JPH0918022A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

半導体力学量センサの製造方法

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JPH0918022A
JPH0918022A JP16638195A JP16638195A JPH0918022A JP H0918022 A JPH0918022 A JP H0918022A JP 16638195 A JP16638195 A JP 16638195A JP 16638195 A JP16638195 A JP 16638195A JP H0918022 A JPH0918022 A JP H0918022A
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竹内  幸裕
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山本  敏雅
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】パッシベーション膜のエッチング時に可動部形
成用薄膜をエッチングすることなく可動部形成領域のパ
ッシベーション膜を除去することができる半導体力学量
センサの製造方法を提供する。 【構成】シリコン基板1上にシリコン酸化膜18を形成
し、シリコン酸化膜18の上にポリシリコン薄膜19を
形成し、ポリシリコン薄膜19の上にシリコン酸化膜2
0を介してアルミ薄膜21を形成し、アルミ薄膜21の
上を含む基板全面にパッシベーション膜22を成膜し、
可動部形成領域におけるパッシベーション膜22を開口
すべくパッシベーション膜22をエッチングし、可動部
形成領域におけるアルミ薄膜21をエッチング除去し、
ポリシリコン薄膜19の下のシリコン酸化膜18をエッ
チング除去して梁構造の可動部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板を用いた
半導体力学量センサに係わり、詳しくは梁構造の可動部
を有するセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜梁構造を有する加速度センサ
としては、Solid State Technology 1993 O
ctober 39〜47頁に示されたものがある。図14は
その加速度センサ全体を示す図である。図14中のD−
D断面を図15に、E−E断面を図16に示す。
【0003】シリコン基板30の上において、アンカー
部31から梁32が延び、この梁32にマス33が支持
され、さらに、マス33から可動電極34が突設されて
いる。一方、シリコン基板30の上には1つの可動電極
34に対し2つの固定電極35が対向するように配置さ
れている。この可動電極34と固定電極35とにより静
電容量を形成し、サーボ動作を行う。アンカー部31と
梁32とマス33と可動電極34とはポリシリコンで形
成されており、かつ、シリコン基板30より所定の間隔
を隔てて配置されている。又、固定電極35は端部のア
ンカー部43において基板1に固定されている。これら
は、シリコン基板30上に表面マイクロマシニング技術
を用いて形成したものである。
【0004】検出原理を図15を用いて説明する。可動
電極34は両側の固定電極35aと35bの中心にあ
り、可動電極34と固定電極35a,35b間の静電容
量C1,C2は等しい。又、可動電極34と固定電極3
5a,35b間には電圧V1,V2が印加されており、
加速度が生じていないときにはV1=V2であり、可動
電極34は固定電極35aと35bから等しい静電気力
で引かれている。ここで加速度が基板表面に平行な方向
に作用し、可動電極34が変位すると可動電極34と固
定電極35a,35bとの間の距離が変わり静電容量C
1,C2が等しくなくなる。このときに静電容量が等し
くなるように、例えば可動電極34が固定電極35a側
に変位したとすると、電圧V1が下がり、電圧V2が上
がる。これにより静電気力で固定電極35b側に可動電
極34は引かれる。可動電極34が中心位置となり静電
容量C1,C2が等しくなれば、加速度と静電気力が等
しく釣り合っており、このときの電圧V1,V2から加
速度の大きさを求めることができる。
【0005】製造は、図17に示す工程にて行う。図1
7において、左部に回路部、右部にセンサエレメント部
