JPH06335266A - マイクロメカニックデバイス及びその製造方法 - Google Patents
マイクロメカニックデバイス及びその製造方法Info
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- JPH06335266A JPH06335266A JP6129717A JP12971794A JPH06335266A JP H06335266 A JPH06335266 A JP H06335266A JP 6129717 A JP6129717 A JP 6129717A JP 12971794 A JP12971794 A JP 12971794A JP H06335266 A JPH06335266 A JP H06335266A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/002—Electrostatic motors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Weting (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高度の機械的又は電気的負荷能力及び信頼性
を有するマイクロメカニックデバイスを提供し、また容
易にかつ完全に集積回路の仕上げと適合する製造方法を
提供する。 【構成】 例えばモータを全てのマイクロメカニック構
造物(回転子6R、回転軸6D、固定子6S)を同じ層
から形成し、例えばCVDによるタングステンを相応す
るトレンチ5内に析出する。それにより調整の問題は起
こらない。静止マイクロメカニック構造物6S、6Dを
電気的及び/又は機械的接合部材9S、9Dでその下に
ある基板1と接続するが、その際同時に可動マイクロメ
カニック構造物6Rの脱落を阻止することができる。こ
の製造プロセスはシリコンによる集積回路の製造に適し
ておりまた3つのフォト面のみを必要とする。
を有するマイクロメカニックデバイスを提供し、また容
易にかつ完全に集積回路の仕上げと適合する製造方法を
提供する。 【構成】 例えばモータを全てのマイクロメカニック構
造物(回転子6R、回転軸6D、固定子6S)を同じ層
から形成し、例えばCVDによるタングステンを相応す
るトレンチ5内に析出する。それにより調整の問題は起
こらない。静止マイクロメカニック構造物6S、6Dを
電気的及び/又は機械的接合部材9S、9Dでその下に
ある基板1と接続するが、その際同時に可動マイクロメ
カニック構造物6Rの脱落を阻止することができる。こ
の製造プロセスはシリコンによる集積回路の製造に適し
ておりまた3つのフォト面のみを必要とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静止形マイクロメカニ
ック構造物及び可動形マイクロメカニック構造物を有す
るマイクロメカニックデバイス並びにその製造方法に関
する。
ック構造物及び可動形マイクロメカニック構造物を有す
るマイクロメカニックデバイス並びにその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】アクチュエータ及びセンサとして使用さ
れるマイクロメカニックデバイスを製造する場合、特に
シリコンからなる集積回路の製造に適合するプロセスに
多大の関心が寄せられている。この製造プロセスの適合
性のみがマイクロ系のマイクロ機構と制御回路の集積を
可能にする。更にこれは既存の半導体製造設備が同時に
マイクロメカニック構造物の形成に使用される場合にも
重要となる。このようなマイクロ系としてはとりわけそ
の機能が特に間隔の変動するコンデンサ面間の静電吸引
力に基づくマイクロメカニックデバイスが考えられる。
それというのもこの場合集積回路でも使用される導電層
及び非導電層の組み合せが基本的に十分に適切であるか
らである。
れるマイクロメカニックデバイスを製造する場合、特に
シリコンからなる集積回路の製造に適合するプロセスに
多大の関心が寄せられている。この製造プロセスの適合
性のみがマイクロ系のマイクロ機構と制御回路の集積を
可能にする。更にこれは既存の半導体製造設備が同時に
マイクロメカニック構造物の形成に使用される場合にも
重要となる。このようなマイクロ系としてはとりわけそ
の機能が特に間隔の変動するコンデンサ面間の静電吸引
力に基づくマイクロメカニックデバイスが考えられる。
それというのもこの場合集積回路でも使用される導電層
及び非導電層の組み合せが基本的に十分に適切であるか
らである。
【0003】この種のマイクロメカニックデバイスは静
止及び可動マイクロメカニック構造物からなり、その典
型的な使用例にはモータ(回転軸及び静止マイクロメカ
ニック構造物としての固定子又は可動マイクロメカニッ
ク構造物としての回転子を有する)又は伝動装置(回転
軸又は回転子を有する)がある。
止及び可動マイクロメカニック構造物からなり、その典
型的な使用例にはモータ(回転軸及び静止マイクロメカ
ニック構造物としての固定子又は可動マイクロメカニッ
ク構造物としての回転子を有する)又は伝動装置(回転
軸又は回転子を有する)がある。
【0004】例えばモータを製造する場合以下の諸問題
が解決されなければならない。静電力は間隔が大きくな
ると弱まるため、回転子と固定子の間隔をできるだけ小
さくするように努めなければならない。このこと及び一
般的な機械的公差に対する要求はフォト面の整合誤差が
僅かであることを求める。更にリソグラフィの解像度が
高いことは重要である。このことから更にもう1つの要
求として製造プロセス中に表面にできるだけ十分な平坦
性が求められる。これはその後の処理工程にとっても重
要なことである。マイクロモータの静電力及びトルクは
その面と共に増すから、製造プロセスは回転子と固定子
の厚さを回転軸の方向にできるだけ厚くしなければなら
ないであろう。(電気的接続をもたない伝動装置の場合
