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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132575
(43)【公開日】2024-10-01
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳデバイス
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20240920BHJP
G01P 15/125 20060101ALI20240920BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20240920BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102F
G01P15/125 Z
H01L29/84 Z
B81B3/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023043403
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100184343
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100112911
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 晴夫
(72)【発明者】
【氏名】宮渕 弘樹
(72)【発明者】
【氏名】ヘラー，マーティン ウィルフリード
(72)【発明者】
【氏名】泉 直希
【テーマコード（参考）】
3C081
4M112
【Ｆターム（参考）】
3C081AA07
3C081AA11
3C081BA08
3C081BA44
3C081BA46
3C081BA48
3C081BA75
3C081DA03
3C081EA02
4M112AA02
4M112BA07
4M112CA23
4M112CA31
4M112EA02
4M112EA06
4M112FA07
(57)【要約】
【課題】大型化することなく耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、基板と、基板に設けられた凹部と、凹部内に中空で支持された可動部と、凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップとを含み、バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含む。バンプストップは、さらに接合部または緩衝部を含んでも良い。
【選択図】図２
【解決手段】可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、基板と、基板に設けられた凹部と、凹部内に中空で支持された可動部と、凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップとを含み、バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含む。バンプストップは、さらに接合部または緩衝部を含んでも良い。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイス。
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイス。
【請求項2】
フィレットは、等辺の長さがｂである二等辺三角柱であり、突起部の幅がａである場合に、
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となる請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となる請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項3】
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイス。
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイス。
【請求項4】
接合部は、アーチ状の形状である請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項5】
突起部は、基板から平行に突出した２本の突起部である請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項6】
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイス。
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイス。
【請求項7】
緩衝部は、矩形、円形、または楕円形のフレームである請求項６に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項8】
さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含む請求項３～７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はＭＥＭＳデバイスに関し、特にバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
ＭＥＭＳ構造を用いた加速度センサでは、基板に設けた固定電極とプルーフマスに設けた可動電極とが対向配置された容量素子からなる検出部を形成する。加速度が加わった場合に、固定電極に対して可動電極が相対的に移動し、このときの容量素子の容量変化を測定することで加速度を検出する。加速度センサに加速度が加わり、可動電極が固定電極に接近し過ぎた場合、静電力により可動電極が固定電極に張り付く場合があるために、基板からプルーフマスに向けて突起状のバンプストップを設けて、可動電極と固定電極が一定距離以上に接近しないようにして張り付きを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２００９－５００６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、例えば大きな加速度が加わった場合などは、プルーフマスからバンプストップに対して短時間に大きな力（衝撃力）が加わるため、バンプストップが折れてストッパとしての役目が果たせなくなったり、折れたバンプストップが電極部等に引っかかり故障原因になる等の問題があった。
【0005】
これに対して、バンプストップの幅や断面積を大きくすることによりバンプストップの強度は向上するが、相対的にバンプストップ以外の配置面積が小さくなるという問題があった。また製造工程で基板をエッチングして凹部を形成する場合にエッチャントの回り込みが不十分となり、可動電極やプルーフマスを基板から十分に分離できないという問題もあった。
【0006】