を示す。(a)に示すように、シリコン基板30上に犠
牲層36を形成しポリシリコン薄膜37を形成する。次
に、(b)に示すように配線用アルミ薄膜38を形成す
る。そして、(c)に示すようにパッシベーション膜3
9を全面にデポした後、パッシベーション膜39の一部
をエッチングし、回路のパッド部並びにセンサエレメン
ト部に開口部40,41を形成する。最後に、(d)に
示すように犠牲層36をエッチング除去してエアギャッ
プ42を形成しポリシリコン薄膜37よりなる梁構造体
とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図17
に示す製作プロセスでは、犠牲層エッチングを最終工程
で行うために、梁,マス,可動電極となるポリシリコン
薄膜37の上方のパッシベーション膜39を除去し開口
部41を設ける工程が生じる。SiNパッシベーション
膜をエッチング除去する場合に通常のICプロセスで
は、CF4 ,CHF 3 等のガスを使用するドライエッチ
ングが用いられるが、この場合ポリシリコンとのエッチ
ング選択比が充分でないため、梁,マス,可動電極とな
るポリシリコン薄膜37をエッチングしてしまうという
問題点がある。
【0007】そこで、この発明の目的は、パッシベーシ
ョン膜のエッチング時に可動部形成用薄膜をエッチング
することなく可動部形成領域のパッシベーション膜を除
去することができる半導体力学量センサの製造方法を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に所定の間隔
を隔てて配置された薄膜よりなる梁構造の可動部とを備
え、力学量の作用に伴う前記可動部の変位から力学量を
検出するようにした半導体力学量センサの製造方法であ
って、半導体基板上に犠牲層を形成する第1工程と、前
記犠牲層の上に可動部形成用薄膜を形成する第2工程
と、前記可動部形成用薄膜の上にエッチングストッパ層
を形成する第3工程と、前記エッチングストッパ層の上
を含む基板全面にパッシベーション膜を成膜する第4工
程と、可動部形成領域における前記パッシベーション膜
を開口すべく前記パッシベーション膜をエッチングする
第5工程と、可動部形成領域における前記エッチングス
トッパ層をエッチング除去するとともに、前記可動部形
成用薄膜の下の犠牲層をエッチング除去して梁構造の可
動部を形成する第6工程とを備えた半導体力学量センサ
の製造方法をその要旨とする。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記可動部形成用薄膜がポリシリコン
薄膜またはアモルファスシリコン薄膜よりなり、前記エ
ッチングストッパ層がアルミ薄膜よりなる半導体力学量
センサの製造方法をその要旨とする。
【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記エッチングストッパ層がアルミ薄
膜よりなり、当該膜をアルミ配線と同時に形成する半導
体力学量センサの製造方法をその要旨とする。
【0011】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記可動部形成用薄膜と前記エッチン
グストッパ層との間に拡散防止層を介在させた半導体力
学量センサの製造方法をその要旨とする。
【0012】
【作用】請求項1に記載の発明によれば、第1工程によ
り、半導体基板上に犠牲層が形成され、第2工程によ
り、犠牲層の上に可動部形成用薄膜が形成され、第3工
程により、可動部形成用薄膜の上にエッチングストッパ
層が形成され、第4工程により、エッチングストッパ層
の上を含む基板全面にパッシベーション膜が成膜され、
第5工程により、可動部形成領域におけるパッシベーシ
ョン膜を開口すべくパッシベーション膜がエッチングさ
れる。このとき、開口部の下方にある可動部形成用薄膜
がエッチングストッパ層にて保護される。
【0013】さらに、第6工程により、可動部形成領域
におけるエッチングストッパ層がエッチング除去される
とともに、可動部形成用薄膜の下の犠牲層がエッチング
除去されて梁構造の可動部が形成される。
【0014】このように、第5工程においてパッシベー
ション膜をエッチングするときに可動部形成用薄膜がエ
ッチングされることを防ぎ、設計通りの可動部が形成さ
れる。
【0015】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、可動部形成用薄膜がポリシ