にも機械的安定性を確保するために層厚を厚くすること
が望ましい。)更にモータの機能の損傷を少なくするに
は導電材料の比抵抗が小さいことが重要である。一般に
処理工程はできるだけ単純であること及びフォト面が少
ないことが要求される。
が解決されなければならない。静電力は間隔が大きくな
ると弱まるため、回転子と固定子の間隔をできるだけ小
さくするように努めなければならない。このこと及び一
般的な機械的公差に対する要求はフォト面の整合誤差が
僅かであることを求める。更にリソグラフィの解像度が
高いことは重要である。このことから更にもう1つの要
求として製造プロセス中に表面にできるだけ十分な平坦
性が求められる。これはその後の処理工程にとっても重
要なことである。マイクロモータの静電力及びトルクは
その面と共に増すから、製造プロセスは回転子と固定子
の厚さを回転軸の方向にできるだけ厚くしなければなら
ないであろう。(電気的接続をもたない伝動装置の場合
にも機械的安定性を確保するために層厚を厚くすること
が望ましい。)更にモータの機能の損傷を少なくするに
は導電材料の比抵抗が小さいことが重要である。一般に
処理工程はできるだけ単純であること及びフォト面が少
ないことが要求される。
【0005】特に次の製造プロセスが公知である。
【0006】a) ポリシリコン−センターピン−プロ
セス(メーレンガニ(M.Mehrengany)その
他著「J.Micromech.Microeng.」
第1巻、73、1991) このプロセスは集積回路の形成に関連するマイクロメカ
ニック構造物の形成に際して金属化錯体による補助的ポ
リシリコン析出を必要とする。センターピンプロセスを
集積回路の金属化の前に行わなければならない場合、可
動構造物をフリーエッチングし、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。これに
は4つのフォト面を必要とする。その上に第3及び第4
のマスク面を形成しなければならなくなる高いトポグラ
フィ段及び約2mΩcmの比抵抗と5μm以下の層厚を
余儀なくされるドープされたポリシリコン層の使用は欠
点である。
セス(メーレンガニ(M.Mehrengany)その
他著「J.Micromech.Microeng.」
第1巻、73、1991) このプロセスは集積回路の形成に関連するマイクロメカ
ニック構造物の形成に際して金属化錯体による補助的ポ
リシリコン析出を必要とする。センターピンプロセスを
集積回路の金属化の前に行わなければならない場合、可
動構造物をフリーエッチングし、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。これに
は4つのフォト面を必要とする。その上に第3及び第4
のマスク面を形成しなければならなくなる高いトポグラ
フィ段及び約2mΩcmの比抵抗と5μm以下の層厚を
余儀なくされるドープされたポリシリコン層の使用は欠
点である。
【0007】b) ポリシリコン−フランジプロセス
(メーレンガニー、タイ(Y.C.Tai)共著「J.
Micromech.Microeng.」第1巻、7
3、1991) この方法はa)のプロセスに似ているが、その際更に第
2のマスク面をトポグラフィ段上に形成しなければなら
ない。
(メーレンガニー、タイ(Y.C.Tai)共著「J.
Micromech.Microeng.」第1巻、7
3、1991) この方法はa)のプロセスに似ているが、その際更に第
2のマスク面をトポグラフィ段上に形成しなければなら
ない。
【0008】c) ポリシリコンLOCOSプロセス
(タブロウ(L.S.Tavrow)その他著「センサ
及びアクチュエータ(Sensors and Act
uators)A.」35(1992)第33頁) このプロセスでは可動マイクロメカニック構造物を平坦
なLOCOS酸化物層上に形成しようとするが、その際
酸化工程は温度負荷の故にトランジスタを製造する前に
のみ行い得るものである。集積回路の製造以前にこのプ
ロセスを完全に実施した場合以後の工程にとって不利な
トポロジが生じ、また集積回路の製造中にマイクロメカ
ニック素子を保護する問題が生じる。込み入った製造の
場合回転子のフリーエッチングの問題を回路の絶縁酸化
物の保護の際に同時に解決しなければならない。更にも
う1つの欠点は6つのマスク面を使用することであり、
そのうちの幾つかは高いトポグラフィ段の上に形成しな
ければならなくなる。
(タブロウ(L.S.Tavrow)その他著「センサ
及びアクチュエータ(Sensors and Act
uators)A.」35(1992)第33頁) このプロセスでは可動マイクロメカニック構造物を平坦
なLOCOS酸化物層上に形成しようとするが、その際
酸化工程は温度負荷の故にトランジスタを製造する前に
のみ行い得るものである。集積回路の製造以前にこのプ
ロセスを完全に実施した場合以後の工程にとって不利な
トポロジが生じ、また集積回路の製造中にマイクロメカ
ニック素子を保護する問題が生じる。込み入った製造の
場合回転子のフリーエッチングの問題を回路の絶縁酸化
物の保護の際に同時に解決しなければならない。更にも
う1つの欠点は6つのマスク面を使用することであり、
そのうちの幾つかは高いトポグラフィ段の上に形成しな
ければならなくなる。
【0009】d) 選択的タングステンプロセス(チェ
ン(L.Y.Chen)、マクドナルド(N.C.Ma
cDonald)による論文「変換器(TRANSDU
CERS)」1991、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 Soli
d−State Sensors and Actua
tors)、サンフランシスコ、1991年6月24〜
27日、IEEE Cat.No.91CH2817−
5739,1991) このプロセスは回路製造プロセスとの関連で行われるこ
