MEMS器件的制作方法

本發明涉及一種MEMS器件。

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背景技術：
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近年來，利用被稱為MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統)的半導體制造技術而形成的具有微小的機械要素的裝置(MEMS器件)正得到開發，例如，作為陀螺儀傳感器、加速度傳感器而被實現。

上述MEMS器件大多具備經由彈性體可振動地支持于基板的可動構件。已知具備可動構件的MEMS器件中，由于制造工程中所使用的液體的毛細管力(彎月面力)而產生使得可動構件粘著到其他構件上、被稱為粘連(stiction)的現象。

為了有效防止這樣的粘連，可以減小可動構件和其他構件的接觸面積。為此，例如提供如下方法：設置抵接于可動構件的小突起狀的止動部，來防止可動構件與其他構件的接觸(例如參照日本專利特開2014-71097號公報)。

如上所述設置了止動部的MEMS器件中，例如當安裝了MEMS器件的設備掉落等情況下，有沖擊力作用，可動構件與止動部激烈碰撞，可動構件和止動部可能損壞。這樣的可動構件和止動器的損害可能導致MEMS器件的功能受損。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2014-71097號公報

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技術實現要素：
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[發明所要解決的技術問題]

鑒于上述問題，本發明提供了能夠抑制黏連并且不易損壞的MEMS器件。

[解決技術問題所采用的技術方案]

解決上述技術問題的本發明涉及一種具備固定構件和通過彈性體可振動地得到支撐的可動構件的MEMS器件，其特征在于，具備設置于該可動構件和固定構件的可碰撞部分處的沖擊緩和機構，該沖擊緩和機構具有：在與碰撞方向大致垂直的方向上，被突出地設置于上述固定構件與可動構件的其中一個，且至少一側邊被固定的帶板狀的止動部；以及在碰撞方向上，被突出地設置于上述固定構件與可動構件中的另一個、或者上述止動部的突條部，該突條部及止動部構成為可動構件和固定構件的碰撞力越大，則抵接區域邊緣位置越靠近止動部的固定側邊。

該MEMS器件由于具備可動構件和固定構件通過突條部相抵接的沖擊緩和機構，因此可動構件和固定構件經由沖擊緩和機構而相接觸的接觸面積較小，從而能夠抑制粘連。另外，該MEMS器件構成為沖擊緩和機構的突條部及止動部在上述固定構件和可動構件的碰撞力越大時，抵接區域邊緣位置越靠近止動部的固定側邊，由此，在碰撞的初期，止動部靈活地變形從而緩和可動構件的碰撞力，防止突條部及止動部的脆性破壞(破損、缺裂)，并且，在碰撞的后期，通過增大表面彈簧常數，從而抑制止動部的變形以及由此造成的應力集中，能夠防止止動部的延性破壞。因此，該MEMS器件即節省空間又能抑制粘連，同時，即使受到沖擊也不易破損。

上述止動部的另一側邊不被固定，上述突條部的抵接面在上述碰撞方向與上述止動部的突出方向的截面上，其頂點位置和與上述止動部的固定側邊相對應的位置之間可以呈凸狀彎曲。由此，止動部呈懸臂狀固定，從上述截面觀察，突條部的抵接面在頂點和與止動部的固定側邊相對應的位置之間呈凸狀彎曲，因此，隨著沖撞力的增大，抵接區域邊緣位置以靠近止動部的固定側邊的方式連續且平滑地移動。

當上述突條部與上述止動部的固定側邊相抵接的狀態下，上述止動部與設置有該止動部的固定構件或可動構件可以不抵接。由此，突條部與上述止動部的固定側邊相抵接的狀態下，止動部與設置有該止動部的固定構件或可動構件不抵接，從而碰撞過程中不阻礙止動部的變形，止動部的表面彈簧常數能連續且平滑地上升。

