JPH0870130A - マイクロメカニズムデバイス、マイクロシステム及びその製造方法 - Google Patents
マイクロメカニズムデバイス、マイクロシステム及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 比例又は非比例パワーセンサとして使用可能
のマイクロメカニズムデバイスに対する製造方法を改良
し、集積回路及びマイクロメカニズムデバイスを有する
マイクロシステム及びマイクロメカニズムデバイスを製
造するために最少の付加的経費だけを必要とする製造方
法を提供する。 【構成】 導電層２、７から形成されるコンデンサプレ
ート対Ｋを含む固定マイクロメカニズム構造と、誘電層
４から形成されプレート対の中間室に差し込み又はそれ
から外すことのできる可動マイクロメカニズム構造とを
絶縁層３、５により互いに分離して形成し、可動構造の
周囲及び少なくともプレート間隔の一部で絶縁層を固定
及び可動構造に対して選択性で、等方性成分を有するエ
ッチングプロセスで除去することによりマイクロメカニ
ズムデバイスを形成する。
のマイクロメカニズムデバイスに対する製造方法を改良
し、集積回路及びマイクロメカニズムデバイスを有する
マイクロシステム及びマイクロメカニズムデバイスを製
造するために最少の付加的経費だけを必要とする製造方
法を提供する。 【構成】 導電層２、７から形成されるコンデンサプレ
ート対Ｋを含む固定マイクロメカニズム構造と、誘電層
４から形成されプレート対の中間室に差し込み又はそれ
から外すことのできる可動マイクロメカニズム構造とを
絶縁層３、５により互いに分離して形成し、可動構造の
周囲及び少なくともプレート間隔の一部で絶縁層を固定
及び可動構造に対して選択性で、等方性成分を有するエ
ッチングプロセスで除去することによりマイクロメカニ
ズムデバイスを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサプレート対
を含む固定マイクロメカニズム構造と可動マイクロメカ
ニズム構造とを有するマイクロメカニズムデバイス、基
板上に集積回路及びマイクロメカニズムデバイスを備え
たマイクロシステム並びにそれらの製造方法に関する。
を含む固定マイクロメカニズム構造と可動マイクロメカ
ニズム構造とを有するマイクロメカニズムデバイス、基
板上に集積回路及びマイクロメカニズムデバイスを備え
たマイクロシステム並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロメカニズムデバイスは種々の目
的に使用されており、その重要な利用分野は比例及び非
比例パワーセンサ（加速及び傾斜センサ）である。この
種の公知のセンサは固定及び可動マイクロメカニズム構
造を有し、マイクロメカニズムコンデンサの電極の間隔
の変動を容量的に測定することに基づくものである。例
えば「Ｃｏｎｔ．Ｐｒｏｃ．ＩＥＤＭ」１９９２年、第
５０１頁（第０−７８０３−０８１７−４／９２、ＩＥ
ＥＥ）におけるシャーマン（Ｓｈｅｒｍａｎ）他の論文
には、可動の吊垂されたポリシリコン舌片が２つの固定
されて取り付けられている舌片の間にある構造が提案さ
れている。加速が可動舌片と固定舌片との間隔を変化さ
せるので、容量は固定舌片の一方に対して増加し、もう
一方に対しては減少する。この変化は電気的に検出され
る。
的に使用されており、その重要な利用分野は比例及び非
比例パワーセンサ（加速及び傾斜センサ）である。この
種の公知のセンサは固定及び可動マイクロメカニズム構
造を有し、マイクロメカニズムコンデンサの電極の間隔
の変動を容量的に測定することに基づくものである。例
えば「Ｃｏｎｔ．Ｐｒｏｃ．ＩＥＤＭ」１９９２年、第
５０１頁（第０−７８０３−０８１７−４／９２、ＩＥ
ＥＥ）におけるシャーマン（Ｓｈｅｒｍａｎ）他の論文
には、可動の吊垂されたポリシリコン舌片が２つの固定
されて取り付けられている舌片の間にある構造が提案さ
れている。加速が可動舌片と固定舌片との間隔を変化さ
せるので、容量は固定舌片の一方に対して増加し、もう
一方に対しては減少する。この変化は電気的に検出され
る。
【０００３】この種のマイクロメカニズムデバイスを製
造する場合、特にシリコン基板上の集積回路の製造と両
立し得るプロセスに多大の関心が寄せられている。製造
プロセスの互換性はマイクロシステムにマイクロメカニ
ズム及び制御回路又は評価回路の集積を可能にする。こ
のことはまた既存の半導体製造装置がマイクロメカニズ
ム構造の製造にも利用できなければならない場合に重要
なことである。集積回路とマイクロメカニズムデバイス
とを半導体基板の異なった範囲に同時に形成できる、即
ち集積回路の製造費用に若干の付加的費用をかけただけ
でマイクロシステムを製造できるプロセスがあれば特に
有利であろう。
造する場合、特にシリコン基板上の集積回路の製造と両
立し得るプロセスに多大の関心が寄せられている。製造
プロセスの互換性はマイクロシステムにマイクロメカニ
ズム及び制御回路又は評価回路の集積を可能にする。こ
のことはまた既存の半導体製造装置がマイクロメカニズ
ム構造の製造にも利用できなければならない場合に重要
なことである。集積回路とマイクロメカニズムデバイス
とを半導体基板の異なった範囲に同時に形成できる、即
ち集積回路の製造費用に若干の付加的費用をかけただけ
でマイクロシステムを製造できるプロセスがあれば特に