とがあり、その際モータの接触化の問題及び金属化部の
絶縁を保護する問題はこの方法によっては解決されな
い。即ち回転子及び固定子は同じマスク面に形成され、
回転軸はそれに自己整合的に形成されているが、しかし
このプロセスは5つのマスク面を必要とし、そのうちの
第3、第4、第5のマスク面は高いトポグラフィ段の上
に形成しなければならなくなる。トレンチ内にタングス
テンを析出することによって導電性の良好な材料の層厚
を高くすることができる。
ン(L.Y.Chen)、マクドナルド(N.C.Ma
cDonald)による論文「変換器(TRANSDU
CERS)」1991、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 Soli
d−State Sensors and Actua
tors)、サンフランシスコ、1991年6月24〜
27日、IEEE Cat.No.91CH2817−
5739,1991) このプロセスは回路製造プロセスとの関連で行われるこ
とがあり、その際モータの接触化の問題及び金属化部の
絶縁を保護する問題はこの方法によっては解決されな
い。即ち回転子及び固定子は同じマスク面に形成され、
回転軸はそれに自己整合的に形成されているが、しかし
このプロセスは5つのマスク面を必要とし、そのうちの
第3、第4、第5のマスク面は高いトポグラフィ段の上
に形成しなければならなくなる。トレンチ内にタングス
テンを析出することによって導電性の良好な材料の層厚
を高くすることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高度の機械
的又は電気的負荷容量及び信頼性を有するマイクロメカ
ニックデバイスを提供し、また完全に集積回路の製造と
適合する簡単な製造方法を提供することを課題とする。
的又は電気的負荷容量及び信頼性を有するマイクロメカ
ニックデバイスを提供し、また完全に集積回路の製造と
適合する簡単な製造方法を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項1及び
8の特徴部分により解決される。
8の特徴部分により解決される。
【0012】本発明は、同一の層又は多重層からなる可
動及び静止マイクロメカニック構造物を(即ち例えばモ
ータの場合回転軸も)形成するものである。更に静止構
造物を機械的及び/又は電気的接合部材により基板と接
合するが、その際接合部材はもう1つの層(固定化層と
いわれる)から形成される。唯一のフォトマスクにより
マイクロメカニック構造物の位置も接合部材も画定され
る。この(第1の)フォトマスクで凹部(トレンチ)を
基板上に施された層内、特に絶縁層内にエッチングする
が、その際これらのトレンチ内にマイクロメカニック構
造物を形成し、トレンチ間に残る幾つかのウェブは部分
的に後の処理工程で形成される接合部材用の“スペー
サ”となる。
動及び静止マイクロメカニック構造物を(即ち例えばモ
ータの場合回転軸も)形成するものである。更に静止構
造物を機械的及び/又は電気的接合部材により基板と接
合するが、その際接合部材はもう1つの層(固定化層と
いわれる)から形成される。唯一のフォトマスクにより
マイクロメカニック構造物の位置も接合部材も画定され
る。この(第1の)フォトマスクで凹部(トレンチ)を
基板上に施された層内、特に絶縁層内にエッチングする
が、その際これらのトレンチ内にマイクロメカニック構
造物を形成し、トレンチ間に残る幾つかのウェブは部分
的に後の処理工程で形成される接合部材用の“スペー
サ”となる。
【0013】その調整が特に問題とならない第2のフォ
トマスクにより上記の箇所で“スペーサ用ウェブ”を除
去するが、その際このエッチングプロセスは基板を露出
するので有利である。従って第2のフォトマスクはスペ
ーサ用ウェブの内に接合部材の正しい位置を決定する。
目的とする接合の種類(例えば機械的接合だけで)及び
基板上に施された層によってエッチング処理を更に早期
に例えば基板上に施された層上で中止することも可能で
ある。
トマスクにより上記の箇所で“スペーサ用ウェブ”を除
去するが、その際このエッチングプロセスは基板を露出
するので有利である。従って第2のフォトマスクはスペ
ーサ用ウェブの内に接合部材の正しい位置を決定する。
目的とする接合の種類(例えば機械的接合だけで)及び
基板上に施された層によってエッチング処理を更に早期
に例えば基板上に施された層上で中止することも可能で
ある。
【0014】エッチングプロセスで生じた孔を固定化層
で満たす。固定化層を全面的に施す場合には第3のフォ
トマスクがその構造化に必要になる。この場合構造化は
同時に可動構造物の脱落を防ぐようにも行われる。
で満たす。固定化層を全面的に施す場合には第3のフォ
トマスクがその構造化に必要になる。この場合構造化は
同時に可動構造物の脱落を防ぐようにも行われる。
【0015】このプロセスは静止及び可動マイクロメカ
ニック構造物、即ち例えばモータ、伝動装置及び直線的
に可動の構造物を有する任意のマイクロメカニックデバ
イスの製造に適している。接合部材を任意の箇所に、即
ち静止構造物の縁部に備えることもできる。電気的接続
を形成するには相応する“スペーサ用ウェブ”を第1の
フォトマスクの補助により基板内の接触領域の上方に形
成するが、その際調整により十分な電気的接触面が保証
されなければならない。
ニック構造物、即ち例えばモータ、伝動装置及び直線的
に可動の構造物を有する任意のマイクロメカニックデバ
イスの製造に適している。接合部材を任意の箇所に、即
ち静止構造物の縁部に備えることもできる。電気的接続
を形成するには相応する“スペーサ用ウェブ”を第1の
フォトマスクの補助により基板内の接触領域の上方に形
成するが、その際調整により十分な電気的接触面が保証
されなければならない。
【0016】マイクロメカニック構造物及び接合部材
は、目的とする用途に適合しかつシリコン技術と調和す