上述突條部也可以被突出地設置在上述固定構件及可動構件的另一個，形成為至少一側邊被固定的帶板狀。由此，由于突條部形成側邊被固定的帶板狀，從而突條部和止動部一樣，能夠緩解可動構件和固定構件的碰撞力。由此，能夠有效地防止可動構件和固定構件的破損。

上述突條部或止動部也可以和固定構件或可動構件形成為一體。由此，突條部或止動部和固定構件或可動構件形成為一體，從而能夠容易且可靠地形成突條部或止動部微小但不易破損的沖擊緩和機構。

在這里，“大致垂直”指的是角度在80度以上100度以下。

[發明的效果]

如上所述，該MEMS器件通過具備上述沖擊緩和機構，能夠抑制粘連的同時，即使受到的沖擊也不易受損。

[附圖說明]

[圖1]表示本發明一種實施方式的MEMS器件的示意圖。

[圖2]圖1的沖擊緩和機構的放大示意圖。

[圖3]表示圖2的沖擊緩和機構的碰撞初期的放大示意圖。

[圖4]表示圖2的沖擊緩和機構的碰撞后期的放大示意圖。

[圖5]和圖2不同的實施方式的沖擊緩和機構的示意圖。

[圖6]和圖2及圖5不同的實施方式的沖擊緩和機構的示意圖。

[圖7]和圖2、圖5及圖6不同的實施方式的沖擊緩和機構的示意圖。

[圖8]和圖2、圖5～圖7不同的實施方式的沖擊緩和機構的示意圖。

[圖9]和圖2、圖5～圖8不同的實施方式的沖擊緩和機構的示意圖。

[優選實施方式]

以下，適宜參照附圖來詳細說明本發明的實施方式。

[第一實施方式]

圖1的MEMS器件包括：固定構件1以及通過彈性體2可在X-Y方向上進行振動地受到支撐的可動構件3。

固定構件1和彈性體2的一端被固定在未圖示的基板等基座(底座)。可動構件3與基座之間隔開空隙由彈性體2支持。

可動構件3抵抗彈性體2的彈性力，在X方向上移動，從而能與固定構件1在X方向上產生碰撞。在固定構件1和可動構件3的可碰撞部分處，設置有沖擊緩和機構4。

固定構件1、彈性體2及可動構件3例如可以用硅材料形成。

和固定構件1、彈性體2及可動構件3在垂直于X-Y方向的Z方向(紙面深度方向)上的平均厚度例如可以是10μm以上100μm以下。

《沖擊緩和機構》

圖2中擴大示出的沖擊緩和機構4具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，一側邊被固定的帶板狀的止動部5；以及在碰撞方向(X方向)上突出地設置于可動構件3的突條部6。另外，固定構件1在止動部5的后面(和突條部6相反的一側)形成狹縫狀空間7。

止動部5和突條部6與固定構件1、彈性體2及可動構件3一樣，例如可以用硅材料形成，固定構件1或可動構件3優選形成為一體。

(止動部)

止動部5形成為在垂直于X-Y方向的Z方向上延伸的帶板狀，Y方向的一側(圖中的下側)的側邊被固定在固定構件1，另一側(圖中的上側)的側邊未固定。

止動部5的平均寬度(Y方向上的平均長度)為能夠確保為了緩和可動構件3碰撞時的沖擊力而所需的變形量的寬度即可，例如可以是2μm以上100μm以下。此外，止動部5的寬度可以根據Z方向上的位置而不同，典型地，可以根據制造技術上的限制等在Z方向上以一定比例變化。

止動部5的平均厚度(X方向的平均長度)對應可動構件3的質量等能夠確保必要的強度和可撓性的厚度即可，例如可以是1μm以上20μm以下。此外，止動部5的厚度可以根據Z方向的位置和Y方向的位置而不同，典型地，由于制造技術上的限制等可以在Z方向上以一定比例變化。