リコン薄膜またはアモルファスシリコン薄膜よりなり、
エッチングストッパ層がアルミ薄膜よりなるので、パッ
シベーション膜としてSiNを用いた場合において、エ
ッチング選択比の大きなアルミニウムをエッチングスト
ッパ層として用いることにより安定したエッチングを行
うことができる。
【0016】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、エッチングストッパ層がア
ルミ薄膜よりなり、この膜が配線と同時に形成され、プ
ロセスを増やすことなく、エッチングストッパ層を形成
できる。
【0017】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、可動部形成用薄膜とエッチ
ングストッパ層との間に拡散防止層が介在され、エッチ
ングストッパ層の成分が可動部形成用薄膜に拡散するの
が防止される。例えば、エッチングストッパ層としてア
ルミ薄膜して用い、可動部形成用薄膜としてポリシリコ
ン薄膜を用いた場合において、ポリシリコンがアルミニ
ウムに侵されることが防止される。
【0018】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図1は、本実施例の半導体加速度セ
ンサの平面図を示す。又、図2には図1のA−A断面を
示し、図3には図1のB−B断面を示し、図4には図1
のC−C断面を示す。
【0019】半導体基板としてのP型シリコン基板1の
上の一部には、ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜2
が形成されている。このシリコン酸化膜2は基板表面の
リーク電流を低減するとともにトランジスタ特性の経時
変化を抑制するためのものである。また同様にP型シリ
コン基板1の上の一部には所定の厚みを有する絶縁分離
用シリコン酸化膜3(本実施例ではLOCOS酸化膜)
が形成されている。さらに、シリコン酸化膜2とシリコ
ン酸化膜3の上には、後述する犠牲層をエッチングする
時のシリコン酸化膜2の保護用として、シリコン窒化膜
(絶縁膜)4が形成されている。
【0020】シリコン酸化膜3の形成領域におけるシリ
コン窒化膜4上には4つのアンカー部5が配置され、シ
リコン酸化膜2の形成領域の上方においてアンカー部5
を基端とする可動部6が架設されている。可動部6は4
本の梁部7と重り部8とゲート電極部としての可動ゲー
ト電極部9,10とからなり梁構造をなしている。より
詳しくは、アンカー部5から帯状の4本の梁部7が延
び、四角形状の重り部8が支持されている。又、重り部
8には長方形状の可動ゲート電極部9,10が相反する
方向に突設されている。可動部6とアンカー部5とは、
ポリシリコン薄膜よりなる。又、可動部6(梁部7、重
り部8、可動ゲート電極部9,10)は、シリコン基板
1(シリコン窒化膜4)の上方に所定の間隔を隔てて配
置され、シリコン基板1の表面に垂直な方向と平行な方
向とに変位できるようになっている。
【0021】又、重り部8は矩形の開口部11が開けら
れており、後述する犠牲層エッチングの際のエッチング
液が浸透しやすくなっている。図4に示すように、可動
部6の可動ゲート電極部10の下方でのシリコン基板1
には、可動ゲート電極部10に対しその両側にN型不純
物拡散層よりなるソース・ドレイン部としての固定電極
12,13が形成されている。同様に、図1に示すよう
に、可動部6の可動ゲート電極部9の下方でのシリコン
基板1には、可動ゲート電極部9に対しその両側にN型
不純物拡散層よりなるソース・ドレイン部としての固定
電極14,15が形成されている。図4に示すように、
シリコン基板1における固定電極12,13間にはチャ
ネル領域16が形成され、同チャネル領域16はシリコ
ン基板1と可動ゲート電極部10との間に電圧を印加す
ることにより生じたものである。そして、固定電極1
2,13間に電圧を印加することによりこのチャネル領
域16にドレイン電流が流れる。同様に、シリコン基板
1における固定電極14,15間にはチャネル領域(図
示略)が形成され、同チャネル領域はシリコン基板1と
可動ゲート電極部9との間に電圧を印加することにより
生じたものである。そして、固定電極14,15間に電
圧を印加することによりこのチャネル領域にドレイン電
流が流れる。
【0022】又、シリコン基板1の表面には、可動部6
と対向した部分での固定電極12,13,14,15の