有利であろう。
【０００４】マイクロメカニズムデバイスに関してはと
りわけ以下の製造プロセスが公知である。
りわけ以下の製造プロセスが公知である。
【０００５】ａ）ポリシリコン・センター・ピン−及び
−フランジ−プロセス（メーレンガニ（Ｍ．Ｍｅｈｒｅ
ｎｇａｎｙ）及びタイ（Ｙ．−Ｃ．Ｔａｉ）の論文
「Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．」第１
巻、７３、１９９１年参照） このプロセスは集積回路の形成に引続いてマイクロメカ
ニズム構造を形成する際金属化錯体による付加的なポリ
シリコンの析出を必要とする。センター・ピン−プロセ
スを集積回路の金属化の前に行う必要がある場合には可
動構造をフリーエッチングし、それと同時に金属化部の
絶縁を保護しなければならないという問題が生じる。も
う１つの欠点はドープされたポリシリコンの比較的高い
比抵抗にある。
−フランジ−プロセス（メーレンガニ（Ｍ．Ｍｅｈｒｅ
ｎｇａｎｙ）及びタイ（Ｙ．−Ｃ．Ｔａｉ）の論文
「Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．」第１
巻、７３、１９９１年参照） このプロセスは集積回路の形成に引続いてマイクロメカ
ニズム構造を形成する際金属化錯体による付加的なポリ
シリコンの析出を必要とする。センター・ピン−プロセ
スを集積回路の金属化の前に行う必要がある場合には可
動構造をフリーエッチングし、それと同時に金属化部の
絶縁を保護しなければならないという問題が生じる。も
う１つの欠点はドープされたポリシリコンの比較的高い
比抵抗にある。
【０００６】ｂ）ポリシリコンＬＯＣＯＳプロセス（タ
ブロウ（Ｌ．Ｓ．Ｔａｖｒｏｗ）他の論文「センサ及び
アクチュエータ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａ
ｔｏｒｓ）」Ａ．Ｐｈｙｓ．第３５巻、３３、１９９２
年参照） このプロセスは可動マイクロメカニズム構造を平坦なＬ
ＯＣＯＳ酸化物層上に形成するものであり、その際酸化
工程はその熱負荷のために集積回路のトランジスタの形
成前のみに実施可能のものである。このプロセスを集積
回路の形成前に完全に行った場合、以後の工程にとって
不所望なトポロジが生じるとともに、集積回路の形成中
にマイクロメカニズム構造を保護しなければならないと
いう問題が生じる。互いに入り組んだ工程ではロータの
フリーエッチングと同時に回路の絶縁酸化物を保護しな
ければならないという問題を解決しなければならない。
ブロウ（Ｌ．Ｓ．Ｔａｖｒｏｗ）他の論文「センサ及び
アクチュエータ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａ
ｔｏｒｓ）」Ａ．Ｐｈｙｓ．第３５巻、３３、１９９２
年参照） このプロセスは可動マイクロメカニズム構造を平坦なＬ
ＯＣＯＳ酸化物層上に形成するものであり、その際酸化
工程はその熱負荷のために集積回路のトランジスタの形
成前のみに実施可能のものである。このプロセスを集積
回路の形成前に完全に行った場合、以後の工程にとって
不所望なトポロジが生じるとともに、集積回路の形成中
にマイクロメカニズム構造を保護しなければならないと
いう問題が生じる。互いに入り組んだ工程ではロータの
フリーエッチングと同時に回路の絶縁酸化物を保護しな
ければならないという問題を解決しなければならない。
【０００７】ｃ）選択性タングステン・プロセス（固体
センサ及びアクチュエータに関する国際会議（Ｉｎｔ．
Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏ
ｒｓａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）、於サンフランシス
コ、米国、ＩＥＥＥ Ｃａｔ．Ｎｏ．９１ＣＨ２８１７
−５，７３９、１９９１でのチェン（Ｌ．Ｙ．Ｃｈｅ
ｎ）他の論文「変換器（ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ）’９
１」参照） このプロセスは回路の形成プロセスに引続いて行うこと
ができるが、電気的接触の問題及び金属化物の絶縁の保
護の問題は提案されている方法によっては解決できな
い。このプロセスは特にリソグラフィ工程に関して極め
て経費を要するものである。
センサ及びアクチュエータに関する国際会議（Ｉｎｔ．
Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏ
ｒｓａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）、於サンフランシス
コ、米国、ＩＥＥＥ Ｃａｔ．Ｎｏ．９１ＣＨ２８１７
−５，７３９、１９９１でのチェン（Ｌ．Ｙ．Ｃｈｅ
ｎ）他の論文「変換器（ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ）’９
１」参照） このプロセスは回路の形成プロセスに引続いて行うこと
ができるが、電気的接触の問題及び金属化物の絶縁の保
護の問題は提案されている方法によっては解決できな
い。このプロセスは特にリソグラフィ工程に関して極め
て経費を要するものである。
【０００８】ｄ）ＬＩＧＡプロセス（ブレイ（Ｐ．Ｂｌ