止動部5的Z方向的平均長度可以與固定構件1的平均厚度相等。

另外，形成在止動部5的后面的空間7具有在止動部5的理論最大彎曲時，止動部5的自由側邊不和固定構件1抵接的X方向寬度。具體來說，空間7的X方向的寬度大于將止動部5彎曲成使得其固定側邊處在突條部6的與止動部5的自由側邊對應的位置處的切線方向上延伸時的止動部5的自由側邊的X方向的移動量即可。由此，止動部5的外觀上的彈簧常數連續且平滑地上升，可以平滑地吸收可動構件3的運動量。

(突條部)

突條部6在X方向上最突出的頂點在接近于止動部5的自由端一側的側邊的位置與X方向相對。另外，突條部6相對于止動部5的接觸面在碰撞方向(X方向)及止動部5的突出方向(Y方向)的截面上，在其頂點位置和與止動部5的固定側邊對應的位置之間呈凸狀彎曲。另外，突條部6具有以其頂點為基準，Y方向的一側(止動部5的固定側邊)比另一側還要長的非對稱形狀。

考慮到止動部5的預定變形量等，突條部6在X-Y平面上X方向的最大突出高度被設計為可動構件3不接觸到固定構件1，例如可以是0.1μm以上20μm以下。這個突條部6的X方向的最大突出高度可以根據Z方向的位置和Y方向的位置而不同，典型地，由于制造技術上的限制等可以在Z方向上以一定比例變化。

突條部6的基端(可動構件3的邊界面)的Y方向的平均寬度例如可以是止動部5的Y方向的平均寬度的0.7倍以上1.5倍以下。

突條部6的Z方向的平均長度可以和可動構件3的平均厚度相等。

《作用》

該MEMS器件在可動構件3和固定構件1的可碰撞部分處設置了上述沖擊緩和機構4，可動構件3和固定構件1不直接抵接，接觸面積較小。因此，該MEMS器件不易發生粘連現象。

另外，該MEMS器件中，在可動構件3和固定構件1發生碰撞時，首先，如圖3所示，突條部6的頂點與止動部5的自由端一側的側邊附近的位置P1相抵接。

可動構件3進一步向固定構件一側移動的情況下，突條部6使得止動部5發生彈性變形，將止動部5彎曲成使得彎曲部5的自由端一側的側邊被壓入后面的空間7。反過來說，止動部5因為彈性變形，而起到承受住固定構件1運動量的板彈簧的作用。

若止動部5彎曲，則由于止動部5和突條部6的相對面的彎曲使得突條部6的X方向的頂點無法接觸到止動部5。也就是說，可動構件3和固定構件1的碰撞力越大越是增大止動部5的彈性變形量，突條部6和止動部5的抵接區域邊緣位置向接近止動部5的固定側邊的方向移動。另外，突條部6和止動部5的抵接由于兩者的彈性變形而使得抵接的面積較為微小，因此，使用“抵接區域”來表示，以下，該位置都使用“外側位置”。此外，圖3的沖擊緩和機構4的抵接區域在俯視下可以視為大致呈點狀。

突條部6和止動部5的抵接區域越接近止動部5的固定側邊，止動部5的表面彈簧常數(由止動部5的彈性力而產生的有效X方向反作用力與突條部6的X方向的位移量之比)變得越大。因此，在可動構件3和固定構件1碰撞的初期階段，止動部5利用比較小的彈簧常數來緩和突條部6和止動部5的碰撞沖擊，防止兩者的脆性破壞(破損、缺裂)。另一方面，在之后的階段中，止動部5逐漸增大表面彈簧常數，抑制因變形而產生的應力集中，承受住可動構件3的運動量，而不會產生延性破壞。

