JP2008044096A - Microelectromechanical device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a microstructure and an electric circuit included in a microelectromechanical device over the same insulating surface in the same step. <P>SOLUTION: In the microelectromechanical device, the electric circuit including a transistor and the microstructure are integrated over a substrate having an insulating surface. The microstructure and the transistor are provided with a laminate of an insulating layer and a semiconductor layer. That is, a structural layer includes a layer formed of the same insulating film as the gate insulating layer and a layer formed of the same semiconductor film as the semiconductor layer of the transistor. Further, the microstructure is manufactured by using each of conductive layers used for a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode of the transistor as a sacrificial layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁基板上に形成された微小電気機械式装置(微小電子機械式システム)およびその作製方法に関する。特に、微小電気機械式装置の微小機械構造体およびその作製方法に関する。   The present invention relates to a microelectromechanical device (microelectromechanical system) formed on an insulating substrate and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a micromechanical structure of a microelectromechanical device and a manufacturing method thereof.

近年、MEMSと呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに進められている。MEMSは、Micro Electro Mechanical Systemの略称であり、微小電気機械式装置、微小電気機械システム等と訳される。また、日本ではマイクロマシンと呼ばれることもあり、欧州等ではMST(Micro System Technology)と呼ばれることがある。本明細書では、MEMSのことをマイクロマシン、または微小電気機械式装置とも記載する。MEMSとは、「立体構造を有し可動する微小構造体」でなる微細な機械部と機械部を制御する「半導体素子を有する電気回路」とを組み合わせた電子デバイスを指す。また、MEMSは、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。   In recent years, research on micro mechanical systems called MEMS has been actively conducted. MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical System and is translated as a microelectromechanical device, a microelectromechanical system, or the like. Also, it is sometimes called a micromachine in Japan, and sometimes called MST (Micro System Technology) in Europe or the like. In this specification, MEMS is also referred to as a micromachine or a microelectromechanical device. The MEMS refers to an electronic device in which a fine mechanical part composed of a “movable microstructure having a three-dimensional structure” and an “electric circuit having a semiconductor element” for controlling the mechanical part are combined. In addition, MEMS is sometimes simply called a micromachine.

MEMSは、電気回路によって自らの微小構造体を制御することができるため、従来のコンピュータを用いた従来の装置のように中央処理制御型ではなく、自律分散型のシステムを構築することができると期待されている。例えば、センサによって得た情報を電気回路によって処理して、処理情報に応じてアクチュエータ等を駆動することがMEMSで実現できる。   Since MEMS can control its own microstructure with an electric circuit, it can construct an autonomous distributed type system instead of a central processing control type as in a conventional device using a conventional computer. Expected. For example, the information obtained by the sensor can be processed by an electric circuit, and an actuator or the like can be driven by the MEMS in accordance with the processing information.

マイクロマシンについては数多くの研究がなされている。例えば、特許文献1では、製造プロセスはウェハー製造やプラスチックアセンブリの施設と両立できなかったことを課題として、改良式MEMSウェハーレベルパッケージが提案されている。特許文献2には、レーザ照射を制御することで構造体を構成する層が望ましい機械的特性を生じさせることが記載されている。   A lot of research has been done on micromachines. For example, Patent Document 1 proposes an improved MEMS wafer level package, with the problem that the manufacturing process cannot be compatible with wafer manufacturing and plastic assembly facilities. Patent Document 2 describes that the layers constituting the structure cause desirable mechanical characteristics by controlling laser irradiation.

しかしながら、特許文献1に記載されるように、マイクロマシンを構成する微小構造体は、シリコンウエハを用いた半導体素子作製のプロセスにより作製されている。特に、微小構造体を作製するのに十分な厚さや強度を有する材料を得るために、実用化されているマイクロマシンは、シリコンウエハを用いて作製されるものが主流である。また特許文献2には、微小構造体であるカンチレバーが記載されているのみであり、微小構造体と電気回路を集積化することについては、何ら記載がない。
特開2001−144117号公報 特開2004−1201号公報
However, as described in Patent Document 1, a microstructure constituting a micromachine is manufactured by a process for manufacturing a semiconductor element using a silicon wafer. In particular, in order to obtain a material having a thickness and strength sufficient for manufacturing a microstructure, a micromachine that is put into practical use is mainly manufactured using a silicon wafer. Further, Patent Document 2 only describes a cantilever that is a microstructure, and there is no description about integrating the microstructure and an electric circuit.
JP 2001-144117 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-1201

本発明は微小構造体と微小構造体を制御する電気回路を同じ基板に集積した微小電気機械式装置、およびその作製方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a microelectromechanical device in which a microstructure and an electric circuit for controlling the microstructure are integrated on the same substrate, and a manufacturing method thereof.

本発明に係る微小電気機械式装置は、絶縁表面上に、微小構造体と微小構造体を制御するための電気回路を有する。電気回路は微小構造体に電気的に接続され、トランジスタを有する。微小構造体は少なくとも基板に固定されていない構造層、および一部が基板に固定されている構造層を有する。構造層の一部が基板に固定されているとは、一部に基板に固定されていない部分を有することである。別言すると、構造層の一部が基板に固定されていることで、基板と構造層の他の一部の間に空間が形成されている。基板に対して移動可能な構造層である。微小構造体を構成する構造層の少なくとも1つは基板から完全に離れており、基板に対して移動可能に形成されている。また、この構造層は基板に固定されている他の構造層によって、可動範囲を制限されている。例えば、基板から完全に分離されている構造層を回転子とし、この回転子の回転軸となる構造層を基板に固定して形成する。このような構造により、回転軸となる構造層などによって、回転子となる構造層は、可動範囲を制限される。   A microelectromechanical device according to the present invention has a microstructure and an electric circuit for controlling the microstructure on an insulating surface. The electric circuit is electrically connected to the microstructure and includes a transistor. The microstructure includes at least a structural layer that is not fixed to the substrate and a structural layer that is partially fixed to the substrate. That a part of the structural layer is fixed to the substrate means that a part of the structural layer is not fixed to the substrate. In other words, a part of the structural layer is fixed to the substrate, so that a space is formed between the substrate and the other part of the structural layer. The structural layer is movable with respect to the substrate. At least one of the structural layers constituting the microstructure is completely separated from the substrate and is formed to be movable with respect to the substrate. Further, the movable range of this structural layer is limited by another structural layer fixed to the substrate. For example, the structure layer completely separated from the substrate is used as a rotor, and the structure layer serving as the rotation axis of the rotor is fixed to the substrate. With such a structure, the movable layer of the structural layer serving as the rotor is limited by the structural layer serving as the rotation axis.

本発明の微小電気機械式装置の1つは、トランジスタのゲート絶縁層と半導体層との積層構造と同じ積層構造の層を、微小構造体が第1および第2構造層として含むことを特徴とする。換言すると、微小構造体は、ゲート絶縁層と同じ絶縁膜から形成された層、およびトランジスタの半導体層と同じ半導体膜から形成された層を含む構造層を有することを特徴とする。   One of the microelectromechanical devices of the present invention is characterized in that the microstructure includes a layer having the same stacked structure as the stacked structure of the gate insulating layer and the semiconductor layer of the transistor as the first and second structural layers. To do. In other words, the microstructure has a structure layer including a layer formed from the same insulating film as the gate insulating layer and a layer formed from the same semiconductor film as the semiconductor layer of the transistor.

また、本発明の微小電気機械式装置の1つは、微小構造体に含まれる半導体層を多層構造とし、層の結晶構造を異ならせることを特徴とする。このようにすることにより、互いの層の欠点が補われるため、微小構造体の破壊を抑制することができる。   One of the microelectromechanical devices of the present invention is characterized in that the semiconductor layer included in the microstructure has a multilayer structure and the crystal structure of the layers is different. By doing in this way, since the defect of a mutual layer is supplemented, destruction of a microstructure can be suppressed.

また、本発明の微小電気機械式装置の1つは、微小構造体の構造層にシリサイドのような半導体と金属の化合物を含ませることを特徴とする。このことにより、構造層の強度を多結晶シリコンよりも高めることができ、また導電性を高めることもできる。   One of the microelectromechanical devices of the present invention is characterized in that a structure layer of a microstructure includes a compound of a semiconductor and a metal such as silicide. Thus, the strength of the structural layer can be increased as compared with that of polycrystalline silicon, and the conductivity can be increased.

また、本発明の微小電気機械式装置の作製方法の1つは、構造体に可動する部分を設けるため犠牲層となる層にゲート電極と同じ膜から形成された層を用いることを特徴とする。   One of the methods for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention is characterized in that a layer formed from the same film as the gate electrode is used as a sacrificial layer in order to provide a movable portion in the structure body. .

本発明の微小電気機械式装置は、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路とが同一絶縁表面上に一体形成されているため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。
また、本発明の微小電気機械式装置の作製方法によって、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路とを同一絶縁表面上に、同一工程を経て一体形成した微小電気機械式装置を提供することができる。換言すると、電気回路を作製した後に微小構造体を作製する、または微小構造体を作製した後に電気回路を作製するといった工程の分離がない。よって、製造方法が簡素化され、その結果、微小機械式装置の低コスト化につながる。
In the microelectromechanical device of the present invention, the microstructure and the electrical circuit that controls the microstructure are integrally formed on the same insulating surface, so that the mechanical connection portion of the electrical circuit and the microstructure is mechanically connected. High strength and poor connection failure.
Also provided is a micro electro mechanical device in which a micro structure and an electric circuit for controlling the micro structure are integrally formed on the same insulating surface through the same process by the method for manufacturing the micro electro mechanical device of the present invention. can do. In other words, there is no separation of steps such as manufacturing a microstructure after manufacturing an electric circuit or manufacturing an electric circuit after manufacturing a microstructure. Therefore, the manufacturing method is simplified, and as a result, the cost of the micro mechanical device is reduced.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得る。したがって、本発明は以下に示す実施の形態および実施例に限定して解釈されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description. Various changes in form and details may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the following embodiments and examples.

なお、異なる実施の形態で、同じ符号を付している要素は同じ構成要素を示し、繰り返しになる説明は省略している。   Note that, in different embodiments, elements denoted by the same reference numerals indicate the same components, and repeated descriptions are omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路を同じ基板上に同時に作製する方法を説明する。図1は、本実施形態のMEMSの構造を示す図であり、図1(A)はMEMSの断面図であり、図1(B)は微小構造体の上面図である。図1(B)の鎖線O−Pで切った断面図が図1(A)の微小構造体11の断面図に対応する。なお、図1(A)において、左側は微小構造体が形成されている第1の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第2の領域の断面図である。この点は、図2〜図3に示す断面図も同様である。また、図1(A)において、第2の領域の電気回路10の断面構成はトランジスタを代表的に示しており、この点は他の実施形態も同様である。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a method for manufacturing a microstructure and an electric circuit for controlling the microstructure at the same time on the same substrate will be described. 1A and 1B are diagrams illustrating the structure of the MEMS of the present embodiment, FIG. 1A is a cross-sectional view of the MEMS, and FIG. 1B is a top view of a microstructure. A cross-sectional view taken along the chain line OP in FIG. 1B corresponds to the cross-sectional view of the microstructure 11 in FIG. Note that in FIG. 1A, the left side is a cross-sectional view of a first region where a microstructure is formed, and the right side is a cross-sectional view of a second region where an electric circuit is formed. This also applies to the cross-sectional views shown in FIGS. In FIG. 1A, the cross-sectional structure of the electric circuit 10 in the second region typically shows a transistor, and this is the same in other embodiments.

電気回路10と微小構造体11は同一の絶縁表面を有する基板100に設けられている。電気回路10のトランジスタは薄膜トランジスタであり、その構造はボトムゲート型である。トランジスタは、第1導電層101、第1導電層101上の第1絶縁層102、第1絶縁層102上の半導体層103と、半導体層103上の第2導電層104を有する。   The electric circuit 10 and the microstructure 11 are provided on the substrate 100 having the same insulating surface. The transistor of the electric circuit 10 is a thin film transistor, and its structure is a bottom gate type. The transistor includes a first conductive layer 101, a first insulating layer 102 over the first conductive layer 101, a semiconductor layer 103 over the first insulating layer 102, and a second conductive layer 104 over the semiconductor layer 103.

第1導電層101はトランジスタのゲート電極またはゲート配線を構成する。第1絶縁層102はゲート絶縁層を構成する。半導体層103には、チャネル形成領域と、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域とが少なくとも形成される。第2導電層104は半導体層103の高濃度不純物領域に接続され、ソース電極またはドレイン電極として機能する。   The first conductive layer 101 forms a gate electrode or a gate wiring of a transistor. The first insulating layer 102 constitutes a gate insulating layer. In the semiconductor layer 103, at least a channel formation region and a high-concentration impurity region functioning as a source region or a drain region are formed. The second conductive layer 104 is connected to the high concentration impurity region of the semiconductor layer 103 and functions as a source electrode or a drain electrode.

トランジスタを覆って第2絶縁層105が形成されている。第2絶縁層105上には第3導電層106が形成されている。第3導電層106は第2絶縁層105に形成されたコンタクトホールを介して、第2導電層104に接続されている。   A second insulating layer 105 is formed so as to cover the transistor. A third conductive layer 106 is formed on the second insulating layer 105. The third conductive layer 106 is connected to the second conductive layer 104 through a contact hole formed in the second insulating layer 105.

電気回路10の電極、配線、端子は、第1導電層101、第2導電層104および第3導電層106を用いて形成される。これら第1導電層101、第2導電層104および第3導電層106で形成された電極、配線によって、微小構造体11と電気回路10が電気的に接続されている。また、電気回路10には、トランジスタ以外の素子も形成される。例えば、半導体層103を用いることで、MIS型容量素子やダイオードを形成することができる。   The electrode, wiring, and terminal of the electric circuit 10 are formed using the first conductive layer 101, the second conductive layer 104, and the third conductive layer 106. The microstructure 11 and the electric circuit 10 are electrically connected by electrodes and wirings formed of the first conductive layer 101, the second conductive layer 104, and the third conductive layer 106. In addition, elements other than transistors are formed in the electric circuit 10. For example, by using the semiconductor layer 103, an MIS capacitor or a diode can be formed.

図1(A)に示すように、微小構造体11は、第2絶縁層105に形成された開口部107に形成される。微小構造体11は、可動電極121(第1構造層)と、基板100に固定された12個の固定電極122(第2構造層)と、固定電極122に接続された配線123とを有する。可動電極121はいわゆるローター(回転子)であり、固定電極122はいわゆるステータ(固定子)である。配線123は電気回路10に接続される。配線123は固定電極122と一体に形成されている。言い換えると、配線123の一部が固定電極122を構成する。よって固定電極122と配線123とを含めて第2構造層とみなすこともできる。   As shown in FIG. 1A, the microstructure 11 is formed in the opening 107 formed in the second insulating layer 105. The microstructure 11 includes a movable electrode 121 (first structure layer), twelve fixed electrodes 122 (second structure layer) fixed to the substrate 100, and a wiring 123 connected to the fixed electrode 122. The movable electrode 121 is a so-called rotor (rotor), and the fixed electrode 122 is a so-called stator (stator). The wiring 123 is connected to the electric circuit 10. The wiring 123 is formed integrally with the fixed electrode 122. In other words, a part of the wiring 123 forms the fixed electrode 122. Therefore, the fixed electrode 122 and the wiring 123 can be regarded as the second structure layer.

可動電極121の形状は、円盤状であり、4つの開口部121aが形成されており、また基板100から分離されている。   The shape of the movable electrode 121 is a disk shape, is formed with four openings 121 a, and is separated from the substrate 100.

12個の固定電極122は、可動電極121を囲んで円弧状に配置されている。固定電極122は基板100に固定されているが、先端(可動電極121に近接している端部)は基板100から分離されており、基板から離れたところで可動電極121に静電力を作用できるようになっている。   The twelve fixed electrodes 122 are arranged in an arc shape surrounding the movable electrode 121. The fixed electrode 122 is fixed to the substrate 100, but the tip (the end close to the movable electrode 121) is separated from the substrate 100 so that an electrostatic force can act on the movable electrode 121 at a distance from the substrate. It has become.

可動電極121、固定電極122および配線123は多層構造であり、下層は絶縁層、上層は導電層でなる。下層の絶縁層はトランジスタの第1絶縁層102と同じ層にあり、第1絶縁層102と同じ絶縁膜から形成されている。上層の導電層はトランジスタの半導体層103と同じ層にあり、半導体層103と同じ半導体膜から形成されている。   The movable electrode 121, the fixed electrode 122, and the wiring 123 have a multilayer structure, the lower layer is an insulating layer, and the upper layer is a conductive layer. The lower insulating layer is in the same layer as the first insulating layer 102 of the transistor, and is formed from the same insulating film as the first insulating layer 102. The upper conductive layer is in the same layer as the semiconductor layer 103 of the transistor and is formed from the same semiconductor film as the semiconductor layer 103.

配線123により、12個の固定電極122を3個ごとに並列に接続することで、微小構造体11を3相4極のモータとして機能させることができる。3相の固定電極122に順次に電圧を印加することにより、可動電極121と固定電極122間に静電力(静電引力)が生ずる。この静電力により、可動電極121が回転する。可動電極121の回転方向は、固定電極122に印加する電圧で制御できる。   By connecting the twelve fixed electrodes 122 in parallel by the wiring 123 every three, the microstructure 11 can function as a three-phase four-pole motor. By sequentially applying a voltage to the three-phase fixed electrode 122, an electrostatic force (electrostatic attractive force) is generated between the movable electrode 121 and the fixed electrode 122. The movable electrode 121 is rotated by the electrostatic force. The rotation direction of the movable electrode 121 can be controlled by the voltage applied to the fixed electrode 122.

以下、図2〜図5を用いて、図1に示すMEMSの作製方法を説明する。ここでは、第1の領域に微小構造体11を第2の領域に電子回路を10を形成する。まず、基板100として絶縁表面を有する基板を用意する。基板100上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図2(A)に示すように、第1導電層101、131を形成する。つまり、基板100上に形成されたおなじ導電膜をパターニングして第1の導電層101、131を形成している。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により膜を所定の形状に加工するための処理はパターニングとも呼ばれる。第1導電層101、131上に第1絶縁層132を形成する。   Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS illustrated in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. Here, the microstructure 11 is formed in the first region and the electronic circuit 10 is formed in the second region. First, a substrate having an insulating surface is prepared as the substrate 100. A conductive film is formed over the substrate 100 and processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process, so that first conductive layers 101 and 131 are formed as illustrated in FIG. That is, the same conductive film formed over the substrate 100 is patterned to form the first conductive layers 101 and 131. A process for processing a film into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process is also called patterning. A first insulating layer 132 is formed on the first conductive layers 101 and 131.