ｅｙ）他の論文「マイクロエレクトロニク・エンジニア
リング（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ）」１３、５０９、１９９１；グッケル
（Ｈ．Ｇｕｃｋｅｌ）他の論文「Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓ ＩＥＥＥ−Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」奈良、日本
国、１９９１年参照） このプロセスはＸ線リソグラフィ及び場合によってはば
らばらの微小部品を後から組立てることを必要とする。
ｅｙ）他の論文「マイクロエレクトロニク・エンジニア
リング（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ）」１３、５０９、１９９１；グッケル
（Ｈ．Ｇｕｃｋｅｌ）他の論文「Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓ ＩＥＥＥ−Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」奈良、日本
国、１９９１年参照） このプロセスはＸ線リソグラフィ及び場合によってはば
らばらの微小部品を後から組立てることを必要とする。
【０００９】これらの全てのプロセスはマイクロシステ
ムにおいて集積回路とマイクロメカニズムデバイスとを
共通に、特に同時製造することを想定したものではな
い。これらのプロセスはもっぱらマイクロメカニズムデ
バイスの製造に役立つ多数の層及び処理工程を必要と
し、集積回路の製造には不必要であるばかりか場合によ
っては不利なものとなる。
ムにおいて集積回路とマイクロメカニズムデバイスとを
共通に、特に同時製造することを想定したものではな
い。これらのプロセスはもっぱらマイクロメカニズムデ
バイスの製造に役立つ多数の層及び処理工程を必要と
し、集積回路の製造には不必要であるばかりか場合によ
っては不利なものとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、比例又は非比例パワーセンサとして使用可能のマイ
クロメカニズムデバイスに対する新しい製造方法を提供
するとともに、集積回路及びマイクロメカニズムデバイ
スを備えたマイクロシステム、及びマイクロメカニズム
デバイスを製造するための集積回路の製造費用に最少の
付加的経費だけを必要とする製造方法を提供することに
ある。
は、比例又は非比例パワーセンサとして使用可能のマイ
クロメカニズムデバイスに対する新しい製造方法を提供
するとともに、集積回路及びマイクロメカニズムデバイ
スを備えたマイクロシステム、及びマイクロメカニズム
デバイスを製造するための集積回路の製造費用に最少の
付加的経費だけを必要とする製造方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの課題は、請求項
１、６、８、１５の特徴部分に記載された手段により解
決される。
１、６、８、１５の特徴部分に記載された手段により解
決される。
【００１２】本発明は、測定すべき力により固定マイク
ロメカニズム構造としてのコンデンサプレート対間に差
し込まれそれによりその容量が変化する誘電性可動構造
を利用するものである。この容量の変化が測定される。
逆に力により誘電体がコンデンサプレート対間から除去
されることもある。誘電構造は自由に又は弾力的に可動
であり、従ってこのデバイスは非比例又は比例パワーセ
ンサになる。デバイスの原理は荷電されたコンデンサの
電界が誘電体に力を与えるため同様にアクチュエータと
しても使用可能である。いずれにせよ高い誘電率εrを
有する物質、即ち例えば窒化珪素が有利である。
ロメカニズム構造としてのコンデンサプレート対間に差
し込まれそれによりその容量が変化する誘電性可動構造
を利用するものである。この容量の変化が測定される。
逆に力により誘電体がコンデンサプレート対間から除去
されることもある。誘電構造は自由に又は弾力的に可動
であり、従ってこのデバイスは非比例又は比例パワーセ
ンサになる。デバイスの原理は荷電されたコンデンサの
電界が誘電体に力を与えるため同様にアクチュエータと
しても使用可能である。いずれにせよ高い誘電率εrを
有する物質、即ち例えば窒化珪素が有利である。
【００１３】本発明による製造方法ではコンデンサプレ
ート対は同じ或は異なる導電層から構造化され、可動構
造は誘電層から構造化される。その際固定及び可動構造
は絶縁層により互いに分離されている。次いでマスクが
施され、絶縁層を少なくとも誘電層の周囲から固定構造
に対して選択的に除去するエッチングプロセスが等方性
成分で行われる。このエッチングプロセス後誘電層は自
由に又は弾力的に可動となる。可動自由のマイクロメカ
ニズム構造の場合この構造はエッチングプロセス後残り
のデバイスとはもはや接続されていない。弾力的に可動
のマイクロメカニズム構造の場合なおこの接続は存在
し、しかも有利には誘電層が細く側方に延び、別の側で
は例えば固定板と接続され、可動構造と固定板との間で
ばね素子の役目をする。
ート対は同じ或は異なる導電層から構造化され、可動構
造は誘電層から構造化される。その際固定及び可動構造
は絶縁層により互いに分離されている。次いでマスクが
施され、絶縁層を少なくとも誘電層の周囲から固定構造
