１）と前記第２の平面（Ｎ２）との間に配置され、それらの各々に平行であり、この第２の領域が、前記基板の平面に垂直な方向に沿って、下部部分と上部部分とを有し、これらの部分の少なくとも１つが、前記第１の領域及び第２の領域と共通の平面として知られる前記第１の平面（Ｎ１）又は前記第２の平面（Ｎ２）にある第２の領域と、
    （ｃ）前記ピボットリンクの軸の周りにおける前記可動性の塊の運動の検出用の、少なくとも１つの吊るされたタイプの歪みゲージを形成する、前記第２の領域の厚さより薄い厚さの薄い区域と呼ばれる第３の領域であって、この第３の領域が、前記基板の平面に垂直な方向に沿って、下部部分と上部部分とを有し、これらの部分の１つが、前記第１の領域及び第２の領域に共通の平面にあり、この第３の領域が、
    −前記基板の平面に平行で、前記ピボットリンクの軸を含まない平面に延長し、
    −前記ピボットリンクの回転軸に垂直に延長し、
    −一側部において前記可動性の塊に結合され、他側部において前記基板に結合される、第３の領域と、
    を含むセンサー。
  2. 前記第２の領域が、
    −前記ピボットリンクの軸（Ｈ）の方向に沿った、この軸に沿った前記可動性の塊の幅未満の幅を有し；
    −又は、前記可動性の塊の何れかの側部又はこの可動性の塊に形成された空隙に配置される、延長された２つのアームを含む、
    請求項１に記載のセンサー。
  3. 前記可動性の塊が、前記第２の領域の厚さより厳密に大きな厚さを有する、請求項１または２に記載のセンサー。
  4. 前記第３の領域及び前記第１の領域が、
    −共通の平面を有し、この平面に対して同一の側部に位置する、
    −又は、共通の平面を有し、この平面に両方の側部に位置する、
    請求項１から３の何れか一項に記載のセンサー。
  5. 前記ピボットリンクの軸（Ｈ）が、前記センサーの第１の平面（Ｎ１）及び前記第２の平面（Ｎ２）に平行な平面にあり、前記可動性の塊の重心を通る、請求項１から４の何れか一項に記載のセンサー。
  6. 前記ゲージの各々における前記可動性の塊によって生成される歪みの印加点（Ｐ）が、前記ピボットリンクの軸（Ｈ）に垂直であり、すなわち、前記第１の平面（Ｎ１）及び前記第２の平面（Ｎ）の各々に対する垂直な平面にあり、前記ピボットリンクの軸（Ｈ）を含む、請求項１から５の何れか一項に記載のセンサー。
  7. 前記第３の領域が、互いに対して、及び、−前記可動性の塊の前記第１及び第２の平面（Ｎ１、Ｎ２）に垂直で、前記ピボットリンクの軸（Ｈ）を含む平面に、−及び、前記ピボットリンクの軸（Ｈ）に垂直な平面に対して反対称的に位置する少なくとも２つの歪みゲージを含む、請求項１から６の何れか一項に記載のセンサー。
  8. 前記歪みゲージが、単結晶若しくは多結晶シリコンなどのピエゾ抵抗材料で作られ、又は、シリコンナノワイヤー若しくはカーボンナノチューブで作られ、又は、単結晶若しくは多結晶ＳｉＧｅで作られる、請求項１から７の何れか一項に記載のセンサー。
  9. 前記ゲージが、単一ブランチまたは二重ブランチタイプである、請求項８に記載のセンサー。
  10. 前記歪みゲージが、前記第１及び第２の平面（Ｎ１、Ｎ２）に平行な平面において振動する振動翼と、励起手段と、前記振動を検出する手段と、を少なくとも含む、少なくとも１つの検出共振器を含む、請求項１から７の何れか一項に記載のセンサー。
  11. 前記歪みゲージが、前記振動翼を励起し及び／又は前記共振を検出するための静電手段を含む、請求項１０に記載のセンサー。
  12. 前記歪みゲージが、前記振動の方向において、前記振動翼に対して配置された少なくとも１つの電極を含む、請求項１１に記載のセンサー。
  13. 前記歪みゲージが、前記振動翼に配置される、共振検出のピエゾ抵抗手段を含む、請求項１０から１２の何れか一項に記載のセンサー。
  14. 前記可動性の塊の運動を引き起こす手段をさらに含む、請求項１から１３の何れか一項に記載のセンサー。
  15. −前記可動性の塊の側部の一方に対して前記基板上又は基板内に存在する電極、
    −又は、前記可動性の塊とバイメタルを形成し、前記可動性の塊に配置される、絶縁層によって前記可動性の塊から電気的に絶縁される前記基板に結合される導電材料の層、
    −又は、前記可動性の塊に堆積される、絶縁層によって前記可動性の塊から電気的に絶縁される前記基板に結合される圧電材料の層、
    を含む、前記可動性の塊の運動を引き起こすための手段を有する、請求項１４に記載のセンサー。
  16. 前記可動性の塊が、その表面上に、例えば、所定の分子のラジカル、または、単一のタイプの分子に敏感な材料の層である、表面吸着または吸収されることができる少なくとも１つのタイプの分子を選択する手段をさらに含む、請求項１から１５の何れか一項に記載のセンサー。
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