絶縁表面を有する基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等の絶縁性基板や、表面に絶縁膜を形成した絶縁性基板を用いることができる。また、表面に絶縁膜を形成したシリコンウエハ、金属、ステンレスなどの導電性基板も用いることができる。 As the substrate having an insulating surface, an insulating substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate, or an insulating substrate having an insulating film formed on the surface can be used. In addition, a conductive substrate such as a silicon wafer, metal, or stainless steel having an insulating film formed on the surface can also be used.

基板表面に形成する絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiO、x>y)、窒化酸化シリコン(SiO、x<y)等から選ばれた材料の単層膜、多層膜で形成することができる。これらの膜はCVD法やスパッタ法で形成することができる。また、シリコンウエハや金属基板の場合、その表面を窒化処理や酸化処理して、窒化物、酸化物を形成することもできる。 The insulating film formed on the substrate surface is made of a material selected from silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiO x N y , x> y), silicon nitride oxide (SiO x N y , x <y), and the like. It can be formed of a layer film or a multilayer film. These films can be formed by CVD or sputtering. In the case of a silicon wafer or a metal substrate, the surface can be nitrided or oxidized to form nitrides or oxides.

第1導電層101、131の材料には、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の金属元素、これら金属元素を主成分とする金属化合物(例えば、チタン窒化物、タングステン窒化物)、これら金属を主成分とする合金(例えば、アルミニウムとチタンの合金、クロムとモリブデンの合金)などが選択できる。これらの材料は蒸着法やスパッタリング法で形成でき、これらの材料の単層膜又は多層膜で第1導電層101、131を形成する。   The material of the first conductive layers 101 and 131 includes molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum (Al), and other metal elements, and these metal elements. A metal compound (for example, titanium nitride, tungsten nitride) having a main component, an alloy (for example, an alloy of aluminum and titanium, an alloy of chromium and molybdenum), or the like having such a metal as a main component can be selected. These materials can be formed by an evaporation method or a sputtering method, and the first conductive layers 101 and 131 are formed using a single layer film or a multilayer film of these materials.

第1導電層131は犠牲層となる層であり、第1導電層131の形状で微小構造体11の構造層(可動電極121、固定電極122、配線123)の形状が規定される。第1導電層131は図4に示すように、円盤状に形成される。電気回路10にはゲート電極(ゲート配線)の他に、第1導電層101により電気回路10を構成する電極、配線、端子などを形成することができる。   The first conductive layer 131 is a sacrificial layer, and the shape of the structural layer (the movable electrode 121, the fixed electrode 122, and the wiring 123) of the microstructure 11 is defined by the shape of the first conductive layer 131. As shown in FIG. 4, the first conductive layer 131 is formed in a disk shape. In the electric circuit 10, in addition to the gate electrode (gate wiring), an electrode, a wiring, a terminal, and the like constituting the electric circuit 10 can be formed by the first conductive layer 101.

第1絶縁層132はトランジスタのゲート絶縁膜を構成するため、ゲート絶縁膜に適した材料が選択される。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiO、x>y)、窒化酸化シリコン(SiO、x<y)等から選ばれた材料の単層膜、多層膜で形成することができる。 Since the first insulating layer 132 forms a gate insulating film of the transistor, a material suitable for the gate insulating film is selected. For example, a single layer film or a multilayer film of a material selected from silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiO x N y , x> y), silicon nitride oxide (SiO x N y , x <y), etc. can do.

次に、第1絶縁層132上に半導体層133を形成する。半導体層133は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの化合物(シリコンゲルマニウム)で形成することができる。また、本実施形態では、半導体層133を結晶性半導体で形成する。CVD法やスパッタ法で非晶質の半導体を成膜し、非晶質半導体膜に光エネルギーや熱エネルギーを与えて結晶化させることで、結晶性半導体膜を形成することができる。また、微結晶や多結晶の半導体をCVD法やスパッタ法で成膜することもできる。後者の場合、成膜した後、光エネルギーや熱エネルギーを与えて結晶化させること(または、結晶性を向上させること)もできる。   Next, the semiconductor layer 133 is formed over the first insulating layer 132. The semiconductor layer 133 can be formed using silicon, germanium, or a compound of silicon and germanium (silicon germanium). In this embodiment, the semiconductor layer 133 is formed of a crystalline semiconductor. A crystalline semiconductor film can be formed by depositing an amorphous semiconductor by a CVD method or a sputtering method and crystallizing the amorphous semiconductor film by applying light energy or thermal energy. Alternatively, a microcrystalline or polycrystalline semiconductor can be formed by a CVD method or a sputtering method. In the latter case, after film formation, crystallization (or improvement in crystallinity) can be performed by applying light energy or heat energy.

例えば、非晶質シリコンを形成するには、シラン(SiH)ガスを水素で希釈した原料ガスを用いてCVD法で成膜すればよい。またシリコンでなるターゲットを用いてスパッタリング法で形成することもできる。非晶質ゲルマニウムを形成するには、ゲルマン(GeH)ガスを水素で希釈した原料ガスを用いてCVD法で成膜することができるし、ゲルマニウムでなるターゲットを用いてスパッタリング法で成膜することもできる。非晶質シリコンゲルマニウムを形成するには、モノシラン(SiH)ガスとゲルマン(GeH)ガスを所定の比で混合し水素で希釈した原料ガスを用いてCVD法で成膜することができるし、また、シリコンとゲルマニウムの2種類のターゲットを用いてスパッタリング法で成膜することもできる。 For example, in order to form amorphous silicon, a film may be formed by a CVD method using a source gas obtained by diluting a silane (SiH 4 ) gas with hydrogen. Alternatively, it can be formed by a sputtering method using a target made of silicon. Amorphous germanium can be formed by CVD using a source gas obtained by diluting germane (GeH 4 ) gas with hydrogen, or by sputtering using a target made of germanium. You can also In order to form amorphous silicon germanium, a film can be formed by a CVD method using a source gas in which monosilane (SiH 4 ) gas and germane (GeH 4 ) gas are mixed at a predetermined ratio and diluted with hydrogen. Alternatively, a film can be formed by sputtering using two types of targets, silicon and germanium.

CVD法による成膜には、原料ガスに、水素ガスの他、ヘリウムガス、フッ素ガス、Ar、Kr、Ne等の希ガスを添加することもできる。また、原料ガスとしてモノシラン(SiH)ガスの代わりに、Si、SiHCl、SiHCl、SiCl、SiFなどを用いることが可能である。また、上記の原料ガスを用いてプラズマCVD法により、微結晶や多結晶半導体を絶縁層132上に直接形成することもできる。また、スパッタ法による成膜では、基板温度などを制御することで微結晶や多結晶半導体を形成することができる。 In the film formation by the CVD method, a rare gas such as helium gas, fluorine gas, Ar, Kr, or Ne can be added to the source gas in addition to hydrogen gas. Further, instead of monosilane (SiH 4 ) gas, Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4 or the like can be used as the source gas. Alternatively, a microcrystalline or polycrystalline semiconductor can be directly formed over the insulating layer 132 by a plasma CVD method using the above source gas. In film formation by sputtering, a microcrystal or a polycrystalline semiconductor can be formed by controlling the substrate temperature or the like.

非晶質半導体膜を結晶化させる方法としては、レーザ光を照射する方法、赤外線等を照射する方法、電気炉による加熱による方法、半導体の結晶化を助長させる金属元素を半導体膜に導入して結晶化させる方法などが挙げられる。   As a method for crystallizing an amorphous semiconductor film, a method of irradiating a laser beam, a method of irradiating infrared rays, a method of heating with an electric furnace, a metal element that promotes crystallization of a semiconductor is introduced into the semiconductor film. Examples thereof include a crystallization method.

結晶化に用いられるレーザには、連続発振型のレーザ(CWレーザ)やパルス発振型のレーザ(パルスレーザ)双方とも用いることができる。結晶化に好適な気体レーザとしては、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザなどがある。また固体レーザであれば、ドーパント(例えば、Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Ta)を含んだYAG、YVO、YAlO、GdVO、フォルステライト(MgSiO)などの結晶を媒質に用いたレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、およびTi:サファイアレーザなどが挙げられる。 As a laser used for crystallization, both a continuous wave laser (CW laser) and a pulsed laser (pulse laser) can be used. Examples of a gas laser suitable for crystallization include an Ar laser, a Kr laser, and an excimer laser. In the case of a solid-state laser, YAG, YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , forsterite (Mg 2 SiO 4 ), etc. containing dopants (eg, Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta) And a laser using the above crystal as a medium, a glass laser, a ruby laser, an alexandrite laser, and a Ti: sapphire laser.

半導体を結晶化するには、これらのレーザから発振されるビームの基本波だけでなく、基本波の第2高調波から第4高調波のビームを照射することができる。例えば、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。レーザのエネルギー密度は0.01MW/cm以上100MW/cm以下の範囲が必要であり、好ましくは0.1MW/cm以上10MW/cm以下の範囲とする。走査速度を10cm/sec以上200cm/sec以下の範囲とすればよい。 In order to crystallize a semiconductor, not only the fundamental wave of the beam oscillated from these lasers but also the second to fourth harmonic beams of the fundamental wave can be irradiated. For example, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) can be used. Energy density of the laser is required 0.01 mW / cm 2 or more 100 MW / cm 2 or less, preferably in the range of a 0.1 MW / cm 2 or more 10 MW / cm 2 or less. The scanning speed may be in the range of 10 cm / sec to 200 cm / sec.

YAGなどの上記結晶を媒質とする固体レーザ、Arイオンレーザ、およびTi:サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。10MHz以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射できる。そのため、レーザビームを走査することにより、レーザビームを照射することで生じた固液界面を連続的に移動させることができるため、半導体膜の結晶粒を走査方向に向かって長く成長させることができる。   Solid-state lasers such as YAG, Ar ion lasers, and Ti: sapphire lasers that use the above crystal as a medium can oscillate continuously, with Q-switch operation, mode synchronization, etc., at an oscillation frequency of 10 MHz or higher. It is also possible to cause pulse oscillation. When the laser beam is oscillated at an oscillation frequency of 10 MHz or more, the semiconductor film can be irradiated with the next pulse during the period from when the semiconductor film is melted by the laser beam to solidification. Therefore, by scanning the laser beam, the solid-liquid interface generated by irradiating the laser beam can be continuously moved, so that the crystal grains of the semiconductor film can be grown longer in the scanning direction. .

また、レーザビームの代わりに、ランプを光源とする赤外光、可視光、または紫外光を照射することにより半導体膜を結晶化することもできる。ランプとして、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプが用いられる。ランプによる光の照射を1回以上10回以内、好ましくは2回以上6回以下繰り返す。1回の照射では、ランプの点灯時間を1秒以上60秒以内、好ましくは30秒以上60秒以下の範囲とし、半導体膜が600℃以上1000℃以内の温度で瞬間的に加熱されるようにする。   Alternatively, the semiconductor film can be crystallized by irradiation with infrared light, visible light, or ultraviolet light using a lamp as a light source instead of a laser beam. As the lamp, a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, or a high pressure mercury lamp is typically used. The light irradiation with the lamp is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. In one-time irradiation, the lamp is operated for 1 second to 60 seconds, preferably 30 seconds to 60 seconds, so that the semiconductor film is instantaneously heated at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. To do.

加熱処理に電気炉を用いる場合には、半導体が原料ガスにシランを用いた非晶質シリコンである場合は、最初に400℃程度の加熱工程を行い、シリコン中の水素を放出させ、しかる後、非晶質シリコンが結晶化する温度まで上昇させることが好ましい。このような加熱処理により、結晶化の際の膜荒れを低減することができる。   When an electric furnace is used for the heat treatment, if the semiconductor is amorphous silicon using silane as a source gas, a heating step of about 400 ° C. is first performed to release hydrogen in the silicon, and then The temperature is preferably raised to a temperature at which amorphous silicon crystallizes. Such heat treatment can reduce film roughness during crystallization.

また、結晶性半導体の形成方法には、結晶化を助長させる金属元素を用いて結晶化させる方法もある。この方法は、特に、非晶質シリコン膜を結晶化させるのに好適である。非晶質シリコン膜の結晶化を助長させる金属元素を半導体に導入し、レーザビームの照射または500℃〜600℃で電気炉による加熱処理を行うことで、粒界での結晶粒の連続性が高い結晶性半導体を得ることができる。シリコンの結晶化を助長する金属元素としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)および金(Au)から選ばれた一種または複数種類の金属元素を用いることができる。また、金属元素を用いた結晶化は非晶質シリコンだけでなく、ゲルマニウムを0.01〜4.5atomic%程度に有する非晶質シリコンゲルマニウムの結晶化にも適用できる。   As a method for forming a crystalline semiconductor, there is a method of crystallizing using a metal element that promotes crystallization. This method is particularly suitable for crystallizing an amorphous silicon film. By introducing a metal element that promotes crystallization of an amorphous silicon film into a semiconductor and performing heat treatment with laser beam irradiation or an electric furnace at 500 ° C. to 600 ° C., the continuity of crystal grains at grain boundaries can be improved. A highly crystalline semiconductor can be obtained. Metal elements that promote crystallization of silicon include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) One or more kinds of metal elements selected from platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au) can be used. Crystallization using a metal element can be applied not only to amorphous silicon but also to crystallization of amorphous silicon germanium having germanium in an amount of about 0.01 to 4.5 atomic%.

これらの金属元素を半導体に導入する手段は、半導体の表面またはその内部に金属元素を存在させることができる手法であれば、特に制限はない。例えばスパッタ法、CVD法、プラズマ処理法(プラズマCVD法も含む)、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち、溶液を用いる方法は簡便であり、半導体に導入される金属元素の濃度調整が容易である。溶液を塗布するには、半導体の表面全体に溶液を行き渡らせるため、半導体の表面の濡れ性を改善することが好ましい。濡れ性を改善するには非晶半導体の表面に極薄い、10nm以下の酸化膜を形成することが望ましい。このように極薄い酸化膜を形成するには、酸素雰囲気中でのUV光の照射処理、熱酸化処理、過酸化水素による処理、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水による処理等により行うことができる。   The means for introducing these metal elements into the semiconductor is not particularly limited as long as it is a technique capable of causing the metal elements to exist on the surface of the semiconductor or inside thereof. For example, a sputtering method, a CVD method, a plasma processing method (including a plasma CVD method), an adsorption method, or a method of applying a metal salt solution can be used. Among these, the method using the solution is simple and the concentration of the metal element introduced into the semiconductor can be easily adjusted. In order to apply the solution, it is preferable to improve the wettability of the surface of the semiconductor in order to spread the solution over the entire surface of the semiconductor. In order to improve wettability, it is desirable to form an extremely thin oxide film of 10 nm or less on the surface of the amorphous semiconductor. Such an extremely thin oxide film can be formed by UV light irradiation treatment in an oxygen atmosphere, thermal oxidation treatment, treatment with hydrogen peroxide, treatment with ozone water containing a hydroxyl radical, or the like.

金属元素を用いて結晶された結晶性シリコンは、単結晶シリコンと同様、結晶粒界でのシリコンの元素の結合が切れることなく連続している特徴がある。このような結晶構造の特徴により金属元素を用いない結晶化によって作製される多結晶シリコンに比べて靭性が高くなる。これは、結晶粒界が欠陥となって起こる応力集中が起こらず、結果として金属元素を用いずに結晶化された多結晶シリコンに比べて破壊応力が高くなるからである。さらに、結晶粒界で原子の結合が連続していることによって、電子の移動度が大きいため、静電力(静電引力)で制御する微小構造体の構造層の材料として適している。もちろん、電磁力により制御される微小構造体にこのような結晶性シリコンを適用できる。   Crystalline silicon crystallized using a metal element, like single crystal silicon, is characterized by being continuous without breaking silicon element bonds at crystal grain boundaries. Due to such characteristics of the crystal structure, the toughness is higher than that of polycrystalline silicon produced by crystallization without using a metal element. This is because stress concentration caused by defects in the crystal grain boundaries does not occur, and as a result, the fracture stress is higher than that of polycrystalline silicon crystallized without using a metal element. Further, since the atomic mobility is large due to the continuous bonding of atoms at the crystal grain boundary, it is suitable as a material for the structural layer of the microstructure controlled by electrostatic force (electrostatic attractive force). Needless to say, such crystalline silicon can be applied to a microstructure controlled by electromagnetic force.

また、結晶化に用いたニッケル等の金属元素は、シリコンと結合してシリサイドを形成する。ニッケルシリサイドのような金属化合物はシリコンよりも強度が高いことが知られている。そのため、構造層中にシリサイドが形成されるように、金属元素を導入してもよい。   A metal element such as nickel used for crystallization is bonded to silicon to form silicide. It is known that metal compounds such as nickel silicide are stronger than silicon. Therefore, a metal element may be introduced so that silicide is formed in the structural layer.

一方で、結晶化に用いた金属元素は電気回路10の素子の特性を劣化させるため、結晶化した後は、少なくとも電気回路10が形成される領域(第2の領域)において、導入した金属元素を半導体層133から除去することが望ましい。その方法を以下に説明する。   On the other hand, since the metal element used for crystallization deteriorates the characteristics of the elements of the electric circuit 10, the metal element introduced is at least in the region (second region) where the electric circuit 10 is formed after crystallization. Is desirably removed from the semiconductor layer 133. The method will be described below.

まず、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で結晶性シリコンの表面を処理することにより、結晶性半導体膜の表面に酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれる)からなるバリア層を1nm以上10nm以下の厚さで形成する。バリア層は、後の工程でゲッタリング層のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。   First, by treating the surface of crystalline silicon with an ozone-containing aqueous solution (typically ozone water), a barrier layer made of an oxide film (called chemical oxide) is formed on the surface of the crystalline semiconductor film with a thickness of 1 nm to 10 nm. Form with thickness. The barrier layer functions as an etching stopper when only the gettering layer is selectively removed in a later step.