る材料から形成してもよい。モータには特に、導電性が
良く層厚も厚くかつ均一にCVD法で析出可能のタング
ステンが回転子、固定子及び回転軸用材料として適して
いる。従ってタングステンは固定化層としても有利に使
用されるが、その際選択的析出を行うこともできる。
は、目的とする用途に適合しかつシリコン技術と調和す
る材料から形成してもよい。モータには特に、導電性が
良く層厚も厚くかつ均一にCVD法で析出可能のタング
ステンが回転子、固定子及び回転軸用材料として適して
いる。従ってタングステンは固定化層としても有利に使
用されるが、その際選択的析出を行うこともできる。
【0017】
【実施例】本発明を図面に基づく実施例により以下に詳
述する。
述する。
【0018】図1:既に完成された構造物又は回路を含
んでいる場合もある、接触領域2をその表面の一部に有
している基板1上に、この実施例に基づき窒化ケイ素
(厚さ約60nm)からなる下方絶縁層3及び酸化ケイ
素(例えば約2500nmのBPSG)からなる上方絶
縁層4が施されている。この上方絶縁層4は例えば研磨
法(化学機械的研磨(CMP)法)により十分に平坦な
表面を有しており、有利には既に基板1も研磨法又は他
の方法により平坦化されている。
んでいる場合もある、接触領域2をその表面の一部に有
している基板1上に、この実施例に基づき窒化ケイ素
(厚さ約60nm)からなる下方絶縁層3及び酸化ケイ
素(例えば約2500nmのBPSG)からなる上方絶
縁層4が施されている。この上方絶縁層4は例えば研磨
法(化学機械的研磨(CMP)法)により十分に平坦な
表面を有しており、有利には既に基板1も研磨法又は他
の方法により平坦化されている。
【0019】図2:第1フォトマスク(図示せず)によ
って静止及び可動マイクロメカニック構造物を収容する
ためのトレンチ5を上方絶縁層4内にエッチングする。
その際トレンチ5Sは固定子用に、5Rは回転子用にま
た5Dは回転軸用に設けられており、回転子及び回転軸
用トレンチ5R、5Dはほぼ環状にかつ同心円的に形成
されている。回転軸用のトレンチ5D(中心対称である
必要はない)はその内部にウェブ4Pを有しており、こ
れは回転軸を基板1と接合するために後に形成される接
合部材用“スペーサ”となる。固定子用トレンチ5Sは
相応する“スペーサ用ウェブ”4Pを有しており、接触
領域2の上方に配設されている。このスペーサ用ウェブ
は固定子がその縁部で基板1と接合されていなければな
らない場合には省いてもよい。(更に接合部材用の孔
(これについては後述する)を固定子の縁部で引続きエ
ッチングする。)回転子用トレンチ5Rと固定子用トレ
ンチ5S、回転軸用トレンチ5Dとの間に相当する構造
物間の間隔を規定するウェブ4Aが設けられている。こ
れらのウェブ4Aはリソグラフィ及びエッチングプロセ
スとの関係からできるだけ幅が狭いと有利である。
って静止及び可動マイクロメカニック構造物を収容する
ためのトレンチ5を上方絶縁層4内にエッチングする。
その際トレンチ5Sは固定子用に、5Rは回転子用にま
た5Dは回転軸用に設けられており、回転子及び回転軸
用トレンチ5R、5Dはほぼ環状にかつ同心円的に形成
されている。回転軸用のトレンチ5D(中心対称である
必要はない)はその内部にウェブ4Pを有しており、こ
れは回転軸を基板1と接合するために後に形成される接
合部材用“スペーサ”となる。固定子用トレンチ5Sは
相応する“スペーサ用ウェブ”4Pを有しており、接触
領域2の上方に配設されている。このスペーサ用ウェブ
は固定子がその縁部で基板1と接合されていなければな
らない場合には省いてもよい。(更に接合部材用の孔
(これについては後述する)を固定子の縁部で引続きエ
ッチングする。)回転子用トレンチ5Rと固定子用トレ
ンチ5S、回転軸用トレンチ5Dとの間に相当する構造
物間の間隔を規定するウェブ4Aが設けられている。こ
れらのウェブ4Aはリソグラフィ及びエッチングプロセ
スとの関係からできるだけ幅が狭いと有利である。
【0020】レジストマスクを除去後マイクロメカニッ
ク構造物用材料、有利にはCVDタングステンをその下
にあるチタン/窒化チタンからなる接着層と共に全面的
に析出し、これによりトレンチを満たす。余分の材料の
除去は研磨(CMP)又は異方性逆エッチングにより行
ってもよい。(補助マスクなしで)異方性逆エッチング
する場合トレンチの最小幅がトレンチの深さのほぼ2倍
より大きくてはならない。タングステン面をそれより大
きく形成しなければならない場合には、これらを網状に
分散しなければならない。余分の材料を除去した後固定
子6S、回転子6R及び回転軸6Dが作られるが、その
際回転軸及び場合によっては固定子も接合部材を収容す
る中空体として形成される。
ク構造物用材料、有利にはCVDタングステンをその下
にあるチタン/窒化チタンからなる接着層と共に全面的
に析出し、これによりトレンチを満たす。余分の材料の
除去は研磨(CMP)又は異方性逆エッチングにより行
ってもよい。(補助マスクなしで)異方性逆エッチング
する場合トレンチの最小幅がトレンチの深さのほぼ2倍
より大きくてはならない。タングステン面をそれより大
きく形成しなければならない場合には、これらを網状に
分散しなければならない。余分の材料を除去した後固定
子6S、回転子6R及び回転軸6Dが作られるが、その
際回転軸及び場合によっては固定子も接合部材を収容す
る中空体として形成される。
【0021】図3:有利には酸化ケイ素からなる中間層
7(例えば厚さ100nmのBPSG)を全面的に施
す。中間層7上の第2のフォトマスク(図示せず)で少
なくともウェブ4Aは覆われるが、その際スペーサ用ウ
ェブ4Pは十分に大きく、有利には全く覆われないまま
である。機械的及び電気的に良好な接合を考慮して固定
子6S及び回転軸6Dの部分にもレジストマスクを施さ
ないと有利である。第2のフォトマスクで孔8が中間層
7内及びスペーサ用ウェブ4P内にエッチングされる。