ない領域においてN型不純物拡散層よりなる下部電極1
7が形成されている。この下部電極17は可動部6の電
位と等電位に保たれており、シリコン基板1と可動部6
との間で発生する静電気力を抑えるものである。
【0023】図1,2に示すように、アンカー部5の上
には層間絶縁膜24が形成され、その層間絶縁膜24に
は開口部25が形成されている。この開口部25内には
アルミ配線26が形成され、アルミ配線26と可動部6
との電気的コンタクトがとられている。
【0024】シリコン基板1における可動部6の配置領
域の周辺には周辺回路(図示略)が形成されている。そ
して、周辺回路と可動部6(可動ゲート電極部9,1
0)とがアルミ配線26により接続されるとともに、周
辺回路と固定電極12,13,14,15とが電気的に
接続され、さらに、周辺回路と下部電極17とが電気的
に接続されている。
【0025】さらに、図1のB−B断面における詳細を
図5に示す。この図5は図3において可動部6の周辺の
構造をより詳細に示したものである。図5において、可
動部6の形成領域の周辺にはシリコン酸化膜18、ポリ
シリコン薄膜19、シリコン酸化膜20が順に積層さ
れ、その上はパッシベーション膜22にて覆われてい
る。これらの膜は、可動部6の形成領域においては配置
されず開口した構造となり、可動部6が変位可能となっ
ている。
【0026】次に、この半導体加速度センサの動作を説
明する。可動部6とシリコン基板1との間、および固定
電極12,13(14,15)間に電圧をかけると、チ
ャネル領域16が形成され、固定電極12,13(1
4,15)間に電流が流れる。ここで、本半導体加速度
センサが加速度を受けて、図1に示すX+ 方向(基板1
の表面に平行な方向)に可動ゲート電極部9,10(可
動部6)が変位した場合には、固定電極間のチャネル領
域の面積(トランジスタでいうチャネル幅)が変わるこ
とにより、固定電極12,13に流れる電流は減少し、
固定電極14,15に流れる電流は増大する。又、図1
に示すX- 方向(基板1の表面に平行な方向)に可動ゲ
ート電極部9,10(可動部6)が変位した場合には、
固定電極間のチャネル領域の面積(トランジスタでいう
チャネル幅)が変わることにより、固定電極12,13
に流れる電流は増加し、固定電極14,15に流れる電
流は減少する。
【0027】一方、本半導体加速度センサが加速度を受
けて、図4に示すZ方向(基板1の表面に垂直な方向)
に可動ゲート電極部9,10が変位した場合には、電界
強度の変化によってチャネル領域16のキャリア濃度が
減少するため、前記電流は同時に減少する。
【0028】このように本半導体加速度センサは、加速
度による可動ゲート電極部9,10と固定電極12,1
3、および14,15との相対的位置の変化により固定
電極12,13間と固定電極14,15間に流れる電流
が変化し、この電流変化の大きさ、位相により二次元の
加速度を検出することができる。
【0029】次に、本加速度センサの製造工程を、図1
のB−B断面について、図5〜図13を用いて説明す
る。図6に示すように、まずP型シリコン基板1を用意
し、その表面の所定領域にシリコン酸化膜3(本実施例
ではLOCOS酸化膜)を形成する。そして、P型シリ
コン基板1の上のシリコン酸化膜3以外の表面にシリコ
ン酸化膜2を熱酸化により形成し、さらにその下に、N
型不純物拡散層よりなる下部電極17並びに図示しない
MISFETのソース部(12),(14)とドレイン
部(13),(15)を形成すべく、同時にイオン注入
等により不純物を導入し、熱処理を行う。さらに、シリ
コン酸化膜2およびシリコン酸化膜3の上に全面にシリ
コン窒化膜4を減圧CVD等により形成する。
【0030】引き続き、図7に示すように、シリコン窒
化膜4の上に犠牲層となるシリコン酸化膜18をプラズ
マCVD等により全面に形成する。その後、図8に示す
ように、シリコン酸化膜18の上に、可動部形成用薄膜
としてのポリシリコン薄膜19を、減圧CVDにより成
膜する。
【0031】そして、図9に示すように、ポリシリコン
薄膜18の上にプラズマCVD等により厚さが0.5〜
0.6μm程度のシリコン酸化膜20を成膜する。この
膜20は、次の工程でデポするアルミニウムとポリシリ
コンとが直接接触することを防ぎ、ポリシリコンがアル
ミニウムに侵されることを防止するためのものである。
つまり、シリコン酸化膜20が拡散防止層として機能す
る。
【0032】その後、図10に示すように、厚さが0.