次いで、バリア層上に希ガス元素を含むゲッタリング層をゲッタリングサイトとして形成する。ここでは、CVD法またはスパッタリング法により希ガス元素を含む半導体膜をゲッタリング層として形成する。ゲッタリング層を形成するときには、希ガス元素がゲッタリング層に添加されるようにスパッタリング条件を適宜調節する。希ガス元素としては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いることができる。なお、ゲッタリングの際、金属元素は酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲッタリング層に含まれる酸素濃度は、例えば5×1018cm−3以上とすることが望ましい。 Next, a gettering layer containing a rare gas element is formed as a gettering site on the barrier layer. Here, a semiconductor film containing a rare gas element is formed as a gettering layer by a CVD method or a sputtering method. When forming the gettering layer, the sputtering conditions are adjusted as appropriate so that a rare gas element is added to the gettering layer. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) can be used. Note that, during gettering, the metal element tends to move to a region having a high oxygen concentration. Therefore, the oxygen concentration contained in the gettering layer is preferably set to 5 × 10 18 cm −3 or more, for example.

次に、結晶性シリコン膜、バリア層およびゲッタリング層に加熱処理(例えば、電気炉による加熱処理や、レーザビームの照射処理)を行うことで、結晶性シリコンから金属元素が除去され、結晶性シリコン膜中での金属元素の濃度を低下させることができる。   Next, the crystalline silicon film, the barrier layer, and the gettering layer are subjected to heat treatment (for example, heat treatment using an electric furnace or laser beam irradiation treatment), so that the metal element is removed from the crystalline silicon and the crystallinity is increased. The concentration of the metal element in the silicon film can be reduced.

次に、図2(C)に示すように、半導体層133および第1絶縁層132に対してフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行い、それぞれを所定の形状に加工する。半導体層133から、トランジスタの半導体層103と、第1構造層の一部となる半導体層134と、第2構造層の一部となる半導体層135が形成される。また、第1絶縁層132は、半導体層103、134、135と同じ形状に加工され、第2の領域にはトランジスタのゲート絶縁膜となる第1絶縁層102、第1の領域には第1構造層の一部となる絶縁層126と、第2構造層の一部となる絶縁層127が形成される。図5は図2(C)の微小構造体11の上面図である。図5の鎖線O−Pに沿った断面が図2(C)に図示されている。   Next, as shown in FIG. 2C, a photolithography process and an etching process are performed on the semiconductor layer 133 and the first insulating layer 132, and each is processed into a predetermined shape. From the semiconductor layer 133, the semiconductor layer 103 of the transistor, the semiconductor layer 134 that is part of the first structure layer, and the semiconductor layer 135 that is part of the second structure layer are formed. The first insulating layer 132 is processed into the same shape as the semiconductor layers 103, 134, and 135, the first insulating layer 102 serving as a gate insulating film of the transistor is formed in the second region, and the first region is formed in the first region. An insulating layer 126 that becomes a part of the structural layer and an insulating layer 127 that becomes a part of the second structural layer are formed. FIG. 5 is a top view of the microstructure 11 in FIG. A cross section taken along the chain line OP in FIG. 5 is shown in FIG.

この工程により、微小構造体11の第1、第2構造層の形状が確定する。円形に形成された絶縁層127と半導体層135の積層体が可動電極121を構成し、絶縁層126と半導体層134の積層体が固定電極122および配線123を構成する。なお、可動電極121は基板100に固定されない第1構造層であり、最終的に基板100から分離される。そのため、絶縁層126と半導体層134でなる積層体全体は、犠牲層となる第1導電層131の上面に配置される。また、円形に形成された第1構造層は、図5に示すように、開口部134aを有していてもよい。固定電極122は先端に基板100から分離された部分を有し、かつ基板100に固定された部分を有する第2構造層である。そのような固定電極122を形成するため、絶縁層127と半導体層135でなる積層体の先端は、第1導電層131の上面と側面にかかるように形成され、他の部分は基板100の表面(絶縁表面)に接して形成される。   By this step, the shapes of the first and second structural layers of the microstructure 11 are determined. A stacked body of the insulating layer 127 and the semiconductor layer 135 formed in a circle forms the movable electrode 121, and a stacked body of the insulating layer 126 and the semiconductor layer 134 forms the fixed electrode 122 and the wiring 123. The movable electrode 121 is a first structure layer that is not fixed to the substrate 100 and is finally separated from the substrate 100. Therefore, the entire stacked body including the insulating layer 126 and the semiconductor layer 134 is disposed on the upper surface of the first conductive layer 131 serving as a sacrificial layer. Moreover, the 1st structure layer formed circularly may have the opening part 134a, as shown in FIG. The fixed electrode 122 is a second structure layer having a portion separated from the substrate 100 at the tip and a portion fixed to the substrate 100. In order to form such a fixed electrode 122, the front end of the stacked body including the insulating layer 127 and the semiconductor layer 135 is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the first conductive layer 131, and the other part is the surface of the substrate 100. It is formed in contact with (insulating surface).

次に、図2(D)に示すように、n型またはp型の高濃度不純物領域を形成するため、ドーピング法またはイオン注入法により、半導体層103に導電性を付与する不純物を選択的に添加する。n型を付与する不純物元素としてリン(P)または砒素(As)が用いられ、p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)が用いられる。ゲート電極となる第1導電層101上を除く部分に不純物を添加するには、フォトリソグラフィ法を用いて不純物を添加しない領域をレジストマスクで覆い、不純物の添加を行えばよい。この工程により、半導体層103には高濃度不純物領域103bが形成され、第1導電層101上の不純物が添加されなかった領域がチャネル形成領域103aとして確定する。   Next, as illustrated in FIG. 2D, an impurity imparting conductivity to the semiconductor layer 103 is selectively formed by a doping method or an ion implantation method in order to form an n-type or p-type high concentration impurity region. Added. Phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting n-type, and boron (B) is used as the impurity element imparting p-type. In order to add an impurity to a portion other than the first conductive layer 101 to be a gate electrode, a region to which no impurity is added is covered with a resist mask by using a photolithography method, and the impurity may be added. By this step, a high concentration impurity region 103b is formed in the semiconductor layer 103, and a region on the first conductive layer 101 to which no impurity is added is determined as the channel formation region 103a.

また、第1の領域において、第1構造層を構成する半導体層134、第2構造層を構成する半導体層135にも同様に不純物を添加することで、導電性を付与し、導電層128、129を形成する。これにより、第1構造層を可動電極121として機能させ、第2構造層を固定電極122および配線123として機能させることができる。   In addition, in the first region, the semiconductor layer 134 that forms the first structure layer and the semiconductor layer 135 that forms the second structure layer are added with impurities in the same manner, thereby imparting conductivity, so that the conductive layers 128, 129 is formed. Accordingly, the first structure layer can function as the movable electrode 121, and the second structure layer can function as the fixed electrode 122 and the wiring 123.

次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図2(E)に示すように、第2の領域に第2導電層104を形成し、微小構造体11に第2導電層137を形成する。第2の領域には、高濃度不純物領域103bに接続される電極(配線)の他に、第2導電層104により電気回路10を構成する電極、配線、端子などが形成される。   Next, a conductive film is formed by a sputtering method or the like, and the shape of the conductive film is processed by a photolithography process and an etching process, so that a second conductive layer 104 is formed in the second region as illustrated in FIG. Then, the second conductive layer 137 is formed on the microstructure 11. In the second region, in addition to the electrode (wiring) connected to the high-concentration impurity region 103b, an electrode, a wiring, a terminal, and the like constituting the electric circuit 10 are formed by the second conductive layer 104.

第2導電層137は、後述する第2絶縁層105に開口部107を形成するときに、エッチングで除去されないように、第1構造層、および第2構造層を保護するために、第1の領域に形成される。また、第2導電層137は最終的に除去されるため、犠牲層(第2犠牲層)でもある。第2導電層137は、構造層(126〜129)の、開口部107が形成される部分を少なくとも覆うような形状とされる。もちろん、構造層(126〜129)のうち第2絶縁層105を残す領域に存在する部分を覆っている部分が、第2導電層137にあってもよい。この場合は、微小構造体11の配線123は、絶縁層127、導電層129、第2導電層137の積層構造を部分的に有することとなる。   The second conductive layer 137 is formed to protect the first structure layer and the second structure layer so as not to be removed by etching when the opening 107 is formed in the second insulating layer 105 described later. Formed in the region. Further, since the second conductive layer 137 is finally removed, it is also a sacrificial layer (second sacrificial layer). The second conductive layer 137 is shaped to cover at least a portion of the structural layer (126 to 129) where the opening 107 is formed. Of course, the portion of the structural layer (126 to 129) that covers the portion that exists in the region where the second insulating layer 105 is left may be in the second conductive layer 137. In this case, the wiring 123 of the microstructure 11 partially has a stacked structure of the insulating layer 127, the conductive layer 129, and the second conductive layer 137.

また、第2導電層104、137の材料には、第1導電層101、131と同じ材料から選択でき、第2導電層104、137はこれらの材料の単層膜、多層膜で形成される。なお、半導体でなる導電層128、129を覆って第2導電層137が形成されることから、第2導電層137に、シリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属元素を含む材料を用いるとよい。このような金属元素には、タングステン、チタン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、コバルト、ニッケル等が挙げられる。   The material of the second conductive layers 104 and 137 can be selected from the same materials as the first conductive layers 101 and 131, and the second conductive layers 104 and 137 are formed of a single layer film or a multilayer film of these materials. . Note that since the second conductive layer 137 is formed so as to cover the conductive layers 128 and 129 made of a semiconductor, the second conductive layer 137 is made of a material containing a metal element that can form a metal compound by reacting with silicon or germanium. Use it. Examples of such a metal element include refractory metals such as tungsten, titanium, molybdenum, and tantalum, cobalt, nickel, and the like.

この場合、第2導電層137を形成した後加熱処理することにより、第2導電層137を金属元素と反応させて、導電層128、129を金属化合物でなる層とすることができる。導電層128、129がシリコンであれば、シリサイド層とすることができる。導電層128、129をシリサイドのような金属化合物とすることで、導電性と強度を共に向上させることができる。また、導電層128、129の一部を金属化合物とすることもできる。金属化合物を形成するための加熱処理には、電気炉による加熱処理、レーザビームやランプ光の照射処理を用いることができる。   In this case, after the second conductive layer 137 is formed, heat treatment is performed, whereby the second conductive layer 137 can be reacted with a metal element so that the conductive layers 128 and 129 are formed of a metal compound. If the conductive layers 128 and 129 are silicon, a silicide layer can be formed. When the conductive layers 128 and 129 are made of a metal compound such as silicide, both conductivity and strength can be improved. Alternatively, part of the conductive layers 128 and 129 can be a metal compound. As the heat treatment for forming the metal compound, heat treatment using an electric furnace, irradiation treatment with a laser beam or lamp light can be used.

導電層128、129をシリサイドのような金属化合物とすることで、必要な電気伝導度とすることができる場合は、図2(D)の工程において、半導体層134、135にn型またはp型の不純物を添加しなくともよい。   In the case where the conductive layers 128 and 129 can be made to have a necessary electrical conductivity by using a metal compound such as silicide, in the process of FIG. 2D, the semiconductor layers 134 and 135 are n-type or p-type. The impurities may not be added.

次に、図3(A)に示すように、第2絶縁層105を形成する。第2の領域において、第2の絶縁層105にコンタクトホールを形成した後、第2導電層104上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により、この導電膜を所定の形状に加工し、電気回路10に第3導電層106を形成する。電気回路10には、第3導電層106により、トランジスタに接続される配線以外の、配線なども形成されている。   Next, as shown in FIG. 3A, a second insulating layer 105 is formed. In the second region, after forming a contact hole in the second insulating layer 105, a conductive film is formed over the second conductive layer 104, and the conductive film is formed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process. The third conductive layer 106 is formed in the electric circuit 10 by processing. In the electric circuit 10, wirings and the like other than the wirings connected to the transistors are formed by the third conductive layer 106.

第2絶縁層105は、第3導電層106と第2導電層104を層間で分離する層間絶縁膜であり、また電気回路10を封止する封止層としても機能させることができる。第2絶縁層105には、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコン(SiO x>y)、窒化酸化シリコン(SiO x<y)等の無機絶縁膜を用いることができる。また、ポリイミド、アクリルなどの有機樹脂膜、シロキサンを含む膜を用いてもよい。有機樹脂は感光性、非感光性のいずれでもよい。第2絶縁層105は、これらの絶縁材料からなる単層構造の層、または多層構造の層とすることができる。例えば、1層目を窒化シリコンでなる無機絶縁膜とし、2層目をポリイミドなど有機樹脂膜とすることができる。なお、シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される材料であり、置換基として、有機基(例えばアルキル基、アリール基)を含む。また、置換基としてフルオロ基を含んでいてもよい。 The second insulating layer 105 is an interlayer insulating film that separates the third conductive layer 106 and the second conductive layer 104 between layers, and can also function as a sealing layer that seals the electric circuit 10. As the second insulating layer 105, an inorganic insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiO x N y x> y), silicon nitride oxide (SiO x N y x <y), or the like can be used. Alternatively, an organic resin film such as polyimide or acrylic, or a film containing siloxane may be used. The organic resin may be photosensitive or non-photosensitive. The second insulating layer 105 can be a single-layered layer or a multilayered layer made of these insulating materials. For example, the first layer can be an inorganic insulating film made of silicon nitride, and the second layer can be an organic resin film such as polyimide. Note that siloxane is a material in which a skeleton structure is formed by a bond of silicon (Si) and oxygen (O), and includes an organic group (for example, an alkyl group or an aryl group) as a substituent. Moreover, the fluoro group may be included as a substituent.

第3導電層106は、第1導電層101、131又は第2導電層104、137と同様に形成することができる。ただし、第1導電層131および第2導電層137はエッチングで除去するため、第1導電層131および第2導電層137を除去するエッチング剤では除去できない材料を、第3導電層106に選択する必要がある。   The third conductive layer 106 can be formed in the same manner as the first conductive layers 101 and 131 or the second conductive layers 104 and 137. However, since the first conductive layer 131 and the second conductive layer 137 are removed by etching, a material that cannot be removed by an etchant that removes the first conductive layer 131 and the second conductive layer 137 is selected for the third conductive layer 106. There is a need.

第3導電層106を形成した後、図3(B)に示すように、エッチングにより第2絶縁層105の微小構造体11が形成される領域に開口部107を形成し、第2導電層137を露出させる。このとき、第2導電層137で微小構造体11は保護されているため、微小構造体11に第2絶縁層105とのエッチング選択比が低い材料を用いて形成された層があってもよい。例えば、第1絶縁層126、127に第2絶縁層105と同じ材料が使用されていてもよい。
また、犠牲層エッチングが行われると、可動電極121である第1構造層は、基板100のどこにも固定されない状態となる。このような状態で犠牲層エッチングを行うと、第1構造層が消失してしまうおそれがある。それを防ぐために、開口部107は第1の領域全体に設けるのではなく、第1の領域の一部に設けることが望ましい。例えば開口部107は、図5に示した第1構造層となる半導体層134に設けられた開口部134aと同じ場所に形成することができる。また開口部107は、開口部134aが形成される場所に、開口部134aよりも若干広く形成することができる。
After forming the third conductive layer 106, as shown in FIG. 3B, an opening 107 is formed in the region of the second insulating layer 105 where the microstructure 11 is formed, and the second conductive layer 137 is formed. To expose. At this time, since the microstructure 11 is protected by the second conductive layer 137, the microstructure 11 may include a layer formed using a material having a low etching selectivity with respect to the second insulating layer 105. . For example, the same material as the second insulating layer 105 may be used for the first insulating layers 126 and 127.
Further, when the sacrificial layer etching is performed, the first structure layer which is the movable electrode 121 is not fixed anywhere on the substrate 100. If sacrificial layer etching is performed in such a state, the first structure layer may be lost. In order to prevent this, it is desirable to provide the opening 107 not in the entire first region but in a part of the first region. For example, the opening 107 can be formed in the same place as the opening 134a provided in the semiconductor layer 134 which is the first structure layer shown in FIG. Further, the opening 107 can be formed slightly wider than the opening 134a where the opening 134a is formed.

次に、第2導電層137(第2犠牲層)、第1導電層131(第1犠牲層)をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図1に示す微小構造体11が完成する。可動電極121に形成した開口部121aは、犠牲層エッチングのときにエッチング剤が第1犠牲層131に行き渡るようにするために設けている。第2導電層137、第1導電層131のエッチング方法は、ウエットエッチング法、ドライエッチング法のいずれも用いることができ、エッチング剤は層を構成する材料によって適したものを選択する。   Next, so-called sacrificial layer etching is performed in which the second conductive layer 137 (second sacrificial layer) and the first conductive layer 131 (first sacrificial layer) are removed by etching. When the sacrificial layer etching is completed, the microstructure 11 shown in FIG. 1 is completed. The opening 121a formed in the movable electrode 121 is provided to allow the etching agent to reach the first sacrificial layer 131 during the sacrificial layer etching. As a method for etching the second conductive layer 137 and the first conductive layer 131, either a wet etching method or a dry etching method can be used, and an etching agent is selected according to the material constituting the layer.

例えば、第1導電層131、第2導電層137(犠牲層)がタングステン(W)である場合、エッチング剤に28%のアンモニアと31%の過酸化水素水を1:2で混合した溶液を用いることができる。これらの犠牲層がアルミニウムの場合、硝酸と燐酸の混酸をエッチング剤に用いることができる。   For example, when the first conductive layer 131 and the second conductive layer 137 (sacrificial layer) are tungsten (W), a solution in which 28% ammonia and 31% hydrogen peroxide water are mixed in an etchant at a ratio of 1: 2. Can be used. When these sacrificial layers are aluminum, a mixed acid of nitric acid and phosphoric acid can be used as an etching agent.

また、犠牲層の材料によっては、犠牲層のエッチングは、大気圧など高圧の条件において、FやXeFのガスを用いたドライエッチングでも行うことができる。 Depending on the material of the sacrificial layer, the sacrificial layer can be etched by dry etching using a gas of F 2 or XeF 2 under a high pressure condition such as atmospheric pressure.