可動構件3的運動量越大，則突條部6和止動部5的抵接區域越接近止動部5的固定側邊，隨之止動部5的表面彈簧常數變得越大，能夠吸收可動構件3更大的運動量。然后，如圖4所示，突條部6和止動部5的抵接區域P2到達止動部5的固定側邊，該抵接區域P2的位置(作用點)和止動部5的固定側邊(支點)在Y方向的距離大約為零，止動部5沒有彎曲力矩作用，作為止動部5的板彈簧的表面彈簧常數變得極大。通過增大該止動部5的表面彈簧常數，來防止止動部5的過度變形，從而防止止動器5的延性破壞。

圖4的狀態下，由于止動部5的根部及固定構件1的支撐止動部5的部分在X方向被壓縮而被容許的可動構件3的移動量比由于止動部5彎折而被容許的移動量要大。另外，止動部5和固定構件1壓縮變形的情況下，突條部6及突條部6附近的可動構件3也同樣壓縮變形。這種X方向的壓縮變形對應突條部6的突出形狀而逐漸增大止動部5和突條部6的接觸面積。另外，止動部5和其附近的固定構件1以及突條部6和其附近的可動構件3的壓縮變形所相關的表面彈簧常數隨著固定構件1在X方向上的移動而增大。由此，在碰撞的后期，由止動部5和其附近的固定構件1以及突條部6和其附近的可動構件3的壓縮變形來吸收碰撞力，同時由于抵接面積的增大而應力得到緩和，從而防止各部件的延性破壞。

《MEMS器件的制造方法》

該MEMS器件可以通過以下步驟來制造：在成為基座的材料(例如硅基板)上隔著犧牲層層疊形成有固定構件1、彈性體2、可動構件3及沖擊緩和機構4的材料層(例如硅基板)的步驟；通過DRIE(Deep Reactive Ion Etching：深反應離子刻蝕)等在上述材料層形成圖案，來形成固定構件1、彈性體2、可動構件3及沖擊緩和機構4的平面形狀的步驟；以及除去犧牲層，將彈性體2、可動構件3和沖擊緩和機構4從基座分離的步驟。

根據該制造方法，沖擊緩和機構4與固定構件1及可動的構件3形成為一體。也就是說，止動部5作為固定構件1的一部分和固定構件1形成為一體，突條部6作為可動構件3的一部分和可動構件3形成為一體。由此，形成微小但不易破損的沖擊緩和機構4。

[第二實施方式]

圖5的沖擊緩和機構4a可以代替圖2的沖擊緩和機構4而適用于圖1的MEMS器件。

圖5的沖擊緩和機構4a具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，一側邊被固定的帶板狀的止動部5a；以及在碰撞方向(X方向)上突出地設置于可動構件3的突條部6。圖5的沖擊緩和機構4a的突條部6的結構和圖2的沖擊緩和機構4的突條部6的形狀等相同，因此省略重復說明。

(止動部)

止動部5a形成為與X-Y方向垂直的Z方向上延伸的帶板狀，Y方向的一側的側邊被固定在固定構件1，其他側邊未被固定。該止動部5a形成為X方向的厚度朝固定側邊變大。圖5的沖擊緩和機構4a的結構除了上述平面形狀以外，其他的形狀等均和圖2的沖擊緩和機構4的形狀等相同，因此省略重復說明。

《作用》

圖5的沖擊緩和機構4a的止動部5a的厚度越接近固定側側邊則越大，因此對于突條部6和止動部5的抵接區域的移動，止動部5a的表面彈簧常數則更大地上升。由此，能更可靠地防止碰撞后期的過度變形，而不會降低碰撞初期的沖擊緩和能力。

[第三實施方式]

圖6的沖擊緩和機構4b可以代替圖2的沖擊緩和機構4適用于圖1的MEMS器件。

圖6的沖擊緩和機構4b具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，兩側邊被固定的帶板狀的止動部5b；以及在碰撞方向(X方向)上突出地設置于可動構件3的突條部6。圖6的沖擊緩和機構4b的突條部6的結構和圖2的沖擊緩和機構4的突條部6的形狀等相同，因此省略重復說明。