そのためタングステンに対する選択的異方性エッチング
処理が行われ、その結果固定子及び回転軸の表面は部分
的に露出される。酸化ケイ素層4及びその下にある窒化
ケイ素層3は基板1まで又は接触領域2までエッチング
される。
7(例えば厚さ100nmのBPSG)を全面的に施
す。中間層7上の第2のフォトマスク(図示せず)で少
なくともウェブ4Aは覆われるが、その際スペーサ用ウ
ェブ4Pは十分に大きく、有利には全く覆われないまま
である。機械的及び電気的に良好な接合を考慮して固定
子6S及び回転軸6Dの部分にもレジストマスクを施さ
ないと有利である。第2のフォトマスクで孔8が中間層
7内及びスペーサ用ウェブ4P内にエッチングされる。
そのためタングステンに対する選択的異方性エッチング
処理が行われ、その結果固定子及び回転軸の表面は部分
的に露出される。酸化ケイ素層4及びその下にある窒化
ケイ素層3は基板1まで又は接触領域2までエッチング
される。
【0022】図4:固定化層9の析出により孔8は少な
くとも中間層7の上縁部まで満たされる。有利にはタン
グステンを(場合によってはその下にある接着層ととも
に)固定化層として全面的に析出し、更に第3のレジス
トマスク(図示せず)で接合部材9S、9Dに構造化
し、それにより固定子6S及び回転軸6Dは電気的又は
機械的に接触領域2及び基板1と接続される。その際構
造化された接合部材9S又は有利には短絡を回避するた
めの9Dの一部は固定子6S又は回転子6Rを部分的に
覆う。
くとも中間層7の上縁部まで満たされる。有利にはタン
グステンを(場合によってはその下にある接着層ととも
に)固定化層として全面的に析出し、更に第3のレジス
トマスク(図示せず)で接合部材9S、9Dに構造化
し、それにより固定子6S及び回転軸6Dは電気的又は
機械的に接触領域2及び基板1と接続される。その際構
造化された接合部材9S又は有利には短絡を回避するた
めの9Dの一部は固定子6S又は回転子6Rを部分的に
覆う。
【0023】図5:第3のレジストマスクを除去した後
中間層7及び上方絶縁層4を下方絶縁層3に対して選択
的にエッチング除去するが、これは上記材料の場合湿式
化学法で容易に行うことができる。それにより回転子6
Rは露出されて可動となり、一方固定子6S及び回転軸
6Dは少なくとも接合部材9S、9Dを介して下方絶縁
層3内に固定されたままである。エッチングプロセスの
継続次第によっては静止構造物の下方にある上方絶縁層
4も完全には除去されることはない。図から見られるよ
うに回転子6Rは接合部材9Dにより脱落を免れてい
る。
中間層7及び上方絶縁層4を下方絶縁層3に対して選択
的にエッチング除去するが、これは上記材料の場合湿式
化学法で容易に行うことができる。それにより回転子6
Rは露出されて可動となり、一方固定子6S及び回転軸
6Dは少なくとも接合部材9S、9Dを介して下方絶縁
層3内に固定されたままである。エッチングプロセスの
継続次第によっては静止構造物の下方にある上方絶縁層
4も完全には除去されることはない。図から見られるよ
うに回転子6Rは接合部材9Dにより脱落を免れてい
る。
【0024】図6:可動構造物、即ちこの場合回転子6
Rはまた僅かな接触面を有するスペーサ6A(従来技術
にも記載されているようないわゆる“ブッシング”)上
に載せてもよい。それには上方絶縁層4の析出後相応す
るトレンチを補助マスクで上方絶縁層内に構造化する。
更にこれらのトレンチはトレンチ5の異方性エッチング
の際に更に深められ、スペーサ6Aを形成するため後に
タングステンを満たされる。
Rはまた僅かな接触面を有するスペーサ6A(従来技術
にも記載されているようないわゆる“ブッシング”)上
に載せてもよい。それには上方絶縁層4の析出後相応す
るトレンチを補助マスクで上方絶縁層内に構造化する。
更にこれらのトレンチはトレンチ5の異方性エッチング
の際に更に深められ、スペーサ6Aを形成するため後に
タングステンを満たされる。
【0025】上記の実施例を変形して、基板に電気的端
子を備えずにデバイスの機械的耐性が十分に例えば大き
な接触面によって保証されている場合、接合部材を収容
する孔を下方絶縁層3内まで又はその表面までエッチン
グすることもまた可能である。また他の場合には基板内
までエッチングしてもよい。更に可動マイクロメカニッ
ク構造物を基板1に対して並びに場合によっては接触領
域2に対して選択的に露出するためにエッチング処理を
行い及び電気的又は機械的接続に必要な耐性が保証され
ている場合は、下方絶縁層3は必要ではない。純然たる
機械的デバイスの範囲内、即ち直接の電気的接続をもた
ないデバイスの範囲では下方及び/又は上方絶縁層3、
4の代わりに他の層も選択することができる。その際上
方層4はマイクロメカニック構造物6の材料に対して及
び下方層3又は基板1に対して選択的にエッチング可能
でなければならない。
子を備えずにデバイスの機械的耐性が十分に例えば大き
な接触面によって保証されている場合、接合部材を収容
する孔を下方絶縁層3内まで又はその表面までエッチン
グすることもまた可能である。また他の場合には基板内
までエッチングしてもよい。更に可動マイクロメカニッ
ク構造物を基板1に対して並びに場合によっては接触領
域2に対して選択的に露出するためにエッチング処理を
行い及び電気的又は機械的接続に必要な耐性が保証され
ている場合は、下方絶縁層3は必要ではない。純然たる
機械的デバイスの範囲内、即ち直接の電気的接続をもた
ないデバイスの範囲では下方及び/又は上方絶縁層3、
4の代わりに他の層も選択することができる。その際上
方層4はマイクロメカニック構造物6の材料に対して及
び下方層3又は基板1に対して選択的にエッチング可能
でなければならない。
【0026】このプロセスの特別な利点は半導体集積回
路の製造工程に良好に適合することである。使用される
材料及び処理工程は集積回路の金属化プロセスとして公
知である。前記の3つのマスクによるプロセスは直接従