なお、ウエットエッチング後の乾燥に際して、毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、粘性の低い有機溶媒(例えばシクロヘキサン)を用いてリンスを行う、または低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの双方を組み合わせた処理を行うとよい。   In addition, when drying after wet etching, in order to prevent the microstructure from buckling due to capillarity, rinsing is performed using a low-viscosity organic solvent (for example, cyclohexane), or drying is performed under low-temperature and low-pressure conditions, or both. It is better to perform a process that combines

このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がなく、製造コストを低減できる。   As described above, according to the present invention, a microstructure including a rotor and an electric circuit can be formed over a substrate having an insulating surface. Therefore, the mechanical strength of the connection portion between the electric circuit and the microstructure is high, and connection failure hardly occurs. Further, there is no process for integrating the microstructure and the electric circuit later, and the manufacturing cost can be reduced.

(実施の形態2)
本実施の形態では、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路を同じ基板上に同時に作製する方法を説明する。図6は、本実施形態のMEMSの構造を示す図であり、図6(A)はMEMSの断面図であり、図6(B)は微小構造体の上面図である。なお、図6(A)において、左側は微小構造体が形成されている第1の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第2の領域の断面図である。この点は、図7および図8に示す断面図も同様である。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for manufacturing a microstructure and an electric circuit for controlling the microstructure at the same time on the same substrate will be described. 6A and 6B are diagrams showing the structure of the MEMS of this embodiment, FIG. 6A is a cross-sectional view of the MEMS, and FIG. 6B is a top view of the microstructure. Note that in FIG. 6A, the left side is a cross-sectional view of a first region where a microstructure is formed, and the right side is a cross-sectional view of a second region where an electric circuit is formed. This also applies to the cross-sectional views shown in FIGS.

本実施の形態のMEMSも、電気回路20と微小構造体21は同一の基板100に設けられている。電気回路20のトランジスタがボトムゲート型の薄膜トランジスタである点は、実施の形態1と共通であるが、半導体層203の構造が異なる。また、微小構造体21がローター(回転子)とステーター(固定子)を有する点は、実施の形態1と共通であるが、回転軸(第3構造層)を有する点が異なる。図6を用いて、本実施の形態のMEMSの構造を具体的に説明する。   In the MEMS of this embodiment mode, the electric circuit 20 and the microstructure 21 are provided over the same substrate 100. Although the transistor of the electric circuit 20 is a bottom-gate thin film transistor, the structure of the semiconductor layer 203 is different from that of Embodiment Mode 1. Further, the point that the microstructure 21 has a rotor (rotor) and a stator (stator) is the same as that of the first embodiment, but is different in that it has a rotation axis (third structure layer). The structure of the MEMS of this embodiment will be specifically described with reference to FIG.

電気回路20と微小構造体21は同一の基板100上(同じ絶縁表面上)に設けられている。電気回路20の薄膜トランジスタは、トランジスタのゲート電極またはゲート配線を構成する第1導電層101、第1導電層101上にあり、ゲート絶縁層を構成する第1絶縁層102、第1絶縁層102上の半導体層203、および半導体層203上の第2導電層104を有する。   The electric circuit 20 and the microstructure 21 are provided on the same substrate 100 (on the same insulating surface). The thin film transistor of the electric circuit 20 is on the first conductive layer 101 and the first conductive layer 101 constituting the gate electrode or gate wiring of the transistor, and on the first insulating layer 102 and the first insulating layer 102 constituting the gate insulating layer. The semiconductor layer 203 and the second conductive layer 104 over the semiconductor layer 203.

半導体層203は2層構造であり、チャネル形成領域が形成される半導体層と、この半導体層上に積層され、ソース領域またはドレイン領域(高濃度不純物領域)として機能するn型又はp型の導電性を示す半導体層(導電層)とを有する。以下、前者を第1半導体層、後者を第2半導体層として説明する。半導体層203の第2半導体層上には、第2導電層104が形成され、第2半導体層に接続され、ソース電極またはドレイン電極として機能する。   The semiconductor layer 203 has a two-layer structure, a semiconductor layer in which a channel formation region is formed, and an n-type or p-type conductive layer that is stacked over the semiconductor layer and functions as a source region or a drain region (high-concentration impurity region). A semiconductor layer (conductive layer) exhibiting properties. Hereinafter, the former will be described as a first semiconductor layer and the latter as a second semiconductor layer. A second conductive layer 104 is formed over the second semiconductor layer of the semiconductor layer 203, is connected to the second semiconductor layer, and functions as a source electrode or a drain electrode.

電気回路20には、さらに第2導電層104、半導体層203、第1絶縁層102、および第1導電層101を覆って、第2絶縁層105が形成されている。第2絶縁層105上には第3導電層106が形成されている。第3導電層106は第2絶縁層105に形成されたコンタクトホールを介して、第2導電層104に接続されている。   In the electric circuit 20, a second insulating layer 105 is formed so as to cover the second conductive layer 104, the semiconductor layer 203, the first insulating layer 102, and the first conductive layer 101. A third conductive layer 106 is formed on the second insulating layer 105. The third conductive layer 106 is connected to the second conductive layer 104 through a contact hole formed in the second insulating layer 105.

電気回路20の電極、配線、端子は、第1導電層101、第2導電層104および第3導電層106を用いて形成される。また、電気回路20には、トランジスタ以外の素子も形成される。例えば、容量素子は半導体層203のn型半導体層、第1絶縁層102、第1導電層101を用いて構成することができる。   The electrodes, wirings, and terminals of the electric circuit 20 are formed using the first conductive layer 101, the second conductive layer 104, and the third conductive layer 106. In the electric circuit 20, elements other than transistors are also formed. For example, the capacitor can be formed using the n-type semiconductor layer of the semiconductor layer 203, the first insulating layer 102, and the first conductive layer 101.

図6(B)に示すように、微小構造体21は、可動電極221(第1構造層)と、基板100に固定された12個の固定電極222(第2構造層)と、固定電極222に接続された配線223と、可動電極221の中心に嵌合された回転軸225(第3構造層)を有する。可動電極221はいわゆるローター(回転子)であり、固定電極222はいわゆるステーター(固定子)である。3相の固定電極222に順次に電圧を印加することにより、可動電極221と固定電極222間に生じた静電引力により、回転軸225の回りを可動電極221が回転する。可動電極221の回転方向は、固定電極222に印加する電圧により制御できる。   As shown in FIG. 6B, the microstructure 21 includes a movable electrode 221 (first structure layer), twelve fixed electrodes 222 (second structure layer) fixed to the substrate 100, and a fixed electrode 222. And a rotating shaft 225 (third structure layer) fitted in the center of the movable electrode 221. The movable electrode 221 is a so-called rotor (rotor), and the fixed electrode 222 is a so-called stator (stator). By sequentially applying a voltage to the three-phase fixed electrode 222, the movable electrode 221 rotates around the rotation shaft 225 by electrostatic attraction generated between the movable electrode 221 and the fixed electrode 222. The rotation direction of the movable electrode 221 can be controlled by a voltage applied to the fixed electrode 222.

固定電極222、配線223の構造は、電極、配線を構成する構造層の積層構造が異なる他は、実施の形態1の固定電極122、配線123と同じであり、固定電極222と配線223は一体に形成されている。固定電極222と配線223とを含めて第2構造層とみなすこともできる。   The structure of the fixed electrode 222 and the wiring 223 is the same as that of the fixed electrode 122 and the wiring 123 of Embodiment 1 except that the laminated structure of the structural layers constituting the electrodes and the wiring is different. The fixed electrode 222 and the wiring 223 are integrated. Is formed. The fixed electrode 222 and the wiring 223 can be regarded as the second structure layer.

可動電極221の形状は、円盤の周囲に4つのT字型(先端の幅が広くなっている形状)の層が対称的に設けられた形状である。また、上面からみると、可動電極221は十字型の外観を示し、かつ、可動電極221の外周は円弧をなしている。   The shape of the movable electrode 221 is a shape in which four T-shaped layers (a shape having a wide tip) are provided symmetrically around the disk. When viewed from the top, the movable electrode 221 has a cross-shaped appearance, and the outer periphery of the movable electrode 221 forms an arc.

可動電極221、固定電極222および配線223は多層構造であり、下層は絶縁層、上層は半導体層でなる。下層の絶縁層はトランジスタの第1絶縁層102と同じ層にあり、第1絶縁層102と同じ絶縁膜から形成されている。上層の半導体層はトランジスタの半導体層203と同じ層にあり、半導体層203と同じ第1半導体層と第2半導体層(導電層)の2層構造であり、半導体層203と同じ半導体膜から形成される。   The movable electrode 221, the fixed electrode 222, and the wiring 223 have a multi-layer structure. The lower layer is an insulating layer and the upper layer is a semiconductor layer. The lower insulating layer is in the same layer as the first insulating layer 102 of the transistor, and is formed from the same insulating film as the first insulating layer 102. The upper semiconductor layer is in the same layer as the semiconductor layer 203 of the transistor, has a two-layer structure of the same first semiconductor layer and second semiconductor layer (conductive layer) as the semiconductor layer 203, and is formed from the same semiconductor film as the semiconductor layer 203. Is done.

回転軸225は、可動電極221の中心部に形成された開口部に通って、基板100に固定されている。また、回転軸225の先端は、可動電極221の開口部よりも大きく、可動電極221が抜けないようになっている。なお、回転軸225を設ける位置は可動電極221の中心である必要はない。微小構造体21をローターとして使用したい場合は、回転軸225を設ける位置を中心からはずすこともできる。   The rotation shaft 225 is fixed to the substrate 100 through an opening formed at the center of the movable electrode 221. The tip of the rotating shaft 225 is larger than the opening of the movable electrode 221 so that the movable electrode 221 cannot be removed. Note that the position where the rotation shaft 225 is provided need not be the center of the movable electrode 221. When the microstructure 21 is desired to be used as a rotor, the position where the rotation shaft 225 is provided can be removed from the center.

以下、図7〜図9を用いて、図6に示すMEMSの作製方法を説明する。なお、実施の形態1と重複する説明は省略し、実施の形態1の説明を援用する。   Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS illustrated in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. In addition, the description which overlaps with Embodiment 1 is abbreviate | omitted, and description of Embodiment 1 is used.

まず、実施の形態1と同様、基板100として絶縁表面を有する基板を用意する。基板100上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図7(A)に示すように、第1導電層101、131を形成する。第1導電層101、131上に第1絶縁層132を形成する。   First, similarly to Embodiment Mode 1, a substrate having an insulating surface is prepared as the substrate 100. A conductive film is formed over the substrate 100 and processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process, so that first conductive layers 101 and 131 are formed as illustrated in FIG. A first insulating layer 132 is formed on the first conductive layers 101 and 131.

電気回路20には、トランジスタのゲート配線の他、他の電極、配線、端子が第1導電層101により形成される。微小構造体21に形成された第1導電層131は犠牲層として機能し、実施の形態1と同様、図4に示すように円盤状に加工される。   In the electric circuit 20, other electrodes, wirings, and terminals are formed of the first conductive layer 101 in addition to the gate wiring of the transistor. The first conductive layer 131 formed in the microstructure 21 functions as a sacrificial layer, and is processed into a disk shape as shown in FIG.

次に、第1の領域に可動電極221、固定電極222および配線223を構成する半導体層、ならびに第2の領域にトランジスタの半導体層203を構成する半導体を形成する。まず、図7(B)に示すように、第1半導体層を構成する半導体膜233Aを形成する。半導体膜233Aは、トランジスタのチャネル形成領域を構成するため、真性半導体(i型半導体)となるように、導電性を付与する不純物を意図的に添加しないで形成される。半導体膜233Aは、非晶質半導体、又は微結晶半導体、多結晶半導体のような結晶性半導体のどちらでもよい。半導体膜233Aを形成する方法は、実施の形態1で説明した方法を用いることができる。   Next, a semiconductor layer that forms the movable electrode 221, the fixed electrode 222, and the wiring 223 is formed in the first region, and a semiconductor that forms the semiconductor layer 203 of the transistor is formed in the second region. First, as shown in FIG. 7B, a semiconductor film 233A constituting the first semiconductor layer is formed. Since the semiconductor film 233A forms a channel formation region of the transistor, the semiconductor film 233A is formed without intentionally adding an impurity imparting conductivity so as to be an intrinsic semiconductor (i-type semiconductor). The semiconductor film 233A may be an amorphous semiconductor, or a crystalline semiconductor such as a microcrystalline semiconductor or a polycrystalline semiconductor. As the method for forming the semiconductor film 233A, the method described in Embodiment 1 can be used.

次に、図7(C)に示すように第2半導体層を構成する半導体膜233Bを形成する。半導体膜233Bは、トランジスタのソース領域およびドレイン領域を構成するため、n型又はp型の導電性を付与する不純物を含んだ半導体層であり、導電層としても機能する。また、半導体膜233Bも、非晶質半導体、又は微結晶半導体、多結晶半導体のような結晶性半導体のどちらでもよい。半導体膜233B、233Bを形成する方法は、実施の形態1で説明した方法を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 7C, a semiconductor film 233B forming the second semiconductor layer is formed. The semiconductor film 233B is a semiconductor layer containing an impurity imparting n-type or p-type conductivity and forms a source region and a drain region of the transistor, and also functions as a conductive layer. The semiconductor film 233B may be either an amorphous semiconductor or a crystalline semiconductor such as a microcrystalline semiconductor or a polycrystalline semiconductor. As the method for forming the semiconductor films 233B and 233B, the method described in Embodiment 1 can be used.

本実施の形態では、半導体膜233Aと半導体膜233Bとでなる2層構造の半導体層を構造層として用いるため、構造層を結晶構造の異なる2層の半導体層で形成することができる。結晶構造によって、強度等の性質が異なるため、結晶構造の異なる半導体の多層膜で構造層を形成することで、互いの層の結晶構造の欠点を補うことができる。   In this embodiment mode, a semiconductor layer having a two-layer structure including the semiconductor film 233A and the semiconductor film 233B is used as the structural layer; therefore, the structural layer can be formed using two semiconductor layers having different crystal structures. Since properties such as strength differ depending on the crystal structure, defects of the crystal structure of each other layer can be compensated by forming the structural layer with a multilayer film of semiconductors having different crystal structures.

例えば、半導体膜233Aを非晶質半導体、半導体膜233Bを多結晶半導体とすることができる。また、半導体膜233Aを微結晶半導体とし、半導体膜233Bを多結晶半導体とすることができる。   For example, the semiconductor film 233A can be an amorphous semiconductor and the semiconductor film 233B can be a polycrystalline semiconductor. Further, the semiconductor film 233A can be a microcrystalline semiconductor and the semiconductor film 233B can be a polycrystalline semiconductor.

もちろん、半導体膜233Aと半導体膜233Bの結晶構造が同じであってもよい。半導体層を多層とすることで、構造層を厚く形成することが容易になる。例えば、非晶質半導体膜の形成と、熱エネルギーや光エネルギーによる加熱処理による結晶化を繰り返すことによって、結晶性半導体膜を積層した積層膜を形成することができる。このように結晶性半導体の積層膜を形成することができ、上層の結晶化工程の加熱処理によって、下層の内部応力を緩和できるため、膜の剥がれや基板の変形を防ぐことができる。   Needless to say, the semiconductor films 233A and 233B may have the same crystal structure. By forming the semiconductor layer as a multilayer, it is easy to form a thick structural layer. For example, by repeating formation of an amorphous semiconductor film and crystallization by heat treatment with heat energy or light energy, a stacked film in which crystalline semiconductor films are stacked can be formed. In this manner, a stacked film of crystalline semiconductors can be formed, and internal stress in the lower layer can be relieved by heat treatment in the upper crystallization step, so that peeling of the film and deformation of the substrate can be prevented.

また、半導体膜233A及び半導体膜233Bに結晶性半導体を用いる場合は、半導体膜233Aと半導体膜233Bの結晶成長方向が異なるように積層させることができる。例えば、金属元素を用いて半導体膜を結晶化させる場合、結晶化させたい領域全面に金属元素を添加すると、半導体の結晶成長が基板に対して垂直方向に進む。一方、金属元素を選択的に添加しレーザ照射や加熱処理を行った場合、結晶成長は基板に対して平行方向に進む。   In the case where a crystalline semiconductor is used for the semiconductor films 233A and 233B, the semiconductor films 233A and 233B can be stacked so that crystal growth directions are different. For example, when a semiconductor film is crystallized using a metal element, the crystal growth of the semiconductor proceeds in a direction perpendicular to the substrate when the metal element is added to the entire region to be crystallized. On the other hand, when a metal element is selectively added and laser irradiation or heat treatment is performed, crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate.

結晶成長方向の異なる層を積層することで、靭性に優れた構造層を形成することができる。結晶成長方向が異なる膜が積層しているため、互いの層の欠点を補うことができる。つまり、一つの層の結晶粒界で亀裂が起きても、結晶成長方向の違う層には亀裂が伝播しにくいので、構造層の破壊を抑制することができる。   By stacking layers having different crystal growth directions, a structural layer having excellent toughness can be formed. Since films having different crystal growth directions are stacked, defects of each other can be compensated. That is, even if a crack occurs in a crystal grain boundary of one layer, the crack is difficult to propagate to a layer having a different crystal growth direction, so that the destruction of the structural layer can be suppressed.

また、結晶化させる領域を選んで、半導体膜233A、233B結晶化させることができる。つまり、電気回路20を形成する領域(第2の領域)だけ、または微小構造体21を形成する領域(第1の領域)だけを選んで結晶化することができる。例えば、半導体膜233Aを非晶質半導体で形成し、微小構造体21となる領域だけ結晶化する。半導体膜233Bを微結晶半導体とし、部分的な結晶化を行わない。この場合は、微小構造体21の第1半導体層とトランジスタの第1半導体層は同じ層にあっても結晶構造が異なり、第2半導体層は微小構造体21とトランジスタとで結晶構造が同じになる。   Further, the semiconductor films 233A and 233B can be crystallized by selecting a region to be crystallized. That is, only the region (second region) for forming the electric circuit 20 or the region (first region) for forming the microstructure 21 can be selected and crystallized. For example, the semiconductor film 233A is formed using an amorphous semiconductor, and only a region to be the microstructure 21 is crystallized. The semiconductor film 233B is a microcrystalline semiconductor and is not partially crystallized. In this case, even if the first semiconductor layer of the microstructure 21 and the first semiconductor layer of the transistor are in the same layer, the crystal structure is different, and the second semiconductor layer has the same crystal structure in the microstructure 21 and the transistor. Become.