に対して選択的に除去するエッチングプロセスが等方性
成分で行われる。このエッチングプロセス後誘電層は自
由に又は弾力的に可動となる。可動自由のマイクロメカ
ニズム構造の場合この構造はエッチングプロセス後残り
のデバイスとはもはや接続されていない。弾力的に可動
のマイクロメカニズム構造の場合なおこの接続は存在
し、しかも有利には誘電層が細く側方に延び、別の側で
は例えば固定板と接続され、可動構造と固定板との間で
ばね素子の役目をする。
【００１４】本方法で比例又は非比例パワーセンサ又は
誘電性ロータを有するモータが製造可能である。第１
（比例パワーセンサ）の場合上下に配設された導電層を
コンデンサプレート対として使用すると有利であり、従
ってこれは基板の表面にほぼ平行に配設されている。導
電層間には下方の絶縁層、誘電層及び上方の絶縁層があ
る。後者（誘電性ロータを有するモータ）の場合１個又
は複数個のコンデンサプレート対が有利には同じ導電層
から構造化され、絶縁層及び誘電層が施され、誘電層は
プレート対の中間室内で（エッチングプロセスの後）可
動自由の構造物に構造化される。この誘電構造はまたコ
ンデンサプレートより以前に形成されてもよい。非比例
センサは要件次第ではこの２つの方法に従って形成可能
である。
誘電性ロータを有するモータが製造可能である。第１
（比例パワーセンサ）の場合上下に配設された導電層を
コンデンサプレート対として使用すると有利であり、従
ってこれは基板の表面にほぼ平行に配設されている。導
電層間には下方の絶縁層、誘電層及び上方の絶縁層があ
る。後者（誘電性ロータを有するモータ）の場合１個又
は複数個のコンデンサプレート対が有利には同じ導電層
から構造化され、絶縁層及び誘電層が施され、誘電層は
プレート対の中間室内で（エッチングプロセスの後）可
動自由の構造物に構造化される。この誘電構造はまたコ
ンデンサプレートより以前に形成されてもよい。非比例
センサは要件次第ではこの２つの方法に従って形成可能
である。
【００１５】本発明は集積回路及び可動マイクロメカニ
ズム構造が誘電体から形成されているマイクロメカニズ
ムデバイスを備えたマイクロシステムも対象とするもの
である。本発明によるマイクロシステムでは既に集積回
路の配線に必要とされていた導電層がマイクロメカニズ
ムデバイスの一部として使用される。この導電層はマイ
クロメカニズムデバイスの範囲ではコンデンサプレート
対を固定マイクロメカニズム構造として形成するのに専
ら適した方法によって構造化されなければならない。誘
電構造の形成は集積回路を形成するための付加的処理工
程で行われ、等方性エッチングプロセスは既に集積回路
形成の際に接続パッドのフリーエッチングに必要され
る。この集積回路は一層又は多層配線（即ち１つ又は複
数の金属化面）を有していてもよく、それらから１つ又
は幾つか又は全てをマイクロメカニズムデバイスに使用
可能である。更に集積回路は任意の加工技術、例えばＣ
ＭＯＳで形成してもよい。
ズム構造が誘電体から形成されているマイクロメカニズ
ムデバイスを備えたマイクロシステムも対象とするもの
である。本発明によるマイクロシステムでは既に集積回
路の配線に必要とされていた導電層がマイクロメカニズ
ムデバイスの一部として使用される。この導電層はマイ
クロメカニズムデバイスの範囲ではコンデンサプレート
対を固定マイクロメカニズム構造として形成するのに専
ら適した方法によって構造化されなければならない。誘
電構造の形成は集積回路を形成するための付加的処理工
程で行われ、等方性エッチングプロセスは既に集積回路
形成の際に接続パッドのフリーエッチングに必要され
る。この集積回路は一層又は多層配線（即ち１つ又は複
数の金属化面）を有していてもよく、それらから１つ又
は幾つか又は全てをマイクロメカニズムデバイスに使用
可能である。更に集積回路は任意の加工技術、例えばＣ
ＭＯＳで形成してもよい。
【００１６】
【実施例】本発明を実施例及び図面に基づき以下に詳述
する。第１の実施例として図１〜図３を参照して非比例
パワーセンサとして使用可能のマイクロメカニズムデバ
イスについて説明する。これは基板表面にほぼ平行に
（水平に）配設されている導電層２及び７から形成され
るコンデンサプレート対を固定マイクロメカニズムデバ
イスとして、またほぼ水平な可動誘電層４を可動自由の
マイクロメカニズムデバイスとして有する。有利にはこ
の誘電層は環状に形成されており、上方の導電層から形
成可能である落下に対する安全装置を備えている。
する。第１の実施例として図１〜図３を参照して非比例
パワーセンサとして使用可能のマイクロメカニズムデバ
イスについて説明する。これは基板表面にほぼ平行に
（水平に）配設されている導電層２及び７から形成され
るコンデンサプレート対を固定マイクロメカニズムデバ
イスとして、またほぼ水平な可動誘電層４を可動自由の
マイクロメカニズムデバイスとして有する。有利にはこ
の誘電層は環状に形成されており、上方の導電層から形
成可能である落下に対する安全装置を備えている。
【００１７】図１には任意の表面（例えばシリコン又は
フィールド酸化物）を有する基板１が示されている。こ
の基板上に下方の導電層２、例えばポリシリコン層又は
第１の金属化面が施され、構造化される。この下方の導
電層２は下方の絶縁層３で覆われ、この絶縁層上に誘電
層４が施され、可動構造に構造化される。上方の絶縁層