そこで、本発明は、大型化することなく耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一つの形態は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイスである。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイスである。
【0008】
本発明の他の形態は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイスである。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイスである。
【0009】
本発明の他の態様は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイスである。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイスである。
【発明の効果】
【0010】
本発明にかかるＭＥＭＳデバイスでは、突起部の幅を大きくすることなく、耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図である。
【図4】本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサのバンプストップ近傍の拡大平面図である。
【図5】本発明の実施の形態２にかかる他のＭＥＭＳセンサのバンプストップ近傍の拡大平面図である。
【図6】本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサのバンプストップ近傍の拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
＜実施の形態１＞
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、ここではＭＥＭＳセンサの一例として加速度センサを示す。
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、ここではＭＥＭＳセンサの一例として加速度センサを示す。
【0013】
ＭＥＭＳセンサ１００は、例えばシリコンからなる基板１０と、基板１０の内部に設けられた凹部２０を含む。凹部２０内には、可動状態で中空に支持されたプルーフマス３０と、これに接続された可動電極４２、４６とを備える。
【0014】
一方、凹部２０内には、基板１０に固定状態で支持される固定電極４４を備える。固定電極４４を挟んで、２つの可動電極４２、４６は平行に対向配置され、これらの３つの電極が１組の容量素子４０を構成する。
【0015】
基板１０の上は、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１４に覆われ、その上に可動電極４２、４６および固定電極４４のそれぞれに接続された配線層１２を備える。配線層１２は、例えばアルミニウムからなる。
【0016】
ＭＥＭＳセンサ１００では、Ｘ軸方向に加速度が加わった場合、プルーフマス３０に接続された可動電極４２、４６が、基板１０に固定された固定電極４４に対して相対的に移動する。そしてそれぞれの可動電極４２、４６と固定電極４４との間の距離の変化に基づく容量変化を検出することにより、加速度が検出される。
【0017】
【0018】
図２、３に示すように、基板１０には、プルーフマス３０のＸ軸方向の移動を制限するためにバンプストップ５０が設けられている。図１に示すように、バンプストップ５０はプルーフマス３０の両側に設けられる（以下の実施の形態２、３においても同じ）。バンプストップ５０は、基板１０に設けられた凹部２０の上に、基板１０のＹＺ側面からＸ軸方向に片持ち梁状に突出した突起部５２と、基板１０と突起部５２との間の隅部を覆うように設けられたフィレット５１を含む。
【0019】
フィレット５１は、ＸＹ平面が三角形の三角柱からなる。図２、３では、フィレット５１は直角二等辺三角柱であるが、これに限定されるものではない。フィレット５１は、通常、突起部５２と一体として形成され、突起部５２と同じＺ軸方向の厚さを有する。
【0020】
図２に示すように、ＸＹ平面で見た場合の、突起部５２の幅をａ、フィレット５１の等しい２辺（等辺）の長さをｂ、とした場合、
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となることが好ましい。フィレット５１の大きさをこの範囲にすることで、突起部５２の下方のエッチング工程に影響を与えることなく、突起部５２の強度の向上が可能となる。
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となることが好ましい。フィレット５１の大きさをこの範囲にすることで、突起部５２の下方のエッチング工程に影響を与えることなく、突起部５２の強度の向上が可能となる。
【0021】
ＸＹ平面で見た場合のフィレット５１は、三角形以外に、三角形の長辺が外方または内方に円弧状に湾曲した形状（例えばＲ形状）等であってもよい。
【0022】
突起部５２は、シリコンからなる基板１０を突起状にエッチングして形成され、表面には酸化シリコンからなる絶縁膜１４が設けられている。突起部５２の途中には、酸化シリコンからなるアイソレーションジョイント（ＩＪ）１８が設けられ、突起部５２の先端側と基板側とを電気的に絶縁している。
【0023】
絶縁膜１４の上には、アルミニウムからなる配線層１２が設けられ、バイア１６を介して、突起部５２の先端のシリコン基板に電気的に接続されている。配線層１２を介して、突起部５２の先端と、これに対向するプルーフマス３０とが同一電位に保たれ、両者の電気的な張り付きが防止されている。
【0024】
このように、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサ１００バンプストップ５０がフィレット５１を含むことにより、突起部５２の下方のエッチング工程に影響を与えることなく、バンプストップ５０の強度を大きくできる。この結果、より大きな衝撃力がバンプストップ５０に加わった場合でも、バンプストップ５０の破損を防止でき、バンプストップ５０として機能することが可能となる。
【0025】
【0026】
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサでは、バンプストップ１５０は、基板１０に設けられた凹部２０の上に、基板１０のＹＺ側面からＸ軸方向に片持ち梁状に突出した２本の突起部５２と、２本の突起部５２の先端同士を接続する接合部５４とを含む。図４では、さらに、基板１０と突起部５２との間の隅部にフィレット５１が設けられているが、フィレット５１を設けないことも可能である。バンプストップ１５０の他の構成は、上述のバンプストップ５０と同じである。
【0027】
接合部５４は、２つの突起部５２の先端から、それぞれＸ軸方向に延びた部分と、それらに接続されたＹ軸方向に延びた部分からなる。接合部５４のプルーフマス３０側には、プルーフマス３０と接触するための突起を有する。接合部５４は、通常、突起部５２と一体に形成され、接合部５４の膜厚は突起部５２と同じである。即ち、突起部５２および接合部５４は、下方が除去された基板１０とその上の絶縁膜１４からなる。
【0028】