なお、選択的な結晶化は、レーザビームを選択的に半導体に照射することで実現する。また、金属元素を用いて結晶化する場合には、金属元素を添加する領域を部分的にする。   Note that selective crystallization is realized by selectively irradiating a semiconductor with a laser beam. In the case of crystallization using a metal element, a region to which the metal element is added is made partial.

半導体膜233A、233Bを形成した後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、図7(D)に示すように、半導体膜233A、233B、第1絶縁層132を所定の形状に加工する。   After the semiconductor films 233A and 233B are formed, the semiconductor films 233A and 233B and the first insulating layer 132 are processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process as shown in FIG.

半導体膜233Aから、第1半導体層234A、228A、229Aが形成される。半導体膜233Bから半導体層234B、228B、229Bが形成される。また、第1絶縁層132は、半導体層234A、234B、228A、228B、229A、229Bと重なる部分以外はエッチング工程により除去され、第2の領域には第1絶縁層102が形成され、第1の領域には第1絶縁層226、227が形成される。   First semiconductor layers 234A, 228A, and 229A are formed from the semiconductor film 233A. Semiconductor layers 234B, 228B, and 229B are formed from the semiconductor film 233B. The first insulating layer 132 is removed by an etching process except for portions overlapping with the semiconductor layers 234A, 234B, 228A, 228B, 229A, and 229B, and the first insulating layer 102 is formed in the second region. The first insulating layers 226 and 227 are formed in this region.

この工程により、微小構造体21の可動電極221、固定電極222および配線223の形状が確定する。図9は図7(D)の微小構造体21の上面図である。図9の鎖線O−Pに沿った断面が図7(D)に図示されている。   By this step, the shapes of the movable electrode 221, the fixed electrode 222, and the wiring 223 of the microstructure 21 are determined. FIG. 9 is a top view of the microstructure 21 in FIG. A cross section taken along the chain line OP in FIG. 9 is shown in FIG.

第1絶縁層226、第1半導体層228A、第2半導体層228Bでなる積層体は可動電極221を構成する構造層(第1構造層)であり、中心に回転軸225を設けるための開口部230形成される。第1絶縁層227、第1半導体層229A、第2半導体層229Bでなる積層体は固定電極222および配線223を構成する構造層(第2構造層)である。   A stacked body including the first insulating layer 226, the first semiconductor layer 228A, and the second semiconductor layer 228B is a structural layer (first structural layer) constituting the movable electrode 221, and an opening for providing the rotation shaft 225 at the center. 230 is formed. A stacked body including the first insulating layer 227, the first semiconductor layer 229A, and the second semiconductor layer 229B is a structural layer (second structural layer) that forms the fixed electrode 222 and the wiring 223.

第2の領域には、ゲート絶縁膜となる第1絶縁層102、半導体層203を構成する半導体層234が形成される。半導体層234は第1半導体層234A、第2半導体層234Bの積層膜でなる。   In the second region, the first insulating layer 102 serving as a gate insulating film and the semiconductor layer 234 forming the semiconductor layer 203 are formed. The semiconductor layer 234 is a stacked film of a first semiconductor layer 234A and a second semiconductor layer 234B.

次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図7(E)に示すように、第2の領域に第2導電層104を形成し、微小構造体21に第2導電層237を形成する。第2の領域には、トランジスタの電極(配線)の他に、第2導電層104により電気回路20を構成する電極、配線、端子などを形成する。また、第2導電層104、237を構成する導電膜は、実施の形態1と同様に作製することができる。   Next, a conductive film is formed by a sputtering method or the like, and the shape of the conductive film is processed by a photolithography process and an etching process, so that a second conductive layer 104 is formed in the second region as illustrated in FIG. Then, the second conductive layer 237 is formed on the microstructure 21. In the second region, in addition to the electrodes (wirings) of the transistors, electrodes, wirings, terminals, and the like constituting the electric circuit 20 are formed by the second conductive layer 104. In addition, the conductive film included in the second conductive layers 104 and 237 can be manufactured in a manner similar to that in Embodiment Mode 1.

第2導電層237は、後述する第2絶縁層105に開口部107を形成するときに構造層がエッチングで除去されないように、保護するために形成される。また、第2導電層237は最終的に除去されるため、犠牲層(第2犠牲層)でもある。第2導電層237は少なくとも開口部107が形成される領域にある、構造層(第1半導体層228A、229A、第2半導体層228B、229Bおよび絶縁層226、227)の表面を覆うような形状とされる。もちろん、第2絶縁層105を残す部分にある構造層(第1半導体層229A、第2半導体層229Bおよび絶縁層227)を覆っている部分があってもよい。この場合は、微小構造体21の配線223の一部は、絶縁層227、第1半導体層229A、第2半導体層229Bおよび第2導電層237の積層構造を部分的に有することとなる。   The second conductive layer 237 is formed to protect the structural layer from being removed by etching when the opening 107 is formed in the second insulating layer 105 described later. Further, since the second conductive layer 237 is finally removed, it is also a sacrificial layer (second sacrificial layer). The second conductive layer 237 covers at least the surface of the structural layer (the first semiconductor layers 228A, 229A, the second semiconductor layers 228B, 229B, and the insulating layers 226, 227) in the region where the opening 107 is formed. It is said. Of course, there may be a portion covering the structural layer (the first semiconductor layer 229A, the second semiconductor layer 229B, and the insulating layer 227) in the portion where the second insulating layer 105 is left. In this case, part of the wiring 223 of the microstructure 21 partially has a stacked structure of the insulating layer 227, the first semiconductor layer 229A, the second semiconductor layer 229B, and the second conductive layer 237.

第2の領域には、第2の導電層104をマスクにしてエッチングにより半導体層234の一部を除去し、半導体層203を形成する。このエッチングにより、第2半導体層234Bは分割され、一対の第2半導体層203Bが形成される。一対の第2半導体層203Bはソース領域、ドレイン領域として機能する。第1半導体層234Aは表層が一部除去され、チャネル形成領域が形成される第1半導体層203Aが形成される。   In the second region, part of the semiconductor layer 234 is removed by etching using the second conductive layer 104 as a mask, so that the semiconductor layer 203 is formed. By this etching, the second semiconductor layer 234B is divided, and a pair of second semiconductor layers 203B is formed. The pair of second semiconductor layers 203B functions as a source region and a drain region. A part of the surface layer of the first semiconductor layer 234A is removed, and a first semiconductor layer 203A in which a channel formation region is formed is formed.

他方、第1の領域には、シリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属で第2導電層237を形成することで、実施の形態1と同様に、加熱処理により、第1半導体層228A、229A、第2半導体層228B、229Bを第2の導電層237と反応させて、金属化合物(代表的には金属とシリコンの化合物であるシリサイド)を形成することもできる。この場合、加熱処理等による金属化合物の形成は半導体層234のエッチングの後に行う。   On the other hand, in the first region, the second semiconductor layer 237 is formed of a metal that can form a metal compound by reacting with silicon or germanium. The metal compound (typically, a silicide which is a compound of metal and silicon) can be formed by reacting 228A and 229A and the second semiconductor layers 228B and 229B with the second conductive layer 237. In this case, the metal compound is formed by heat treatment or the like after the semiconductor layer 234 is etched.

この場合、第2半導体層228B、229B全体を金属化合物とすることができる。また、表層を部分的に金属化合物とすることもできる。第2半導体層228B、229Bはn型又はp型の導電性を示す導電層であり、金属化合物化することで、その電気伝導率を向上させることができると共に、強度も向上させることができる。   In this case, the entire second semiconductor layers 228B and 229B can be made of a metal compound. Further, the surface layer can be partially made of a metal compound. The second semiconductor layers 228B and 229B are conductive layers exhibiting n-type or p-type conductivity, and by being formed into a metal compound, the electrical conductivity can be improved and the strength can also be improved.

また、第1半導体層228A、229Aは、第2半導体層228B、229Bの厚さによって、全体を金属化合物にすることもできる。少なくとも、第2導電層237と接している側面のある程度の厚さを金属化合物化することができる。つまり、可動電極221と固定電極222の側面や、後に回転軸225が設けられる開口部230の内部を金属化合物とすることができる。衝撃を受けやすいこのような部分を金属化合物とすることは、微小構造体の強度を向上させることで非常に有効である。   The first semiconductor layers 228A and 229A can be entirely made of a metal compound depending on the thickness of the second semiconductor layers 228B and 229B. At least a certain thickness of the side surface in contact with the second conductive layer 237 can be formed into a metal compound. That is, the side surfaces of the movable electrode 221 and the fixed electrode 222 and the inside of the opening 230 where the rotation shaft 225 is provided later can be made of a metal compound. It is very effective to use such a portion that is susceptible to impact as a metal compound by improving the strength of the microstructure.

また、トランジスタのチャネル形成領域を形成する都合、第1半導体層229A、229Bは特段に導電性を付与されていないため、金属化合物を形成することで、可動電極221、固定電極222、配線223の抵抗を下げることができる。特に、固定電極222と可動電極221とが対向する面に金属化合物が形成されるため、静電力を発生できる部分の面積を広げることができる。   In addition, since the first semiconductor layers 229A and 229B are not particularly provided with conductivity for the purpose of forming a channel formation region of the transistor, by forming a metal compound, the movable electrode 221, the fixed electrode 222, and the wiring 223 are formed. Resistance can be lowered. In particular, since the metal compound is formed on the surface where the fixed electrode 222 and the movable electrode 221 face each other, the area of the portion where the electrostatic force can be generated can be increased.

なお、第1半導体層228A、229Aの電気伝導度を高め、導電層とすることができる。例えば、第2半導体膜233Bを形成する前に(図7(B)参照)、第1半導体膜233Aの第1の領域に存在する部分に選択的にn型又はp型の導電性を付与する不純物を添加し、n型又はp型の不純物領域を形成すればよい。また、このような領域を選択的に、金属化合物(シリサイドや、ゲルマニウムと金属の化合物)とすることで、導電層とすることもできる。また、不純物の添加と、金属化合物の形成の両方を行うこともできる。   Note that the electric conductivity of the first semiconductor layers 228A and 229A can be increased to be a conductive layer. For example, before the second semiconductor film 233B is formed (see FIG. 7B), n-type or p-type conductivity is selectively imparted to a portion in the first region of the first semiconductor film 233A. An impurity may be added to form an n-type or p-type impurity region. Further, by selectively using such a region as a metal compound (silicide or a compound of germanium and metal), a conductive layer can be obtained. In addition, both the addition of impurities and the formation of a metal compound can be performed.

次に、図8(A)に示すように、第2絶縁層105を形成する。第2の絶縁層105にコンタクトホールを形成した後、第2導電層104上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により導電膜を所定の形状に加工し、電気回路20に第3導電層106を形成する。第3導電層106を形成した後、図8(B)に示すように、エッチングにより第2絶縁層105の微小構造体21が形成される領域に開口部107を形成し、第2導電層237を露出する。   Next, as shown in FIG. 8A, a second insulating layer 105 is formed. After a contact hole is formed in the second insulating layer 105, a conductive film is formed over the second conductive layer 104, and the conductive film is processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process. Three conductive layers 106 are formed. After the third conductive layer 106 is formed, as shown in FIG. 8B, an opening 107 is formed in a region where the microstructure 21 of the second insulating layer 105 is formed by etching, and the second conductive layer 237 is formed. To expose.

次に、図8(B)に示すように、回転軸225を形成する部分に、第2導電層237と第1導電層131を貫通する開口部238を形成する。開口部238の形成はドライエッチングを用いることができ、第2導電層237、第1導電層131を異方性エッチングする。   Next, as shown in FIG. 8B, an opening 238 that penetrates the second conductive layer 237 and the first conductive layer 131 is formed in a portion where the rotation shaft 225 is formed. The opening 238 can be formed by dry etching, and the second conductive layer 237 and the first conductive layer 131 are anisotropically etched.

開口部238は可動電極221の開口部230の内部に形成される。回転軸225と可動電極221を分離するために、開口部238は、図7(D)で示した可動電極221に設けられた開口部230よりも小さく形成し、開口部230に第2導電層237が残るようにする。   The opening 238 is formed inside the opening 230 of the movable electrode 221. In order to separate the rotating shaft 225 and the movable electrode 221, the opening 238 is formed smaller than the opening 230 provided in the movable electrode 221 shown in FIG. 7D, and the second conductive layer is formed in the opening 230. 237 remains.

第2導電層237上に、多結晶半導体や、金属、金属化合物、合金などの膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により所定の形状に加工し、図8(C)に示すように回転軸225を形成する。回転軸225の材料には、第1導電層131、第2導電層237を除去する犠牲層エッチングに用いるエッチング剤では除去できない材料を用いる。   A film made of polycrystalline semiconductor, metal, metal compound, alloy, or the like is formed over the second conductive layer 237, processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process, and rotated as shown in FIG. 8C. A shaft 225 is formed. As the material of the rotating shaft 225, a material that cannot be removed by an etching agent used for sacrificial layer etching for removing the first conductive layer 131 and the second conductive layer 237 is used.

回転軸225の先端(第2導電層237上にある部分)が開口部230よりも広くなるように、加工され、回転軸の底部は基板100に密着して形成される。   The rotating shaft 225 is processed so that the tip (portion on the second conductive layer 237) is wider than the opening 230, and the bottom of the rotating shaft is formed in close contact with the substrate 100.

次に、第2導電層237(第2犠牲層)、第1導電層131(第1犠牲層)をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図6に示す微小構造体21が完成する。   Next, so-called sacrificial layer etching is performed in which the second conductive layer 237 (second sacrificial layer) and the first conductive layer 131 (first sacrificial layer) are removed by etching. When the sacrificial layer etching is completed, the microstructure 21 shown in FIG. 6 is completed.

このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がなく、製造コストを低減できる。   As described above, according to the present invention, a microstructure including a rotor and an electric circuit can be formed over a substrate having an insulating surface. Therefore, the mechanical strength of the connection portion between the electric circuit and the microstructure is high, and connection failure hardly occurs. Further, there is no process for integrating the microstructure and the electric circuit later, and the manufacturing cost can be reduced.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1のMEMSにおいて、微小構造体を変形した例を説明する。本実の施形態では、微小構造体は、櫛歯型を有して細長い可動層(スライダー)と、その両側に固定層とを有し、基板水平方向に運動する。このような微小構造体は、ある機械的な運動を別の運動に変える、例えば、回転運動を直線運動に変える。具体的には、図14に示すように可動層422(スライダー)の櫛歯と歯車421の歯が噛み合わさって、回転する歯車421が可動層422を動かす。可動層422は、その長軸方向に直線的に運動する。また、固定層425は可動層422の両端にあって、可動層が長軸方向以外に動くのを制限する。
図10は本実施形態のMEMSの構造を示す図であり、図10(A)はMEMSの断面図であり、図10(B)は微小構造体の上面図である。なお、図10(A)において、左側は微小構造体が形成されている第1の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第2の領域の断面図である。この点は、図11〜図12に示す断面図も同様である。また。図10(B)の鎖線O−Pで切った断面図が図10(A)の微小構造体31の断面図に対応する。なお、微小構造体31は長軸方向に細長いため、上下を省略し一部分のみを示している。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example in which the microstructure is deformed in the MEMS of Embodiment 1 will be described. In this embodiment, the microstructure has a comb-teeth shape, has an elongated movable layer (slider), and fixed layers on both sides thereof, and moves in the horizontal direction of the substrate. Such microstructures change one mechanical movement into another movement, for example, turn rotational movement into linear movement. Specifically, as shown in FIG. 14, the comb teeth of the movable layer 422 (slider) and the teeth of the gear 421 mesh with each other, and the rotating gear 421 moves the movable layer 422. The movable layer 422 moves linearly in the major axis direction. In addition, the fixed layer 425 is at both ends of the movable layer 422 and restricts the movement of the movable layer in directions other than the major axis direction.
10A and 10B are views showing the structure of the MEMS of this embodiment, FIG. 10A is a cross-sectional view of the MEMS, and FIG. 10B is a top view of the microstructure. Note that in FIG. 10A, the left side is a cross-sectional view of a first region where a microstructure is formed, and the right side is a cross-sectional view of a second region where an electric circuit is formed. This also applies to the cross-sectional views shown in FIGS. Also. A cross-sectional view taken along a chain line OP in FIG. 10B corresponds to a cross-sectional view of the microstructure 31 in FIG. Note that since the microstructure 31 is elongated in the major axis direction, the top and bottom are omitted, and only a part is shown.

本実施の形態も、電気回路10および微小構造体31が同じ基板100上(同じ絶縁表面上)に形成される。図10(B)に示すように、微小構造体31は、櫛歯型の可動層321(第1構造層)と、矩形状の一対の第1固定層322(第2構造層)と、第1固定層322に接続された配線323及び第2固定層325とを有する。配線323は第1固定層322と一体に形成され、電気回路10に電気的に接続される。また、可動層321(第1構造層)が基板と垂直方向に動かないために第2固定層325を有しても良い。   In this embodiment also, the electric circuit 10 and the microstructure 31 are formed on the same substrate 100 (on the same insulating surface). As shown in FIG. 10B, the microstructure 31 includes a comb-shaped movable layer 321 (first structure layer), a pair of rectangular first fixed layers 322 (second structure layer), A wiring 323 connected to the first fixed layer 322 and a second fixed layer 325 are included. The wiring 323 is formed integrally with the first fixed layer 322 and is electrically connected to the electric circuit 10. Further, the second fixed layer 325 may be provided so that the movable layer 321 (first structure layer) does not move in the direction perpendicular to the substrate.