５が施され、場合によっては更に接触部６に対して適し
た材料で満たされる接触孔が設けられている。マイクロ
メカニズムデバイスの範囲ではこの接触部は（機械的）
安全装置の形成に使用され、従ってその電気抵抗はここ
では重要ではない。上方の絶縁層５上に上方の導電層７
が施され、これは所定の範囲内で下方の導電層２とコン
デンサプレート対を形成する、即ちこれは部分的に上下
に重なるように構造化される。誘電層４は（等方性エッ
チングプロセス後）コンデンサプレート対の中間室に差
し込み又はここから取り出し可能に構造化される。更に
導電層７からは後に露出される可動構造の落下に対する
安全装置が、例えば閉鎖フレームがその下にある層（図
３参照）によって形成されるか又は接触部６上に環状の
誘電層４の内径よりも大きな直径を有する面が形成され
るようにして形成される。上方の導電層７はもう１つの
絶縁層８（不活性化層）で覆われる。
フィールド酸化物）を有する基板１が示されている。こ
の基板上に下方の導電層２、例えばポリシリコン層又は
第１の金属化面が施され、構造化される。この下方の導
電層２は下方の絶縁層３で覆われ、この絶縁層上に誘電
層４が施され、可動構造に構造化される。上方の絶縁層
５が施され、場合によっては更に接触部６に対して適し
た材料で満たされる接触孔が設けられている。マイクロ
メカニズムデバイスの範囲ではこの接触部は（機械的）
安全装置の形成に使用され、従ってその電気抵抗はここ
では重要ではない。上方の絶縁層５上に上方の導電層７
が施され、これは所定の範囲内で下方の導電層２とコン
デンサプレート対を形成する、即ちこれは部分的に上下
に重なるように構造化される。誘電層４は（等方性エッ
チングプロセス後）コンデンサプレート対の中間室に差
し込み又はここから取り出し可能に構造化される。更に
導電層７からは後に露出される可動構造の落下に対する
安全装置が、例えば閉鎖フレームがその下にある層（図
３参照）によって形成されるか又は接触部６上に環状の
誘電層４の内径よりも大きな直径を有する面が形成され
るようにして形成される。上方の導電層７はもう１つの
絶縁層８（不活性化層）で覆われる。
【００１８】マイクロメカニズムデバイスの範囲（以後
ＭＤ範囲と呼ぶ）に露出される可動構造（誘電層４）の
上方に開口を有するマスク９が施され、次いで絶縁層
３、５、８がエッチングされる。その際次の条件を考慮
しなければならない。−エッチングプロセスは誘電層
４、導電層２、７及びこの例では接触部６に対して十分
選択性でなければならない。−エッチングプロセスの等
方性成分及びマスクの開口の大きさは誘電層４が完全に
アンダーエッチングされるように個々の層厚を考慮して
選択されなければならない。プレート対の中間室は同じ
く十分に広くフリーエッチングされなければならない。
このエッチングプロセスは有利には緩衝ＨＦ溶液での湿
式エッチングとして又はマイクロ波で助成された乾式エ
ッチングとして行われる。
ＭＤ範囲と呼ぶ）に露出される可動構造（誘電層４）の
上方に開口を有するマスク９が施され、次いで絶縁層
３、５、８がエッチングされる。その際次の条件を考慮
しなければならない。−エッチングプロセスは誘電層
４、導電層２、７及びこの例では接触部６に対して十分
選択性でなければならない。−エッチングプロセスの等
方性成分及びマスクの開口の大きさは誘電層４が完全に
アンダーエッチングされるように個々の層厚を考慮して
選択されなければならない。プレート対の中間室は同じ
く十分に広くフリーエッチングされなければならない。
このエッチングプロセスは有利には緩衝ＨＦ溶液での湿
式エッチングとして又はマイクロ波で助成された乾式エ
ッチングとして行われる。
【００１９】この製造方法の個々の工程には集積回路の
製造にあたって既に公知のプロセス及び材料（例えば酸
化珪素を絶縁層とし、アルミニウム合金を導電層とす
る）が使用可能である。例えば金属化面の形成は、接触
孔のエッチング後当該絶縁層内に接着層（例えば厚さ４
０ｎｍのチタン及び１００ｎｍの窒化チタン）を析出
し、次いでＣＶＤ法でタングステンを接触孔の充填のた
めにまた同時に金属化面として施すようにして、接触部
の充填と同時に行ってもよい。
製造にあたって既に公知のプロセス及び材料（例えば酸
化珪素を絶縁層とし、アルミニウム合金を導電層とす
る）が使用可能である。例えば金属化面の形成は、接触
孔のエッチング後当該絶縁層内に接着層（例えば厚さ４
０ｎｍのチタン及び１００ｎｍの窒化チタン）を析出
し、次いでＣＶＤ法でタングステンを接触孔の充填のた
めにまた同時に金属化面として施すようにして、接触部
の充填と同時に行ってもよい。
【００２０】このデバイスはマイクロシステムに集積可
能であり、その際集積回路（例えばＣＭＯＳ技術による
制御回路又は評価回路）の製造は上記のプロセスと同時
に行うことができる。その際主に以下の点に配慮する必
要がある。 −基板１に集積回路の形成に必要な他の処理工程、即ち
例えばエピタキシャル層、ドープされたウェル、チャネ
ル注入、ゲート酸化物の形成が行われる。集積回路のゲ
ート面としては下方の導電層２を使用してもよく、ゲー
ト絶縁物（中間酸化物）としては例えば層３を使用す
る。とりわけソース／ドレイン領域の注入が行われる。 −接触部６の補助により集積回路の範囲にゲート面２に
対する金属化面７の電気的接触部６が形成される。 −集積回路の範囲では接触部６及び第１の金属化面は例