5〜1μmのアルミ薄膜21を、ポリシリコン薄膜19
上の可動部形成領域と図示しない回路部(図2に示した
アルミ配線26の形成領域)とに同時に配置する。この
アルミ薄膜21は、図示しない回路部に対しては配線材
(図2のアルミ配線26)であり、ポリシリコン薄膜1
9上のものはエッチングストッパ層となる。ここで、エ
ッチングストッパ層として機能するアルミ薄膜21は犠
牲層エッチングのために形成する開口部(図5に示した
開口部)と等しい大きさであることが望ましい。
【0033】さらに、図11に示すように、全体にシリ
コン窒化膜よりなるパッシベーション膜22をデポす
る。そして、図12に示すように、パッシベーション膜
22に対し可動部形成領域に犠牲層エッチングを行うた
めの開口部23を設ける。これは、CHF3 +NF 3
のガスを用いたドライエッチングにより行う。この際、
アルミとSiNとのエッチング選択比は「20」となっ
ており、選択的にエッチングを行う上で十分大きな値で
あり、エッチングストッパ層としてのアルミ薄膜21に
よりエッチングが停止され工程管理が容易となる。つま
り、エッチングストッパ層としてのアルミ薄膜21がな
い場合にはエッチング時間を厳密に管理しないとポリシ
リコン薄膜19(シリコン酸化膜20)までエッチング
が進んでしまうが、アルミ薄膜21により確実にエッチ
ングが停止される。
【0034】引き続き、図13に示すように、露出した
アルミ薄膜21およびシリコン酸化膜26をエッチング
除去する。このエッチングにはHF系のエッチング液を
用いる。さらに、露出したポリシリコン薄膜19をパタ
ーニングして図1に示す可動部6の形状にする。
【0035】最後に、犠牲層としてのシリコン酸化膜1
8をエッチングすると、図5に示すように、可動部6が
下地であるシリコン窒化膜4から離間され、可動構造を
形成する。この時の犠牲層エッチング液にHF系の溶液
が用いられる。
【0036】このように本実施例では、半導体基板とし
てのシリコン基板1上に犠牲層としてのシリコン酸化膜
18を形成し(第1工程)と、シリコン酸化膜18の上
に可動部形成用薄膜としてのポリシリコン薄膜19を形
成し(第2工程)、ポリシリコン薄膜19の上にエッチ
ングストッパ層としてのアルミ薄膜21を形成し(第3
工程)、アルミ薄膜21の上を含む基板全面にパッシベ
ーション膜22を成膜し(第4工程)、可動部形成領域
におけるパッシベーション膜22を開口すべくパッシベ
ーション膜22をエッチングし(第5工程)、可動部形
成領域におけるアルミ薄膜21をエッチング除去すると
ともに、ポリシリコン薄膜19の下のシリコン酸化膜1
8をエッチング除去して梁構造の可動部6を形成した
(第6工程)。第5工程においてパッシベーション膜2
2をエッチングするときに開口部の下方にあるポリシリ
コン薄膜19がアルミ薄膜21にて保護され、ポリシリ
コン薄膜19がエッチングされることを防ぐことが可能
となり、これにより設計通りの可動部6が形成され、設
計通りのセンサを製作することができる。
【0037】又、可動部形成用薄膜(19)がポリシリ
コン薄膜よりなり、エッチングストッパ層(21)がア
ルミ薄膜よりなるので、パッシベーション膜としてSi
Nを用いた本実施例において、エッチング選択比の大き
なアルミニウムをエッチングストッパ層として用いるこ
とにより安定したエッチングを行うことができる。
【0038】さらに、エッチングストッパ層(21)を
アルミ配線(26)と同時に形成することでプロセスを
増やすことなく、エッチングストッパ層を形成できる。
この発明は、可動部形成用薄膜としてアモルファスシリ
コン薄膜を用いてもよく、この場合にもパッシベーンョ
ン用の絶縁膜(例えばSiN)とエッチング選択比の大
きなアルミニウムをエッチングストッパ層として用いる
ことでより安定したエッチングを行うことができる。
【0039】又、加速度の他にも、ヨーレート、振動等
の力学量を検出する力学量センサに具体化できる。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1に記載の発
明によれば、パッシベーション膜のエッチング時に可動
部形成用薄膜をエッチングすることなく可動部形成領域
のパッシベーション膜を除去することができる優れた効
果を発揮する。
【0041】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の効果に加え、アルミニウムを用いて安定
したエッチングを行うことができる。請求項3に記載の