可動層321は、櫛歯型の電極であり、基板100分離されて形成される。一対の第1固定層322は矩形状の電極であり、可動層321を挟むように配置されている。第1固定層322は基板100に固定されて形成されるが、可動層321と対向する先端は、基板100から分離されている。第2固定層325は第1固定層322に密着して形成される。また、第2固定層325の先端は第1固定層322から分離され、可動層321に重なっている。   The movable layer 321 is a comb-shaped electrode and is formed separately from the substrate 100. The pair of first fixed layers 322 are rectangular electrodes, and are arranged so as to sandwich the movable layer 321 therebetween. The first fixed layer 322 is formed to be fixed to the substrate 100, but the tip facing the movable layer 321 is separated from the substrate 100. The second fixed layer 325 is formed in close contact with the first fixed layer 322. The tip of the second fixed layer 325 is separated from the first fixed layer 322 and overlaps the movable layer 321.

微小構造体31において、一対の第1固定層322は可動層321が移動する方向(ここでは可動層の長軸方向)と異なる方向に移動しないためにその動きを制限する層である。   In the microstructure 31, the pair of first fixed layers 322 is a layer that restricts the movement of the movable layer 321 because it does not move in a direction different from the direction in which the movable layer 321 moves (here, the long axis direction of the movable layer).

本実施形態では、電気回路10の構造が実施形態1と同じであるため、可動層321、第1固定層322および配線323の積層構造は、実施形態1の第1構造層(可動電極121)と第2構造層(固定電極122、配線123)と同じである。   In this embodiment, since the structure of the electric circuit 10 is the same as that of the first embodiment, the stacked structure of the movable layer 321, the first fixed layer 322, and the wiring 323 is the first structure layer (movable electrode 121) of the first embodiment. And the second structural layer (fixed electrode 122, wiring 123).

以下、図11〜図13を用いて、本実施の形態のMEMSの作製方法を説明する。なお、実施の形態1と重複する説明は省略し、実施の形態1の説明を援用する。   Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the description which overlaps with Embodiment 1 is abbreviate | omitted, and description of Embodiment 1 is used.

実施の形態1と同様、基板100として絶縁表面を有する基板を用意する。基板100上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図11(A)に示すように、第2の領域に第1導電層101を形成し、第1の領域に第1導電層331を形成する。第1導電層101、331上に第1絶縁層132を形成する。第1導電層331は犠牲層(第1犠牲層)として機能し、図13に示すように矩形状に加工される。なお、図13は図11(C)の微小構造体31の上面図であり、図13の鎖線O−Pに沿った断面が図11(C)に図示されている。   As in Embodiment Mode 1, a substrate having an insulating surface is prepared as the substrate 100. A conductive film is formed over the substrate 100, processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process, and a first conductive layer 101 is formed in the second region as shown in FIG. The first conductive layer 331 is formed in the region. A first insulating layer 132 is formed on the first conductive layers 101 and 331. The first conductive layer 331 functions as a sacrificial layer (first sacrificial layer) and is processed into a rectangular shape as shown in FIG. 13 is a top view of the microstructure 31 shown in FIG. 11C, and a cross section taken along the chain line OP in FIG. 13 is shown in FIG.

次に、図11(B)に示すように、第1の領域に可動層321および第1固定層322を構成する層を形成し、ならびに第2の領域にトランジスタの半導体層103を構成する半導体層333を形成する。   Next, as shown in FIG. 11B, a layer that forms the movable layer 321 and the first fixed layer 322 is formed in the first region, and a semiconductor that forms the semiconductor layer 103 of the transistor in the second region. Layer 333 is formed.

次に、図11(C)に示すように、半導体層333および第1絶縁層132を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工する。半導体層333から、第2の領域にはトランジスタの半導体層103が形成される。また、第1の領域には、第1構造層の一部となる半導体層334および第2構造層の一部となる半導体層335が形成される。また、第1絶縁層132は、半導体層103、334、335と同じ形状に加工され、第2の領域にはトランジスタのゲート絶縁膜となる第1絶縁層102が形成され、第1の領域には絶縁層326、327が形成される。   Next, as illustrated in FIG. 11C, the semiconductor layer 333 and the first insulating layer 132 are processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process. A semiconductor layer 103 of the transistor is formed in the second region from the semiconductor layer 333. In the first region, a semiconductor layer 334 that is part of the first structure layer and a semiconductor layer 335 that is part of the second structure layer are formed. The first insulating layer 132 is processed into the same shape as the semiconductor layers 103, 334, and 335, the first insulating layer 102 serving as a gate insulating film of the transistor is formed in the second region, and the first region is formed in the first region. Insulating layers 326 and 327 are formed.

この工程により、微小構造体31の第1、第2構造層の形状が確定する。絶縁層326と半導体層334の積層体が可動層321(第1構造層)を構成し、絶縁層327と半導体層335の積層体が第1固定層322、配線323(第2構造層)を構成する。図13に示すように、半導体層334は櫛歯状の部分を有する矩形状に形成され、一対の半導体層335は、第1固定層322となる矩形の部分と、配線323となる線状の部分とが一体に形成され、半導体層334を挟むように配置されている。   By this step, the shapes of the first and second structural layers of the microstructure 31 are determined. A stacked body of the insulating layer 326 and the semiconductor layer 334 forms the movable layer 321 (first structure layer), and a stacked body of the insulating layer 327 and the semiconductor layer 335 forms the first fixed layer 322 and the wiring 323 (second structural layer). Constitute. As shown in FIG. 13, the semiconductor layer 334 is formed in a rectangular shape having comb-like portions, and the pair of semiconductor layers 335 includes a rectangular portion serving as the first fixed layer 322 and a linear shape serving as the wiring 323. The portions are integrally formed, and are arranged so as to sandwich the semiconductor layer 334.

なお、可動層321は最終的に基板100から分離されるため、絶縁層326と半導体層334でなる積層体全体は、第1導電層331の上面に配置される。また、第1固定層322の先端に基板100から分離された部分を形成し、かつ第1固定層322を基板100に固定するため、絶縁層327と半導体層335でなる積層体の先端は、第1導電層331の上面と側面にかかるように形成され、他の部分は基板100の表面(絶縁表面)に接して形成される。   Note that since the movable layer 321 is finally separated from the substrate 100, the entire stacked body including the insulating layer 326 and the semiconductor layer 334 is disposed on the upper surface of the first conductive layer 331. In addition, in order to form a portion separated from the substrate 100 at the tip of the first fixed layer 322 and fix the first fixed layer 322 to the substrate 100, the tip of the laminate including the insulating layer 327 and the semiconductor layer 335 is The first conductive layer 331 is formed so as to cover the upper surface and the side surface, and the other part is formed in contact with the surface (insulating surface) of the substrate 100.

ドーピング法またはイオン注入法により、半導体層103、334、335に導電性を付与するn型またはp型の不純物を選択的に添加する。不純物を、ゲート電極となる第1導電層101上を除く部分に選択的に添加するためには、フォトリソグラフィ法を用いて不純物を添加しない部分上にレジストマスクを形成し、このマスクを用いて不純物の添加を行う。この工程により、図11(D)に示すように、半導体層103には高濃度不純物領域103bが形成され、半導体層103の不純物が添加されなかった領域がチャネル形成領域103aとして確定する。高濃度不純物領域103bはソース領域またはドレイン領域として機能する。また、構造層上にレジストマスクを形成しなかった場合には構造層を構成する半導体層334、335には、不純物の添加により導電性が付与され、導電層328、329が形成される。本実施の形態の場合は、構造層は導電性を有している必要がないため、構造層上にレジストマスクを形成し、構造層に不純物が添加されないようにすることができる。   An n-type or p-type impurity imparting conductivity is selectively added to the semiconductor layers 103, 334, and 335 by a doping method or an ion implantation method. In order to selectively add an impurity to a portion other than the first conductive layer 101 to be a gate electrode, a resist mask is formed on a portion to which no impurity is added by using a photolithography method, and this mask is used. Impurities are added. Through this step, as shown in FIG. 11D, a high concentration impurity region 103b is formed in the semiconductor layer 103, and a region of the semiconductor layer 103 to which no impurity is added is determined as a channel formation region 103a. The high concentration impurity region 103b functions as a source region or a drain region. In the case where a resist mask is not formed over the structural layer, the semiconductor layers 334 and 335 included in the structural layer are given conductivity by addition of impurities, so that conductive layers 328 and 329 are formed. In the case of this embodiment mode, the structural layer does not need to have conductivity; therefore, a resist mask can be formed over the structural layer so that impurities are not added to the structural layer.

次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図11(E)に示すように、第2の領域に第2導電層104を形成し、第1の領域に第2導電層337(第2犠牲層)を形成する。第2導電層104はソース電極またはドレイン電極として機能する。   Next, a conductive film is formed by a sputtering method or the like, and the shape of the conductive film is processed by a photolithography process and an etching process, so that a second conductive layer 104 is formed in the second region as illustrated in FIG. Then, a second conductive layer 337 (second sacrificial layer) is formed in the first region. The second conductive layer 104 functions as a source electrode or a drain electrode.

第2導電層337は、第2絶縁層105に開口部107を形成するときに第1、第2構造層がエッチングで除去されないように、保護するために形成される。したがって、第2導電層337は構造層(328、329)全てを覆う必要はなく、開口部107が形成される領域に存在する部分を少なくとも覆うような形状とすればよい。また、第2導電層337は、第1固定層322と第2固定層325の間に隙間をつくるための犠牲層としても機能する。   The second conductive layer 337 is formed to protect the first and second structural layers from being removed by etching when the opening 107 is formed in the second insulating layer 105. Therefore, the second conductive layer 337 does not need to cover all the structural layers (328 and 329), and may have a shape that covers at least a portion existing in a region where the opening 107 is formed. The second conductive layer 337 also functions as a sacrificial layer for creating a gap between the first fixed layer 322 and the second fixed layer 325.

また、構造層が導電性を有する必要がある場合、実施形態1で述べたようにシリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属元素を含む材料で第2導電層337を形成することで、導電層328、329を金属化合物(代表的にはシリサイド)とすることができる。   In addition, when the structure layer needs to have conductivity, the second conductive layer 337 is formed using a material containing a metal element that can form a metal compound by reacting with silicon or germanium as described in Embodiment 1. The conductive layers 328 and 329 can be made of a metal compound (typically silicide).

次に、図12(A)に示すように、第2絶縁層105を形成する。第2の絶縁層105にコンタクトホールを形成した後、第2導電層104上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により導電膜を所定の形状に加工し、第2の領域に第3導電層106を形成する。第3導電層106を形成した後、図12(B)に示すように、第1の領域に、エッチングにより第2絶縁層105に開口部107を形成する。そして、第2導電層337(第2犠牲層)、第1導電層331(第1犠牲層)をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。実施の形態1における微小構造体の可動電極と同様、可動層321は犠牲層(337、331)が取り除かれると基板100に固定されなくなる。したがって、実施の形態1と同様、第2の絶縁層105が可動層321上部に残るように開口部107を形成することもできる。また、可動層321上に第2固定層を形成することも可能である。ここでは第2固定層を形成する例を示す。   Next, as shown in FIG. 12A, a second insulating layer 105 is formed. After a contact hole is formed in the second insulating layer 105, a conductive film is formed over the second conductive layer 104, and the conductive film is processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process, so that a second region is formed. A third conductive layer 106 is formed. After the third conductive layer 106 is formed, an opening 107 is formed in the second insulating layer 105 by etching in the first region, as shown in FIG. Then, so-called sacrificial layer etching is performed in which the second conductive layer 337 (second sacrificial layer) and the first conductive layer 331 (first sacrificial layer) are removed by etching. Similar to the movable electrode of the microstructure in Embodiment Mode 1, the movable layer 321 is not fixed to the substrate 100 when the sacrificial layers (337, 331) are removed. Therefore, as in Embodiment Mode 1, the opening 107 can be formed so that the second insulating layer 105 remains above the movable layer 321. It is also possible to form a second fixed layer on the movable layer 321. Here, an example of forming the second fixed layer is shown.

次に、第1固定層322と第2固定層325とを接続するため、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により第2導電層337を部分的に除去する(図12(B)参照)。   Next, in order to connect the first fixed layer 322 and the second fixed layer 325, the second conductive layer 337 is partially removed by a photolithography process and an etching process (see FIG. 12B).

第2導電層237上に導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により所定の形状に加工し、図12(C)に示すように第2固定層325(第3構造層)を形成する。第2固定層325の一部は第1固定層322に密着して形成され、第1固定層322に接続される。また第2固定層325の先端は、第2導電層337の上面および側面にかかるように形成される。この結果、第2固定層325の先端は第1固定層322から分離され、可動層321と重なるように設けられる。   A conductive layer is formed over the second conductive layer 237 and processed into a predetermined shape by a photolithography process and an etching process to form a second fixed layer 325 (third structure layer) as shown in FIG. . A part of the second fixed layer 325 is formed in close contact with the first fixed layer 322 and connected to the first fixed layer 322. The tip of the second fixed layer 325 is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the second conductive layer 337. As a result, the tip of the second fixed layer 325 is separated from the first fixed layer 322 and provided to overlap the movable layer 321.

第2固定層325の材料は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の金属、これら金属元素を主成分とする金属化合物(例えば、チタン窒化物、タングステン窒化物)、これら金属元素を主成分とする合金(例えば、アルミニウムとチタンの合金、クロムとモリブデンの合金)などが選択できる。またタングステン、チタン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、コバルト、ニッケル等のシリサイドや、n型またはp型の導電性を有する結晶性シリコンなども用いることもできる。第2固定層325は、これらの導電性材料から選ばれた導電膜の単層膜または多層膜でなる。また、第2固定層325に導電性が必要でない場合は、第2固定層325は絶縁性を有する材料を用いて単層膜または多層膜で形成する。なお、第2固定層325の材料には、第1導電層331、第2導電層337を除去する犠牲層エッチングで使用するエッチング剤では除去されない材料を用いる。   The material of the second fixed layer 325 is a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), tantalum (Ta), titanium (Ti), or aluminum (Al), and these metal elements as main components. A metal compound (for example, titanium nitride, tungsten nitride), an alloy mainly containing these metal elements (for example, an alloy of aluminum and titanium, an alloy of chromium and molybdenum), or the like can be selected. Alternatively, a refractory metal such as tungsten, titanium, molybdenum, or tantalum, a silicide such as cobalt or nickel, or crystalline silicon having n-type or p-type conductivity may be used. The second fixed layer 325 is formed of a single layer film or a multilayer film of a conductive film selected from these conductive materials. In the case where the second fixed layer 325 does not require conductivity, the second fixed layer 325 is formed using a single layer film or a multilayer film using an insulating material. Note that as the material of the second fixed layer 325, a material that is not removed by the etching agent used in the sacrifice layer etching for removing the first conductive layer 331 and the second conductive layer 337 is used.

第2導電層337(第2犠牲層)、第1導電層331(第1犠牲層)をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図10に示す微小構造体31が完成する。   So-called sacrificial layer etching is performed in which the second conductive layer 337 (second sacrificial layer) and the first conductive layer 331 (first sacrificial layer) are removed by etching. When the sacrificial layer etching is completed, the microstructure 31 shown in FIG. 10 is completed.

このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がないため、MEMSの構造が簡素化され、製造コストが低減できる。   As described above, according to the present invention, a microstructure including a rotor and an electric circuit can be formed over a substrate having an insulating surface. Therefore, the mechanical strength of the connection portion between the electric circuit and the microstructure is high, and connection failure hardly occurs. In addition, since there is no step of integrating the microstructure and the electric circuit later, the structure of the MEMS is simplified and the manufacturing cost can be reduced.

本実施の形態では、可動層321(第1構造層)を櫛歯型としたが、ローターや歯車として機能する形状、またはスライダーとして機能する形状に加工することもできる。第1構造層は、可動することができるように形状を加工すればよく、本実施の形態の形状に限定されるものではない。   In this embodiment mode, the movable layer 321 (first structure layer) is comb-shaped, but can be processed into a shape that functions as a rotor or a gear or a shape that functions as a slider. The shape of the first structure layer is not limited to the shape of the present embodiment as long as the shape is processed so as to be movable.

また、本実施の形態では、電気回路の構成を実施の形態1の電気回路10としたが、実施の形態2の電気回路20とすることもできる。この場合、可動層321、第1固定層322(第1、第2構造層)の積層構造は、実施の形態2の第1、第2構造層(可動電極221、固定電極222)と同様になる。   In the present embodiment, the configuration of the electric circuit is the electric circuit 10 of the first embodiment, but the electric circuit 20 of the second embodiment may be used. In this case, the laminated structure of the movable layer 321 and the first fixed layer 322 (first and second structure layers) is the same as the first and second structure layers (movable electrode 221 and fixed electrode 222) of the second embodiment. Become.

(実施の形態4)
本実施の形態では、微小構造体の構成例を説明する。図14は本実施の形態の微小構造体の外観斜視図である。図14には、微小構造体のみ図示しているが、絶縁表面を有する基板上に、電気回路と微小構造体が集積化されている。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a structure of a microstructure is described. FIG. 14 is an external perspective view of the microstructure of the present embodiment. Although FIG. 14 illustrates only a microstructure, an electric circuit and the microstructure are integrated over a substrate having an insulating surface.

微小構造体は、歯車形状を有する第1可動層421(第1構造層)、第1可動層421と噛み合う歯を有する第2可動層422(第2構造層)と、第2可動層422に静電力などを作用させるための固定層425(第3構造層)とを有する。固定層425は図示されていない電気回路と電気的に接続されている。   The microstructure includes a first movable layer 421 (first structure layer) having a gear shape, a second movable layer 422 (second structure layer) having teeth meshing with the first movable layer 421, and a second movable layer 422. A fixed layer 425 (third structure layer) for applying an electrostatic force or the like. The fixed layer 425 is electrically connected to an electric circuit (not shown).

第1可動層421は歯車であり、他の実施の形態の第1構造層と同様、基板(絶縁表面)および他の構造層から分離されている。第2可動層422はスライダーであり、第1可動層421と噛み合う歯を有する。第2可動層422も、第1構造層と同様、基板および他の構造層から分離されている。このように、第1構造層421と第2構造層422とを噛み合わせることによって、第1構造層421の直線運動を第2構造層422の回転運動に変えることができる。逆に、第2構造層422の回転運動を第1構造層421の直線運動に変えることもできる。   The first movable layer 421 is a gear, and is separated from the substrate (insulating surface) and other structural layers, like the first structural layer of the other embodiments. The second movable layer 422 is a slider and has teeth that mesh with the first movable layer 421. Similar to the first structural layer, the second movable layer 422 is also separated from the substrate and other structural layers. As described above, the linear motion of the first structural layer 421 can be changed to the rotational motion of the second structural layer 422 by meshing the first structural layer 421 and the second structural layer 422. Conversely, the rotational motion of the second structural layer 422 can be changed to the linear motion of the first structural layer 421.