えばトランジスタのソース／ドレイン領域の接続にも使
用される。 −絶縁層としては（その場で又は適当なプロセスによ
り）主に平坦な層が使用される。平坦な層はＭＤ範囲に
も有利である。 −もう１つの絶縁層８は酸化珪素及び窒化珪素から成る
不活性化物である。ＭＤ範囲では露出される可動構造の
上方に開口を有するように施されたマスク９は集積回路
の範囲では外部から接続されるパッドの上方に開口を有
する。集積回路の範囲では等方性エッチングはこの接続
パッド上でストップする必要がある。
能であり、その際集積回路（例えばＣＭＯＳ技術による
制御回路又は評価回路）の製造は上記のプロセスと同時
に行うことができる。その際主に以下の点に配慮する必
要がある。 −基板１に集積回路の形成に必要な他の処理工程、即ち
例えばエピタキシャル層、ドープされたウェル、チャネ
ル注入、ゲート酸化物の形成が行われる。集積回路のゲ
ート面としては下方の導電層２を使用してもよく、ゲー
ト絶縁物（中間酸化物）としては例えば層３を使用す
る。とりわけソース／ドレイン領域の注入が行われる。 −接触部６の補助により集積回路の範囲にゲート面２に
対する金属化面７の電気的接触部６が形成される。 −集積回路の範囲では接触部６及び第１の金属化面は例
えばトランジスタのソース／ドレイン領域の接続にも使
用される。 −絶縁層としては（その場で又は適当なプロセスによ
り）主に平坦な層が使用される。平坦な層はＭＤ範囲に
も有利である。 −もう１つの絶縁層８は酸化珪素及び窒化珪素から成る
不活性化物である。ＭＤ範囲では露出される可動構造の
上方に開口を有するように施されたマスク９は集積回路
の範囲では外部から接続されるパッドの上方に開口を有
する。集積回路の範囲では等方性エッチングはこの接続
パッド上でストップする必要がある。
【００２１】このマイクロシステムは非比例パワーセン
サ（事象センサ）として広く一般に使用可能である。従
って容量的に検出されるリングの位置変動は例えば流動
性媒体のエネルギー又は直接の機械的作用によっても惹
起可能である。
サ（事象センサ）として広く一般に使用可能である。従
って容量的に検出されるリングの位置変動は例えば流動
性媒体のエネルギー又は直接の機械的作用によっても惹
起可能である。
【００２２】第２の例として図４〜図６を参照して比例
パワーセンサとして使用可能のマイクロメカニズムデバ
イスについて説明する。このマイクロメカニズムデバイ
スは、上方及び下方の導電層から形成されるコンデンサ
プレート対Ｋと、誘電層４から形成され弾力的に吊り下
げられてプレート対の中間室内に異なる深さに差し込み
可能である接地素子Ｍと、一方の側で接地素子ともう一
方の側で固定板と接続されているばね素子Ｆと、基板及
びばね素子と接合されている固定板Ｂとを含んでいる。
パワーセンサとして使用可能のマイクロメカニズムデバ
イスについて説明する。このマイクロメカニズムデバイ
スは、上方及び下方の導電層から形成されるコンデンサ
プレート対Ｋと、誘電層４から形成され弾力的に吊り下
げられてプレート対の中間室内に異なる深さに差し込み
可能である接地素子Ｍと、一方の側で接地素子ともう一
方の側で固定板と接続されているばね素子Ｆと、基板及
びばね素子と接合されている固定板Ｂとを含んでいる。
【００２３】接地素子Ｍ、ばね素子Ｆ及び固定板Ｂは主
に同じ層から形成される。しかし特定の用途では、例え
ばばね素子及び固定板を導電層から形成することも有利
である。固定板ＢとコンデンサプレートＫは固定マイク
ロメカニズム構造であり、接地素子Ｍ及びばね素子Ｆは
（少なくとも大部分が）可動マイクロメカニズム構造で
ある。固定板はばね素子を基板と機械的に接合する役割
をする。固定板Ｂは、ばねがそれほど大きな範囲でアン
ダーエッチングされずに、その下にある絶縁層３と機械
的に接合されたままである場合にはなくてもよい。コン
デンサプレートＫは導線Ｌを介して評価回路と接続可能
である。
に同じ層から形成される。しかし特定の用途では、例え
ばばね素子及び固定板を導電層から形成することも有利
である。固定板ＢとコンデンサプレートＫは固定マイク
ロメカニズム構造であり、接地素子Ｍ及びばね素子Ｆは
（少なくとも大部分が）可動マイクロメカニズム構造で
ある。固定板はばね素子を基板と機械的に接合する役割
をする。固定板Ｂは、ばねがそれほど大きな範囲でアン
ダーエッチングされずに、その下にある絶縁層３と機械
的に接合されたままである場合にはなくてもよい。コン
デンサプレートＫは導線Ｌを介して評価回路と接続可能
である。
【００２４】このデバイスは第１の例に記載した方法で
製造することもできるが、フォトマスク９は誘電層４の
構造化及び等方性エッチングプロセスのために適合させ
なければならない。個々の層に対する符号は図１ないし
図３の符号に相当するものである。可動素子が自由に動
けないので、落下に対する安全装置は備えられずまた
（デバイスの範囲に）接触部６も存在しない。
製造することもできるが、フォトマスク９は誘電層４の
構造化及び等方性エッチングプロセスのために適合させ
なければならない。個々の層に対する符号は図１ないし
図３の符号に相当するものである。可動素子が自由に動
けないので、落下に対する安全装置は備えられずまた
（デバイスの範囲に）接触部６も存在しない。
【００２５】等方性エッチングプロセス用のフォトマス
ク９は極めて大きな開口を有しているので、前述のよう