来の金属化プロセスと関連して行われる。下方絶縁層3
はエッチング処理中に金属間酸化物が回転子の露出を保
護する。このプロセスはマイクロモータ及び他のマイク
ロメカニック素子の接触化の問題を解決する。接触領域
2は接合部材に対する端子及びそれと共に静止マイクロ
メカニック構造物を形成する。同様にして集積回路のパ
ッド用開口を外側から接続することができる。
路の製造工程に良好に適合することである。使用される
材料及び処理工程は集積回路の金属化プロセスとして公
知である。前記の3つのマスクによるプロセスは直接従
来の金属化プロセスと関連して行われる。下方絶縁層3
はエッチング処理中に金属間酸化物が回転子の露出を保
護する。このプロセスはマイクロモータ及び他のマイク
ロメカニック素子の接触化の問題を解決する。接触領域
2は接合部材に対する端子及びそれと共に静止マイクロ
メカニック構造物を形成する。同様にして集積回路のパ
ッド用開口を外側から接続することができる。
【0027】上述のプロセスはX線リソグラフィ、LI
GAプロセス(ブレイ(P.Bley)、バッチャ
(W.Bacher)メンツ(W.Menz)、モーア
(J.Mohr)共著「マイクロエレクトロニックエン
ジニアリングMicroelectronic Eng
ineering)13」509、1991参照)のよ
うな組立及び冒頭に記載した補助的ポリシリコン析出プ
ロセスを全く必要としない。金属間酸化物の保護及びモ
ータの接触化はあらゆる他のプロセスに比べて容易に実
施することができ、このプロセスの一部に属する。
GAプロセス(ブレイ(P.Bley)、バッチャ
(W.Bacher)メンツ(W.Menz)、モーア
(J.Mohr)共著「マイクロエレクトロニックエン
ジニアリングMicroelectronic Eng
ineering)13」509、1991参照)のよ
うな組立及び冒頭に記載した補助的ポリシリコン析出プ
ロセスを全く必要としない。金属間酸化物の保護及びモ
ータの接触化はあらゆる他のプロセスに比べて容易に実
施することができ、このプロセスの一部に属する。
【0028】静止及び可動マイクロメカニック構造物は
すべて同一のマスク面で形成されるため、それらは正確
に整合する。公差がないことは空気ギャップが最小でか
つトルクの高いマイクロモータを形成することになる。
全てのマスク面を公知の全ての処理面とは異なって平坦
な表面上に形成することによって、リソグラフィの解像
力を最適に利用することが可能となる。
すべて同一のマスク面で形成されるため、それらは正確
に整合する。公差がないことは空気ギャップが最小でか
つトルクの高いマイクロモータを形成することになる。
全てのマスク面を公知の全ての処理面とは異なって平坦
な表面上に形成することによって、リソグラフィの解像
力を最適に利用することが可能となる。
【0029】CVDタングステンを使用した場合極めて
厚い層厚(特に5μm以上)が得られ、従って例えばト
ルクの高いモータを形成することができる。金属がトレ
ンチ内に析出され平坦な表面が残るために、層厚が厚く
てもフォトリソグラフィに何の問題も生じることはな
い。このプロセスはマイクロメカニック構造物及び接合
部材に極めて導電性の良好な材料(タングステン、アル
ミニウム、他の金属)の使用を可能にする。
厚い層厚(特に5μm以上)が得られ、従って例えばト
ルクの高いモータを形成することができる。金属がトレ
ンチ内に析出され平坦な表面が残るために、層厚が厚く
てもフォトリソグラフィに何の問題も生じることはな
い。このプロセスはマイクロメカニック構造物及び接合
部材に極めて導電性の良好な材料(タングステン、アル
ミニウム、他の金属)の使用を可能にする。
【0030】このプロセスは極めて良好に制御可能であ
りまた特に3つのフォト面を必要とするだけなので、公
知の全てのプロセスよりも著しく単純である。スペーサ
を形成するための補助マスクの装入に際しても最も単純
なポリシリコンプロセスに必要となるマスクのみで十分
である。
りまた特に3つのフォト面を必要とするだけなので、公
知の全てのプロセスよりも著しく単純である。スペーサ
を形成するための補助マスクの装入に際しても最も単純
なポリシリコンプロセスに必要となるマスクのみで十分
である。
【図1】本発明によるマイクロメカニックモータの上方
及び下方絶縁層を施された基板の断面図。
及び下方絶縁層を施された基板の断面図。
【図2】上方絶縁層内に固定子、回転子及び回転軸用ト
レンチをエッチングする工程の断面図。
レンチをエッチングする工程の断面図。
【図3】更にその上に中間層を施す工程の断面図。
【図4】固定化層の析出により孔を接合部材で満たす工
程の断面図。
程の断面図。
【図5】中間層及び上方絶縁層を除去し回転子が露出さ
れる工程の断面図。
れる工程の断面図。
【図6】本発明によるもう1つの実施例に基づくモータ
の断面図。
の断面図。
1 基板 2 接触領域 3 下方絶縁層 4 上方絶縁層 4A、4P ウェブ 5S 固定子用トレンチ 5R 回転子用トレンチ 5D 回転軸用トレンチ 6S 固定子 6R 回転子 6D 回転軸 7 中間層 8 孔 9S、9D 接合部材 6A スペーサ
Claims (15)
- 【請求項1】 静止マイクロメカニック構造物(6S、
6D)、可動マイクロメカニック構造物(6R)、静止
構造物(6S、6D)を基板(1)と機械的及び/又は
電気的に接続するための固定化層(9)からなり静止構
造物(6S、6D)の下縁から上方まで延びている接合
部材(9S、9D)、及び静止及び可動マイクロメカニ
ック構造物が形成される基板(1)上に施されている層
又は多重層(6)を有することを特徴とするマイクロメ
カニックデバイス。 - 【請求項2】 可動マイクロメカニック構造物(6R)
が接合部材(9S、9D)により脱落を防止されている
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロメカニックデ
バイス。 - 【請求項3】 基板(1)がほぼ平坦な表面を有する少
なくとも1つの絶縁層(3、4)で覆われており、電気
的接合部材(9S)用の接触領域(2)を有しているこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロメカニッ
クデバイス。 - 【請求項4】 基板(1)上又は絶縁層(3)上にある
可動マイクロメカニック構造物(6R)が僅かな接触面
でスペーサ(6A)上に載せられていることを特徴とす
る請求項1ないし3の1つに記載のマイクロメカニック
デバイス。 - 【請求項5】 マイクロメカニック構造物(6S、6
D、6R)及び/又は接合部材(9S、9D)が主とし
てタングステンからな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ックデバイス。 - 【請求項6】 中空体として形成されている回転軸(6
D)及び静止マイクロメカニック構造物(6S、6D)
としての固定子を有しまた同じ導電層又は多重層(6)
から形成されている可動マイクロメカニック構造物とし
ての回転子(6R)を有するマイクロメカニックデバイ
スとしてのモータ、及び回転軸(6D)の表面を少なく
とも部分的に覆い、中空体を通して基板(1)と接続さ
れておりまた固定子の表面を少なくとも部分的に覆い、
基板(1)内で接触領域(2)と接続されている固定化
層(9)としてのもう1つの導電層又は多重層を有する
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
クロメカニックデバイス。 - 【請求項7】 中空体として形成されている静止マイク
ロメカニック構造物(6S、6D)としての回転軸(6
D)及び可動マイクロメカニック構造物としての回転子
(6R)を有するマイクロメカニックデバイスとしての
駆動装置、及び回転軸(6D)の表面を少なくとも部分
的に覆い、中空体を通して基板(1)と接続されている
固定化層(9)としての導電層又は非導電層を有するこ
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
ロメカニックデバイス。 - 【請求項8】 少なくともほぼ表面の平坦な層(3、
4)を基板(1)上に施し、上方層(4)内にトレンチ
(5S、5D、5R)をその間にあるウェブ(4P、4
A)と共に形成し、このトレンチ(5)をウェブの表面
は覆わないようにしてマイクロメカニック構造物(6)
の材料で満たし、中間層(7)を施し、主としてウェブ
(4P)の上方に配設され中間層(7)内に接合部材
(9)を入れるための孔(8)を形成し、この孔(8)
を基板(1)まで又は下方層(3)まで形成するために
露出されたウェブ(4P)及びその下にある層(4、
3)を除去し、孔(8)を固定化層(9)で満たすこと
により接合部材(9S、9D)を形成し、可動マイクロ
メカニック構造物(6R)を中間層(7)及び上方層
(4)の除去により露出する諸工程で静止及び可動マイ
クロメカニック構造物及び静止構造物を基板と接合する
電気的及び/又は機械的接合部材を有するマイクロメカ
ニックデバイスの製造方法。 - 【請求項9】 下方層(3)として窒化シリコンからな
る絶縁層を及び上方層(4)及び中間層(7)として酸
化ケイ素からなる絶縁層を使用することを特徴とする請
求項8記載の製造方法。 - 【請求項10】 後の可動マイクロメカニック構造物
(6R)にスペーサ(6A)を入れるためのくぼみを有
するトレンチを形成することを特徴とする請求項8又は
9記載の製造方法。 - 【請求項11】 トレンチ(5)に非選択的CVD法に
よりタングステンを満たし、次にその表面を研磨法(C
MP)又は異方性逆エッチングにより少なくともウェブ
の上縁の高さまで研磨又は逆エッチングすることを特徴
とする請求項8ないし10の1つに記載の製造方法。 - 【請求項12】 固定化層(9)を全面的に析出し、後
の可動マイクロメカニック構造物(6R)を接合部材
(9S、9D)により少なくとも部分的に覆い、脱落を
防ぐように構造化することを特徴とする請求項8ないし
11の1つに記載の製造方法。 - 【請求項13】 固定化層(9)を孔(8)内に選択的
に析出することを特徴とする請求項8ないし11の1つ
に記載の製造方法。 - 【請求項14】 孔(8)を基板(1)内に配設された
接触領域(2)の上方に形成し、導電性固定化層(9)
を装入することを特徴とする請求項8ないし13の1つ
に記載の製造方法。 - 【請求項15】 マイクロメカニック構造物(6)及び
/又は固定化層(9)を非選択的CVDによるタングス
テンプロセスで形成することを特徴とする請求項8ない
し14の1つに記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4316856.6 | 1993-05-19 | ||
| DE4316856A DE4316856A1 (de) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06335266A true JPH06335266A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=6488534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6129717A Pending JPH06335266A (ja) | 1993-05-19 | 1994-05-18 | マイクロメカニックデバイス及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5600190A (ja) |
| EP (1) | EP0626751B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06335266A (ja) |