例えば、固定層425を利用して第2構造層422を直線運動させることができる。固定層425と第2構造層422との間に電圧を印加することによって静電力が第2可動層422に作用すると、静電リニアモータのように、第2可動層422が水平運動し、第1可動層421が回転する。なお、静電力ではなく、電磁力により第2可動層422を運動させることもできる。このような微小構造体は、小さな細胞を扱うマニピュレータとして用いることができる。また、上記実施の形態1または実施の形態2で示したように、第1可動層421を回転させ、第1可動層421の回転運動を第2可動層422の水平運動に変換するような微小構造体とすることもできる。   For example, the second structure layer 422 can be linearly moved using the fixed layer 425. When an electrostatic force acts on the second movable layer 422 by applying a voltage between the fixed layer 425 and the second structural layer 422, the second movable layer 422 moves horizontally like the electrostatic linear motor, and the first One movable layer 421 rotates. Note that the second movable layer 422 can be moved not by electrostatic force but by electromagnetic force. Such a microstructure can be used as a manipulator that handles small cells. Further, as shown in the first embodiment or the second embodiment, the first movable layer 421 is rotated so that the rotational motion of the first movable layer 421 is converted into the horizontal motion of the second movable layer 422. It can also be a structure.

図14に示す微小構造体は、実施の形態3のMEMSの作製方法を援用して形成した例を示している。基板100上に電気回路10と同時に、微小構造体の第1〜第3構造層(421、422、425)が形成される。実施の形態3において、第1〜第3構造層(可動層321、第1固定層322、第2固定層325)の形状、および第1、第2犠牲層(第1導電層331、第2導電層337)の形状を変えることで、本実施の形態の微小構造体を作製することができる。そのため、微小構造体の各構造層の積層構造は微小構造体31と同様であり、絶縁層と半導体層との積層である。   The microstructure shown in FIG. 14 shows an example in which the MEMS manufacturing method of Embodiment 3 is used. Simultaneously with the electric circuit 10, the first to third structural layers (421, 422, 425) of the microstructure are formed on the substrate 100. In the third embodiment, the shape of the first to third structure layers (movable layer 321, first fixed layer 322, second fixed layer 325) and the first and second sacrificial layers (first conductive layer 331, second layer) By changing the shape of the conductive layer 337), the microstructure of this embodiment can be manufactured. Therefore, the stacked structure of each structural layer of the microstructure is the same as that of the microstructure 31 and is a stack of an insulating layer and a semiconductor layer.

また、電気回路の構造を実施の形態2の電気回路20とすることもできる。この場合、第1〜3構造層(421、422、425)の積層構造は、それぞれ、実施の形態2の第1〜第3構造層(221、222、225)と同様になる。   Also, the structure of the electric circuit can be the electric circuit 20 of the second embodiment. In this case, the laminated structure of the first to third structure layers (421, 422, 425) is the same as that of the first to third structure layers (221, 222, 225) of the second embodiment.

(実施の形態5)
本実施の形態では、微小構造体の可動部がスムーズに運動できるようにするための技術について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a technique for allowing the movable portion of the microstructure to move smoothly will be described.

実施の形態1の微小構造体11を例に説明する。微小構造体の構成の理解を容易にするため、図1(A)では可動電極121(第1構造層)と基板100の間を離して図示しているが、可動電極121は犠牲層エッチングの後、基板100から浮いているわけではなく、重力によって基板100に接触する状態となる。そのため、可動電極121が回転するときに、基板100の絶縁表面との摩擦が問題となる。本発明のMEMSの微小構造体において、可動部を構成する構造層は、最下層が絶縁層(126等)で形成される。この絶縁層でなる基板表面と接触する層を窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンで形成することで、絶縁層を設けない構造層よりも摩擦を低減させことができる。   The microstructure 11 according to Embodiment 1 will be described as an example. In order to facilitate understanding of the structure of the microstructure, FIG. 1A shows the movable electrode 121 (first structural layer) and the substrate 100 apart from each other, but the movable electrode 121 is formed by sacrificial layer etching. After that, it does not float from the substrate 100 but comes into contact with the substrate 100 by gravity. Therefore, friction with the insulating surface of the substrate 100 becomes a problem when the movable electrode 121 rotates. In the MEMS microstructure of the present invention, the lowermost layer of the structural layer constituting the movable portion is formed of an insulating layer (126 or the like). By forming the insulating layer, which is in contact with the substrate surface, of silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide, friction can be reduced as compared with a structural layer without an insulating layer.

基板100の表面に、可動電極121との摩擦が低減されるような低摩擦層を設けることで、さらに摩擦抑制の効果を向上させることができる。低摩擦層としては、CVD法またはスパッタリング法等を用いて形成された窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、炭化シリコン等のシリコンを含む材料、又はダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いることもできる。DLCは緻密であるため、保護機能が高い。   By providing a low friction layer on the surface of the substrate 100 so that friction with the movable electrode 121 is reduced, the effect of suppressing friction can be further improved. As the low friction layer, a material containing silicon such as silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, or silicon carbide formed by a CVD method or a sputtering method, or diamond-like carbon (DLC) can also be used. . Since DLC is dense, its protective function is high.

また、低摩擦層は、基板100の表面全面でも、微小構造体11が形成される領域に選択的に形成することもできる。低摩擦層は、絶縁性が十分であれば、基板100の絶縁表面として形成することができる。   The low friction layer can also be selectively formed on the entire surface of the substrate 100 in a region where the microstructure 11 is formed. The low friction layer can be formed as an insulating surface of the substrate 100 if the insulating property is sufficient.

また、低摩擦層は、基板の表面だけでなく、静電力やファンデルワールス力によって、構造層同士が近接する部分に設けるとよい。例えば、実施の形態2の微小構造体21で低摩擦層を設ける部分を説明すると、可動電極221では、開口部230の内部、回転軸225と可動電極221との接触部分、などが該当する。また、実施の形態1の微小構造体11では、可動電極121と固定電極122とが接する部分も該当する。   The low friction layer may be provided not only on the surface of the substrate but also in a portion where the structural layers are close to each other by electrostatic force or van der Waals force. For example, a portion where the low friction layer is provided in the microstructure 21 according to the second embodiment corresponds to the inside of the opening 230, the contact portion between the rotating shaft 225 and the movable electrode 221 and the like in the movable electrode 221. Further, in the microstructure 11 of the first embodiment, a portion where the movable electrode 121 and the fixed electrode 122 are in contact also corresponds.

微小構造体を構成する層において、上面からみて角部がある形状であれば、角部が丸みを帯びた形状となるように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工することが好ましい。これは、犠牲層についても同様である。角をとって丸みを帯びた状態に形状を加工することによって、ゴミの発生が抑えられるため、歩留まりを向上させることができる。また、角部の応力の集中が緩和されるため破壊の原因となる亀裂が入りにくくなる。   In the layer constituting the microstructure, it is preferable to process the shape by a photolithography process and an etching process so that the corner has a rounded shape when the corner has a shape as viewed from above. The same applies to the sacrificial layer. Since the generation of dust is suppressed by processing the shape into a rounded shape by taking a corner, the yield can be improved. In addition, since the stress concentration at the corners is relaxed, cracks that cause breakage are less likely to occur.

図15には、図1(B)に対応する上面図であって、実施の形態1の微小構造体11の構造層の角部が丸みを帯びるように形状を加工した例を示す。もちろん実施の形態2〜4の微小構造体も構造層の角部が丸みを帯びるように形状を加工することができる。   FIG. 15 is a top view corresponding to FIG. 1B and shows an example in which the shape is processed so that the corners of the structural layer of the microstructure 11 of Embodiment 1 are rounded. Of course, the microstructures of Embodiments 2 to 4 can be processed so that the corners of the structure layer are rounded.

(実施の形態6)
微小構造体を有する本発明の微小電気機械式装置は、マイクロマシンの分野に属するものであり、マイクロメートルからミリメートル単位の大きさを有する。また、ある機械装置の部品として組み込まれるために作製される場合は、組み立て時に扱いやすいよう、メートル単位の大きさを有する場合もある。
(Embodiment 6)
The microelectromechanical device of the present invention having a microstructure belongs to the field of micromachines and has a size of micrometer to millimeter. Further, when manufactured to be incorporated as a part of a certain mechanical device, it may have a metric size so that it can be easily handled during assembly.

図16を用いて、本発明の微小構造体を有する微小電気機械式装置の構成例を説明する。図16は、本発明の微小電気機械式装置(半導体装置)の構成例を示すブロック図である。本発明の微小電気機械式装置は、図16の構成例のみに限定されることはない。   A configuration example of a microelectromechanical device having the microstructure of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of a microelectromechanical device (semiconductor device) of the present invention. The microelectromechanical device of the present invention is not limited to the configuration example of FIG.

本発明の微小電気機械式装置(MEMS)501は、半導体素子を有する電気回路部502、および微小構造体によって構成されている構造体部503が組み合わされた装置である。電気回路部502は、微小構造体を制御する制御回路504や、外部の制御装置500と通信を行うインターフェース506等を有する。また構造体部503は、微小構造体により、センサ505やアクチュエータ507、スイッチ等を有する。アクチュエータとは、信号(主に電気信号)を物理量に変換する構成要素である。構造体部503には、実施の形態1、2で説明したような静電モータを設けることもできる。   A microelectromechanical device (MEMS) 501 of the present invention is a device in which an electric circuit portion 502 including a semiconductor element and a structure portion 503 including a microstructure are combined. The electric circuit portion 502 includes a control circuit 504 that controls the microstructure, an interface 506 that communicates with the external control device 500, and the like. The structure portion 503 includes a sensor 505, an actuator 507, a switch, and the like by a microstructure. An actuator is a component that converts a signal (mainly an electrical signal) into a physical quantity. The structure body 503 can be provided with an electrostatic motor as described in Embodiment Modes 1 and 2.

また、電気回路部502は、構造体部503が得た情報を処理するための中央演算処理装置等を有することも可能である。   Further, the electric circuit portion 502 can include a central processing unit for processing information obtained by the structure portion 503.

外部の制御装置500は、微小電気機械式装置501を制御する信号を送信する、微小電気機械式装置501が得た情報を受信する、または微小電気機械式装置501に駆動電力を供給する等の動作を行う。   The external control device 500 transmits a signal for controlling the microelectromechanical device 501, receives information obtained by the microelectromechanical device 501, supplies driving power to the microelectromechanical device 501, etc. Perform the action.

そして本発明はこのような電気回路を構成する半導体素子と、微小構造体とを同一絶縁表面上に一体形成することができる。一体形成することにより、電気回路等と微小構造体との接続不良を低減することができ、そのため歩留まりを向上させることができる。 In the present invention, a semiconductor element constituting such an electric circuit and a microstructure can be integrally formed on the same insulating surface. By integrally forming, connection failure between an electric circuit or the like and a microstructure can be reduced, and thus yield can be improved.

なお従来、ミリメートル単位以下といった微小なものを扱う場合、微小な対象物の構造を拡大し、人間やコンピュータがその情報を得て情報処理および動作の決定を行い、そして、その動作を縮小して微小な対象物に伝えるというプロセスを必要としていた。しかし、本発明の微小構造体を有する半導体装置は、人間やコンピュータが上位概念的な命令を伝えるだけで、微小なものを扱うことが可能になる。すなわち、人間やコンピュータが目的を決定して命令を伝えると、微小構造体を有する半導体装置はセンサ等を用いて対象物の情報を得て情報処理を行い、行動を取ることができる。   Conventionally, when handling a minute object such as a millimeter or less, the structure of a minute object is enlarged, a human or a computer obtains the information to determine information processing and operation, and then reduces the operation. It needed a process of communicating to minute objects. However, a semiconductor device having a microstructure according to the present invention can handle a minute device simply by a human or computer transmitting a high-level conceptual command. That is, when a human or a computer determines a purpose and transmits a command, a semiconductor device having a microstructure can obtain information on an object using a sensor or the like, perform information processing, and take an action.

上記の実施の形態1〜5では、対象物が微小なものであると仮定した。これは例えば、対象物自体はメートル単位の大きさを有するが、その対象物から発せられる微弱な信号(例えば、光や圧力の微小な変化)等を含むとしている。   In the above first to fifth embodiments, it is assumed that the object is minute. For example, the object itself has a size of a meter unit, but includes a weak signal (for example, a minute change in light or pressure) emitted from the object.

以上、実施の形態1〜6は適宜、組み合わせることが可能である。例えば、実施の形態1で示した可動電極121の形状を実施の形態2で示した可動電極221のように形状を加工することができる。また、逆に、可動電極221の形状を可動電極121のように加工することもできる。   As described above, Embodiments 1 to 6 can be appropriately combined. For example, the shape of the movable electrode 121 shown in Embodiment Mode 1 can be processed like the movable electrode 221 shown in Embodiment Mode 2. Conversely, the shape of the movable electrode 221 can be processed like the movable electrode 121.

本実施例では、上記実施の形態2等で説明したように、構造層を結晶構造の異なる半導体層で形成する例を示す。   In this example, as described in Embodiment Mode 2 and the like, an example in which a structural layer is formed using semiconductor layers having different crystal structures is shown.

実施の形態2等で説明したように、例えば、多結晶シリコン層と非晶質シリコン層のように、結晶構造の異なるシリコン層は、異なった機械的特性を有する。したがって、積層させることで、様々な用途に応じた構造体を作製することができる。   As described in the second embodiment, silicon layers having different crystal structures, such as a polycrystalline silicon layer and an amorphous silicon layer, have different mechanical characteristics. Therefore, by stacking, structures according to various uses can be manufactured.

<複合弾性率およびインデンテーション硬さの測定について>
結晶構造が異なるシリコン層の機械的特性の違いを調べるため、CVD法を用いて成膜した非晶質シリコン層と、非晶質シリコンを結晶化した結晶性シリコン層の複合弾性率、およびインデンテーション硬さの測定を行った。ここで、結晶性シリコン層は、金属元素を用いて非晶質シリコン層をレーザ結晶化させたものである。
<Measurement of composite elastic modulus and indentation hardness>
In order to investigate the difference in mechanical properties of silicon layers with different crystal structures, the composite elastic modulus and indene of an amorphous silicon layer formed by CVD and a crystalline silicon layer crystallized from amorphous silicon The measurement of the stationation hardness was performed. Here, the crystalline silicon layer is obtained by laser crystallization of an amorphous silicon layer using a metal element.

試料に用いた非晶質シリコン層は、次のように形成した。まず、石英基板上に、下地層として厚さ50nmの窒化シリコン層、および厚さ100nmの酸化シリコン層をCVD法により形成し、その下地層上に、厚さ66nmの非晶質シリコン層をプラズマCVD法によって成膜した。   The amorphous silicon layer used for the sample was formed as follows. First, a silicon nitride layer having a thickness of 50 nm and a silicon oxide layer having a thickness of 100 nm are formed as a base layer on a quartz substrate by a CVD method, and an amorphous silicon layer having a thickness of 66 nm is formed on the base layer by plasma. A film was formed by a CVD method.

また、試料に用いた結晶性シリコン層は次のように準備した。プラズマCVD法で厚さ66nmの非晶質シリコン層を形成した。非晶質シリコン層にニッケルを添加し、連続発振型のレーザを用いて結晶化した。レーザ照射によって結晶化した結晶性シリコン層の厚さは約60nmであった。結晶化に用いたレーザビームはNd:YVOレーザの第二高調波であり、エネルギー密度は9W/cm以上9.5W/cm以下の範囲で調整し、走査速度は35cm/secとした。 The crystalline silicon layer used for the sample was prepared as follows. An amorphous silicon layer having a thickness of 66 nm was formed by plasma CVD. Nickel was added to the amorphous silicon layer and crystallized using a continuous wave laser. The thickness of the crystalline silicon layer crystallized by laser irradiation was about 60 nm. The laser beam used for crystallization is Nd: a YVO 4 second harmonic of the laser, the energy density is adjusted with 9W / cm 2 or more 9.5 W / cm 2 or less in the range of the scanning speed was 35 cm / sec .

測定は、三角錐形の圧子を試料に押し込むナノインデンテーション測定によって行った。測定条件は圧子の単一押し込みであり、使用した圧子はダイヤモンド製のBerkovich圧子である。したがって、圧子の弾性率は約1000GPa、ポアソン比は約0.1である。   The measurement was performed by nanoindentation measurement in which a triangular pyramid indenter was pushed into the sample. The measurement condition was a single indentation of the indenter, and the indenter used was a Berkovich indenter made of diamond. Therefore, the indenter has an elastic modulus of about 1000 GPa and a Poisson's ratio of about 0.1.

測定した複合弾性率は下記式(1)で表され、試料および圧子の弾性率を複合した弾性率である。式(1)においてErは複合弾性率、Eはヤング率、νはポアソン比である。また、式の第1項(sampleで示す項)は試料の弾性率が寄与する項であり、第2項(indenterで示す項)は圧子の弾性率が寄与する項である。   The measured composite elastic modulus is represented by the following formula (1), and is an elastic modulus obtained by combining the elastic modulus of the sample and the indenter. In the formula (1), Er is a composite elastic modulus, E is a Young's modulus, and ν is a Poisson's ratio. In addition, the first term (term indicated by sample) in the equation is a term contributed by the elastic modulus of the sample, and the second term (term indicated by indenter) is a term contributed by the elastic modulus of the indenter.

Figure 2008044096
Figure 2008044096

式(1)に示されるように、複合弾性率は、試料の弾性率が寄与する第1項と、圧子の弾性率が寄与する第2項との和で求められる。しかしながら、圧子の弾性率は試料に比べて非常に大きいため、第2項は無視することができ、複合弾性率は近似的に試料の弾性率を示す。   As shown in Equation (1), the composite elastic modulus is obtained by the sum of the first term contributed by the elastic modulus of the sample and the second term contributed by the elastic modulus of the indenter. However, since the elastic modulus of the indenter is much larger than that of the sample, the second term can be ignored, and the composite elastic modulus approximately represents the elastic modulus of the sample.