に少なくとも接地素子Ｍ及びばね作用のためのばね素子
Ｆの大部分がアンダーエッチングされる（図６参照）。
更にコンデンサプレート２、７間の大きな中間室はフリ
ーエッチングされなければならない。有利には固定板Ｂ
は基板１と共に絶縁層３に確実な機械的固定を保証する
ためにフリーエッチング又はアンダーエッチングされな
い。図６にはフリーエッチングされた範囲１０が破線で
示されている。絶縁層は記載されていない。
ク９は極めて大きな開口を有しているので、前述のよう
に少なくとも接地素子Ｍ及びばね作用のためのばね素子
Ｆの大部分がアンダーエッチングされる（図６参照）。
更にコンデンサプレート２、７間の大きな中間室はフリ
ーエッチングされなければならない。有利には固定板Ｂ
は基板１と共に絶縁層３に確実な機械的固定を保証する
ためにフリーエッチング又はアンダーエッチングされな
い。図６にはフリーエッチングされた範囲１０が破線で
示されている。絶縁層は記載されていない。
【００２６】コンデンサプレート対Ｋはほぼ並置してい
る同じ導電層又は配線面から形成可能であり、接地素子
Ｍ及びばね素子Ｆは接地素子が基板表面に対してほぼ垂
直に可動であるようにプレート間に形成可能である。
る同じ導電層又は配線面から形成可能であり、接地素子
Ｍ及びばね素子Ｆは接地素子が基板表面に対してほぼ垂
直に可動であるようにプレート間に形成可能である。
【００２７】このデバイスは第１の実施例のようにマイ
クロシステムに集積可能である。多層配線の場合コンデ
ンサプレートは配線面から形成可能である。導線Ｌは他
の構造よりも高いところにある配線面から形成すること
ができる。
クロシステムに集積可能である。多層配線の場合コンデ
ンサプレートは配線面から形成可能である。導線Ｌは他
の構造よりも高いところにある配線面から形成すること
ができる。
【００２８】接地素子Ｍ上に力が働くとばね素子Ｆは曲
がり、接地素子Ｍはその位置を変える。位置の変動はコ
ンデンサプレート間の容量の変化（εrの変化）として
検出可能である。ばねの復帰力により容量信号は力の作
用とともに単調に変化する。従ってこのデバイスは接地
素子への慣性力を利用するようにして加速センサとして
使用することができる。しかし接地素子への他の力作用
を検出することも全く同様に可能である。例えば流体又
は気体のエネルギー又は外部の機械的デバイスの直接的
な力作用を検出することができる。
がり、接地素子Ｍはその位置を変える。位置の変動はコ
ンデンサプレート間の容量の変化（εrの変化）として
検出可能である。ばねの復帰力により容量信号は力の作
用とともに単調に変化する。従ってこのデバイスは接地
素子への慣性力を利用するようにして加速センサとして
使用することができる。しかし接地素子への他の力作用
を検出することも全く同様に可能である。例えば流体又
は気体のエネルギー又は外部の機械的デバイスの直接的
な力作用を検出することができる。
【００２９】更にこのデバイスはコンデンサプレート間
に電圧を印加することによってアクチュエータとして使
用可能である。電界が接地素子に作用し、これを移動さ
せる。特に交流電圧をコンデンサプレートに印加するこ
ともでき、それにより誘電性接地素子は振動させられる
（振動子の機能）。機械的振動の振幅はばね−接地系の
固有振動数の励起で最大となり、交流抵抗で極限値とな
るのでデバイスは振動数を決定する素子としてエレクト
ロニクス回路に使用可能である（共振器の機能）。
に電圧を印加することによってアクチュエータとして使
用可能である。電界が接地素子に作用し、これを移動さ
せる。特に交流電圧をコンデンサプレートに印加するこ
ともでき、それにより誘電性接地素子は振動させられる
（振動子の機能）。機械的振動の振幅はばね−接地系の
固有振動数の励起で最大となり、交流抵抗で極限値とな
るのでデバイスは振動数を決定する素子としてエレクト
ロニクス回路に使用可能である（共振器の機能）。
【図１】本発明による半導体基板上のマイクロメカニズ
ムデバイス範囲の構造化前の断面図。
ムデバイス範囲の構造化前の断面図。
【図２】この半導体基板上のマイクロメカニズムデバイ
ス範囲の構造化後の断面図。
ス範囲の構造化後の断面図。
【図３】図１に基づくマイクロメカニズムデバイスの平
面図。
面図。
【図４】別の実施例によるマイクロメカニズムデバイス
範囲の構造化前の断面図。
範囲の構造化前の断面図。
【図５】別の実施例によるマイクロメカニズムデバイス
範囲の構造化後の断面図。
範囲の構造化後の断面図。
【図６】別の実施例によるマイクロメカニズムデバイス
範囲の平面図。
範囲の平面図。
１ 半導体基板 ２ 下方の導電層 ３ 下方の絶縁層 ４ 誘電層 ５ 上方の絶縁層 ６ 接触部 ７ 上方の導電層 ８ 別の絶縁層（不活性化層） ９ マスク １０ 絶縁層のフリーエッチングされている範囲 Ｂ 固定板 Ｆ ばね素子 Ｌ 導線 Ｋ コンデンサプレート対 Ｍ 接地素子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/306 21/78 21/8234 27/06 49/00 Ｚ Ｈ０１Ｌ 27/06 １０２ Ｚ
Claims (19)
- 【請求項１】 導電層から形成されるコンデンサプレー
ト対（Ｋ）を含んでいる固定されたマイクロメカニズム
構造と、誘電層（４）から形成されプレート対の中間室