(止動部)

止動部5b形成為在與X-Y方向垂直的Z方向上延伸的帶板狀，Y方向上兩側側邊被固定在固定構件1。也就是說，該止動部5b兩邊固定。另外，固定構件1在止動部5b的后面形成有空間7，該空間7使得即使突條部6和止動部5b的固定側邊相抵接的狀態下，止動部5b也不會與固定構件1抵接。圖6的沖擊緩和機構4b的止動部5b結構除了上述的平面形狀以外，其他形狀等均和圖2的沖擊緩和機構4的形狀等相同，因此省略重復的說明。

《作用》

圖6的沖擊緩和機構4b中，在碰撞的初期階段，突條部6的X方向的頂點抵接在止動部5b的Y方向的中心附近。接著，突條部6在X方向上將止動部5b壓入使之變形的情況下，突條部6具有偏向Y方向的一側的接觸面，所以突條部6和止動部5b的抵接區域偏向止動部5b的一個固定側側邊而擴大，該抵接區域邊緣靠近止動部5b的一個固定側邊。因此，圖6的沖擊緩和機構4b中，相對于突條部6在X方向上的壓入量，止動部5b的表面彈簧常數隨著碰撞力的增加而增大。由此，圖6的沖擊緩和機構4b既能夠防止碰撞初期的脆性破壞，又能夠防止碰撞后期的延性破壞。

[第四實施方式]

圖7的沖擊緩和機構4c可以代替圖2的沖擊緩和機構4適用于圖1的MEMS器件。

圖7的沖擊緩和機構4c具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，一側邊被固定，且另一側邊未被固定的帶板狀的止動部5c；以及在碰撞方向(X方向)上突出地設置于止動部5c的突條部6c。圖7的沖擊緩和機構4c的止動部5c的結構除了突出地設置有突條部6c以外，和圖2的沖擊緩和機構4中的止動部5形狀等相同，因此省略重復說明。另外，圖7的沖擊緩和機構4c的突條部6c的結構除了配設位置不同以外，和圖2的沖擊緩和機構4中的突條部6形狀等相同，因此省略重復說明。

《作用》

圖7的沖擊緩和機構4c的止動部5c的結構中，首先突條部6c的頂點抵接在可動構件3，由于碰撞力而引起的止動部5c的彈性變形，使得突條部6c和可動構件3的抵接區域向止動部5c的固定側側邊移動。由此，可動構件3和固定構件1的碰撞力越大，止動部5c的表面彈簧常數就越大。由此，圖7的沖擊緩和機構4c既能夠防止碰撞初期的脆性破壞，又能夠防止碰撞后期的延性破壞。

[第五實施方式]

圖8的沖擊緩和機構4d可以代替圖2的沖擊緩和機構4適用于圖1的MEMS器件。

圖8的沖擊緩和機構4d具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，兩側邊被固定的帶板狀的止動部5d；以及在碰撞方向(X方向)上突出地設置于可動構件3的第1突條部6d₁和在碰撞方向(X方向)上突出地設置于止動部5d的第2突條部6d₂。圖8的沖擊緩和機構4d的止動部5d的結構除了突出地設置有第2突條部6d₂以外，和圖5的沖擊緩和機構4a中的止動部5a的形狀等相同，因此省略重復說明。

(突條部)

第1突條部6d₁和第2突條部6d₂由于可動構件3接近固定構件1而互相抵接，因碰撞力而引起的止動部5d的彈性變形使得形成為第1突條部6d₁和第2突條部6d₂的抵接區域向止動部5d的一個固定側側邊移動的形狀。