発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、プ
ロセスを増やすことなく、エッチングストッパ層を形成
することができる。
【0042】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の効果に加え、可動部形成用薄膜の汚染を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体加速度センサの平面図。
【図2】図1のA−A断面図。
【図3】図1のB−B断面図。
【図4】図1のC−C断面図。
【図5】図1のB−B断面をより詳細に示す断面図。
【図6】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図7】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図8】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図9】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図10】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。
【図11】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。
【図12】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。
【図13】半導体加速度センサの製造工程を示す断面
図。
【図14】従来の半導体加速度センサの全体図。
【図15】図14のD−D断面図。
【図16】図14のE−E断面図。
【図17】従来の半導体加速度センサの製造工程を示す
図。
【符号の説明】
1…半導体基板としてのシリコン基板、6…可動部、1
8…犠牲層としてのシリコン酸化膜、19…可動部形成
用薄膜としてのポリシリコン薄膜、20…拡散防止層と
してのシリコン酸化膜、21…エッチングストッパ層と
してのアルミ薄膜、22…パッシベーション膜、26…
アルミ配線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔てて配置された
    薄膜よりなる梁構造の可動部とを備え、力学量の作用に
    伴う前記可動部の変位から力学量を検出するようにした
    半導体力学量センサの製造方法であって、 半導体基板上に犠牲層を形成する第1工程と、 前記犠牲層の上に可動部形成用薄膜を形成する第2工程
    と、 前記可動部形成用薄膜の上にエッチングストッパ層を形
    成する第3工程と、 前記エッチングストッパ層の上を含む基板全面にパッシ
    ベーション膜を成膜する第4工程と、 可動部形成領域における前記パッシベーション膜を開口
    すべく前記パッシベーション膜をエッチングする第5工
    程と、 可動部形成領域における前記エッチングストッパ層をエ
    ッチング除去するとともに、前記可動部形成用薄膜の下
    の犠牲層をエッチング除去して梁構造の可動部を形成す
    る第6工程とを備えたことを特徴とする半導体力学量セ
    ンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記可動部形成用薄膜がポリシリコン薄
    膜またはアモルファスシリコン薄膜よりなり、前記エッ
    チングストッパ層がアルミ薄膜よりなる請求項1に記載
    の半導体力学量センサの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記エッチングストッパ層がアルミ薄膜
    よりなり、当該膜をアルミ配線と同時に形成する請求項
    1に記載の半導体力学量センサの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記可動部形成用薄膜と前記エッチング
    ストッパ層との間に拡散防止層を介在させた請求項1に
    記載の半導体力学量センサの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008514438A (ja) * 2004-09-27 2008-05-08 アイディーシー、エルエルシー 微小電気機械システムデバイス内の構造物の電気機械的挙動の制御

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