に差し込み又はそれから外すことのできる可動のマイク
ロメカニズム構造とを有することを特徴とするマイクロ
メカニズムデバイス。 - 【請求項２】 可動構造が自由に動き得ることを特徴と
する請求項１記載のマイクロメカニズムデバイス。 - 【請求項３】 可動マイクロメカニズム構造が弾力的に
動き得ることを特徴とする請求項１記載のマイクロシス
テム。 - 【請求項４】 コンデンサプレート対が上下に配設され
た２つの導電層（２、７）から形成されることを特徴と
する請求項１ないし３の１つに記載のマイクロメカニズ
ムデバイス。 - 【請求項５】 可動構造が窒化珪素から成ることを特徴
とする請求項１ないし４の１つに記載のマイクロメカニ
ズムデバイス。 - 【請求項６】 絶縁層（３、５）を介して互いに分離さ
れる固定及び可動マイクロメカニズム構造を形成し、可
動構造の周囲及び少なくともプレート対の中間室の一部
で絶縁層を固定及び可動構造に対して選択的であり等方
性成分を有するエッチングプロセスにより除去すること
を特徴とする請求項１ないし５の１つに記載のマイクロ
メカニズムデバイスの製造方法。 - 【請求項７】 コンデンサプレート対を上下に配設され
た２つの導電層（２、７）から形成し、それらの間に下
方の絶縁層（３）、可動誘電体構造（４）及び上方の絶
縁層（５）を形成することを特徴とする請求項１ないし
６の１つに記載の方法。 - 【請求項８】 導電層（２、７）から形成されたコンデ
ンサプレート対（Ｋ）を含む固定マイクロメカニズム構
造と、誘電層（４）から形成されプレート対の中間室内
で可動である可動マイクロメカニズム構造と、少なくと
も１つの導電層（７）により配線されている回路素子を
有する集積回路とを有することを特徴とする半導体基板
（１）上のマイクロシステム。 - 【請求項９】 可動マイクロメカニズム構造が可動自由
であり、マイクロメカニズムデバイスが非比例パワーセ
ンサ又は誘電性ロータを有するモータであることを特徴
とする請求項８記載のマイクロシステム。 - 【請求項１０】 可動マイクロメカニズム構造が弾力的
に可動であり、マイクロメカニズムデバイスが比例パワ
ーセンサ、アクチュエータ、振動子又は共振器であるこ
とを特徴とする請求項８記載のマイクロシステム。 - 【請求項１１】 集積回路が多層金属化部の形の複数の
導電層を有し、固定マイクロメカニズム構造が複数の金
属化面から形成されていることを特徴とする請求項８な
いし１０の１つに記載のマイクロシステム。 - 【請求項１２】 集積回路が導電層（７）を有する一層
又は多層の金属化部を有し、固定マイクロメカニズム構
造が同じ導電層（７）から形成されていることを特徴と
する請求項８ないし１１の１つに記載のマイクロシステ
ム。 - 【請求項１３】 少なくとも金属化面の１つにより形成
されている可動自由なマイクロメカニズム構造が落下に
対する安全装置を備えていることを特徴とする請求項
８、９、１１及び１２の１つに記載のマイクロシステ
ム。 - 【請求項１４】 導電層（２、７）がアルミニウム合金
又は主としてタングステンから成り、絶縁層（３、５、
８）が酸化珪素から成ることを特徴とする請求項８ない
し１３の１つに記載のマイクロシステム。 - 【請求項１５】 固定マイクロメカニズム構造を集積回
路の範囲の導電層（７）の構造化と同時に行われる導電
層（７）の構造化により形成し、少なくともプレート対
中間室の一部及び可動マイクロメカニズム構造を、導電
層（７）及び誘電層（４）に対して十分選択性を有し等
方性成分を有するエッチングプロセスによる絶縁層
（３、５）の除去により露出することを特徴とする請求
項８ないし１４の１つに記載のマイクロシステムの製造
方法。 - 【請求項１６】 エッチングプロセスとしてマイクロ波
により助成される等方性乾式エッチングを行うことを特
徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 エッチングプロセスに緩衝ＨＦ溶液を
使用することを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１８】 絶縁層（３、５、８）で覆われる複数
の導電層（２、７）を有する集積回路及びマイクロメカ
ニズムデバイスが形成され、エッチングプロセスで導電
層に対して十分な選択性で絶縁層をエッチングすること
を特徴とする請求項１５ないし１７の１つに記載の形成
方法。 - 【請求項１９】 可動自由のマイクロメカニズム構造
（４）の落下に対する安全装置が導電層（７）により形
成されていることを特徴とする請求項１、２、４、及び
５の１つに記載のマイクロメカニズムデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4414969.7 | 1994-04-28 | ||
| DE4414969A DE4414969C1 (de) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Mikromechanisches Bauteil mit einer dielektrischen beweglichen Struktur, Mikrosystem und Herstellverfahren |
Publications (1)
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