また、インデンテーション硬さとは、インデンテーション法によって測定される硬さであり、圧子の最大圧入加重を、最大圧入時の射影面積で割って求められる。ここで、圧入時の射影面積は、圧子の幾何学的な形状と、圧子が試料を押し込んだ時の接触深さによって求められる。このインデンテーション硬さに76を乗じることによって、硬さの指標として一般的に使用されているビッカース硬さと等価に扱うことができる。   The indentation hardness is hardness measured by an indentation method, and is obtained by dividing the maximum press-fitting weight of the indenter by the projected area at the maximum press-fitting. Here, the projected area at the time of press-fitting is determined by the geometric shape of the indenter and the contact depth when the indenter pushes the sample. By multiplying this indentation hardness by 76, it can be handled equivalent to the Vickers hardness generally used as an index of hardness.

表1に、結晶性シリコン層と、非晶質シリコン層の複合弾性率およびインデンテーション硬さの測定結果を示す。表1の数値は、3回の測定結果の平均値を示している。   Table 1 shows the measurement results of the composite elastic modulus and indentation hardness of the crystalline silicon layer and the amorphous silicon layer. The numerical value of Table 1 has shown the average value of 3 times of measurement results.

表1に示す結果より、結晶性シリコンは、非晶質シリコンよりも高い弾性率を有する。すなわち、構造を曲げるような力が働いた場合に、結晶性シリコンは非晶質シリコンよりも、曲げによる破壊に強いということを示している。また、結晶性シリコンは非晶質シリコンよりも硬いことが示されている。   From the results shown in Table 1, crystalline silicon has a higher elastic modulus than amorphous silicon. That is, when a force that bends the structure is applied, crystalline silicon is more resistant to bending damage than amorphous silicon. It has also been shown that crystalline silicon is harder than amorphous silicon.

Figure 2008044096
Figure 2008044096

このように弾性率や硬さの異なる半導体層を積層することで、曲げる力に対して強いしなやかさと、硬さを併せ持つ構造層を作製することができる。例えば本実施例で試料として用いた非晶質シリコン層と結晶性シリコン層を積層させることによって、結晶性シリコン層に結晶欠陥から破壊が発生しても、非晶質シリコン層には破壊が伝播しにくいため、そこで破壊を止めることができる。このように、積層させる層の厚さの比率によって、構造層のしなやかさと硬さのバランスを決めることができる。   By laminating semiconductor layers having different elastic moduli and hardness in this way, a structural layer having both flexibility and strength against bending force can be manufactured. For example, by laminating the amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer used as samples in this embodiment, even if the crystalline silicon layer is broken due to crystal defects, the destruction propagates to the amorphous silicon layer. Because it is difficult to do so, you can stop the destruction there. Thus, the balance between the flexibility and hardness of the structural layer can be determined by the ratio of the thicknesses of the layers to be stacked.

本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、(A)は微小電気機械式装置の断面図であり、(B)は微小構造体の上面図である(実施の形態7)。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a configuration example of a microelectromechanical device of the present invention, FIG. 9A is a cross-sectional view of the microelectromechanical device, and FIG. ). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態8)。FIG. 10 is a cross-sectional view for illustrating a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 8). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態9)。FIG. 9 is a cross-sectional view for illustrating a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 9). 作製途中の微小構造体の上面図であり、第1導電層(第1犠牲層)の上面図である(実施の形態10)。FIG. 10 is a top view of a microstructure in the middle of manufacture and a top view of a first conductive layer (first sacrificial layer) (Embodiment 10). 作製途中の微小構造体の上面図であり、図2(c)に図示されている微小構造体の上面図である(実施の形態11)。It is a top view of the microstructure in the middle of manufacture, and is a top view of the microstructure illustrated in FIG. 2C (Embodiment 11). 本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、(A)は微小電気機械式装置の断面図であり、(B)は微小構造体の上面図である(実施の形態12)。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a configuration example of a micro electro mechanical device of the present invention, FIG. 9A is a cross-sectional view of the micro electro mechanical device, and FIG. ). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態13)。FIG. 19 is a cross-sectional view for illustrating a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 13). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態14)。FIG. 19 is a cross-sectional view for illustrating a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 14). 作製途中の微小構造体の上面図であり、第1導電層(第1犠牲層)の上面図である(実施の形態15)。It is a top view of the microstructure in the middle of manufacture, and is a top view of the first conductive layer (first sacrificial layer) (Embodiment 15). 本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、(A)は微小電気機械式装置の断面図であり、(B)は微小構造体の上面図である(実施の形態16)。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a configuration example of a micro electro mechanical device of the present invention, FIG. 6A is a cross-sectional view of the micro electro mechanical device, and FIG. ). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態17)。FIG. 18 is a cross-sectional view for illustrating a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 17). 本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である(実施の形態18)。FIG. 19 is a cross-sectional view for describing a method for manufacturing a microelectromechanical device of the present invention (Embodiment 18). 作製途中の微小構造体の上面図であり、第1導電層(第1犠牲層)の上面図である(実施の形態19)。FIG. 48 is a top view of a microstructure in the middle of manufacture and a top view of a first conductive layer (first sacrificial layer) (Embodiment 19). 本発明の微小構造体の外観斜視図である(実施の形態20)。FIG. 20 is an external perspective view of a microstructure according to the present invention (Embodiment 20). 角部が丸みを帯びるように形状を加工した本発明の微小構造体の上面図である(実施の形態21)。FIG. 22 is a top view of a microstructure of the present invention whose shape is processed so that corners are rounded (Embodiment 21). 本発明の微小電気機械式装置の構成例を示すブロック図である(実施の形態22)。It is a block diagram which shows the structural example of the microelectromechanical apparatus of this invention (Embodiment 22).

符号の説明Explanation of symbols

10、20電気回路
11、21、31微小構造体
100基板、101第1導電層、102第1絶縁層、103半導体層、104第2導電層、105第2絶縁層、106第3導電層、107開口部121可動電極(第1構造層)、122固定電極(第2構造層)、123配線(第2構造層)、131第1導電層(第1犠牲層)、137第2導電層(第2犠牲層)
203半導体層、221可動電極(第1構造層)、222固定電極(第2構造層)、223配線(第2構造層)、225回転軸(第3構造層)、237第2導電層(第2犠牲層)
321可動層(第1構造層)、322第1固定層(第2構造層)、323配線(第2構造層)、325第2固定層(第3構造層)、331第1導電層(第1犠牲層)、337第2導電層(第2犠牲層)
421第1可動層(第1構造層)、422第2可動層(第2構造層)、425固定層(第3構造層)
10, 20 electrical circuit 11, 21, 31 microstructure 100 substrate, 101 first conductive layer, 102 first insulating layer, 103 semiconductor layer, 104 second conductive layer, 105 second insulating layer, 106 third conductive layer, 107 opening 121 movable electrode (first structure layer), 122 fixed electrode (second structure layer), 123 wiring (second structure layer), 131 first conductive layer (first sacrificial layer), 137 second conductive layer ( Second sacrificial layer)
203 semiconductor layer, 221 movable electrode (first structure layer), 222 fixed electrode (second structure layer), 223 wiring (second structure layer), 225 rotation axis (third structure layer), 237 second conductive layer (first structure layer) 2 sacrificial layers)
321 movable layer (first structure layer), 322 first fixed layer (second structure layer), 323 wiring (second structure layer), 325 second fixed layer (third structure layer), 331 first conductive layer (first structure layer) 1 sacrificial layer), 337 second conductive layer (second sacrificial layer)
421 First movable layer (first structure layer), 422 Second movable layer (second structure layer), 425 fixed layer (third structure layer)

Claims (19)

絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層を有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層と接する第2半導体層とを有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層、前記第1構造層の第2半導体層および前記第2構造層の前記第2半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer and a first semiconductor layer provided with a channel formation region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer and a second semiconductor layer in contact with the insulating layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer of the first structure layer, and the second semiconductor layer of the second structure layer are each formed by patterning the same semiconductor film on the substrate. A microelectromechanical device characterized in that it is a layer.
請求項1において、
前記第1構造層および前記第2構造層の半導体層は、結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
In claim 1,
The semiconductor layer of the first structure layer and the second structure layer is a crystalline semiconductor layer.
請求項1において、
前記第1構造層および前記第2構造層の第2半導体層は、金属元素を用いて結晶化された結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
In claim 1,
The micro electromechanical device, wherein the second semiconductor layer of the first structure layer and the second structure layer is a crystalline semiconductor layer crystallized using a metal element.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層を有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層と接する導電層とを有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層、前記第1構造層の導電層および前記第2構造層の導電層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第1構造層および前記第2構造層の導電層は半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer and a first semiconductor layer provided with a channel formation region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer and a conductive layer in contact with the insulating layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
The first semiconductor layer, the conductive layer of the first structural layer, and the conductive layer of the second structural layer are each a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate,
The electromechanical device according to claim 1, wherein the conductive layers of the first structure layer and the second structure layer include a compound of a semiconductor and a metal element.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第2半導体層とを有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第3半導体層と、前記第3半導体層に接する第4半導体層を有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層と前記第3半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第2半導体層と前記第4半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer, a first semiconductor layer provided with a channel formation region, and a second semiconductor layer provided with a high concentration impurity region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer, a third semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a fourth semiconductor layer in contact with the third semiconductor layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
Each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate;
The micro electromechanical device, wherein each of the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記絶縁表面に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁膜と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第2半導体層とを有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第3半導体層と、前記第3半導体層に接する第4半導体層を有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層と前記第3半導体層はそれぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ前記第1半導体層と前記第3半導体層は結晶構造が異なり、
前記第2半導体層と前記第4半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the insulating surface;
Have
The transistor includes a gate insulating film, a first semiconductor layer provided with a channel formation region, and a second semiconductor layer provided with a high concentration impurity region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer, a third semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a fourth semiconductor layer in contact with the third semiconductor layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
Each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate, and the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are crystalline. The structure is different
The micro electromechanical device, wherein each of the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第2半導体層とを有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第3半導体層と、前記第3半導体層に接し、導電性を示す第4半導体層を有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層と前記第3半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第2半導体層と前記第4半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ前記第2半導体層と前記第4半導体層は結晶構造が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer, a first semiconductor layer provided with a channel formation region, and a second semiconductor layer provided with a high concentration impurity region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer, a third semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a fourth semiconductor layer in contact with the third semiconductor layer and exhibiting conductivity,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
Each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate;
The second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are semiconductor layers formed by patterning the same semiconductor film on the substrate, respectively, and the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are A microelectromechanical device characterized by different crystal structures.
請求項5乃至7のいずれか1項において、
前記第3半導体層と前記第4半導体層は結晶構造が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The microelectromechanical device, wherein the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer have different crystal structures.
請求項5乃至7のいずれか1項において、
前記第3半導体層は非晶質半導体層または微結晶半導体層であり、前記第4半導体層は多結晶半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The microelectromechanical device, wherein the third semiconductor layer is an amorphous semiconductor layer or a microcrystalline semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer is a polycrystalline semiconductor layer.
請求項5乃至7のいずれか1項において、
前記第3半導体層は非晶質半導体層または微結晶半導体層であり、前記第4半導体層は金属を用いて結晶化された結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The microelectromechanical device, wherein the third semiconductor layer is an amorphous semiconductor layer or a microcrystalline semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer is a crystalline semiconductor layer crystallized using a metal.
請求項5乃至7のいずれか1項において、
前記第3半導体層および前記第4半導体層は結晶性半導体層であり、
前記第3半導体層と前記第4半導体層とは結晶成長方向が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are crystalline semiconductor layers;
The microelectromechanical device, wherein the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer have different crystal growth directions.
請求項5乃至7のいずれか1項において、
前記第3半導体層および前記第4半導体層は金属元素を用いて結晶化された結晶性半導体層であり、
前記第3半導体層と前記第4半導体層とは結晶成長方向が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are crystalline semiconductor layers crystallized using a metal element;
The microelectromechanical device, wherein the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer have different crystal growth directions.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第2半導体層とを有し、
前記構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第3半導体層と、前記第3半導体層に接する導電層を有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層と前記第3半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第1構造層の導電層と前記第2構造層の導電層、および前記第2半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer, a first semiconductor layer provided with a channel formation region, and a second semiconductor layer provided with a high concentration impurity region,
The structural layer includes an insulating layer, a third semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a conductive layer in contact with the third semiconductor layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
Each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate;
The conductive layer of the first structural layer, the conductive layer of the second structural layer, and the second semiconductor layer are each a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate, A microelectromechanical device comprising a compound of a semiconductor and a metal element.
請求項13において、
前記第3半導体層は、半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
In claim 13,
The micro electromechanical device, wherein the third semiconductor layer contains a compound of a semiconductor and a metal element.
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第1構造層と、一部が前記基板に固定されている第2構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第1半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第2半導体層とを有し、
前記第1構造層および前記第2構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第3半導体層と、前記第3半導体層に接する導電層を有し、
前記第1構造層の絶縁層、前記第2構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第1半導体層と前記第3半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第2半導体層、前記第1構造層の導電層、および前記第2構造層の導電層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり
前記第3半導体層は、半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
A first structural layer formed on a substrate having an insulating surface and movable with respect to the substrate, and a second structural layer partially fixed to the substrate, and formed on the substrate A microstructure,
An electrical circuit having a transistor, electrically connected to the microstructure, and formed on the substrate;
Have
The transistor includes a gate insulating layer, a first semiconductor layer provided with a channel formation region, and a second semiconductor layer provided with a high concentration impurity region,
The first structure layer and the second structure layer have an insulating layer, a third semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a conductive layer in contact with the third semiconductor layer,
The insulating layer of the first structural layer, the insulating layer of the second structural layer, and the gate insulating layer are each an insulating layer formed by patterning the same insulating film on the substrate,
Each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate;
The second semiconductor layer, the conductive layer of the first structural layer, and the conductive layer of the second structural layer are each a semiconductor layer formed by patterning the same semiconductor film on the substrate. The third semiconductor layer includes a compound of a semiconductor and a metal element.
絶縁表面を有する基板上に形成された微小構造体と、前記基板上に形成され、かつ前記微小構造体に電気的に接続された電気回路を含む微小電気機械式装置を作製する方法であり、
前記微小構造体は、前記基板の第1の領域に形成され、記基板に対して移動可能な第1構造層、および一部が前記基板に固定されている第2構造層を有する微小構造体を有し、
前記電気回路はトランジスタを有し、
前記基板上に導電層を形成し、
前記導電層を所定の形状に加工することで、前記第1の領域に第1の犠牲層を形成し、前記第2の領域に前記トランジスタのゲート電極となる第1の導電層を形成し、
前記基板および前記第1の導電層上に、絶縁膜と半導体膜とを形成し、
前記絶縁膜および前記半導体膜を所定の形状に加工することで、前記第1の領域に前記絶縁層と前記半導体層とが積層された前記第1構造層および前記第2構造層を形成し、前記第2の領域に前記半導体膜から前記トランジスタのゲート絶縁層を形成し、かつ前記半導体膜からチャネル形成領域が形成される半導体層を形成し、
少なくとも前記第2の領域の半導体層にn型またはp型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、
前記基板、前記第1の絶縁層、および前記半導体層上に他の導電層を形成し、
前記他の導電層を所定の形状に加工することで、前記第1の領域に第2の犠牲層を形成し、前記第2の領域に前記微小構造体と前記電気回路とを電気的に接続する電極となる第2の導電層を形成し、
前記第1の領域及び前記第2の領域上に他の絶縁層を形成し、
前記他の絶縁層の第1の領域に存在する部分の一部を少なくとも除去することで第2の絶縁層を形成し、
前記第1の犠牲層および前記第2の犠牲層を除去し、前記第1の領域に前記第1構造層および前記第2構造層を有する前記微小構造体を形成することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
A method of manufacturing a microelectromechanical device including a microstructure formed on a substrate having an insulating surface and an electric circuit formed on the substrate and electrically connected to the microstructure.
The microstructure has a first structure layer formed in a first region of the substrate and movable with respect to the substrate, and a second structure layer partially fixed to the substrate. Have
The electrical circuit includes a transistor;
Forming a conductive layer on the substrate;
By processing the conductive layer into a predetermined shape, a first sacrificial layer is formed in the first region, and a first conductive layer to be a gate electrode of the transistor is formed in the second region,
Forming an insulating film and a semiconductor film on the substrate and the first conductive layer;
By processing the insulating film and the semiconductor film into a predetermined shape, the first structure layer and the second structure layer in which the insulating layer and the semiconductor layer are stacked in the first region are formed, Forming a gate insulating layer of the transistor from the semiconductor film in the second region, and forming a semiconductor layer in which a channel formation region is formed from the semiconductor film;
Selectively adding an impurity imparting n-type or p-type conductivity to the semiconductor layer of at least the second region;
Forming another conductive layer on the substrate, the first insulating layer, and the semiconductor layer;
By processing the other conductive layer into a predetermined shape, a second sacrificial layer is formed in the first region, and the microstructure and the electric circuit are electrically connected to the second region. Forming a second conductive layer to be an electrode to be
Forming another insulating layer on the first region and the second region;
Forming a second insulating layer by removing at least a part of a portion present in the first region of the other insulating layer;
Removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer, and forming the microstructure having the first structural layer and the second structural layer in the first region; A method for manufacturing a mechanical device.
請求項16において、
前記第2導電層は金属元素を含み、
前記第2導電層と前記第1の領域の半導体層とを反応させて、半導体と金属元素の化合物を形成することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In claim 16,
The second conductive layer includes a metal element;
A method of manufacturing a microelectromechanical device, wherein the second conductive layer and the semiconductor layer in the first region are reacted to form a compound of a semiconductor and a metal element.
請求項1乃至15において、前記微小構造体は、前記第1構造体でなる回転子を有すること特徴とする微小電気機械式装置。   16. The microelectromechanical device according to claim 1, wherein the microstructure includes a rotor formed of the first structure. 請求項16又は17において、前記微小構造体は、前記第1構造体でなる回転子を有すること特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。   18. The method for manufacturing a micro electro mechanical device according to claim 16, wherein the microstructure includes a rotor formed of the first structure.
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