| DE (2) | DE4316856A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008504771A (ja) * | 2004-07-01 | 2008-02-14 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 変形量が大きな複合型微小共振器 |
| JP2010188517A (ja) * | 1998-06-04 | 2010-09-02 | Cavendish Kinetics Ltd | マイクロメカニカル素子 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6803755B2 (en) | 1999-09-21 | 2004-10-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Microelectromechanical system (MEMS) with improved beam suspension |
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| US6768628B2 (en) | 2001-04-26 | 2004-07-27 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method for fabricating an isolated microelectromechanical system (MEMS) device incorporating a wafer level cap |
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| RU2354836C1 (ru) * | 2007-09-24 | 2009-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Микроразмерный газотурбинный двигатель |
| WO2009102902A2 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Rotary nanotube bearing structure and methods for manufacturing and using the same |
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| US11742779B2 (en) | 2020-01-03 | 2023-08-29 | C-Motive Technologies, Inc. | Electrostatic motor having fluid management features |
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| US5093594A (en) * | 1990-06-22 | 1992-03-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Microfabricated harmonic side-drive motors |
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| US5399415A (en) * | 1993-02-05 | 1995-03-21 | Cornell Research Foundation, Inc. | Isolated tungsten microelectromechanical structures |
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1993
- 1993-05-19 DE DE4316856A patent/DE4316856A1/de not_active Withdrawn
-
1994
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- 1994-05-04 EP EP94107003A patent/EP0626751B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-05-13 US US08/242,336 patent/US5600190A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-05-18 JP JP6129717A patent/JPH06335266A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010188517A (ja) * | 1998-06-04 | 2010-09-02 | Cavendish Kinetics Ltd | マイクロメカニカル素子 |
| JP2008504771A (ja) * | 2004-07-01 | 2008-02-14 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 変形量が大きな複合型微小共振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4316856A1 (de) | 1994-11-24 |
| DE59405448D1 (de) | 1998-04-23 |
| EP0626751A1 (de) | 1994-11-30 |
| US5600190A (en) | 1997-02-04 |
| EP0626751B1 (de) | 1998-03-18 |
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