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサでは、プルーフマス３０と接触した場合の衝撃を２本の突起部５２で受けることで、より大きな衝撃に対してもバンプストップ５０は破損することなく、衝撃を受けることができる。また、各突起部５２の幅は大きくならないため、突起部５２の下方のエッチング工程に影響を与えることもない。
【0029】
図４では、突起部５２を２本としたが、３本以上として、その先端同士を接合部５４で接続しても構わない。
【0030】
【0031】
このＭＥＭＳセンサでは、バンプストップ２５０は、基板１０のＹＺ側面からＸ軸方向に片持ち梁状に突出した２本の突起部５２と、２本の突起部５２の先端を接続するアーチ状の接合部５３とを含む。バンプストップ１５０と同様に、通常、接合部５３は突起部５２と一体に形成され、接合部５３の膜厚は突起部５２と同じである。
【0032】
このように、接合部５３をアーチ状とすることで、プルーフマス３０がＸＹ平面内で傾いて接合部５３と接触した場合も、接合部の角等に接触せず、効果的に衝撃力を吸収できる。
【0033】
なお、図５においても、バンプストップ２５０はフィレット５１を備えるが、フィレット５１を設けないことも可能である。
【0034】
【0035】
本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサでは、バンプストップ３５０は、基板１０に設けられた凹部２０の上に、基板１０のＹＺ側面からＸ軸方向に片持ち梁状に突出した２本の突起部５２と、２本の突起部５２の先端部に接続された緩衝部５５とを含む。
【0036】
図６では、さらに、基板１０と突起部５２との間の隅部にフィレット５１が設けられているが、フィレット５１を設けないことも可能である。バンプストップ３５０の他の構成は、上述のバンプストップ５０と同じである。
【0037】
緩衝部５５は、矩形のフレーム状で、一辺が２本の突起部５２に接続され、これに対向する辺に、プルーフマス３０と接触するための突起を備える。緩衝部５５は、通常、突起部５２と一体として形成され、突起部５２と同じＺ軸方向の厚さを有する。
【0038】
バンプストップ３５０がこのようなフレーム状の緩衝部５５を備えることで、バンプストップ３５０とプルーフマス３０が接触した場合の衝撃を、緩衝部５５が変形して有効に吸収できる。
【0039】
ここでは、Ｚ軸方向から見た場合の緩衝部５５の形状を矩形としたが、円形や楕円形等、他の変形可能な形状であっても構わない。このようなフレーム状の構成であれば、緩衝部５５が変形して、衝撃を有効に吸収できるからである。
【0040】
また、ここでは２本の突起部５２の先端を一旦接合した上で、緩衝部５５を設けたが、２本の突起部５２の先端に直接緩衝部５５を設けることも可能である。また突起部５２は１本でも良く、また３本以上であっても構わない。
【0041】
＜付記＞
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップがフィレットを備えることにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部であり、さらに突起部と基板との間の隅部にフィレットを含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップがフィレットを備えることにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
【0042】
本開示では、フィレットは、等辺の長さがｂである二等辺三角柱であり、突起部の幅がａである場合に、
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となる。
突起部の下方のエッチング工程に影響を与えることなく、突起部の強度の向上が可能となる。
０．１ａ≦ｂ≦０．５ａ
となる。
突起部の下方のエッチング工程に影響を与えることなく、突起部の強度の向上が可能となる。
【0043】
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップを複数の突起部と接合部で構成することにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した複数の突起部と、それぞれの突起部の先端同士を接続する接合部を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップを複数の突起部と接合部で構成することにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
【0044】
本開示では、接合部は、アーチ状の形状である。プルーフマスが傾いて接合部と接触した場合でも、効果的に衝撃力を吸収できる。
【0045】
本開示では、突起部は、基板から平行に突出した２本の突起部である。かかる構成により、バンプストップの耐衝撃性が大きく向上する。
【0046】
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップがフレーム状の緩衝部を備えることにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、基板から突出した突起部と、突起部の先端に設けられたフレーム状の緩衝部を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップがフレーム状の緩衝部を備えることにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
【0047】
本開示では、緩衝部は、矩形、円形、または楕円形のフレームである。衝撃を受けた場合にフレームが変形しやすく、効果的に衝撃の吸収ができるからである。
【0048】
本開示では、さらに接合部または緩衝部を備えたバンプストップにおいても、突起部と基板との間の隅部にフィレットを備える。
フィレットを備えることにより、バンプストップの耐衝撃性がさらに向上する。
フィレットを備えることにより、バンプストップの耐衝撃性がさらに向上する。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明は、加速度センサや圧力センサ等のＭＥＭＳセンサ、プリンタヘッド、デジタルミラーデバイス等のＭＥＭＳデバイスに適用できる。
【符号の説明】
【0050】
１０ 基板
１２ 配線層
１４ 絶縁膜
１６ バイア
１８ アイソレーションジョイント（ＩＪ）
２０ 凹部
３０ プルーフマス
４０ 容量素子
４２、４６ 可動電極
４４ 固定電極
５０、１５０、２５０、３５０ バンプストップ
５１ フィレット
５２ 突起部
５３、５４ 接合部
５５ 緩衝部
１００ ＭＥＭＳセンサ
１２ 配線層
１４ 絶縁膜
１６ バイア
１８ アイソレーションジョイント（ＩＪ）
２０ 凹部
３０ プルーフマス
４０ 容量素子
４２、４６ 可動電極
４４ 固定電極
５０、１５０、２５０、３５０ バンプストップ
５１ フィレット
５２ 突起部
５３、５４ 接合部
５５ 緩衝部
１００ ＭＥＭＳセンサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】