關于圖8的沖擊緩和機構4d中的第1突條部6d₁和第2突條部6d₂的寬度、突出高度等，可以和圖2的沖擊緩和機構4中的突條部6的形狀等相同。

第2突條部6d₂的Z方向的平均長度可以和可動構件3的平均厚度相等。

《作用》

圖8的沖擊緩和機構4d通過具備與突條部6d相對的第2突條部6d₂，從而可以增大突條部6d從而不會降低碰撞初期的止動部5d的表面彈簧常數，并且能夠調整抵接區域相對于可動構件3的移動量而向固定側側邊的移動量。

[第六實施方式]

圖9的沖擊緩和機構4e可以代替圖2的沖擊緩和機構4適用于圖1的MEMS器件。

圖9的沖擊緩和機構4e具有：在與碰撞方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)上被突出地設置于固定構件1，兩側邊被固定的帶板狀的止動部5b；以及在碰撞方向(X方向)上被突出地設置于可動構件3的突條部6e。圖9的沖擊緩和機構4e的止動部5b的結構與圖6的沖擊緩和機構4b的止動部5b的結構相同，因此省略重復的說明。

(突條部)

圖9的沖擊緩和機構4e的突條部6e形成為在碰撞方向(X方向)上大致呈梯形形狀突出地彎曲，在Z方向上延伸的帶板狀，Y方向上的兩側的側邊被固定在可動構件3。該突條部6e的后面(固定構件1的相反側)，形成有能夠因該突條部6e的彈性變形而供其后退的空間8。該突條部6e可以相對于止動部5b在Y方向上偏移。

突條部6e的平均厚度被設計成對應于可動構件3的質量等能夠確保必要的強度和可撓性的厚度即可，例如可以是1μm以上20μm以下。另外，突條部6e的厚度可以根據Z方向的位置及Y方向的位置而不同，典型地，可以因制造技術上的限制等在Z方向上以一定比例變化。

圖9的沖擊緩和機構4e的突條部6e在X方向上的平均突出高度和Z方向上的長度可以與圖1的沖擊緩和機構4中的突條部6的平均突出高度和Z方向上的長度相同。

《作用》

圖9的沖擊緩和機構4e中，止動部5b及突條部6e共同發生彈性變形，緩和可動構件3和固定構件1之間的碰撞沖擊。另外，關于圖9的沖擊緩和機構4e，可動構件3和固定構件1的碰撞力越大，止動部5b和突條部6e的抵接區域越擴大，Y方向兩側的抵接區域邊緣位置分別靠近止動部5b的固定側邊。因此，圖9的沖擊緩和機構4e既能防止碰撞初期的脆性破壞，又能防止碰撞后期的延性破壞。

[其他實施方式]

上述的實施方式并不限定本發明的結構。因此，上述的實施方式可以根據本說明書的記載及技術常識來對上述實施方式的各部分的構成要素進行省略、置換或追加，變形后的實施方式都應被看作是屬于本發明的范圍內。

上述各實施方式中，固定構件設置有止動部，還可以在可動構件設置止動部，也可以在該止動部或固定構件設置突條部。

另外，突條部形成為帶板狀的情況下，可以是只固定一側邊，另一側邊不固定的懸臂狀。

另外，止動部或突條部也可以與固定構件及可動構件分開形成。

另外，突起狀的突條部可以像圖9的帶板狀的突條部那樣在止動部的突出方向上呈前后對稱，帶板狀的突條部也可以像圖1的突起狀的突條部那樣在止動部的突出方向上呈前后不對稱。

另外，止動部也可以在碰撞力較大時與設置該止動部的固定構件或可動構件抵接，由此急劇增大反作用力。

另外，該MEMS器件中的沖擊緩和機構的數量和配置可以自由變更。

[產業上的應用]

該MEMS器件例如可適用為加速度傳感器、陀螺儀傳感器等MEMS器件。

[符號的說明]

1 固定構件，

2 彈性體，

3 可動構件，

4，4a，4b，4c，4d，4e 沖擊緩和機構，

5，5a，5b，5c，5d 止動部，

6，6c，6d1，6d2，6e 突條部，

7，8 空間。